强度组合物用于提高纸浆模制品的湿尺寸稳定性的用途的制作方法

根据所附权利要求的前序部分，本发明涉及强度组合物用于提高纸浆模制品的湿尺寸稳定性的用途。
背景技术：
：通过制备纤维浆料(通常由再生纤维材料制备)，并将所述浆料放入模具中而制造纸浆模制品。模具通常包括穿孔和/或网眼，并且使用抽吸和/或真空，以在模具中产生浆料的均匀涂层。此后，干燥所形成的模制品，例如在单独的烘干机中或通过加热模具自身。纸浆模制品广泛地用于各种目的，例如包装材料、蛋品包装纸盒、食品服务托盘、饮料搬运器(beveragecarrier)、蛤壳式容器、盘子和碗。近来，已提议可以将纸浆模制品甚至用于制作混凝土结构和/或产品的铸造中所用的模具。显然，上述用途需要纸浆模制品的尺寸稳定性和物理强度(甚至当它们被润湿时)。因此，迫切需要改善纸浆模制品尤其是强碱性环境中的湿尺寸稳定性。技术实现要素：本发明的一个目的是最小化或者可能甚至消除现有技术中存在的缺点。本发明的另一个目的是提供一种有成本效益的方法，其用于提高纸浆模制品特别是在强碱环境中的湿尺寸稳定性和/或物理强度。本发明通过下面独立权利要求的特征部分所给出的特征达到了这些目的。在从属权利要求中给出了本发明的一些优选的实施方式。在根据本发明的强度组合物用于提高纸浆模制品的湿尺寸稳定性的典型用途中，通过包括如下步骤的方法生产所述纸浆模制品：-获得纤维浆料，并将其给料到模压装置的成型槽，-由所述纤维浆料形成纸浆模制品，-干燥所述纸浆模制品，其中所述强度组合物包含至少一种永久性湿强度树脂(permanentwetstrengthresin)，并且在形成所述纸浆模制品之前将所述强度组合物添加到所述纤维浆料。现在已经意外地发现，当在形成模制品之前将包含至少一种合成的永久性湿强度树脂的强度组合物添加到纤维浆料时，显著地改善了纸浆模制品特别是在强碱环境中的湿尺寸稳定性和物理强度。不希望受理论的束缚，假设将强度组合物添加到所述浆料中提供了强度树脂和纤维之间在形成模制品期间如此强的相互作用，使得甚至在诸如强碱性质的苛刻环境中也提供了提高的稳定性和强度。此外，已经观察到，尤其改善了模制品的长期湿尺寸稳定性和物理强度。因此，即使该模制品暴露于强碱环境，该模制品也能够保持物理强度以及物理尺寸在延长的期间(例如几小时，优选几天，有时甚至几个月)内不变或者几乎不变。根据本发明的一个实施方式，由本发明的方法生产的纸浆模制品可以具有>2Nm/g，优选>4Nm/g，更优选>10Nm/g的湿抗张强度系数。在本发明的上下文中，术语“强碱性环境”表示环境pH为10～14，典型地为11～14，更典型地为12～14。可以通过在水中使纤维材料破裂而获得纤维浆料。纤维浆料可以包含来自再生纸和/或再生板的纤维材料，例如旧瓦楞纸箱(OCC)。优选地，纤维材料为OCC。根据一个优选的实施方式，纤维材料包含至少70wt％，优选至少80wt％的来自再生纸和/或再生板(例如OCC)的纤维材料。在一些优选的实施方式中，纤维原料(stock)可以包含甚至>90wt％，优选甚至100wt％的来自再生纸和/或再生板(例如OCC)的纤维材料。将纤维浆料给料到模压装置的成型槽。永久性湿强度树脂可以为交联的树脂。优选地，永久性湿强度树脂可以选自聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂或聚二异氰酸酯树脂。尤其已经观察到，聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂和聚二异氰酸酯树脂在强碱环境中提供改善的性质。根据本发明一个优选的实施方式，永久性湿强度树脂为自交联的聚酰氨 基胺-环氧卤丙烷树脂。聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂基于聚酰氨基胺主链，该主链是己二酸和二亚乙基三胺之间缩合反应的结果。随后与环氧卤丙烷的反应产生交联的聚合物树脂结构，其中沿聚合物的主链形成高反应性的氮杂环丁烷鎓(azetidinium)基团。根据一个实施方式，聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂可以具有<80％，优选<70％，更优选<60％，甚至更优选<50％，有时甚至<40％的氮杂环丁烷鎓含量。根据一个实施方式，聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂可以具有0.01～80％，优选0.01～70％，更优选0.01～60％，甚至更优选0.01～50％，有时甚至0.01～40％的氮杂环丁烷鎓含量。可以通过仔细地选择例如环氧卤丙烷/胺比例来控制氮杂环丁烷鎓基团的量。根据一个示例性的实施方式，聚酰烷基胺-环氧卤丙烷树脂具有<0.8，优选<0.5，更优选<0.45，甚至更优选<0.4，有时甚至<0.3的环氧卤丙烷/胺比例。环氧卤丙烷/胺比例的下限可以为0.1，优选0.01。根据一个实施方式，树脂可以具有0.01～0.8，优选0.01～0.5，更优选0.01～0.45，甚至更优选0.01～0.4，有时甚至0.01～0.3的环氧卤丙烷/胺比例。环氧卤丙烷/胺比例可以被计算为环氧卤丙烷与胺的摩尔比。合适的聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂可以具有80000～250000g/mol，优选150000～250000g/mol的重均分子量。通过体积排阻色谱法确定分子量，使用聚(2-乙烯基吡啶)作为校准标准。如上文所述，聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂具有显著量的反应性氮杂环丁烷鎓基团，该基团为树脂提供了高阳离子电荷，这提高了树脂在纤维上的保持，并为树脂提供了自交联能力。优选地，通过在pH7用聚乙烯硫酸钾盐滴定所测定，聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂具有1.5～4.5meq/g，优选2.0～4.0meq/g，更优选2.1～3.0meq/g的电荷密度。当被保留在纸浆模制品中时，聚酰氨基胺-环氧卤丙烷树脂自交联，并在纤维-纤维键合的周围形成强的保护，并且防止键合被水解。优选地，永久性湿强度树脂为聚酰氨基胺-环氧氯丙烷。根据本发明一个优选的实施方式，永久性湿强度树脂为聚二异氰酸酯树脂。优选以水性乳状液的形式使用聚二异氰酸酯树脂，以提供树脂对纤维浆料的均匀分布。聚二异氰酸酯树脂可包含脂肪族、脂环族或芳香族聚二异氰酸酯或它们的混合物。合适的聚二异氰酸酯可以优选地包含多于2个异氰酸酯基团，例如2～5个异氰酸酯基团。聚二异氰酸酯树脂的优选的实例基于二 苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯化学品。反应性异氰酸酯基团的量，即NCO含量，可以在5～50％，典型地7～25％的范围内变化。根据一个优选的实施方式，强度组合物包含聚酰氨基胺环氧卤丙烷树脂和阴离子型聚丙烯酰胺二者。阴离子型聚丙烯酰胺可以改善永久性湿强度树脂在纤维上的保留。阴离子型聚合物与聚酰氨基胺环氧卤丙烷树脂的比例可以为约0.05至1。在形成纸浆模制品之前，例如在纸浆浆料的制造、存储或运输的过程中，将强度组合物添加到纸浆浆料中。可以将强度组合物添加到碎浆机、纸浆储罐或模压装置的成型槽中。根据本发明一个优选的实施方式，强度组合物的添加量为使得纤维浆料在添加强度组合物之后的ζ-电位保持为<-2.0mV。当ζ-电位太接近于中性值时，可能有产生泡沫的问题。因此，优选强度组合物的添加量为使得纤维浆料在添加强度组合物之后的ζ-电位为<-3.0mV，更优选<-5mV，甚至更优选<-10mV。强度组合物的添加量可以为产生1.3～26kg的永久性湿强度树脂/吨干纤维浆料，优选2.6～18.2kg的永久性湿强度树脂/吨干纤维浆料，更优选5.2～13kg的永久性湿强度树脂/吨干纤维浆料，以干的永久性湿强度树脂来计算。意外地观察到，甚至用相对低用量的强度组合物也可以获得模制品的湿尺寸稳定性和物理强度的改善。这是有利的，不仅因为这样可以避免上述与中性ζ-电位值有关的问题，还因为可以使工艺中的化学品成本最小化。根据本发明的一个实施方式，可以向纤维浆料中添加消泡剂。可以在添加强度组合物之前添加消泡剂。消泡剂可以选自基于二氧化硅的消泡剂和基于脂肪醇的消泡剂。通常，消泡剂的添加量为200～500g/吨干纤维浆料，优选200～300g/吨干纤维浆料，更优选200～250g/吨干纤维浆料。根据一个优选的实施方式，强度组合物进一步包含疏水剂。疏水剂可以为烷基烯酮二聚体蜡或石蜡，优选烷基烯酮二聚体蜡。合适的烷基烯酮二聚体蜡可以具有40～70℃，优选44.5～64℃，更优选44.5～49℃的熔点。根据本发明的一个实施方式，在纸浆模制品成型之后，使其于大气中自然干燥。例如，在热成型处理之前，使纸浆模制品干燥10～24个小时，优选15～20个小时。在自然干燥之后，通过在热压机中使用高于150℃的温度而 使纸浆模制品热成型。根据本发明一个优选的实施方式，将生产的纸浆模制品用在混凝土产品和结构的制造中。纸浆模制品可以是用于形成混凝土制品和/或结构的铸型或容器(castmouldorpod)，例如当浇注混凝土地板、建筑物基础或相似的结构时。具体实施方式在下面的非限制性实施例中描述了本发明的一些实施方式。实施例1将浓度5wt％的商业旧瓦楞纸箱(OCC)纸浆浆料用作再生纤维原料。使用两种不同的基于聚酰氨基胺-环氧氯丙烷(PAE)的湿强度树脂(KemiraOyj，芬兰)(在此将其表示为FiberbuilderA和FiberbuilderB)来提高手抄纸(handsheet)的强度。表1中给出了湿强度树脂的性质。将烷基烯酮二聚体蜡(KemiraOyj，芬兰)与湿强度树脂一起用在一些实施例中。表1.用在实施例中湿强度树脂的性能化学品固含量，％PCD(meq/g)pHFiberbuilderA26.322.523.88FiberbuilderB26.602.933.72基于纤维浆料的ζ-电位来评估纤维保有湿强度树脂的能力，该ζ-电位通过使用MütekSZP-6来测量。图1A和图1B中显示了强度树脂用量对纤维浆料的ζ-电位的影响。从图1A和图1B，湿强度树脂的用量增加，提高了纤维浆料的ζ-电位。在搅拌下用自来水将原始的经疏解(deflaked)的OCC纸浆稀释到1wt％的浓度。将所用的化学品给料到破裂的OCC的纸浆浆料中。湿强度树脂的用量为10kg/t、30kg/t或50kg/t，并且AKD的用量为0kg/t或5kg/t。首先将制备的纸浆浆料在约500rpm下搅动约15秒，然后以每次15秒的间隔给料所用的化学品。在给料后，持续混合纸浆浆料15秒。在手抄纸制造机上生 产具有100g/m2的基重的手抄纸。将纸页在手抄纸制造机的自动干燥腔中在93℃的温度和96kPa的真空下干燥6分钟，以快速去除水分。在测试所生产的手抄纸的强度性质(即湿抗张指数和干抗张指数)之前，根据ISO187标准将纸页在23℃下于59％的相对湿度中预处理24个小时。表2中给出了用于测量纸页的性能的装置和标准。表2纸张检测装置和标准图2和图3中显示了在不同的湿强度树脂和AKD用量下的湿抗张指数和干抗张指数结果。从图2和图3看到，获得了非常好的湿抗张指数结果。还观察到干抗张指数的提高。对于干抗张指数，用FiberbuilderA或FiberbuilderB所获得的结果之间的差异不大。然而，观察到FiberbuilderB比FiberbuilderA产生了更好的湿抗张指数结果。对于这两种湿强度树脂，添加AKD提供了额外的增强。实施例2基于实施例1的实验室测试，选择FiberbuilderB用于在生产纸浆模制品的工厂以中试规模实验进行进一步测试。在与AKD一起或者不使用AKD这两种情况下测试FiberbuilderB。表3中给出了测试方案。表3中试规模实验的测试方案测试编号化学品用量kg/ton箱号1AKD601,2,32FiberbuilderB30B1,B23FiberbuilderB+AKD30+5B3,B44FiberbuilderB50B5,B65FiberbuilderB+AKD50+5B7,B8在测试编号1中，所用AKD溶液具有13％的固含量。对于箱2，向浆料中添加AKD，并且对于箱3，作为涂层使用AKD。纸浆模制品的生产工艺如下：1.在碎浆机中制备约5wt％纤维浆料的再生瓦楞板，制备花费约5～6分钟；2.将纤维浆料转移到10m3的纸浆储罐中，其中将纸浆浆料从5wt％的浓度稀释至约1wt％；3.将约500升的纸浆浆料泵送到模压机的成型槽，脱水并模压成箱(mouldingofbox)；4.在大气中干燥，热成型，并用热压来制造最终的制品，其中温度为约180～190℃。在这些测试中，向模压机的成型槽中添加强度组合物/湿强度剂，并在形成制品之前，手动搅动5分钟。在热成型之前，在大气中自然干燥持续16个小时。表4列出了热成型处理之前和之后各箱的重量。表4在热成型处理之前(湿重)和之后(干重)各箱的重量。箱号湿重(kg)干重(kg)处理时间(分钟)1-5.5-2-5.5-3-5.4-B111.05.021B210.14.821B310.45.120B410.15.020B511.65.820B610.15.020B711.55.820B810.85.319.5在热成型的箱冷却之后，进行一系列性能测试，以测试各箱的物理强度和尺寸稳定性。选择箱1、2、3、B2、B3、B6、B8用于一系列性能测试。1.性能测试1将全部的箱排成一行，并且将80kg的重量放到每个箱的顶部约10秒钟。全部的箱都是稳定的。2.性能测试2将自来水喷雾到箱上15分钟，然后将80kg的重量放到每个箱的顶部约10秒钟。全部的箱都是稳定的，但是箱1看来比其它箱稍软。此后，将垫圈放在箱的顶部，并将80kg的重量放在垫圈上，以提高压力的强度。测试每个箱的顶面的中心和边缘。箱1破裂，但是其它的箱仍然稳定。3.性能测试3继续将自来水喷雾到箱上15分钟，使得总喷雾时间为30分钟。在喷雾之后，再次将80kg的重量方到每个箱的顶部约10秒钟。全部的箱都是稳定的。然后，将垫圈放在箱的顶部，并将80kg的重量放在垫圈上，以提高压力的强度。测试每个箱的顶面的中心和边缘。箱3破裂，但是其它的箱仍然稳定。4.性能测试4将全部剩余的箱用塑料膜包裹，以模拟潮湿的环境，并保持2个小时。然后，将80kg的重量放在每个箱的顶部约10秒钟。在这个阶段，箱2破裂。然后，将垫圈放在箱的顶部，并将80kg的重量放在垫圈上，提高压力的强度。在这个阶段，箱B3破裂。箱B2比箱B6和B8软，其仍显示令人满意的强度性质和尺寸稳定性。因此，可以得出结论，50kg/吨用量的FiberbuiderB产生令人满意的湿强度性能和尺寸稳定性。即使参照目前看来最可行的和优选的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于上述实施方式，而是本发明还旨在涵盖所附权利要求书的范围内的不同的修改以及等同的技术方案。当前第1页1 2 3