使用醛官能化聚合物提高造纸机性能并增强施胶的方法_3

文档序号:9332289阅读:来源:国知局
施胶剂熔融并乳化,使其冷却并固化,并分散在液体 溶剂中来制备。因此,在这样的实施方案中,当施胶剂在室温是固体时,使固体转化为液体 对于形成乳剂通常是必需的。
[0072] 在某些实施方案中,施胶剂是烯基琥珀酸酐(ASA)。
[0073]b)乳化剂
[0074] 本文所公开的施胶乳剂包含至少一种乳化剂。乳化剂可包括一种或更多种醛官能 化聚合物。醛官能化聚合物可具有各种结构,包括线性、支化、星形、嵌段、接枝、树枝状等以 及任何其他合适的结构。聚合物可包含源自一种或更多种单体物质的重复单元。单体物质 可以以任何量和任何组合存在于聚合物中。
[0075] 醛官能化聚合物的重均分子量可为100千道尔顿(kD)至10,000kD、200kD至 5, 000kD、300kD至3,OOOkD或500kD至2,OOOkD。在某些实施方案中,醛官能化聚合物的 分子量为约l〇〇kD、约 200kD、约 300kD、约 400kD、约 500kD、约 600kD、约 700kD、约 800kD、 约 900kD、约 1,OOOkD、约 1,100kD、约 1,200kD、约 1,300kD、约 1,400kD、约 1,500kD、约 1,600kD、约 1,700kD、约 1,800kD、约 1,900kD、约 2,OOOkD、约 2, 100kD、约 2, 200kD、约 2, 300kD、约 2, 400kD、约 2, 500kD、约 2, 600kD、约 2, 700kD、约 2, 800kD、约 2, 900kD或约 3, 000kD〇
[0076] 醛官能化聚合物以厘泊(cp)测量的布氏粘度(Brookfieldviscosity)可为5cp 至30cp或10cp至25cp。在某些实施方案中,醛官能化聚合物的布氏粘度为约5cp、约6cp、 约 7cp、约 8cp、约 9cp、约 10cp、约llcp、约 12cp、约 13cp、约 14cp、约 15cp、约 16cp、约 17cp、 约 18cp、约 19cp、约 20cp、约 21cp、约 22cp、约 23cp、约 24cp、约 25cp、约 26cp、约 27cp、约 28cp、约 29cp或约 30cp。
[0077] 在某些实施方案中,醛官能化聚合物是这样的共聚物,其包含约1摩尔百分比至 约99摩尔百分比的丙烯酰胺单体以及约95摩尔百分比至约1摩尔百分比的一种或更多种 阳离子、阴离子、非离子或两性离子单体或其混合物。由非离子醛反应性单体和阳离子单体 制备的共聚物的阳离子电荷优选为约1摩尔百分比至约50摩尔百分比,更优选约1摩尔百 分比至约30摩尔百分比。由非离子醛反应性单体和阴离子单体制备的共聚物的阴离子电 荷优选为约1摩尔百分比至约50摩尔百分比,更优选约1摩尔百分比至约30摩尔百分比。 两性离子聚合物优选地包含1摩尔百分比至约95摩尔百分比,优选1摩尔百分比至约50 摩尔百分比的两性离子单体。
[0078] 在某些实施方案中,醛官能化聚合物是优选具有全部正电荷的两性聚合物。优选 的两性聚合物由高达约40摩尔百分比的阳离子单体和高达约20摩尔百分比的阴离子单体 构成,剩下的单体优选为醛反应性单体。更优选的两性聚合物包含约5摩尔百分比至约10 摩尔百分比的阳离子单体和约〇. 5摩尔百分比至约4摩尔百分比的阴离子单体,剩下的单 体优选为醛反应性单体。
[0079] 醛官能化聚合物中包含的代表性非离子水溶性单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰 胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、 N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙 酯、甲基丙烯酸羟丙酯、N-叔丁基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、乙烯基醇等。
[0080] 醛官能化聚合物中包含的代表性阴离子单体包括:丙烯酸及其盐,包括但不限于 丙烯酸钠和丙烯酸铵;甲基丙烯酸及其盐,包括但不限于甲基丙烯酸钠和甲基丙烯酸铵; 2_丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)、AMPS的钠盐;乙烯基磺酸钠;苯乙烯磺酸盐;马来酸 及其盐,包括但不限于钠盐和铵盐;磺酸盐;衣康酸盐;磺丙基丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐; 或者这些或其他可聚合羧酸或磺酸的其他水溶性形式。磺甲基化丙烯酰胺、烯丙基磺酸盐、 乙烯基磺酸钠、衣康酸、丙烯酰胺基甲基丁酸、富马酸、乙烯基膦酸、乙烯基磺酸、烯丙基膦 酸、磺甲基化丙烯酰胺、膦甲基化丙烯酰胺、衣康酸酐等。
[0081] 醛官能化聚合物中包含的代表性阳离子单体包括单烯丙基胺、二烯丙基胺、乙烯 基胺、二烷基氨基烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯及其季铵盐或酸性盐,包括但不限于丙烯 酸二甲基氨基乙酯甲基氯季铵盐(DMAEA?MCQ),丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基硫酸季铵盐, 丙烯酸二甲基氨基乙酯苄基氯季铵盐,丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸盐,丙烯酸二甲基氨基 乙酯盐酸盐,甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯季铵盐,甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基 硫酸季铵盐,甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯苄基氯季铵盐,甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸 盐,甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯盐酸盐,二烷基氨基烷基丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺及其季 铵盐或酸性盐如丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基丙烯酰胺甲基硫酸季铵 盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺硫酸盐、二甲基氨基丙基丙烯酰胺盐酸盐、甲基丙烯酰胺基丙 基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺甲基硫酸季铵盐、二甲基氨基丙基甲基丙 烯酰胺硫酸盐、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺盐酸盐、二乙基氨基乙基丙烯酸酯、二乙基氨 基乙基甲基丙烯酸酯、二烯丙基二乙基氯化铵和二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)。烷基通 常是(;至(:4烷基。
[0082] 醛官能化聚合物中包含的代表性两性离子单体包括包含相同比例的阳离子官能 团和阴离子(带电的)官能团使得分子总体上是净中性的可聚合分子的那些。具体的代 表性两性离子单体包括N,N-二甲基-N-丙烯酰氧基乙基-N-(3-磺丙基)-甜菜碱铵、N, N-二甲基-N-丙烯酰氧基丙基-N-(2-羧甲基)-甜菜碱铵、N,N-二甲基-N-丙烯酰氧基 丙基-N-(3-磺丙基)-甜菜碱铵、N,N-二甲基-N-丙烯酰氧基丙基-N-(2-羧甲基)-甜 菜碱铵、2-(甲基硫代)乙基甲基丙烯酰基-S-(磺丙基)-甜菜碱锍、2-[ (2-丙烯酰基乙 基)二甲基铵基]乙基2-甲基磷酸盐、2-(丙烯酰氧基乙基)-2' -(三甲基铵)乙基磷酸 盐、[(2-丙烯酰基乙基)二甲基铵基]甲基膦酸、2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱(MPC)、 2_[(3-丙烯酰氧基丙基)二甲基铵基]乙基2'-异丙基磷酸盐(AAPI)、1-乙烯基-3-(3-磺 丙基)氢氧化咪唑働、(2-丙烯酰氧基乙基)羧甲基甲基氯化覺、1-(3_磺丙基)-2_乙烯 基P比啶_働>甜菜喊、N_(4_横丁基)_N_甲基_N,N_二稀丙基胺甜菜喊铵(MDABS)、N,N_二稀 丙基-N-甲基-N-(2-磺乙基)甜菜碱铵等。
[0083] 在某些实施方案中,所公开的醛官能化聚合物组合物包含约10摩尔百分比至约 90摩尔百分比的保持未反应的醛。在某些实施方案中,保持未反应的醛的量可为约10至约 80、或约10至约70、或约10至约60摩尔百分比(所有的范围以摩尔百分比为单位)。在 另一些实施方案中,保持未反应的醛的量大于约60摩尔百分比。
[0084] 在某些实施方案中,醛官能化聚合物是醛官能化聚(二烯丙基二甲基氯化铵)_丙 烯酰胺聚合物,也称为醛官能化聚(DADMAC)-丙烯酰胺聚合物或醛官能化聚(DADMAC)/ AcAm聚合物。在某些实施方案中,醛官能化聚合物是乙醛酸化聚(DADMAC)-丙烯酰胺聚合 物,也称为GPAM聚合物。
[0085] GPAM聚合物可源自具有任何合适摩尔%的DADMAC单体的DADMAC-丙烯酰胺骨架。 在某些实施方案中,GPAM聚合物源自具有1摩尔%至50摩尔%DADMAC单体含量、2摩尔% 至30摩尔%DADMAC单体含量、3摩尔%至25摩尔%DADMAC单体含量、4摩尔%至20摩尔% DADMAC单体含量、5摩尔%至15摩尔%DADMAC单体含量、6摩尔%至14摩尔%DADMAC单 体含量、7摩尔%至13摩尔%DADMAC单体含量或8摩尔%至12摩尔%DADMAC单体含量 的DADMAC-丙烯酰胺骨架。在某些实施方案中,GPAM聚合物源自具有1摩尔%DADMAC单 体含量、2摩尔%DADMAC单体含量、3摩尔%DADMAC单体含量、4摩尔%DADMAC单体含量、 5摩尔%DADMAC单体含量、6摩尔%DADMAC单体含量、7摩尔%DADMAC单体含量、8摩尔% DADMAC单体含量、9摩尔%DADMAC单体含量、10摩尔%DADMAC单体含量、11摩尔%DADMAC 单体含量、12摩尔%DADMAC单体含量、13摩尔%DADMAC单体含量、14摩尔%DADMAC单体 含量、15摩尔%DADMAC单体含量、16摩尔%DADMAC单体含量、17摩尔%DADMAC单体含量、 18摩尔%DADMAC单体含量、19摩尔%DADMAC单体含量、20摩尔%DADMAC单体含量、21摩 尔%DADMAC单体含量、22摩尔%DADMAC单体含量、23摩尔%DADMAC单体含量、24摩尔% DADMAC单体含量、25摩尔%DADMAC单体含量、26摩尔%DADMAC单体含量、27摩尔%DADMAC 单体含量、28摩尔%DADMAC单体含量、29摩尔%DADMAC单体含量或30摩尔%DADMAC单 体含量的DADMAC-丙烯酰胺骨架。在某些实施方案中,GPAM是具有12摩尔%DADMAC单体 含量的醛官能化聚(DADMAC)/AcAm聚合物。
[0086] 在某些实施方案中,本文所公开的乳化剂作为纯组合物提供。在另一些实施方案 中,乳化剂作为具有百分比活性物质的溶液提供。例如,乳化剂可作为GPAM聚合物的水溶 液(例如,12%GPAM溶液)提供。
[0087] i)稳定添加剂
[0088] 在某些实施方案中,本文所公开的乳化剂包含一种或更多种稳定添加剂。稳定添 加剂可为无机盐、有机添加剂或其组合。稳定添加剂可通过减缓产物凝胶化的速率来增加 乳化剂组合物的保存期。稳定添加剂的存在还可提高乳剂稳定性。这种提高的乳剂稳定性 可改善机上施胶性能。
[0089] 乳化聚合物所包含的合适的盐包括但不限于碱金属盐、碱土金属盐、过渡金属盐、 其水合物等及前述的任意组合。无机盐的具体实例包括MgS04&其水合物形式(例如, MgS04 ? 7H20)、MgCl2及其水合形式(例如,MgCl2 ? 6H20)、二乙酸镁及其水合物形式(例如, Mg(0Ac)2 ? 4H20)、ZnS04&其水合物形式(例如,ZnSO4 ? 7H20)、Na2S04、NaCl、(順4)#04及其 前述的任意组合。在某些实施方案中,所述盐选自硫酸镁、硫酸镁一水合物、硫酸镁四水合 物、硫酸镁五水合物、硫酸镁六水合物和硫酸镁七水合物。
[0090] 乳化聚合物所包含的合适的有机添加剂包括但不限于二醇、三醇、多元醇、糖类等 以及前述的任意组合。有机添加剂的具体实例包括甘油、乙二醇、尿素以及前述的任意组 合。
[0091] 稳定添加剂以任何合适的量存在。在某些实施方案中,稳定添加剂以基于组合物 总量的约0.5重量%至约15重量%的浓度并入乳化剂组合物中。在某些实施方案中,稳定 添加剂以基于组合物总量的1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7 重量%、8重量%、9重量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%或15重 量%的量存在于聚合物组合物中。
[0092] 在一个优选实施方案中,乳化剂是还包含一种或更多种盐的GPAM聚合物组合物。 GPAM聚合物中包含的合适的盐包括但不限于硫酸镁、硫酸镁一水合物、硫酸镁四水合物、 硫酸镁五水合物、硫酸镁六水合物和硫酸镁七水合物。在某些实施方案中,GPAM是具有5 摩尔%DADMAC单体含量的醛官能化聚(DADMAC) /AcAm聚合物,所述聚合物组合物还包含 MgS04 ? 7H20。在某些实施方案中,GPAM是具有12摩尔%DADMAC单体含量的醛官能化聚 (DADMAC) /AcAm聚合物,所述聚合物组合物还包含MgS04 ? 7H20,其浓度基于组合物总重量 优选地为约0. 5重量%至约10重量%。在某些实施方案中,MgS04 ? 7H20以基于组合物总 重量的1重量%、2重量%、3重量%、4重量%、5重量%、6重量%、7重量%、8重量%、9重 量%、10重量%、11重量%、12重量%、13重量%、14重量%或15重量%的量存在于组合物 中。
[0093] ii)制备乳化剂的方法
[0094] 本文所公开的乳化剂可通过任何合适的方法制备。在某些实施方案中,本文所公 开的醛官能化聚合物通过使包含一个或更多个醛反应性部分(例如,胺、酰胺和羟基的任 意组合)的前体或预形成聚合物与一种或更多种醛反应来制备。优选的聚合物包含具有氨 基或酰胺基作为醛反应性部分的那些。这些前体或预形成聚合物可源自任何合适的来源并 使用任何合适的方法来合成。例如,醛反应性聚合物可通过乳液聚合、分散聚合或溶液聚合 形成并且在聚合物中可包含非离子、阳离子、阴离子和两性离子单体物质。此外,这些单体 物质可以以任何量和任意组合存在于聚合物中。
[0095] 在某些实施方案中,聚胺可通过对预形成的聚酰胺进行改性来制备,例如通过使 用酸或碱水解丙烯酰胺-乙烯基甲酰胺共聚物来制备,如在美国专利No. 6, 610, 209和 6, 426, 383中所描述的。
[0096] 在某些实施方案中,聚氨基酰胺可通过聚烷基羧酸的直接酰胺化和含有羧酸和 (甲基)丙烯酰胺单元的共聚物的转酰胺基作用来制备,如在美国专利No. 4, 919, 821中所 描述的。
[0097] 在某些实施方案中,预形成的聚合物制备成乳液聚合物或胶乳聚合物。例如,水相 通过将一种或更多种水溶性单体和任何聚合添加剂例如无机盐、螯合剂、pH缓冲剂等在水 中混合在一起来制备。油相通过将惰性烃液体与一种或更多种油溶性表面活性剂混合在一 起来制备。表面活性剂混合物应当具有低的亲水亲油平衡(HLB),以确保形成油连续乳剂。 用于油包水乳液聚合的合适表面活性剂是可商购的,汇编在NorthAmericanEditionof McCutcheon'sEmulsifiers&Detergents中。可能需要加热油相以确保形成均质油溶液。 然后,将油相装入配备有混合器、热电偶、氮气吹扫管和冷凝器的反应器中。
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