用于排水剂和干强剂的聚环氧乙烷处理的制作方法
【专利说明】用于排水剂和干强剂的聚环氧乙烷处理
[00011本申请要求2013年8月9日提交的美国临时申请号61/864262的权益，其整个内容 通过引用结合在此。
【背景技术】
[0002]纸和纸板是由通过纤维素纤维的含水浆料生产的，将这种浆料沉积在移动的造纸 网(wire)或织物上，通过排水从浆料的固体组分形成纸片。这个次序之后是压制和干燥所 述纸片，以进一步脱除水分。
[0003]在造纸网或织物上的纤维浆的排水或脱水经常是实现更快的纸机速度的限制步 骤。改进的脱水还可以导致在压榨部和干燥部的形成更干的纸片，从而减少能源消耗。化学 品往往在它到达造纸网或织物之前被添加到纤维浆中，以改善排水性/脱水性和固体留着； 这些化学物质被称为助留剂和/或助滤剂。
[0004] 干强添加剂用于造纸厂来增加纸张的强度。它通过增加内部键的形成来增加纸的 强度。此外干强添加剂改善了耐破强度、撕裂强度、蜡选值、耐折性、刚度、纸机的运行性能， 增加造纸填料的利用水平等。干强度添加剂也可减少掉毛和喷粉。
[0005] 助留剂和助滤剂在一些含有高含量的可溶性有机物和盐的配料(furnish)基底中 具有降低的效率。这些配料的两个这样的例子是中性亚硫酸盐半化学品(NSSC)和原生的牛 皮纸挂面纸板，其中存在高含量的可溶性木质素和含有高阴离子电荷的其它有机材料。这 些高度阴离子性的材料中和了常规助留剂和助滤剂上的电荷，显著降低其有效性。
[0006] 发明详述
[0007] 已经发现用聚环氧乙烷均聚物或共聚物（"ΡΕ0"）处理纤维素配料可以提高排水剂 或强度剂在含有高含量的水溶性木质素的纤维素配料中的性能，其中该排水剂或强度剂通 常是不活泼的。在这些纤维素配料中可溶性木质素含量为从25份/百万份（ppm)直至 500ppm〇
[0008] 不希望受理论的束缚，据认为该ΡΕ0与在纤维素配料中过量的木质素和其它多余 的阴离子材料反应，由此允许排水剂或增强剂来起作用，而不会受到与不希望的材料反应 的阻碍。
[0009] 分子量(Mw)是粘均分子量，如从特性粘度测定来确定的。
[0010] ΡΕ0可以是环氧乙烷的均聚物，或环氧乙烷的共聚物。合适的共聚单体包括环氧丙 烷或环氧丁烷。最优选的是聚环氧乙烷的均聚物。另外用于制造 ΡΕ0共聚物的合适的共聚单 体可以是阳离子、阴离子、非离子的或疏水单体，以及它们的任何混合物。ΡΕ0的均聚物或共 聚物的分子量范围可以为从1000道尔顿直至25，000，000道尔顿或100，000至15，000，000道 尔顿或1，000,000至10，000,000道尔顿。含有环氧乙烷的均聚物或共聚物的实例是 Ucarf loc?300、302、304和309(可从密歇根州Midland的Dow Chemical得到）。
[0011] ΡΕ0处理的进料点可包括浓衆料(thick stock)，稀浆料，白水，或加工水。ΡΕ0处理 可以在配浆槽，成浆池、风机水栗、净化器、离心筛、白水回收装置、白水盘和白水仓进行添 加。
[0012] ΡΕ0的处理用量范围可以基于每吨配料固体为从0.01镑（lbs)至10镑的ΡΕ0聚合 物。该用量也可以基于配料体积，基于每配料或基底水的体积从O.Olppm至10,000ppm的 PE01E0通常以干粉或粒状产品提供，其中，将其在施用部位溶解。为了便于使用，它也可以 以浆料或分散体提供给最终用户，在那里它可以稀释并送入工艺流。
[0013] 排水剂或强度剂将由于ΡΕ0处理而发挥作用，其通常是水溶性的或水分散性合成 聚合物（"合成高分子"）。所述合成聚合物可以是非离子聚合物，阳离子共聚物或阴离子共 聚物。
[0014] 用于制造所述合成聚合物的非离子单体包括但不限于，丙烯酰胺；甲基丙烯酰胺； N-烷基丙烯酰胺，例如N-甲基丙烯酰胺;N，N-二烷基丙烯酰胺，如N，N-二甲基丙烯酰胺、甲 基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯;丙烯腈、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基甲基 甲酰胺、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮和任何上述物质的混合物。本发明预期其它类型的 非离子单体都可以使用。一种以上的非离子型单体可用于制造合成聚合物。优选使用的非 离子单体是丙烯酰胺；甲基丙烯酰胺，N-乙烯基甲酰胺。
[0015] 用于制造合成聚合物的阳离子单体包括但不限于阳离子烯键式不饱和单体，例如 二烯丙基二烷基卤化物如二烯丙基二甲基氯化铵、二烷基氨基烷基化合物的（甲基)丙烯酸 酯如二甲基氨基乙基（甲基）丙烯酸酯、二乙基氨基乙基（甲基）丙烯酸酯、二甲基氨基丙基 (甲基)丙烯酸酯、2-羟基二甲基氨丙基（甲基)丙烯酸酯、氨基乙基（甲基)丙烯酸酯、及其盐 和季铵盐;N，N-二烷基氨基烷基（甲基)丙烯酰胺，如N，N-二甲基氨基乙基丙烯酰胺，及其盐 和季铵盐，以及前述的混合物。一种以上的非离子型单体的可用于制造所述合成聚合物。最 优选的是二烯丙基二甲基氯化铵和二甲基氨基乙基（甲基)丙烯酸酯及其盐和季铵盐，以及 前述的混合物。
[0016] 聚（乙烯胺)也是用于本发明的合适的阳离子合成聚合物。聚乙烯胺可以是均聚物 或共聚物。生产聚乙烯聚合物的一种方法是通过单体聚合，然后进行水解。水解的水平可以 表示为"％水解度"或"水解度％"，以摩尔计。水解聚合物因此可以被描述为"％水解的。"此 外水解的水平可以是近似的。就申请人的发明目的而言，被称为"50%水解的"聚（乙烯基 胺)是指从40 %至60 %水解的。同样地，约100 %水解的聚（乙烯基胺)表示80 %至100 %的水 解度。水解反应导致的一些或全部单体转化成胺，因为通过控制水解反应，就可以改变所得 到的具有胺官能度的单体的百分比。
[0017] 用于制造聚（乙烯基胺）的单体的实例包括但不限于，N-乙烯基甲酰胺，N-乙烯基 甲基甲酰胺、N-乙烯基邻苯二甲酰亚胺、N-乙烯基琥珀酰亚胺、N-乙烯基-叔丁基氨基甲酸 酯、N-乙烯基乙酰胺和任何前述的混合物。最优选的是通过N-乙烯基甲酰胺的水解所制备 的聚合物。在共聚物的情况中，例如上述那些的非离子单体是优选的共聚单体。或者，聚（乙 烯基胺)可以通过聚合物的衍生化来制备。该方法的实例包括但不限于，聚丙烯酰胺的霍夫 曼反应。可以预期，可以使用聚（乙烯基胺)或多胺的其他合成途径。
[0018] 非离子单体对阳离子单体的摩尔百分比可以落入约100:1至1:100，或80:20至20: 80,或75: 25至25:75或40:60至60:40的范围内，其中非离子单体和阳离子单体的摩尔百分 比加起来必须为100%。但是应该理解的是，多于一种的非离子或阳离子单体可以存在于合 成聚合物中。
[0019] 用于制造合成聚合物的阴离子单体包括但不限于丙烯酸；甲基丙烯酸；马来酸;衣 康酸、丙烯酰胺乙醇酸、2-丙烯酰胺-2-甲基1-丙磺酸、3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙磺酸、苯乙 烯磺酸、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷膦酸的游离酸和盐、和任何上述 物质的混合物。最常见的是丙烯酸、甲基丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基1-丙磺酸的游离酸或 盐。当酸的盐形式用于制造阴离子聚合物时，该盐选自Na+，K+或NH 4。多于一种类型的阴离子 性单体可用于制造合成聚合物。
[0020] 非离子单体与阴离子单体的摩尔百分比可落入大约100:1至1:100或90:10至30: 70或40: 60至70: 30的范围内，其中非离子单体与阴离子单体的摩尔百分比必须相加达到 100%。应该理解多于一种类型的非离子单体可存在。也可以理解多于一种类型的阳离子单 体可以存在。
[0021] 合成的水溶性或水分散的聚合物也可以被改性来赋予合成聚合物额外的属性，或 改变合成聚合物结构。单体的聚合可以在多官能试剂存在下进行，或该多官能试剂可以用 于处理聚合物的后聚合。有用的多官能试剂包括具有至少两个双键，一个双键和一个反应 性基团，或两个反应性基团的化合物。含有至少两个双键的那些化合物的示例是N，N-亚甲 基双丙烯酰胺、N，N-亚甲基双甲基丙烯酰胺、聚乙二醇二