颗粒形式的聚合物产品及其用途制造技术

本发明专利技术涉及一种颗粒形式的水溶性聚合物产品，其包含通过丙烯酰胺与阴离子和阳离子单体的凝胶聚合而获得的两性聚丙烯酰胺。该两性聚丙烯酰胺具有1 500 000‑6 000 000g/mol的质均分子量MW，和4‑15mol％的总离子性，由此聚合物产品具有至少为60重量％的聚合物含量。本发明专利技术还涉及该聚合物产品在制备纸和纸板中的用途。

Polymer products in particulate form and uses thereof

The present invention relates to a water-soluble polymer product in the form of particles, comprising an amphoteric polyacrylamide obtained by gel polymerization of acrylamide with anionic and cationic monomers. The amphoteric polyacrylamide with 1 500 000 6 000 000g/mol quality of the molecular weight of MW, and 4 of the total ion 15mol%, the polymer products are at least 60 wt% of the polymer content. The invention also relates to the use of the polymer product in the manufacture of paper and paperboard.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】颗粒形式的聚合物产品及其用途本专利技术涉及一种根据所附独立权利要求的前序部分的颗粒形式的水溶性聚合物产品、其用途和用于在纸和/或纸板的制造中处理纤维浆料的方法。在制造纸和纸板时，廉价纤维源例如旧瓦楞纸箱(OCC)和其他再循环的纸和纸板等级的使用在过去几十年间日渐增长。由包含大量再循环纤维的浆料制成的纸或纸板通常具有低的干强度性能，因为在再循环期间纤维的质量降低。通常，通过用各种聚合物的内部施胶来改善低的强度性能。然而，由再循环纤维原料制成的纤维浆料含有大量的阴离子物质，即所谓的阴离子垃圾，其增加了内部施胶的消耗，理由是内部施胶聚合物会与阴离子物质，而并非与纤维发生反应。同时，再循环的纤维显示出相对较低的电荷水平，这意味着纤维和内部施胶聚合物之间的相互作用不如原始纤维那样有效。处理不好再循环纤维的浆料的一个重要方面是整体工艺经济性。再循环纤维制成的产品通常是低成本的散装产品。因此，在一定程度上提高纤维浆料生产中的化学成本在经济上是不可行的，化学添加剂的成本与可以实现的益处和最终产品的价格进行仔细的权衡。换句话说，如果最终成本增加太多，则不能自由地增加内部施胶聚合物的剂量和/或不能使用有效但昂贵的聚合物。因此，对有效的同时是经济上可行的强度改进剂的需求不断增长。两性聚丙烯酰胺(其是包含阴离子和阳离子基团的丙烯酰胺的共聚物)已经作为造纸工业中的强度增强施胶剂来使用。两性聚丙烯酰胺作为分散聚合物、乳液聚合物或溶液聚合物以溶液形式用于造纸工业。然而，与活性聚合物的量相比，分散聚合物和溶液聚合物可能制造成本高，并且聚合物溶液具有高的运输和储存成本。因此，它们并不是优选的从再循环原材料制造低成本的纸和纸板产品的替代方案。溶液聚合物产品的缺点也是它们有限的寿命，特别是对于具有低电荷密度的聚合物。在储存期间，溶液聚合物在通常条件下容易降解，这降低了产物中活性聚合物的量。例如，溶液聚合物产品中的微生物生长产生代谢产物，这可能对聚合物产品的质量有害。例如，微生物可能会产生凝块，导致最终纸张或纸板中的问题。产品的低电荷密度不会抑制微生物的生长。本专利技术的一个目的是最小化或甚至可以消除现有技术中存在的缺点。本专利技术的另一个目的是为现有的强度聚合物和试剂提供成本有效和功能性的可替代方案。本专利技术的还一个目的是提供简单而有效的制造具有提高的干强度性能，例如破裂强度和/或短跨度压缩试验(SCT)强度的纸、纸板等的方法。通过具有以下在独立权利要求的特征部分中的特征的本专利技术来实现这些目的。本专利技术的一些优选实施方案在从属权利要求中给出。通常，根据本专利技术的颗粒形式的水溶性聚合物产品包含通过丙烯酰胺与阴离子和阳离子单体的聚合而获得的两性聚丙烯酰胺，并且该两性聚丙烯酰胺具有：-1500000-6000000g/mol的质均分子量MW，和-4-15mol％的总离子性，由此聚合物产品具有至少为60重量％的聚合物含量。通常，用于处理在纸和/或纸板的制造中的纤维浆料的方法包括：-将根据本专利技术的颗粒形式的水溶性聚合物产品溶解在水中，由此获得水性处理溶液，-将所获得的处理溶液添加至纤维浆料，和-形成纤维幅材。通常，根据本专利技术的水溶性聚合物产品的用途是作为纸或纸板的干强度剂。通常，根据本专利技术的水溶性聚合物产品的另一个用途是制备用于纸或纸板的表面施胶组合物。现在已经惊奇地发现，包含具有仔细选择的性质并通过凝胶聚合产生的两性聚丙烯酰胺的颗粒形式的聚合物产品可用作纸和/或板的干强度剂，以提供出乎意料的干强度方面的改善。根据本专利技术的聚合物产品在生产和运输方面具有成本效益，同时在最终纸或纸板的干强度特性方面提供明显的益处。在本申请的上下文中，术语“两性聚丙烯酰胺”是指这样的聚丙烯酰胺，其中在pH7的水溶液中存在阳离子和阴离子基团两者。两性聚丙烯酰胺通过丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺与阴离子和阳离子单体两者的共聚得到。优选地，两性聚丙烯酰胺通过丙烯酰胺与阴离子和阳离子单体两者的共聚而获得。在本申请的上下文中，术语“颗粒形式”表示离散的固体颗粒或粒子。根据本专利技术的一个实施方案，聚合物产品包含两性聚丙烯酰胺的颗粒或粒子，其平均粒度为<2.5mm、优选<2.0mm、更优选<1.5mm。通过将得到的聚合物凝胶进行机械粉碎，例如切割、研磨、切碎、剁碎等而得到这些颗粒。在本申请的上下文中，术语“水溶性”理解为聚合物产品以及因此的两性聚丙烯酰胺与水完全混溶。当与过量的水混合时，聚合物产品中的两性聚丙烯酰胺优选完全溶解，并且所得聚合物溶液优选基本上不含离散的聚合物颗粒或粒子。过量的水是指所得聚合物溶液不是饱和溶液。根据一个优选的实施方案，两性聚丙烯酰胺是线性聚丙烯酰胺。换句话说，两性聚丙烯酰胺是非支链的，优选非交联的。在凝胶聚合中，交联剂的量为小于0.002mol％、优选小于0.0005mol％、更优选小于0.0001mol％。根据一个实施方案，凝胶聚合完全不含交联剂。线性两性聚丙烯酰胺有效降低了不溶性聚合物颗粒的可能性，该不溶性聚合物颗粒可降低所生产的纸或纸板的质量。根据一个实施方案，两性聚丙烯酰胺结构中的10-95％、优选30-90％、更优选50-85％、甚至更优选60-80％的带电基团为阳离子性的。根据本专利技术的一个优选实施方案，聚合物产品中的两性聚丙烯酰胺具有阳离子净电荷。这意味着两性聚丙烯酰胺的净电荷保持阳性，即使它含有阴离子基团。阳离子净电荷改善了两性聚丙烯酰胺与浆料中的纤维的相互作用。两性聚丙烯酰胺的净电荷计算为存在的阳离子和阴离子基团的电荷的总和。根据本专利技术的两性聚丙烯酰胺产物的固体含量可以为>80重量％、优选>85重量％、更优选80-97重量％、甚至更优选85-95重量％。考虑到聚合物产品的储存和运输性能，高固体含量是有益的。两性聚丙烯酰胺的质均分子量(MW)可以为1500000-6000000g/mol，优选2000000-5000000g/mol，更优选2500000-4500000g/mol，甚至更优选2700000-4300000g/mol。根据一个优选的实施方案，两性聚丙烯酰胺的质均分子量(MW)为2000000-4500000g/mol。已经观察到，当两性聚丙烯酰胺的平均分子量>2000000g/mol时，其在浆料中的纤维之间提供良好的附着和桥接。类似地，已经观察到，当平均分子量小于6000000g/mol时，纤维被更均匀地间隔开，并且不会妨碍幅材的形成。在本申请中，使用“质均分子量”值来描述聚合物链长度的大小。通过使用Ubbelohde毛细管粘度计，在25℃下在1NNaCl中通过以已知方式测量的特性粘度结果来计算质均分子量值。选择的毛细管是适当的，并且在本申请的测量中使用具有常数K＝0.005228的Ubbelohde毛细管粘度计。然后使用Mark-Houwink方程[η]＝K·Ma，以已知方式从特性粘度值来计算平均分子量，其中[η]为特性粘度，M为分子量(g/mol)，K和a为在以下文献中给出的用于聚丙烯酰胺的参数：PolymerHandbook,FourthEdition,Volume2,Editors:J.Brandrup,E.H.Immergut和E.A.Grulke,JohnWiley&Sons,Inc.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒形式的水溶性聚合物产品，其包含通过丙烯酰胺与阴离子和阳离子单体的凝胶聚合而获得的两性聚丙烯酰胺，并且所述两性聚丙烯酰胺具有‑1 500 000‑6 000 000g/mol的质均分子量MW，和‑4‑15mol％的总离子性，由此聚合物产品具有至少为60重量％的聚合物含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.27 FI 201550581.一种颗粒形式的水溶性聚合物产品，其包含通过丙烯酰胺与阴离子和阳离子单体的凝胶聚合而获得的两性聚丙烯酰胺，并且所述两性聚丙烯酰胺具有-1500000-6000000g/mol的质均分子量MW，和-4-15mol％的总离子性，由此聚合物产品具有至少为60重量％的聚合物含量。2.根据权利要求1所述的聚合物产品，其特征在于，所述两性聚丙烯酰胺的质均分子量为2000000-5000000g/mol，优选2500000-4500000g/mol，更优选2700000-4300000g/mol。3.根据权利要求1或2所述的聚合物产品，其特征在于，所述两性聚丙烯酰胺是线性聚丙烯酰胺。4.根据权利要求1、2或3所述的聚合物产品，其特征在于，所述聚合物产品的聚合物含量为70-98重量％、优选75-95重量％、更优选80-95重量％、甚至更优选85-93重量％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物产品，其特征在于，所述两性聚丙烯酰胺具有净阳离子电荷。6.根据权利要求1至5中任一项所述的聚合物产品，其特征在于，所述两性聚丙烯酰胺中的10-90％、优选30-90％、更优选50-85％、甚至更优选60-80％的带电基团为阳离子性的。7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的聚合物产品，其特征在于，所述两性聚丙烯酰胺的总离子性为4-15mol％、优选5-13mol％、更优选6-12mol％、甚至更优选6-10mol％。8.根据前述权利要求1-7中任一项所述的聚合物产品，其特征在于，所述两性聚丙烯酰胺中的阳离子基团源自选自以下的单体：2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯(ADAM)、[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)、2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯氯化苄、2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯硫酸二甲酯、2-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯(MADAM)、2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(MADAM-Cl)、2-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯硫酸二甲酯、[3-(丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·卡比，马蒂·希耶塔涅米，A·莱波，基莫·斯特恩吉里，
申请(专利权)人：凯米罗总公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI