造纸生产中保留和排水的改进制造技术

本发明专利技术公开了一种在造纸工艺中改进保留和排水的方法。该方法提供了向造纸浆料中添加缔合聚合物、水相容的聚合物及任选的硅质材料。另外，还公开了一种组合物，其包含缔合聚合物和水相容的聚合物并且任选地还包含纤维素纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用絮凝体系从纤维素原料制造纸和纸板的方法。
技术介绍
保留和排水(retention and drainage)是造纸技术的一个重要方面。 己知某些材料在纸和域纸板的生产中可以改进保留和/或排水。纤维素纤维纸张，尤其是纸和纸板的制造，包括1)含无机矿物增量剂或颜料的纤维素纤维的浆料的生产；2)将该浆料沉积在移 动着的造纸网或织物上；以及3)通过排出水分由该浆料的固体组分 形成纸张。在上述步骤后，通过压搾并干燥纸张以进一步除去水分。在形成 纸张步骤之前，通常将有机的和无机的化学物质加入至该浆料，以使 得造纸方法成本更低、速度更快、和/或在最终的纸产品中实现特定 的性能。造纸行业一直力求改善纸张质量，提高生产率，以及降低生产成 本。通常在纤维素浆料到达造纸网或织物之前，向纤维素浆料加入化 学物质以改善排水/脱水和固体保留；这种化学物质被称为助留剂和/ 或助排剂。造纸网或织物上的纤维素浆料的排水或脱水通常是实现更快的 造纸机速度的限制步骤。脱水作用的改善还可以在压榨和干燥步骤中 实现更干燥的纸张，由此节省能源消耗。另外，在造纸方法中的这一 阶段决定了纸张的许多最终性能，助留剂和/或助排剂可能影响最终 纸张的性能特征。至于固体(solids)，在排水和形成纸幅的湍流方法期间，使用造纸 助留剂来提高纸幅中的精细装饰固体(fine fornish solid)的留着量。若 不能充分留着精细固体，它们或者流失于碾磨的流出物中或者在循环 白水环路中聚集至高的水平，从而有可能导致沉淀聚集。另外，留着 不足造成旨在吸附于纤维上的添加剂的流失，从而增加造纸成本。添 加剂可以给纸张提供不透明性、强度或施胶或其它希望得到的性能。传统上已经使用具有阳离子电荷或者阴离子电荷的高分子量 (MW)水溶性聚合物作为助留剂和助排剂。与传统的高分子量水溶性 聚合物相比，无机微米颗粒用作助留剂和助排剂并结合高分子量水溶 性聚合物的最近研究进展表现出优异的保留和排水效力。美国专利 4,294,885和4,388,150公开了与胶体二氧化硅一起使用淀粉聚合物的 方法。美国专利4,643,801和4,750,974公开了阳离子淀粉、胶体二氧 化硅和阴离子聚合物的凝聚层粘合剂的使用。美国专利4，753，710公 开了用高分子量阳离子絮凝剂絮凝纸浆配料(fimiish)，对絮凝的配料 施加诱导剪切力，然后向该配料中引入膨润土。所用聚合物或共聚物的效力取决于组成它们的单体类型、聚合物 基体中单体的排列、合成分子的分子量以及制备方法而改变。最近已经发现水溶性共聚物在特定条件下制备时表现出独特的 物理特性。这些聚合物是在不用化学交联剂的条件下制备的。另外， 共聚物在某些应用中提供了预想不到的活性，包括在造纸工业中用作 例如助留剂和助排剂。在WO 03/050152Al中公开了表现出独特性质 的阴离子共聚物，该专利全部内容以引用方式并入本文中。在编号为10/728,145的美国专利中公开了表现出独特性质的阳离子和两性共聚 物，该专利全部内容以引用方式并入本文中。在本领域中与线性丙烯酰胺共聚物一起使用无机颗粒已为人熟 知。最近的专利公开了这些无机颗粒与水溶性阴离子聚合物(US 6，454，902)或者特殊的交联材料(US 6,454,902、 US 6,524,439和US 6，616，806)的使用。但是，仍需要改进保留和排水的性能。
技术实现思路
本专利技术公开了一种改进造纸工艺中保留和排水的方法。该方法提 供了向造纸浆料中添加缔合聚合物(associative polymer)和水相容的聚合物的方法。另外，本专利技术公开了一种组合物，其包含缔合聚合物和水相容的 聚合物，并且任选地还包含纤维素纤维。另外，本专利技术公开了一种组合物，其包含缔合聚合物、水相容的 聚合物、硅质材料(siliceous material),并且任选地还包含纤维素纤维。具体实施例方式本专利技术提供了在特定条件下制备的水溶性共聚物(本文以下称作 "缔合聚合物")和水相容的聚合物的协同组合。已经惊人地发现这 种协同的组合产生优于单种组分的保留和排水性能。当一起组合使用 各组分时产生协同作用。已经意外地发现与缔合聚合物(例如在WO 03/050152 Al或US 2004/0143039 Al中公开的)与水相容的聚合物组合使用产生改进的保 留和排水性能。本专利技术还提供了一种包含缔合聚合物和水相容的聚合物的新型 组合物。本专利技术还提供了一种包含缔合聚合物、水相容的聚合物和硅质材 料的组合物。本专利技术还提供了一种包含缔合聚合物、水相容的聚合物和纤维素 纤维的组合物。本专利技术还提供了一种包含缔合聚合物、水相容的聚合物、硅质材 料和纤维素纤维的组合物。在纸和纸板的制造中使用多组分系统通过使用对工艺和/或产品 具有不同作用的材料以提高性能。此外，所述组合提供了单组分不能 获得的性质。在本专利技术的多组分系统中发生协同作用。还发现使用缔合聚合物作为助留剂和助排剂在造纸系统中对其 它添加剂的性能有影响。改善的保留和/或排水可能具有直接和间接 的影响。直接影响指助留剂和助排剂起到留着添加剂的作用。间接影 响指助留剂和助排剂通过物理或者化学方法留着添加剂所附着的填 料和精细物。因此，通过增加纸张中留着的填料或精细物的量，以伴 随的方式增加了留着的添加剂的量。术语"填料"指添加到纤维素纸 浆中以提供特定的属性或者成为一部分纤维素纤维的低成本替代品的颗粒状材料，典型地性质上是无机材料。它们较小的尺寸(在0.2-10 微米的量级)、低的长径比和化学性质使其不会被吸附到大的纤维上， 又因太小而不会被包埋入纤维网络也就是纸张中。术语"精细物"指 小的纤维素纤维或纤丝(fibrils)，典型地长度小于0.2 mm和/或能够通 过200目筛网。随着助留剂和助排剂的用量水平增加纸张中留着的添加剂的量 也增加。这就可以使纸张性质增强，给纸张提供了增加的性能属性， 或者允许造纸商降低系统中的添加剂的添加量，从而降低了产品的成 本。另外，降低了这些材料在造纸系统中使用的再循环水、或者白水 中的量。这就降低了那些在特定条件下可能被视为有害(undesirable) 的污染物的材料的量，从而提供更加高效的造纸工艺或者减少用来控制这些有害材料的量的净化剂或其他材料的用量。本文使用的术语"添加剂"指添加到纸浆中给纸张提供特定的属 性和/或改善造纸工艺的效率的材料。这些材料包括但不局限于施胶 剂、湿强度树脂、干强度树脂、淀粉和淀粉衍生物、染料、污染控制 剂、消泡剂和杀菌剂。本专利技术中使用的缔合聚合物可以描述如下具有如下通式的水溶性共聚物组合物 (I)其中B是由一个或多个烯键式不饱和非离子单体的聚合形成的 非离子聚合物段;F是由一个或多个烯键式不饱和阴离子和/或阳离子 单体聚合形成的阴离子、阳离子聚合物段或者阴离子和阳离子聚合物 段的组合；B:F的摩尔％比为95:5 - 5:95;水溶性共聚物是通过油包 水型乳液聚合技术制备的，其使用至少一种由至少一种二嵌段或三嵌 段聚合物表面活性剂组成的乳化表面活性剂，其中所述的至少一种二 嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂与单体的比例为至少约3:100并且其 中；所述油包水型乳液聚合技术包括如下步骤(a)制备单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在造纸工艺中改进保留和排水的方法，其中所述改进包括向造纸浆料中添加缔合聚合物和至少一种水相容的聚合物，其中所述缔合聚合物具有通式：［－Ｂ－ｃｏ－Ｆ－］（Ⅰ）其中Ｂ是包含一个或多个烯键式不饱和非离子单体的非离子聚合物段；Ｆ是包含至少一个烯键不饱和的阴离子或阳离子单体的聚合物段；并且Ｂ∶Ｆ的摩尔百分比为９９∶１－１∶９９；并且其中所述缔合聚合物具有由有效量的选自二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂中的至少一种乳化表面活性剂所提供的缔合性质，并且其中所述至少一种二嵌段或三嵌段聚合物表面活性剂的量与单体的量之比为至少约３∶１０。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA格尔曼，JC哈林顿，FJ萨特曼，
申请(专利权)人：赫尔克里士公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]