CN101730768A - 处理纸产品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种处理纸产品的方法，该方法包括：提供包括木质素水溶液的混合物，该水溶液的浓度和pH使得基本所有木质素被溶解；用阳离子聚合物处理纸产品；然后用木质素混合物处理纸产品。

Description

处理纸产品的方法
技术领域
本发明涉及处理纸产品以向该材料提供抗湿和/或抗油屏障的方法，和用该方法处理的纸产品。
背景技术
描述本发明将主要涉及纸包装产品。然而，可以理解本发明的方法可用于处理任意所需的纸产品以提供抗湿和/或抗油屏障。
在本发明的说明书中，术语″纸产品″包括任意由纤维素纸浆形成或衍生自纤维素纸浆的材料。该材料包括纸、盒纸板、纸板、瓦楞箱、回收的纸产品等等。
公知涂布或层压纸产品以提供抗湿和/或抗油和抗脂屏障。蜡是通常使用的纸涂层。上过蜡的纸不能被回收，使用过的上过蜡的纸或被作为垃圾丢弃或被焚化。这些选择在环境上都是不可接受的。
也可将纸产品与塑料膜(如聚乙烯和聚丙烯)一起层压。回收这些材料需要从纸上分离塑料层压材料。这增加了回收成本，以及丢弃或回收分离出来的塑料的额外负担。此外，并不是所有的纸回收操作具有这种便利，因而很大部分的层压的纸产品未被回收。
很显然，需要提供上过蜡的涂层和/或塑料层压材料的替代品，且该替代品涂层是可回收的。
木质素以及纤维素和多糖是木本植物细胞壁的主要成分。
已被接受的观点是：通过醚和碳-碳键互相连接的苯基丙烷(即，C9)重复单元占木质素组成的大部分。
Figure G200880024039XD00021
A苯基丙烷(C9单元)
木本植物由反式-对-香豆醇(trans-p-coumaryl alcohol)、反式-松柏醇、和反式-芥子醇通过酶脱氢作用引发的自由基交联法合成木质素。部分含有芳环和芳族取代基的苯基丙烷单元分别被称为对-羟苯基(H)、愈创木基(G)和紫丁香基(syringyl)(S)。
反式-对-香豆 醇   反式-松柏醇    反式-芥子醇
木质素前体(即，低聚醇(olignol))
每种类型的植物、禾草、软木、和硬木产生富含一种苯基丙烷重复单元的木质素。蔗渣木质素(本发明中使用的优选木质素类型)为禾草木质素并具有比软木和硬木更高比例的对-羟苯基木质素基团和较低的甲氧基含量(即，在芳环上空的邻位和对位)。
已研究了在溶液中纤维素纤维上的木质素吸收。观察到在形成产品前，可通过向纸浆顺序添加阳离子淀粉和胶态木质素得到具有改进的抗水性的纸产品。阳离子淀粉的使用负向调节纤维表面上的负电荷，在正常情况下防止木质素粘合在其上。
所需的是处理形成的纸产品以改进其抗水性。
因此，本发明涉及使用木质素来处理纸材料以改进其抗水和/或抗油性。
发明内容
根据本发明的第一个宽范围的形式，其提供一种处理纸产品的方法，该方法包括提供pH为至少约8并包括至少一些可溶木质素的水性木质素混合物，以及将该混合物应用于纸产品。
可用任意合适的方式处理纸产品，包括浸渍、浸湿、喷雾、卷边、涂漆等等。
根据本发明的另一宽范围的形式，其提供一种处理纸产品的方法，该方法包括：提供包括木质素水溶液的混合物，该水溶液的浓度和pH使得基本所有木质素被溶解；用阳离子聚合物处理纸产品；然后用木质素混合物处理纸产品。
用于处理阳离子淀粉和木质素的两个处理步骤可相同或不同。
本发明人已观察到当先用阳离子淀粉然后用胶态木质素处理形成的纸产品时，接触角实际上降低至低于对比，或换而言之，润湿性(wetability)实际上增加了。这与以上讨论的背景技术的期望相反。然而不想被理论所束缚，本发明人相信胶态木质素颗粒被粘合至纤维素纤维的表面以使得非粘合的纤维素表面存在带电荷的亲水表面，使得综合效果是亲水的。令本发明人惊讶和意外的发现通过保证大部分木质素为溶解形式，可改进纸产品表面的润湿性和/或抗油性。然而不想被理论所束缚，据信溶解的木质素可被吸收入纤维素纤维的孔中。
木质素不溶解于水，但可在较高的pH下溶解。在较高的pH下木质素带有负电荷。水性木质素混合物可含有溶解的和/或胶态形式的木质素，其中在较高的pH下溶解的形式占主导地位。木质素完全溶解时的pH取决于多种因素，如木质素类型(例如它的来源和提取过程)、浓度和温度。确定木质素为溶解的或胶态形式的方法是本领域技术人员公知的。该方法包括使用扫描电子显微镜以确定任意相边界的存在。不存在相边界则表示仅存在溶解的木质素。另一种方法为仅过滤溶液和确定量，是否残留任意残留物。
术语″基本所有木质素被溶解″意味着至少约80重量％的木质素是溶解的形式，优选至少90重量％和最优选接近100重量％。
木质素溶液通常的pH为高于约9。优选的范围为约9.5至约11。通常的木质素浓度为约0.02g·L-1至约20g·L-1，优选约0.02g·L-1至约2g·L-1。
优选将木质素溶解在铵溶液中。使用铵溶液的优点在于氨可在干燥和/或固化过程中挥发。
阳离子聚合物可为任意合适的聚合物，包括三甲基氨乙基丙烯酸酯氯化物(TMAEAC)和二烯丙基二甲基氯化铵(diallyldeimethylammonium chloride)(DADMAC)的均聚物、TMAEAC-丙烯酰胺的共聚物。优选的聚合物为阳离子淀粉，通常水解度为10％至30％。通常，阳离子聚电解质以约100ppm至约200ppm，优选约200ppm至约1000ppm的范围存在。
木质素处理步骤可在温度高至约65℃下进行。
优选经过处理后，将纸产品加热至温度为约80℃至约100℃。这样除去氨并固化涂层。可通过任意合适的方式进行加热，通常在烘箱中进行。
本发明人也发现，在交联剂存在下，通过用木质素处理纸产品，可得到有效的屏障。
根据本发明另一优选的形式，这里提供一种处理纸产品的方法，该方法包括：提供水性木质素混合物，该混合物的木质素浓度和pH使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在；向木质素混合物添加交联剂；用混合物处理纸产品；和使得混合物固化。
交联剂指具有至少两个官能团的试剂，其中至少一个官能团能与羟基形成键。
通常pH为约8至约10。混合物中的木质素浓度通常为约10重量％至约30重量％，最优选约20重量％。这些浓度通常高于在本发明的第一个宽范围的形式中使用的浓度。将理解考虑到可存在一定量的胶态木质素的事实，可容许更高浓度。估计在约pH10下，胶态木质素的量为约10重量％。
胶态材料优选的颗粒尺寸为约20至约50nm，优选约30nm。本发明人已观察到含有在该尺寸范围内的木质素颗粒的分散体能渗透表面，特别是含有纤维素纤维的那些表面，具有形成膜和稳定混合物的能力，并具有充分的流变和粘弹性能。
在更高浓度，可能需要向混合物加入增塑剂以改进熔体流动特性和提供可用的涂层混合物。合适的增塑剂为多元醇。优选的多元醇为用于与食物一起使用的那些。常用多元醇包括乙氧基化的脱水山梨醇酯，例如聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单-油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯和聚氧乙烯脱水山梨醇三硬脂酸酯。其他优选的多元醇为分子量为约4000至约10000，优选约6000的聚乙二醇。
优选的交联剂为双官能化合物，其具有与羟基反应的第一官能团和具有双键的第二官能团。然而不想被理论所束缚，本发明人相信该羟基反应性基团与纤维素形成酯键合，该双键与木质素形成键。
合适的化合物例子为如下化合物(1)至(4)：
Figure G200880024039XD00051
其中R1为具有至少一个双键的C3至C24支化或非支化的链，R2为H或具有1至6个碳原子的较低级的烷基。特别优选的化合物为通式1和2所示的那些，分别被称为链烯基琥珀酸酐和烷基乙烯酮二聚体(dimmer)。特别优选的为链烯基琥珀酸酐，如十二炔基(dodecynyl)琥珀酸酐、十六炔基琥珀酸酐、十八炔基琥珀酸酐或其中任意两种或更多种的混合物。
通常交联剂在混合物中的存在量为约0.1重量％至约4wt％，优选约0.1重量％至约1重量％。
根据本发明的另一宽范围的形式，这里提供一种用于处理纸产品的组合物，该组合物包括以使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在的浓度和pH混合在水溶液中的木质素，和交联剂。
优选在以如上本发明的第一宽范围的形式中所述的方式用木质素混合物处理前，用阳离子聚合物预处理纸产品。
处理后，使得混合物固化。这通常在高温下(通常为约80至约100℃)进行。
本发明人也预料之外地发现，在处理纸产品前，向木质素溶液添加能够温度依赖地自组装的两亲聚合物也将提供可接受的涂层。
根据本发明的另一宽范围的形式，这里提供一种处理纸产品的方法，该方法包括：提供木质素的水性混合物，其浓度和pH使得至少部分木质素以溶解的形式存在；向木质素混合物添加两亲聚合物，该两亲聚合物能够温度依赖地自组装，以使得其随着温度增加变得更为憎水；用该混合物处理该纸产品；和使得混合物固化。
两亲物具有亲水部分和憎水部分。在水溶液中，两亲物自组装以使得亲水部分与水分子接触。温度能影响两亲分子在溶液中或在表面分子上的取向。
优选的两亲聚合物为硅氧烷多元醇(silicone polyol)。硅氧烷多元醇的结构包括已定义的憎水和亲水部分。憎水部分包括一个或多个二烃基硅氧烷单元。多元醇的亲水部分可包括一个或多个极性部分，所述极性部分包括离子基团，如硫酸盐、磺酸盐、膦酸盐、磷酸酯、羧酸盐、碳酸盐、磺基琥珀酸盐、牛磺酸盐、氧化膦(作为游离酸、盐或酯)、甜菜碱、甜菜碱共聚多元醇、或季铵盐。离子亲水部分也可包括离子官能化的硅氧烷接枝，包括聚电解质。含有那些基团的硅氧烷表面活性剂包括例如聚二甲基硅氧烷-接枝-(甲基)丙烯酸盐、聚二甲基硅氧烷-接枝-聚丙烯酸酯盐和聚二甲基硅氧烷接枝的季胺。
亲水部分的极性部分可包括由聚醚形成的非-离子基团，如聚环氧乙烷(PEO)，和混合的聚环氧乙烷/聚环氧丙烷聚醚(PEO/PPO)；单-和二糖；和水-溶解的杂环化合物如吡咯烷酮。在混合的聚环氧乙烷/聚环氧丙烷聚醚中，环氧乙烷与环氧丙烷的比例(EO/PO)可变，从约10重量％EO至100重量％EO。
亲水部分也可包括离子和非离子部分的组合。该部分包括，例如，离子端-官能化的或无规官能化的聚醚或多元醇。
憎水和亲水部分的排列可采用二嵌段聚合物(AB)、三嵌段聚合物(ABA)的形式，其中″B″代表分子的硅氧烷部分，或多-嵌段聚合物。硅氧烷多元醇可替换地包括接枝聚合物。术语″接枝聚合物″指聚合物包括带有一个或多个聚合官能度物种的分子，其作为侧链连接至聚合物主链，其中该侧链或接枝具有不同于聚合物主链特性的结构或官能特性。每个连接至聚合物主链的聚合官能度接枝为″悬垂″基团。该接枝的结构可为线性、支化或环状的。
在本发明的实践上可用的接枝聚合物可包括二烃基硅氧烷单元的憎水聚合物主链，一个或多个亲水接枝键合于其上。在聚合物主链上包括多个接枝的结构为″耙″型结构(也称作“梳”)。以下将″耙″型结构与ABA结构比较。
Figure G200880024039XD00071
硅氧烷多元醇
Figure G200880024039XD00072
ABA结构
特别优选的耙硅氧烷多元醇为其中亲水物通式为C3H6O-(EO)m-(PO)n-R的一种；
其中EO为环氧乙烷-[CH2-CH2-O]m-；PO为环氧丙烷-[CH2-CH(CH3)-O]n-，m和n其中之一(不是两个)可为0，R为甲基、乙基、丁基或丙基。选择X、y、m和/或n以使得多元醇的分子量为约2000至约10000，通常的为约4000至约6000。特别优选的为来自Genesee的耙硅氧烷多元醇。
三硅氧烷为其他结构类型，涉及耙-型结构。代表性的三硅氧烷结构描述如下。
分子的硅氧烷部分相对于二烃基硅氧烷单元可为聚合或低聚的。表面活性剂分子的硅氧烷部分可包括线性、支化或环状的结构。
另一合适的两亲(amphiphatic)聚合物为N-乙烯基己内酰胺共聚物。合适的共聚单体为乙酸乙烯酯。
通常两亲物在混合物中的含量为0.5至约4％，优选约1至约2％。
混合物可包括胶态形式的木质素。优选的颗粒尺寸以及胶态的木质素对溶解的木质素的相对量与上述相似。
经过处理后，使得混合物固化。这通常在高温下(通常为约80℃至约100℃)进行。
根据本发明的另一优选的形式，这里提供一种用于处理纸产品的组合物，该组合物包括以使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在的浓度和pH混合在水溶液中的木质素，和能够温度依赖地自组装至木质素混合物从而使得该聚合物随着温度增加变得更为憎水的两亲聚合物。
用于本发明的每个具体实施方案的优选木质素衍生自非-木材源。特别优选的木质素衍生自蔗渣。也优选通过碱法制浆或有机溶剂法(organosolv process)从蔗渣的纤维素组分中分离出木质素。有机溶剂法使用有机溶剂如乙醇水溶液以分离木质素。碱法在压力下使用苛性钠。通过这些方法得到的木质素据信特别适用于本发明的方法和组合物，因为与用常规牛皮纸浆制法(kraft process)分馏得到的木质素相比，其具有相对低的分子量和更窄的分子量分布。这些木质素也倾向于更憎水。
附图说明
图1为用本发明优选的方法和组合物涂布的纸产品的照片；和
图2为用本发明优选的方法和组合物处理的纸产品的SEM显微照片。
具体实施方式
木质素纯化
在190℃在帕尔反应器中，将蔗渣与乙醇水溶液一起制浆，生产出黑色液体和纸浆。然后将该液体稀释并加热以回收木质素。通过过滤得到木质素，将其空气干燥并另外在真空烘箱中在60℃干燥过夜。然后将粗木质素溶解在0.1M苛性钠溶液中，并将所得溶液在搅拌下加热至40℃维持30分钟。然后通过用硫酸酸化至pH为5.5-6重新沉淀木质素。通过用这种方式纯化木质素，减少了蛋白质、多糖、类脂和灰杂质的量。
底材制备
通过在～23℃、45℃或60℃将其完全浸没在含有CS溶液的烧杯中～1h预处理底材。这样操作之后，将底材移出，并使得过量的溶液滴下，然后放平以空气干燥。这需要～40分钟。然后，经过预处理的底材或完全浸没在木质素溶液烧杯中5分钟，或使用海绵滚筒机械施用木质素溶液涂层。与淀粉溶液类似，在多种温度下(从室温至65℃)施用木质素。然后使用电吹风干燥涂布的底材，然后在烘箱中在100℃进一步干燥过夜。将涂布的底材夹在两格玻璃之间，并夹住以试图逆转在烘箱干燥过程中发生的明显的卷曲。这为接触角测量提供了平的表面。
接触角测量
样品的接触角代表液滴的液体/蒸气界面遇到固体表面时的角度。使用视频接触角装置测量该值，其使用杨-拉普拉斯方程计算该值，并加入接触角测角计以用于液滴的视觉分析。
对于任意给定的体系，接触角是特定的，并通过三个界面(液体，蒸气和固体)的相互作用确定。在极端亲水表面上，水滴将完全展开，得到有效的接触角为0°。而在憎水表面上，观察到大的接触角，通常落在70°至90°的范围内。一旦得到150°的接触角，该表面将被认为是超级憎水，水滴有效地停留在表面上，而基本不润湿表面。
在本研究中，使用接触角测量来定量处理过的底材的性质。图1为水滴在木质素涂布的底材上的照片。
对每种制备的底材在至少2(且最高达5)个不同位置测量接触角以确保得到平均值。对大部分底材，得到的值表示静态值，因为观察到随着时间推移接触角不变。然而，对于那些(更不成功的)底材，其接触角的确随着时间推移减小，在圆括号中指示第二个值。该值描述了一旦液体似乎已经停止展开就得到的角，通常在初始冲击的1-1.5分钟之后测量。
水吸收测量
使用′5分钟浸泡试验′定性测量底材的相对吸水性质。将底材浸没在超纯水溶液中5分钟。然后将该样品从溶液中移出，并在两层(lavers)纸巾之间轻拍干燥，以除去任意过量的表面水分，然后再次记录其质量。使用干燥和湿润的底材质量之间的差来计算其由于吸水记录的质量增加的百分比。
涂层厚度
试图测量木质素/阳离子淀粉涂层的大致厚度，使用扫描电子显微镜(SEM)分析了多个涂布的样品和对比样品。
使用剃刀刀片来切割一小部分样品，以能够观察到新鲜的、干净切割的垂直截面。认为这样可产生清楚可见的底材和涂层之间的相边界，使得可以测量涂层厚度。
对阳离子淀粉的初步结论
溶液制备
用于该研究的阳离子淀粉(CS)为Swift and Co.提供的WISPROFLOC P。制备了三种浓度的CS溶液：80ppm、250ppm和1,000ppm。在使用前，将这些溶液加热到所需的温度。
制备了三种浓度的在0.1M氨溶液中的木质素溶液：0.2g·L-1、2.0g·L-1和200g·L-1。将其搅拌过夜。紧紧盖住含有木质素溶液的烧杯以防止氨的损失。含有0.2g·L-1和2.0g·L-1的木质素溶液的pH为10.2-10.8。然而，对200g·L-1的木质素溶液，仅在施用前使用氨溶液将pH从7.4升高至8。
结果
接触角和水吸收结果
两种木质素样品，其一称为深色/精细，另一称为浅色/粗糙，两者均通过乙醇水溶液提取得到(见表5.1)。样品的区别仅在于将其从原始蔗渣中提取所用的乙醇的浓度，以及制浆时间。
表1木质素溶液组合物
  溶液代码   木质素的类型   木质素浓度(g·L-1)   pH
  S1   深色/精细   0.2   10.8
  S2   深色/精细   2.0   10.4
  S3   浅色/粗糙   0.2   未测
  S4   深色/精细   200   7.4(调节至8.2)
在表5.2中使用的底材代码确定制备各种底材中涉及的过程变量。例如，底材250-R-60使用250ppm CS溶液在室温(R)制备，然后用木质素溶液在60℃处理。
表2包括对所有制备的测试样品观察到的接触角，以及对未处理的样品观察到的接触角(91°)，和对在100℃下在烘箱中加热过夜的未处理的样品观察到的接触角(101°)。经处理的样品的接触角在90°-118°的范围内。用200g·L-1的木质素浓度制备的底材的接触角在水滴初始冲击时是很可接受的，但经过几分钟的过程后大幅减少。该影响可联系至溶液的pH，其为～8.2(与对其他木质素浓度为10.2至10.8的pH值相比)。在该pH和浓度下，大部分木质素将为胶态形式。
表2对经处理的和未处理的底材的接触角
Figure G200880024039XD00121
Figure G200880024039XD00131
表3给出未处理的底材和CS处理的底材的吸水结果。CS处理的底材的质量增加的范围是53％-69％，稍稍低于未处理的底材(即对比)。
表3未处理的底材和CS处理的底材的吸水结果
  底材代码   质量增加(％)
  对比   72
  250-R   53
  250-60   69
  1000-R   55
  1000-60   59
表4给出木质素涂布的底材的吸水结果。质量增加为52％至64％，稍稍低于未处理的底材。
表4经木质素处理的底材的吸水结果
Figure G200880024039XD00141
SEM分析
使用SEM确定任意涂层的厚度被证明是不成功的，因为没有观察到明显的相边界。这可能是因为，至少对于稀释的木质素溶液而言(0.2g·L-1和2.0g·L-1)，木质素大分子仅占据底材纤维之间的孔隙和空间。SEM显微照片如图2所示。
其他实施例
在每个其他实施例中，将涂层漆在底材上并在80°至100℃的温度下固化一段足以固化该配方的时间。
实施例1
通过混合木质素与氨溶液使得pH为10来制备木质素溶液。然后将该溶液配成由表1所示的组分组成的制剂。溶液温度为25℃至60℃。
木质素/硅多元醇涂层配方
  组分   重量％
  木质素   20
  Genesee 218   2
  氨溶液   78
在1-2分钟以后测量经涂布的底材的接触角，以考虑到水滴的展开以及该水的渗透。经涂布的纸的接触角为132°。
实施例2
如下所述将实施例1的木质素溶液加入制剂中。
木质素/硅多元醇涂层制剂
  组分   重量％
  木质素   20
  Genesee 218   4
  氨溶液   78
在1-2分钟以后测量的经涂布的纸的接触角为134°。
实施例3
如下所述将实施例1的木质素溶液加入制剂中。
木质素/硅多元醇涂层制剂
  组分   重量％
  木质素   20
  Genesee 226   2
  氨溶液   78
在1-2分钟之后测量的经涂布的纸的接触角为115°。
实施例4
如下所述将实施例1的木质素溶液加入制剂中。
木质素/多元醇/ODSA涂层制剂
  组分   重量％
  木质素   20
  聚乙二醇6000   2
  ODSA   0.3
  氨溶液   77.7
在1-2分钟之后测量的经涂布的纸的接触角为125°。吸水37％；对比51％。Kit测试，4。水蒸气传输速率(WVTR)468gm2/24小时。
实施例5
如下所述将实施例1的木质素溶液加入制剂中。
木质素/多元醇/ODSA涂层制剂
  组分   重量％
  木质素   20
  聚乙二醇6000   4
  ODSA   0.6
  氨溶液   75.4
在1-2分钟之后测量的经涂布的纸的接触角为115°。吸水31％；对比51％。Kit测试，4。水蒸气传输速率(WVTR)460gm2/24小时。
实施例6
如下所述将实施例1的木质素溶液加入制剂中。
木质素/阳离子淀粉涂层制剂
  组分   重量％
  木质素   0.02
  氨溶液   99.98
使得纸底材与～0.025g·L-1的阳离子淀粉(WISPROFLOC P)接触。
在1-2分钟之后测量的经涂布的纸的接触角为108°。
实施例7
如下所述将实施例1的木质素溶液加入制剂中。
木质素/阳离子淀粉涂层制剂
  组分   重量％
  木质素   0.2
  氨溶液   99.8
使得纸底材与～0.1g·L-1的阳离子淀粉(WISPROFLOC P)接触。
在1-2分钟之后测量的经涂布的纸的接触角为112°。
可以看出，本发明的方法和组合物可增加纸板产品表面的接触角。从上述实施例中也可以看出经处理的纸产品具有可接受的kit值。kit值代表表面抵御脂和油的能力。
经本发明处理的纸产品可回收和生物可降解。由于混合物和溶液为水性，使用本发明避免了使用目前用于纸涂层工业上的有机溶剂。因此本发明可减少排放入环境的挥发性的有机化合物和有害的空气污染物的量。
在本说明书和权利要求书中，应当将术语″包括(comprising)″理解为具有广泛的含义，类似于术语″包括(including)″，应将其理解为暗示所述整数或步骤，或整数或步骤的组的总括，而不排除任意其他整数或步骤，或整数或步骤的组。该定义也适用于术语″包括(comprising)″的变形如″包括(comprise)″和″包括(comprises)″。
应当理解可对在此说明和要求权利的本发明做出多种变形和改进，而不背离本发明的精神和范围。

Claims (49)

1.一种处理纸产品的方法，该方法包括：
提供包括木质素水溶液的混合物，该水溶液的浓度和pH使得至少约80重量％的木质素被溶解；
用阳离子聚合物处理纸产品；然后用木质素混合物处理纸产品。
2.一种处理纸产品的方法，该方法包括：
提供包括木质素水溶液的混合物，该水溶液的浓度为约0.02g·L-1至约20g·L-1，pH为约9.5至约11，其中至少约80重量％的木质素被溶解；
用阳离子聚合物处理纸产品；然后用木质素混合物处理纸产品。
3.如权利要求1所述的方法，其中溶液的pH为约9.5至约11。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中至少约90重量％的木质素被溶解。
5.如权利要求1、3或4任一项所述的方法，其中木质素浓度为约0.02g·L-1至约20g·L-1。
6.如权利要求1至4任一项所述的方法，其中木质素浓度为约0.02g·L-1至约2g·L-1。
7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其中阳离子聚合物为阳离子淀粉。
8.如权利要求7所述的方法，其中阳离子淀粉的水解度为10％至30％。
9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其中阳离子聚合物的含量为约100ppm至约200ppm，优选约200ppm至约1000ppm。
10.如权利要求1至8任一项所述的方法，其中水溶液包括氨。
11.如权利要求1至9任一项所述的方法，其中在用木质素混合物处理之后，将纸产品加热至温度为约80℃至约100℃。
12.如权利要求1至11任一项所述的方法，其中木质素由甘蔗蔗渣得到。
13.如权利要求12所述的方法，其中通过有机溶剂法或碱法从蔗渣中分离出木质素。
14.一种纸产品，所述纸产品使用如权利要求1至13任一项所述的方法处理。
15.一种处理纸产品的方法，该方法包括：
提供水性木质素混合物，该混合物的木质素浓度和pH使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在；
向木质素混合物添加交联剂；
用该混合物处理纸产品；和
使得混合物固化。
16.一种处理纸产品的方法，该方法包括：
提供水性木质素混合物，该混合物的木质素浓度为约10重量％至约30重量％，pH为约8至约10，使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在；
向木质素混合物添加交联剂；
用该混合物处理纸产品；和
使得混合物固化；
其中交联剂包括至少一种双官能化合物，该双官能化合物具有与羟基反应的第一官能团和具有双键的第二官能团。
17.如权利要求15所述的方法，其中混合物的pH为约8至约10。
18.如权利要求13或16所述的方法，其中在混合物中的木质素浓度为约10重量％至约30重量％。
19.如权利要求15、17或18任一项所述的方法，其中交联剂包括至少一种双官能化合物，该双官能化合物具有与羟基反应的第一官能团和具有双键的第二官能团。
20.如权利要求15至19任一项所述的方法，其中胶态木质素的颗粒尺寸为约20至约50nm，优选约30nm。
21.如权利要求15至20任一项所述的方法，其中在混合物中交联剂的含量为约0.1至约4％，优选约0.1重量％至约1重量％。
22.如权利要求15至21任一项所述的方法，其中至少一种交联剂选自下列化合物：
Figure F200880024039XC00031
Figure F200880024039XC00041
其中R1为具有至少一个双键的C3至C24支化或非支化的链，R2为H或具有1至6个碳原子的较低级的烷基。
23.如权利要求22所述的方法，其中该至少一种交联剂为链烯基琥珀酸酐或烷基乙烯酮二聚体。
24.如权利要求23所述的方法，其中链烯基琥珀酸酐选自：十二炔基琥珀酸酐、十六炔基琥珀酸酐、十八炔基琥珀酸酐或其中两种或两种以上的混合物。
25.如权利要求15至24任一项所述的方法，其中水溶液包括氨。
26.如权利要求15至25任一项所述的方法，其中固化在约80℃至约100℃的温度下发生。
27.如权利要求15至26任一项所述的方法，其中木质素混合物还包括增塑剂。
28.如权利要求27所述的方法，其中增塑剂为多元醇。
29.如权利要求15至28任一项所述的方法，其中木质素由甘蔗蔗渣得到。
30.如权利要求29所述的方法，其中通过有机溶剂法或碱法从蔗渣中分离出木质素。
31.一种纸产品，所述纸产品使用如权利要求15至30任一项所述的方法处理。
32.一种用于处理纸产品的组合物，该组合物包括以使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在的浓度和pH混合在水溶液中的木质素，和交联剂。
33.一种用于处理纸产品的组合物，该组合物包括混合在水溶液中的木质素，其浓度为约10重量％至约30重量％和pH为约8至约10，使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在，以及交联剂，其中交联剂包括至少一种双官能化合物，该双官能化合物具有与羟基反应的第一官能团和具有双键的第二官能团。
34.使用如权利要求32或33所述的组合物处理纸产品的用途。
35.一种处理纸产品的方法，该方法包括：
提供木质素的水性混合物，其浓度和pH使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在；
向木质素混合物添加两亲聚合物，该两亲聚合物能够温度依赖地自组装，以使得其随着温度增加变得更为憎水；
用该混合物处理该纸产品；和
使得混合物固化。
36.一种处理纸产品的方法，该方法包括：
提供木质素的水性混合物，其浓度为约10重量％至约30重量％和pH为约8至约10，使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在，和硅氧烷多元醇；
用该混合物处理该纸产品；和
使得混合物固化。
37.如权利要求35所述的方法，其中两亲聚合物为硅氧烷多元醇。
38.如权利要求36或37所述的方法，其中硅氧烷多元醇具有通式：
Figure F200880024039XC00061
其中亲水物具有通式：
C3H6O-(EO)m-(PO)n-R；
其中EO为环氧乙烷-[CH2-CH2-O]m-；PO为环氧丙烷-[CH2-CH(CH3)-O]n-，m和n其中之一可为0，但不可两个都为0，R为甲基、乙基、丁基或丙基；选择X、y、m和/或n以使得多元醇的分子量为约2000至约10000，通常的为约4000至约6000。
39.如权利要求35至38任一项所述的方法，其中胶态木质素颗粒尺寸为约20至约50nm，优选约30nm。
40.如权利要求35至39任一项所述的方法，其中水溶液包括氨。
41.如权利要求35至40任一项所述的方法，其中在混合物中两亲聚合物的量为0.5重量％至约4重量％，优选约1重量％至约2重量％。
42.如权利要求35至41任一项所述的方法，其中固化在约80℃至约100℃的温度下发生。
43.如权利要求35至42任一项所述的方法，其中木质素由甘蔗蔗渣得到。
44.如权利要求43所述的方法，其中通过有机溶剂法或碱法从蔗渣中分离出木质素。
45.一种纸产品，所述纸产品使用如权利要求35至44任一项所述的方法处理。
46.一种用于处理纸产品的组合物，该组合物包括：混合在水溶液中的木质素，其浓度和pH使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在；以及两亲聚合物，该两亲聚合物能够温度依赖地自组装至木质素混合物从而使得聚合物在干燥时变得更为憎水。
47.一种用于处理纸产品的组合物，该组合物包括：混合在水溶液中的木质素，其浓度为约10重量％至约30重量％，pH为约8至约10，使得木质素以溶解的形式和胶态形式存在；和硅氧烷多元醇。
48.使用如权利要求46或47所述的组合物处理纸产品的用途。
49.一种处理纸产品的方法，该方法包括提供pH为至少约8和包括至少一些溶解的木质素的水性木质素混合物，和将该混合物施用至纸产品。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108138440A (zh) * 2015-07-07 2018-06-08 索理思科技公司 用于抑制有机污染物沉积在纸浆和造纸系统中的方法
CN111254741A (zh) * 2020-02-26 2020-06-09 上海昶法新材料有限公司 一种干强剂及其制备方法和应用
CN116334950A (zh) * 2023-03-27 2023-06-27 安徽普尔德无纺科技有限公司 一种擦手纸用胶生产工艺

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8496784B2 (en) * 2011-04-05 2013-07-30 P.H. Glatfelter Company Process for making a stiffened paper
US9133583B2 (en) 2011-04-05 2015-09-15 P.H. Glatfelter Company Process for making a stiffened paper
ES2924876T3 (es) * 2011-12-09 2022-10-11 Upm Kymmene Corp Método para preparar un componente de lignina, componente de lignina y su uso y producto
FI123934B (en) * 2012-03-29 2013-12-31 Upm Kymmene Corp Use of low molecular weight lignin to prepare a binder composition
US20150144829A1 (en) * 2012-06-01 2015-05-28 Stora Enso Oyj Composition in the form of a dispersion comprising a lignin, a method for the manufacturing thereof and use thereof
US10544545B2 (en) 2013-10-18 2020-01-28 Queensland University Of Technology Lignin-based waterproof coating
FR3015988B1 (fr) * 2013-12-27 2022-11-11 Arjo Wiggins Fine Papers Ltd Impregnation d'un papier a l'aide d'un fluide supercritique
US9850623B2 (en) 2014-11-26 2017-12-26 Sally KRIGSTIN Water, grease and heat resistant bio-based products and method of making same
KR102469489B1 (ko) * 2016-05-03 2022-11-22 솔레니스 테크놀러지스, 엘.피. 생체중합체 사이징제
US11041273B2 (en) 2017-03-15 2021-06-22 Sca Forest Products Ab Method of preparing a sizing boost additive
CN113583254B (zh) * 2021-07-28 2022-08-02 南京工业大学 一种可交联型木质素及其制备方法与在橡胶复合材料中的应用

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2558634A (en) * 1949-02-09 1951-06-26 Du Pont Paper impregnating or saturating composition
GB1301100A (en) * 1969-04-18 1972-12-29 Unilever Nv Treatment of paperboard
US3758377A (en) * 1971-05-06 1973-09-11 Georgia Pacific Corp Treated paper sheet
FI83348C (fi) * 1987-03-09 1996-01-09 Metsae Serla Oy Foerfarande foer framstaellning av produkter ur lignocellulosamaterial
CA2059256A1 (en) * 1992-01-13 1993-07-14 David Arthur Aston Pitch control
US5647956A (en) * 1993-05-28 1997-07-15 Calgon Corporation Cellulosic, modified lignin and cationic polymer composition and process for making improved paper or paperboard
GB9610955D0 (en) * 1996-05-24 1996-07-31 Hercules Inc Sizing composition
US5753078A (en) * 1996-06-07 1998-05-19 Cartons St-Laurent, Inc./St. Laurent Paperboard, Inc. Method of making surface coated or impregnated paper or paperboard
US5969011A (en) * 1997-02-05 1999-10-19 Akzo Nobel Nv Sizing of paper
US20020084045A1 (en) * 1998-11-12 2002-07-04 Dimitris Ioannis Collias Compositions for improving physical strength properties and humidity resistance of paper products
US6281350B1 (en) * 1999-12-17 2001-08-28 Paper Technology Foundation Inc. Methods for the reduction of bleeding of lignosulfonates from lignosulfonate-treated substrates
CN1262710C (zh) * 2000-04-12 2006-07-05 赫尔克里士公司 纸张施胶组合物
US6846384B2 (en) * 2000-08-07 2005-01-25 Akzo Nobel N.V. Process for sizing paper
EP1392770A4 (en) * 2001-04-18 2004-07-14 Plantic Technologies Ltd BIODEGRADABLE POLYMER
US20060254738A1 (en) * 2005-05-16 2006-11-16 Anderson Kevin R Cationic crosslinked starch containing compositions and use thereof
CN100381534C (zh) * 2006-05-09 2008-04-16 山东泉林纸业有限责任公司 一种木质素环保型粘合剂及其制备方法
CA2677862C (en) * 2007-02-07 2015-09-01 Queensland University Of Technology Fractionation of a lignocellulosic material

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108138440A (zh) * 2015-07-07 2018-06-08 索理思科技公司 用于抑制有机污染物沉积在纸浆和造纸系统中的方法
CN108138440B (zh) * 2015-07-07 2023-07-07 索理思科技公司 用于抑制有机污染物沉积在纸浆和造纸系统中的方法
CN111254741A (zh) * 2020-02-26 2020-06-09 上海昶法新材料有限公司 一种干强剂及其制备方法和应用
CN116334950A (zh) * 2023-03-27 2023-06-27 安徽普尔德无纺科技有限公司 一种擦手纸用胶生产工艺

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0813493A2 (pt) 2015-01-06
ZA201000235B (en) 2010-09-29
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CA2692694A1 (en) 2009-01-22
WO2009009821A1 (en) 2009-01-22
JP2010533249A (ja) 2010-10-21
BRPI0813493A8 (pt) 2016-01-12
AU2008278265A1 (en) 2009-01-22
EP2014829A1 (en) 2009-01-14
US20100166968A1 (en) 2010-07-01

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