CN101981253A - 用于增加造纸机留着和滤水性能的淀粉改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用金属硅酸盐对淀粉改性的方法，以及所述改性淀粉在制备纤维素纤维组合物中的用途。所述方法还涉及加入用金属硅酸盐改性的淀粉的纤维素纤维组合物，如纸和纸板。
Description
技术领域
本发明涉及用金属硅酸盐对淀粉改性，以及所述改性淀粉在制备纤维素纤维组合物中的用途。本发明还涉及纤维素纤维组合物，如纸和纸板，其中加入用金属硅酸盐改性的淀粉。
背景技术
纤维素纤维片材，特别是纸张和纸板的制造包括以下步骤：1)生产纤维素纤维水浆，其也可以含有无机矿物填充剂或颜料；2)将所述浆沉积在移动的造纸网上；和3)通过滤水由浆的固体组分形成纸页。
然后通过挤压和干燥纸页进一步去除水。通常在形成纸页的步骤之前在浆中添加有机和无机化学品，以使造纸法成本更低、更快速，并且/或者在最终的纸产品中得到特定的性能。
造纸工业一直努力改善纸张质量，增加产量，和降低生产成本。通常在纤维浆到达造纸网之前，将化学品添加到纤维浆中，以改善滤水/脱水和固体留着；这些化学品被称为助留剂和/或助滤剂。
在造纸网上纤维浆的滤水或脱水通常是限制了实现更快速度的步骤。改善脱水也可以在挤压和干燥阶段得到更干的纸页，从而减少能量或蒸汽消耗。另外，这是造纸法中决定许多纸页最终性能的阶段。
造纸助留剂用于在滤水和形成纸幅的湍流方法期间增加纸幅中的细小配料固体的留着。没有细小固体的足够留着的话，它们或者流失到方法排出物，或者在再循环的白水中积累到高水平，潜在地导致沉淀积累。另外，由于损失了本来要吸附在纤维上以提供纸张不透明度、强度或施胶性能的添加剂，不充分的留着增加了造纸的成本。
阳离子淀粉广泛用于造纸工业中。将其引入纸浆中以增强纤维间的结合和获得纸张强度性能、乳化合成内部施胶剂如烯基琥珀酸酐(ASA)、或者提供滤水。
金属硅酸盐，包括硅酸钠、硅酸钾和偏硅酸钠，广泛用于许多工业领域内的日用化学品，包括造纸和水处理。
在美国专利5,185,206中，Rushmere教导了一种用于造纸的改善的助滤剂和助留剂，将其添加在含有纸浆的水性纸张配料中，其包含硅酸盐阳离子淀粉组合物，所述组合物是干燥固体，含有约1-25wt％的二氧化硅，并且主要由二氧化硅以水溶性聚硅酸盐微凝胶的形式沉积在其表面上的阳离子化淀粉颗粒构成，以及任选地，该组合物还含有二氧化硅微凝胶与硅酸盐淀粉细粒的混合的离散团聚体。单组份产品是干燥固体，相比于胶体二氧化硅，其提供方便和经济性，因为可以避免运输大量的水。在实施本发明中，优选将尽可能多的微凝胶沉积在每个淀粉颗粒的表面上。因此，就在使用之前将淀粉在水中加热时，将实现所述微凝胶的最佳再分散。
出人意料地发现，将金属硅酸盐加入到阳离子淀粉中显著提高了留着和滤水性能。
发明内容
本发明描述了一种在造纸期间通过添加用金属硅酸盐改性的阳离子或两性多糖或多糖衍生物来改善留着和滤水性能的方法。
本方法还提供一种通过添加金属硅酸盐对阳离子或两性多糖或多糖衍生物改性的方法。
本方法还提供一种用金属硅酸盐改性的阳离子或两性多糖或多糖衍生物。
在本发明的一个实施方案中，所述阳离子或两性多糖或多糖衍生物是阳离子淀粉或两性淀粉。
还公开了一种造纸方法，所述方法包括将至少一种多糖或多糖衍生物添加至造纸浆中，其中所述多糖或多糖衍生物已经用至少一种金属硅酸盐改性，其中所述至少一种多糖或多糖衍生物选自含有阳离子含氮基团的多糖衍生物、阳离子和阴离子多糖的混合物以及其组合。
具体实施方式
已经发现，将金属硅酸盐加入到阳离子淀粉中将显著增加滤水。当在糊化淀粉后将金属硅酸盐添加至淀粉中时，得到最佳结果。当淀粉仍处于高温时或当淀粉已经冷却至室温后，可以添加金属硅酸盐。在添加淀粉和糊化之前将金属硅酸盐添加到水中就已经观察到改善的留着和滤水性能。在本发明的一个实施方案中，所述金属硅酸盐是硅酸钠。金属硅酸盐也可以是硅酸钾或偏硅酸钠。
在本发明的方法中使用的材料包括纤维素纸浆和至少一种用硅酸盐改性的淀粉。还可以使用一种或多种其它材料，包括但不限于，其它未改性淀粉、填料、无机或有机凝结剂、传统絮凝剂、和至少一种有机或无机助滤剂。
在本发明的一个实施方案中，所述阳离子或两性多糖或多糖衍生物是阳离子淀粉或两性淀粉。
将不同材料引入到本发明的方法中的顺序不限于上述讨论中所列出的，而是通常将基于每种特定应用的实际情况和性能。
适用于本发明的方法的纤维素纤维纸浆包括传统造纸原料，如传统化学纸浆。例如，可以使用漂白和未漂白硫酸盐纸浆和亚硫酸盐纸浆、机械纸浆如磨木浆、热机械纸浆、化学-热机械纸浆、再生纸浆如旧瓦楞纸箱、新闻纸、办公室废纸、杂志纸和其它未脱墨纸、脱墨废纸、和其混合物。
在造纸中使用填料。填料为纤维素产品提供光学性能。其为成品纸页提供不透明度和亮度，并改善其印刷性能。适合的填料包括碳酸钙(天然存在的重质碳酸盐和合成的沉淀碳酸盐)、氧化钛、滑石、粘土和石膏。填料的用量可以是基于纸浆的干重，得到含最多约50重量％填料的纤维素产品。
使用凝结剂以增强留着和滤水。凝结剂可以无机的或者有机的。最常用的无机凝结剂是氧化铝类。适合的实例包括，但不限于，工业级硫酸铝(明矾)、聚合氯化铝、多羟基氯化铝、多羟基硫酸铝、铝酸钠等。有机凝结剂典型地为合成的聚合材料。适合的实例包括，但不限于，多胺、聚酰胺胺、聚DADMAC(聚二烯丙基二甲基氯化铵)、聚乙二胺、N-乙烯基甲酰胺聚合物和共聚物的水解产物和季铵化水解产物等。
基于纸浆的干重，凝结剂的用量通常为约0.05磅-约50磅每吨纤维素纸浆。凝结剂的浓度可以为约0.5磅-约20磅每吨纸浆，和/或约1磅-约10磅每吨纸浆。
在造纸领域中通常使用离子絮凝剂。可以使用阳离子、阴离子、非离子和两性絮凝剂，特别是阳离子、阴离子、非离子和两性聚合物。适合作为絮凝剂的聚合物包括，但不限于，非离子烯键式不饱和单体的均聚物。也可以使用包含两种或多种非离子烯键式不饱和单体的单体的共聚物，同样可以使用包含至少一种非离子烯键式不饱和单体和至少一种阳离子烯键式不饱和单体和/或至少一种阴离子烯键式不饱和单体的单体的共聚物。适合的非离子烯键式不饱和单体包括，但不限于，丙烯酰胺；甲基丙烯酰胺；N-烷基丙烯酰胺，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；丙烯酸甲酯；甲基丙烯酸甲酯；丙烯腈；N-乙烯基甲基丙烯酰胺；N-乙烯基甲基甲酰胺；乙酸乙烯酯；N-乙烯基吡咯烷酮；羟烷基(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸羟乙酯或(甲基)丙烯酸羟丙酯；任何上述的混合物等。优选丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和N-烷基丙烯酰胺，特别优选丙烯酰胺。
可以使用的阳离子烯键式不饱和单体包括，但不限于，二烯丙基胺、二烷基氨基烷基化合物的(甲基)丙烯酸酯、二烷基氨基烷基化合物的(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺的N-乙烯基胺水解产物、及其盐和季铵盐。优选N，N-二烷基氨基烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、及其酸和季铵盐，特别优选N，N-二甲氨基乙基丙烯酸酯的甲基氯化季铵盐。
适合的阴离子烯键式不饱和单体包括，但不限于，丙烯酸、甲基丙烯酸、及其盐；2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸盐；磺乙基(甲基)丙烯酸酯；乙烯基磺酸；苯乙烯磺酸；和马来酸和其它二元酸及其盐。优选丙烯酸、甲基丙烯酸及其盐，特别优选丙烯酸的钠盐和铵盐。
阳离子聚合物絮凝剂通常含有一种或多种上述阳离子单体。基于摩尔浓度，总阳离子单体水平可为约1-约99％，优选约2-约50％，且还更优选约5-约40mol％阳离子单体，剩余的单体为上述非离子单体中的一种。
阴离子聚合物絮凝剂通常含有一种或多种上述阴离子单体。基于摩尔浓度，总阴离子单体水平为约1-约99％，优选约2-约50％，且还更优选约5-约40mol％阴离子单体，剩余的单体为上述非离子单体中的一种。
两性聚合物絮凝剂含有一种或多种所述阳离子和阴离子单体的组合。只要使用至少一种阳离子单体和至少一种阴离子单体，可以使用阳离子单体和阴离子单体的任意组合。所述聚合物可以含有过量的阳离子单体、过量的阴离子单体、或等当量的阳离子单体和阴离子单体。基于摩尔浓度，总离子单体水平即阳离子和阴离子单体的总量为约1-约99％，优选约2-约80％，且还更优选约5-约40mol％离子单体，其余单体为前述非离子单体中的一种。基于活性聚合物重量和纸浆的干重，絮凝剂的用量可以为约0.01磅-约10磅每吨纤维素纸浆。絮凝剂的浓度更优选为约0.05磅-约5磅每吨纸浆，还更优选约0.1磅-约1磅每吨纸浆。
除了传统絮凝剂，还可以使用无机或有机助滤剂，它们在本领域内已知为微粒、微聚合物、有机微珠、或缔合聚合物。
所用的无机微粒包括任何选自以下组中的材料：二氧化硅基颗粒、二氧化硅微凝胶、胶体二氧化硅、二氧化硅溶胶、二氧化硅凝胶、聚硅酸盐、聚硅酸盐微凝胶、铝硅酸盐、聚铝硅酸盐、硼硅酸盐、聚硼硅酸盐和沸石。无机微粒还可以是膨胀性粘土，包括但不限于，通常称为锂蒙脱石、蒙脱石、胶岭石、绿脱石、皂石、锌蒙脱石、海泡石组、绿坡缕石和海泡石的粘土。
微聚合物或有机微珠是交联的、阳离子或阴离子的聚合有机微粒，其非溶胀数均粒径小于约750纳米，交联剂含量基于聚合物中存在的单体单元为约4摩尔ppm以上，其通常由至少一种烯键式不饱和阳离子或阴离子单体和任选存在的至少一种非离子共单体在所述交联剂的存在下聚合而形成。微聚合物的一个实例是
(CIBA Corporation，Tarrytown，NY)。
可用于本发明中的缔合聚合物可以被描述为水溶性共聚物组合物，其中通过选自二嵌段和三嵌段聚合表面活性剂的乳化表面活性剂提供反相乳液阴离子共聚物的缔合性能。缔合反相乳液阴离子共聚物含有至少一个非离子聚合物嵌段和至少一个阴离子聚合物片段，其在0.01M NaCl中测定的Huggins常数(k’)大于0.75，在1.5wt％活性聚合物溶液中，在4.6Hz下的储能模量(G’)大于175Pa。缔合聚合物的实例包括，但不限于，
9232和
7200(Hercules Incorporated，Wilmington，DE)。
通过增加纤维间结合，淀粉为纤维素产品增加强度性能，特别是干强度。淀粉还将影响滤水性能。淀粉是含有α-1，4键的葡萄糖的聚合物的通用名。淀粉是天然存在的材料；该碳水化合物可以在大多数陆地植物的叶、茎、根和果实中发现。淀粉的商业来源包括，但不限于，谷物的种子(玉米、小麦、稻米等)，以及一些根茎(马铃薯、木薯等)。淀粉用其植物来源来描述；例如参考玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、大米淀粉、和小麦淀粉。淀粉可以被看做是葡萄糖的缩聚物。
通常淀粉由两类多糖的混合物组成：直链淀粉，一种基本上线型聚合物；和支链淀粉，一种高度支化的聚合物。直链淀粉和支链淀粉的相对量随来源而变化，对于木薯，直链淀粉对支链淀粉的比例通常为17∶83，对于马铃薯为21∶79，对于玉米为28∶72，对于糯玉米为0∶100。尽管这些是典型的淀粉比，本发明预期直链淀粉对支链淀粉的任何比都可以用于本发明。为了本发明，糯玉米被认为是玉米淀粉的一种。
用植物合成淀粉，并且聚集在对于每种植物都不同的颗粒中。通过研磨和碾磨加工从植物中分离淀粉颗粒。所述颗粒不溶于冷水，必须加热至临界温度之上以使颗粒溶胀和破裂，使聚合物溶解在溶液中。
淀粉可以被改性以在选择的应用中提供特定的有价值的性能。这包括改变材料的物理结构或化学结构或两者都改变。物理改性包括分子量的降低，这最通常通过水解来实现。这种改性的材料通常被称为衍生淀粉或淀粉衍生物。
本发明用金属硅酸盐对阳离子或两性多糖或多糖衍生物改性。所述阳离子或两性多糖或多糖衍生物优选是阳离子或两性淀粉或淀粉衍生物。
可用于本发明的方法的淀粉包括阳离子淀粉和两性淀粉。适合的淀粉包括来自玉米、马铃薯、小麦、稻米、木薯等的那些。通过引入阳离子基团赋予阳离子性，通过进一步引入阴离子基团赋予两性。例如，阳离子淀粉可以通过淀粉与叔胺或季铵化合物例如二甲氨基乙醇和 3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应得到。阳离子淀粉的阳离子取代度(D.S.)-即，每葡糖酐单元中取代羟基的阳离子基团的平均数优选为约0.01-约1.0，更优选约0.01-约0.10，更优选约0.02-0.04。
可以通过向阳离子淀粉中加入阴离子基团来提供两性淀粉。优选的两性淀粉是具有净阳离子性的那些。例如，可以通过与磷酸盐或磷酸酯酯化试剂反应将阴离子磷酸酯基团引入到阳离子淀粉中。当阳离子淀粉原料是淀粉二乙氨基乙基醚时，用于改性的磷酸酯试剂的量优选是每摩尔阳离子基团将提供约0.07-0.18摩尔阴离子基团的量。
其它可以使用的两性淀粉是通过将磺基琥珀酸酯基团引入到阳离子淀粉中制得的那些。这种改性通过在阳离子淀粉中加入马来酸半酯基团并使马来酸酯双键与亚硫酸氢钠反应来实现。
阳离子淀粉还可以用3-氯-2-磺基丙酸进行酯化，可以通过与氯乙酸钠反应或通过次氯酸盐氧化将羧基引入到淀粉中，丙磺酸内酯可以用于处理阳离子淀粉以提供两性。
另外有用的两性淀粉可以通过二乙氨基乙基-和2-(羟丙基)三甲基铵淀粉醚的黄原酸化得到。另外，所述改性可以通过用环氧乙烷或环氧丙烷处理引入非离子基团或羟烷基团而扩展。
可以使用在使用场所需要糊化的淀粉、或预糊化的冷水分散淀粉。淀粉颗粒不溶于水。淀粉在高温下的糊化导致水渗透淀粉颗粒，使颗粒破裂并将淀粉分子释放到溶液中。淀粉分子释放到溶液中导致溶液粘度的上升。通过在50℃-98℃的温度下加热淀粉水溶液10-90分钟直到得到粘稠的澄清溶液来糊化淀粉。
在本发明的一些实施方案中，所制备的淀粉水溶液的浓度通常为1-5％。基于纸浆的干重，以约1磅-约100磅每吨纤维素纸浆的比例将淀粉添加至纤维素纸浆中。淀粉浓度更优选为约2.5磅-约50磅每吨纸浆，还更优选约5磅-约25磅每吨纸浆。这些重量不包括用于改性淀粉的金属硅酸盐的重量。在本发明中，淀粉或一部分淀粉在添加至纤维素纸浆之前，先用金属硅酸盐改性。
在本发明的方法中，基于纸浆干重，金属硅酸盐的用量优选为约0.1磅-约10磅每吨纤维素纸浆。金属硅酸盐的浓度更优选为约0.5磅-约5磅每吨纸浆，还更优选约1磅-约2磅每吨纸浆。
阳离子淀粉对金属硅酸盐(以SiO2计)的重量比可以为1∶10-100∶1或1∶1-50∶1。优选的重量比为约20∶1-约2∶1，或15∶1-2∶1，或10∶1-2∶1或10∶1-3∶1。
也可以使用其它多糖用于金属硅酸盐改性。这包括，但不限于，瓜尔胶；纤维素衍生物如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素；甲壳质等。其它多糖可以是未取代的，或者用阳离子、阴离子、或组合的阳离子或阴离子结构取代。基于纸浆干重，这些多糖的比例为约1磅-约100磅每吨纤维素纸浆，优选约2.5磅-约50磅每吨纸浆，还更优选约5磅-约25磅每吨纸浆。这些重量不包括用于改性多糖的金属硅酸盐的重量。
金属硅酸盐可以是任何通常使用的碱性硅酸盐，例如包括硅酸钠，亦称“水玻璃”；硅酸钾、和偏硅酸钠或这些金属硅酸盐的任意组合。硅酸钠的SiO2∶Na2O重量比可以变化，这在制造期间通过两种反应物的比例来控制。可商购的硅酸钠的SiO2∶Na2O比可以是约3.22-约2.0。硅酸钾的SiO2∶K2O重量比可以是约1.65-约2.50。金属硅酸盐可以水溶液或干粉形式使用。优选的金属硅酸盐是SiO2∶Na2O比为3.22∶1的硅酸钠溶液。
在本发明中，多糖或衍生多糖被至少一种金属硅酸盐改性。而后将用所述至少一种金属硅酸盐改性的多糖或衍生多糖添加至造纸过程中。
在本发明的一个实施方案中，所述多糖或多糖衍生物是阳离子或两性淀粉。在淀粉被糊化后，可以将金属硅酸盐添加至阳离子或两性淀粉中，同时淀粉仍旧是温热的(＞65℃)、已经适度冷却(30-65℃)或者已经冷却至常温(＜30℃)。将金属硅酸盐添加至糊化的淀粉中导致淀粉溶液的浑浊度和粘度的轻微上升。
金属硅酸盐还可以在淀粉糊化之前添加至淀粉水浆中，使得淀粉颗粒在金属硅酸盐存在下糊化。在这个实施方案中，随后在金属硅酸盐存在下糊化淀粉。相比于在未添加金属硅酸盐的情况下糊化的淀粉溶液，所述过程也产生更浑浊但粘度较低的淀粉溶液。
在贮浆池或混合浆池中，用金属硅酸盐改性的淀粉可以添加至浓浆中。或者，在任何典型的稀浆添加点即冲浆泵、清洁器、或筛浆机之前或之后，将用金属硅酸盐改性的淀粉添加至稀浆中。
在本发明中，金属硅酸盐可以添加至所有淀粉中，或可以处理淀粉旁流以改性一部分淀粉。在一个优选实施方案中，金属硅酸盐添加至所有淀粉中。用金属硅酸盐改性的淀粉也可以与任何传统湿部添加剂、未处理淀粉、凝结剂、絮凝剂、施胶剂、助滤剂、填料等同时添加，或者在其之前或之后添加。
本发明将参考一些特定实施例进一步说明，所述实施例仅被认为是示例性的，不限制本发明的范围。
实施例
为了评价本发明的方法的性能，用真空滤水测试(VDT)进行一系列滤水测试。所述测试结果证明了用金属硅酸盐改性的淀粉对改善系统滤水的能力。装置类似于各种过滤参考书籍中描述的Buchner漏斗测试，例如参见Perry′s Chemical Engineers′Handbook，第7版，(McGraw-Hill，New York，1999)18-78页。VDT由300ml磁性Gelman过滤漏斗、250ml量筒、快速断路器、脱水器和具有真空表和校准器的真空泵构成。VDT测试通过首先设置真空至10英寸汞柱，将漏斗适当放置在量筒上来进行。而后，将250g的0.5wt％造纸原料加入到烧杯中，随后在上方的搅拌器的搅拌下将依据处理程序需要的添加剂(如淀粉、明矾、絮凝剂和助滤剂)添加至原料中。而后将原料倾倒至过滤漏斗中，开启真空泵，同时启动秒表。滤水能力以得到230ml滤液所需的时间来报告。
量化的滤水时间越短，表示滤水或脱水水平越高，这是期望的响应。报告值是两次的平均值。
Britt罐留着测试(Paper Research Materials，Inc.，Gig Harbor，WA)是本领域内已知的。在Britt罐留着测试中，在动力学条件下将特定量的配料混合，通过罐的底部筛将一部分配料滤水，使得保留的细料的水平可以量化。用于本测试的Britt罐在缸壁上配有引起剧烈搅拌的3个叶片，和在底板上有76μm的筛。
用500ml总固体浓度为0.5％的合成配料进行Britt罐留着测试。测试在1200rpm下进行，顺序添加淀粉、然后明矾、然后聚合物絮凝剂、再然后助滤剂；材料都混合特定的间隔时间。在加入助滤剂并混合后，收集滤液。
计算的留着值是细小组分留着，其中配料中的总细小组分含量首先通过用10升水在搅拌条件下洗涤500ml配料以去除所有细小颗粒而确定，定义为比Britt罐76μm筛更小的颗粒。而后对于每次处理的细小组分留着通过在所述添加顺序后对100ml滤液进行滤水，而后过滤滤液通过预先称重的1.5μm滤纸来确定。依据下式计算细小组分留着：
％细小组分留着＝(滤液重量-细小组分重量)/滤液重量
其中所述滤液和细小组分重量都标准化至100ml。得到的留着值代表2次重复操作的平均值。
在所述系列测试中使用的配料是合成碱性配料。所述配料由硬木或软木干燥的市售稀薄纸浆，以及水和其它材料制备。首先在实验室Valley打浆机(Voith，Appleton，Wis.)中单独精制硬木和软木干燥的市售稀薄纸浆。而后将所述纸浆添加至水性介质中。在制备配料中使用的水性介质包括地方自来水，并进一步用无机盐改性，所述无机盐的添加量为所述介质提供以NaHCO3计的m碱度为75-100ppm，和总溶液电导率为750-1000μS/cm。为了制备配料，以约67％硬木和33％软木的比例将硬木和软木分散到水性介质中。基于纸浆的组合干重，以25wt％的量将沉淀碳酸钙(
5970，Minerals Technologies，Bethlehem，PA)加入到配料中，以提供包含80％纤维和20％PCC填料的最终配料。配料的稠度为0.5％(总固含量为0.5磅每100磅水)。
在本体系中使用的改性淀粉在表1中显示。400是阳离子马铃薯淀粉(A.E.Staley，Decatur，III.)。金属硅酸盐是硅酸盐O，一种SiO2∶Na2O比为3.22∶1的液体硅酸钠(PQ Corporation，Valley Forge，PA)；金属硅酸盐在所有实例中的剂量均基于活性SiO2。明矾是50％溶液形式的十八水合硫酸铝(Delta Chemical Corporation，Baltimore，Md.)。PC 8138是阳离子乳液絮凝剂(Hercules Incorporated，Wilmington，DE)。
SP 7200是高级结构有机微粒(Hercules Incorporated，Wilmington，DE)。
通过热添加4克
400阳离子淀粉于196克去离子水中，并加热淀粉至95℃下约30分钟直到得到澄清的粘稠溶液来制备2％淀粉溶液。使所述淀粉溶液冷却至常温。
阳离子淀粉与硅酸钠指定比例的混合物通过添加指定量的金属硅酸盐至糊化的淀粉溶液中来制备。例如，10∶1的淀粉∶金属硅酸盐溶液通过添加0.68克硅酸盐O(29％活性硅酸钠)至100克2％淀粉糊化的淀粉溶液中来制备。
也通过在金属硅酸盐存在下糊化淀粉来制备溶液。在该实施例中，10∶1的糊化溶液通过将1.38克硅酸盐O(29％活性硅酸钠)与198.62克去离子水混合来制备。添加4克
400阳离子淀粉，加热溶液至95℃下30分钟直到产生浑浊的粘稠溶液。使淀粉溶液冷却至常温。
表1中的数据说明了本发明改善的留着和滤水性能，其中用金属硅酸盐改性的淀粉比未改性淀粉提供更好的滤水。数据还说明了金属硅酸盐可以在糊化后与淀粉混合，或在糊化前添加到淀粉浆中。
表1
在添加到纸浆之前用金属硅酸盐对淀粉改性。剂量#表示淀粉和金属硅酸盐在改性和随后添加至纸浆之前各自的量。通过加和淀粉剂量和金属硅酸盐剂量得到包括金属硅酸盐的改性淀粉的总#/T。金属硅酸盐剂量以活性金属硅酸盐来测量。
添加顺序如下，在每种添加剂之间有10秒的混合时间：
淀粉或改性淀粉；
剂量水平为5磅/吨的明矾；
剂量水平为0.4磅/吨的Perform PC 8138；
剂量水平为0.4磅/吨的Perform SP 7200。
使用VDT，用以指定比例与金属硅酸盐混合的淀粉进行一系列滤水试验，数据见表2。材料、方法、和添加顺序如表1中所定。表1中的数据说明了本发明的方法比未用金属硅酸盐改性的淀粉在滤水上的改善。用较高水平的金属硅酸盐说明滤水的改善。
表2
在添加到纸浆之前用金属硅酸盐对淀粉改性。剂量#表示淀粉和金属硅酸盐在改性和随后添加至纸浆之前各自的量。通过加和淀粉剂量和金属硅酸盐剂量得到包括金属硅酸盐的改性淀粉的总#/T。金属硅酸盐剂量以活性金属硅酸盐来测量。
使用VDT，用以指定比例与金属硅酸盐混合的淀粉进行一系列滤水试验，数据见表3。
232是阳离子糯玉米淀粉(National Starch，Bridgewater，NJ)。
300是阳离子玉米淀粉(A.E.Staley，Decatur，III.)。材料、方法、和添加顺序如表1中所定。表3中的数据说明，用糯玉米和玉米淀粉的实例，相比未改性的淀粉，本发明的方法在滤水上的改善。
表3
在添加到纸浆之前用金属硅酸盐对淀粉改性。剂量#表示淀粉和金属硅酸盐在改性和随后添加至纸浆之前各自的量。通过加和淀粉剂量和金属硅酸盐剂量得到包括金属硅酸盐的改性淀粉的总#/T。
使用VDT，用以指定比例与金属硅酸盐混合的淀粉进行一系列滤水试验；数据见表4。硅酸盐O是SiO2∶Na2O比为3.22∶1的硅酸钠，硅酸盐M是SiO2∶Na2O比为2.58∶1的硅酸钠，以及硅酸盐D是SiO2∶Na2O比为2.00∶1的硅酸钠(PQ Corporation，Valley Forge，PA)。材料、方法、和添加顺序如表1中所定，除了
SP 7200的剂量如所指定的。表4中的数据说明，相比未改性的淀粉，本发明的方法在滤水上的改善。不同SiO2∶Na2O比的硅酸钠都提供良好的滤水活性。
表4
在添加到纸浆之前用金属硅酸盐对淀粉改性。剂量#表示淀粉和金属硅酸盐在改性和随后添加至纸浆之前各自的量。通过加和淀粉剂量和金属硅酸盐剂量得到包括金属硅酸盐的改性淀粉的总#/T。
使用VDT，用以指定比例与金属硅酸盐混合的淀粉，用具有不同取代度的淀粉进行另一系列滤水试验；数据见表5。
430是取代度为0.18的阳离子玉米淀粉；
400是DS＝0.28的阳离子马铃薯淀粉；以及
410是DS＝0.35的阳离子马铃薯淀粉(A.E.Staley，Decatur，III.)。材料、方法、和添加顺序如表1中所定。表5中的数据说明，相比未改性的淀粉，使用不同取代度的淀粉，本发明的方法在滤水上的改善。
表5
在添加到纸浆之前用金属硅酸盐对淀粉改性。剂量#表示淀粉和金属硅酸盐在改性和随后添加至纸浆之前各自的量。通过加和淀粉剂量和金属硅酸盐剂量得到包括金属硅酸盐的改性淀粉的总#/T。
使用VDT，用阳离子瓜尔胶作为多糖，将其以指定比例与金属硅酸盐混合，进行另一系列滤水试验；数据见表6。N-Hance 3196是阳离子改性瓜尔胶(Ashland Aqualon，Wilmington，DE)。材料、方法、和添加顺序如表1中所定。表6中的数据说明，相比未改性的阳离子瓜尔胶，本发明的方法在滤水上的改善。
表6
在添加到纸浆之前用金属硅酸盐对多糖改性。剂量#表示淀粉和金属硅酸盐在改性和随后添加至纸浆之前各自的量。通过加和多糖剂量和金属硅酸盐剂量得到包括金属硅酸盐的改性淀粉的总#/T。
尽管本发明已经通过其特定实施方案进行描述，明显的是，其它多种形式和改变对本领域内的技术人员而言是显而易见的。所附权利要求和本发明通常应被理解为涵盖所有显而易见的形式和改变，其在本发明的真正范围之内。
Claims (12)
1.一种造纸方法，其包括将至少一种多糖或多糖衍生物添加至造纸浆中，其中所述多糖或多糖衍生物用至少一种金属硅酸盐改性，其中所述至少一种多糖或多糖衍生物选自含有阳离子含氮基团的衍生多糖、阳离子和阴离子多糖的混合物或其组合。
2.权利要求1的方法，其中所述至少一种多糖或多糖衍生物包括至少一种淀粉。
3.权利要求2的方法，其中所述淀粉选自马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、大米淀粉、其衍生物和其组合。
4.权利要求1的方法，其中所述至少一种金属硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钾、偏硅酸钠或其组合。
5.权利要求4的方法，其中所述金属硅酸盐是硅酸钠。
6.权利要求1的方法，其中多糖对金属硅酸盐的比例为1∶10-100∶1。
7.权利要求6的方法，其中多糖对金属硅酸盐的比例为1∶1-50∶1。
8.一种造纸方法，其包括将至少一种淀粉或淀粉衍生物添加至造纸浆中，其中所述淀粉或淀粉衍生物用金属硅酸盐改性，其中所述至少一种淀粉或淀粉衍生物选自含有阳离子含氮基团的衍生淀粉或阳离子和阴离子淀粉的混合物。
9.权利要求8的方法，其中所述淀粉选自马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、大米淀粉、其衍生物和其组合。
10.权利要求8的方法，其中所述金属硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钾、偏硅酸钠和其组合。
11.权利要求8的方法，其中淀粉对金属硅酸盐的比例为1∶10-100∶1。
12.权利要求11的方法，其中淀粉对金属硅酸盐的比例为1∶1-50∶1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110223 |