CN105247137A - 制造纸产品的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

提供包括纸、造纸的方法、组合物以及类似物的一个或更多个实施方案。在本文描述的各种示例性实施方案中，纸材料可以通过用包含聚胺树脂的强度处理纤维素纤维或含水的纸浆浆料来形成。

Description

制造纸产品的组合物和方法
要求相关申请的优先权
本申请要求于2013年3月14日提交的题为“COMPOSITIONSANDMETHODSOFMAKINGPAPERPRODUCTS”的具有序列号61/782,194的共同未决美国临时申请，以及于2014年3月13日提交的题为“COMPOSITIONSANDMETHODSOFMAKINGPAPERPRODUCTS”的具有序列号14/208,486的美国申请的优先权，这两个申请通过引用整体地并入本文。
背景
1.技术领域
本实施方案涉及纸和造纸。
2.相关领域描述
纸是包含互相连接的小的离散纤维的片材。纤维通常由稀释的水悬浮液或浆料在细筛上成形为片材。纸通常由纤维素纤维制成，虽然偶尔使用合成纤维。由未处理的纤维素纤维制成的纸产品，当它们变湿时，快速丧失其强度，即，它们具有极小的湿强度。湿强度树脂可以添加至纸，以产生较强的纸产品。可以应用于纸的湿强度树脂的类型可以是“永久”或“临时”类型中的任一者，其部分地由纸浸没于水中之后保持其湿强度多久来界定。
常见的永久湿强度树脂是基于表氯醇的湿强度树脂，比如聚酰胺胺表氯醇(PAE)。常规PAE树脂可以通过使聚酰胺胺与表氯醇反应来制备，表氯醇与仲胺基的摩尔比为从约0.5:1至约1.8:1(例如，如美国专利号：2,926,116；2,926,154；5,171,795；5,614,597；5,017,642；5,019,606和7,081,512中所讨论的，其各自通过引用并入本文)。高永久湿强度常常导致造纸生产期间的再浆化问题。此外，具有高永久湿强度的卫生纸产品可能堵塞下水道系统和/或化粪池。
乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)是常见的临时湿强度树脂。GPAM通常通过使乙二醛和阳离子聚丙烯酰胺基础聚合物反应来制备(例如，如U.S.3,556,932、4,605,702、7,828,934和美国专利申请公布第2008/0308242号中所讨论的，这些专利和专利申请公布通过引用并入本文)。GPAM通常在纸张形成之前添加在纸浆悬浮液中。在干燥被处理的纸张时，认为GPAM与纸纤维素形成共价键以增加纸的干强度。由于GPAM与纤维素之间的共价键在水中是可逆的，所以这种湿强度可以随时间减弱。当GPAM作为碳酸氢盐离子存在时，GPAM强度性能还可能被相对高的pH和高水平的碱度不利地影响。
本文对于已知方法和组合物的某些优点和缺点的描述不意图限制本公开的范围。实际上，本实施方案可以包括上文描述的特征中的某些或全部，而不经受相同缺点。
概述
鉴于前述内容，一个或更多个实施方案包括纸、造纸的方法、组合物以及类似物。
至少一个实施方案提供通过包括用包含聚胺树脂的强度系统处理纤维素纤维的方法形成的纸。
至少一个实施方案提供通过包括用基本上由聚胺树脂组成的强度系统处理纤维素纤维的方法形成的纸。
至少一个实施方案提供通过包括用由聚胺树脂组成的强度系统处理纤维素纤维的方法形成的纸。
至少一个实施方案提供造纸的方法，所述方法包括：向纤维素纤维引入包含聚胺树脂的强度系统。
至少一个实施方案提供造纸的方法，所述方法包括：向纤维素纤维引入基本上由聚胺树脂组成的强度系统。
至少一个实施方案提供造纸的方法，所述方法包括：向纤维素纤维引入由聚胺树脂组成的强度系统。
至少一个实施方案提供一种组合物，所述组合物包含聚胺树脂和醛官能化聚合物树脂的混合物，其中醛官能化聚合物树脂与聚胺树脂的重量比是约100:1至约1:100。在实施方案中，聚胺树脂包含聚胺、基本上由聚胺组成、或由聚胺组成。
对于存在于本申请中的这些实施方案和其它实施方案中的每一个实施方案，聚胺不是聚酰胺胺表氯醇(PAE)或聚胺聚酰胺胺表氯醇(PPAE)。
具体实施方式
在详细描述本公开的实施方案之前，应理解，除非另外指示，否则本公开不限于特定的材料、试剂、反应材料、制造工艺或类似物，其本身可以变化。还应理解，本文所使用的术语是出于仅描述特定实施方案的目的，而不意图是限制性的。本公开中还可能的是，步骤可以以逻辑上可能的不同顺序来执行。
在提供值的范围的情况下，应理解，在该范围的上限和下限之间的每一个中间值，至下限单位的十分之一(除非上下文另外清楚地指示)，以及在所述范围中的任何其它所述值或中间值，被涵盖在本公开内。这些较小范围的上限和下限可以独立地包含在较小范围中并且也涵盖于本公开内，从属于所述范围中的任何特定排除的极限值。在所述范围包含所述极限值中的一个或两者的情况下，本公开中还包括排除那些所包含的极限值中的任一者或两者的范围。
除非另外定义，否则本文所使用的所有技术技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。尽管类似于或等效于本文描述的那些方法和材料的任何方法和材料也可以用于实践或测试本公开，但现在描述优选的方法和材料。
本说明书中所引用的所有出版物和专利通过引用并入本文，如同各个出版物或专利被具体地且个别地指示以通过引用并入，并且通过引用并入本文以公开和描述出版物关于其被引用的方法和/或材料。对任何出版物的引用都是针对其在申请日期之前的公开并且不应解释为承认本公开由于现有公开而无权先于这种出版物。此外，所提供的公布日期可能不同于可能需要独立确认的实际公布日期。
在阅读本公开时，如对于本领域的技术人员将明显的是，本文所描述和例证的个别实施方案中的每一个具有离散的组分和特征，这些组分和特征可以容易地与任何其它若干实施方案的特征分离或组合，而不偏离本公开的范围或精神。任何叙述的方法可以以所叙述的事件的顺序或以逻辑上可能的任何其它顺序进行。
除非另外指示，否则本公开的实施方案将采用化学技术、合成有机化学技术、纸化学技术以及类似技术，这些技术在本领域的技能内。文献中充分地解释了这类技术。
提出实施例以便为本领域的普通技术人员提供对于如何进行所述方法和使用本文所公开和要求的组合物和化合物的完全公开和描述。已经作出努力以确保关于数字(例如，量、温度等)的准确性，但某些误差和偏差应加以说明。除非另外指示，否则份是重量份，温度是以℃，且压力是在大气压下或接近大气压。标准温度和标准压力被定义为20℃和1个大气压。
必须注意，如本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”包括多个提及物。因此，例如，提及“一个支撑物”包括多个支撑物。在本说明书中和在以下权利要求书中，将提及多种术语和措辞，除非明显是相反意图，否则这些术语和措辞应被定义为具有以下含义。
定义
术语“被取代的”指的是在指定原子上或在化合物中的任何一个或更多个氢可以被选自所指示的组的选择置换，条件是不超过指定原子的正常价，且取代产生稳定化合物。
“丙烯酰胺单体”指的是以下式的单体：H2C＝C(R1)C(O)NR2R3，其中R1是H或C1-C4烷基，R2和R3是H、C1-C4烷基、芳基或芳基烷基。示例性丙烯酰胺单体包括丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。
“醛”指的是包含一个或更多个醛(-CHO)基的化合物，其中醛基能够与包含如本文所描述的氨基或酰氨基的聚合物的氨基或酰氨基反应。示例性醛可以包括甲醛、多聚甲醛、戊二醛、乙二醛以及类似物。
“脂肪族基团”指的是饱和或不饱和、直链或支链的烃基并且涵盖例如烷基、烯基和炔基。
“烷基”指的是通过除去单个氢原子而从直链或支链的饱和烃衍生的单价基团。示例性烷基包括甲基、乙基、正丙基和异丙基、十六烷基以及类似基团。
“亚烷基”指的是通过除去两个氢原子而从直链或支链的饱和烃衍生的二价基团。示例性亚烷基包括亚甲基、亚乙基、亚丙基以及类似基团。
“酰氨基”和“酰胺”指的是式-C(O)NY1Y2的基团，其中Y1和Y2独立地选自H、烷基、亚烷基、芳基和芳基烷基。
“氨基”和“胺”指的是式-NY3Y4的基团，其中Y3和Y4独立地选自H、烷基、亚烷基、芳基和芳基烷基。
“芳基”指的是约6个至约10个碳原子的芳香族单环或多环环体系。芳基任选地被一个或更多个C1-C20烷基、亚烷基、烷氧基或卤代烷基取代。示例性芳基包括苯基或萘基，或被取代的苯基或被取代的萘基。
“芳基烷基”指的是芳基-亚烷基-基团，其中芳基和亚烷基在本文中被定义。示例性芳基烷基包括苄基、苯乙基、苯丙基、1-萘基甲基以及类似基团。
“烷氧基”指的是其中指示数目的碳原子通过氧桥附接的如上文定义的烷基。示例性烷氧基包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基和仲戊氧基。
“卤素”指的是氟、氯、溴或碘。
在示例性实施方案中，聚亚烷基聚胺可以包括聚亚乙基聚胺、聚亚丙基聚胺、聚亚丁基聚胺、聚亚戊基聚胺、聚亚己基聚胺或其混合物。在示例性实施方案中，可以在本公开的工艺中使用的聚亚烷基聚胺可以代表为其中氮原子通过式-CnH2n-的基团连接在一起的聚胺，其中n是大于1的小的整数，并且分子中这类基团的数目的范围从2一直到约8。氮原子可以附接至基团-CnH2n-中的相邻的碳原子或附接至间隔更远的碳原子，但不是相同的碳原子。
本公开的合适的聚胺可以包括，但不限于乙二胺(EDA)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)和二亚丙基三胺(DPTA)，这些聚胺可以不仅以合理的纯形式而且还作为混合物和各种粗制聚胺材料而获得。例如，通过氨和二氯乙烯的反应获得的仅精炼到除去氯化物、水、过量的氨和乙二胺的程度的聚亚乙基聚胺的混合物，是满意的起始物料。本公开的另外的聚胺可以包括但不限于，双六亚甲基三胺(BHMT)、N-甲基双(氨丙基)胺(MBAPA)、氨乙基-哌嗪(AEP)和其它聚亚烷基聚胺(例如，精胺、亚精胺以及类似物)。
如本文使用的术语“聚亚烷基聚胺”可以包括上文提及的聚亚烷基聚胺中的任一种或这类聚亚烷基聚胺和其衍生物的混合物。
“纸强度”意指纸材料的性质，并且可以尤其依据干强度和/或湿强度来表示。干强度是由干纸张呈现的抗张强度，所述干纸张在测试之前通常处于均匀的湿度和室温条件下。湿强度是由在测试之前已经用水润湿的纸张呈现的抗张强度。
如本文所使用的，术语“纸”或“纸产品”(这两个术语可以在本文中可交换地使用)应被理解为包括包含纸纤维的片材材料，其还可以包含其它材料(例如，有机颗粒、无机颗粒和其组合)。合适的纸纤维包括天然纤维和合成纤维，例如纤维素纤维、用于造纸中的所有种类的木纤维、其它植物纤维，比如棉纤维、源自再生纸的纤维；和合成纤维，比如人造丝、尼龙、玻璃纤维或聚烯烃纤维。纸产品可以仅包括合成纤维。天然纤维可以与合成纤维混合。例如，在纸产品的制备中，纸幅或纸材料可以用合成纤维比如尼龙或玻璃纤维增强，或用非纤维材料比如塑料、聚合物、树脂或洗剂浸渍。如本文所使用的，术语“纸幅(paperweb)”和“纸幅(web)”应被理解为包括正在成形和已成形的纸张材料、纸和包含纸纤维的纸材料。纸产品可以是涂布的、层压的或复合的纸材料。纸产品可以是漂白的或未漂白的。
纸可以包括但不限于，书写纸和印刷纸(例如，未涂布机械浆纸、总体涂布纸、涂布无纤维纸张、涂布机械浆纸、未涂布无纤维纸张以及类似物)、工业纸、所有种类的薄纸、纸板、卡纸板、包装纸(例如，未漂白的牛皮纸、漂白的牛皮纸)、包装纸、纸胶带、纸袋、纸布、手巾、壁纸、地毯背衬、纸滤器、纸垫、装饰纸、一次性亚麻布和衣服以及类似物。
纸可以包括薄纸产品。薄纸产品包括卫生薄纸、家用薄纸、工业薄纸、面巾纸、化妆薄纸、软薄纸、吸收性薄纸、药用薄纸、手纸、纸巾、餐巾纸、纸布、布纹纸以及类似物。常见的纸产品包括印刷级(例如，新闻纸、目录册、凹板印刷品、出版物、纸币、文件、圣经、合同、账簿、信纸)、工业级(例如，袋、箱纸板、瓦楞原纸、建筑用纸、防油纸、玻璃纸)和薄纸级(卫生纸、手巾、绝缘纸、包装纸)。
在示例性实施方案中，薄纸可以是毛毡压制的薄纸、图案致密化薄纸或高膨体、未压实的薄纸。在示例性实施方案中，薄纸可以是起皱或未起皱的、具有均一或多层的构造、分层或未分层的(共混的)，并且是单股、二股或三股或更多股的。在示例性实施方案中，薄纸包括为消费性薄纸产品的软薄纸产品和吸收性薄纸产品。
“纸板”是比常规纸厚、重且较少柔韧性的纸。许多硬木和软木树种被用于通过机械方法和化学方法制造纸浆，这些方法使纤维与木材基质分离。纸板可以包括但不限于半化学纸板、箱纸板、盒纸板、瓦楞原纸、折叠箱板和纸箱板。
在示例性实施方案中，纸指的是纸产品，比如，干纸板、高级纸、手巾、薄纸和新闻纸产品。干纸板应用包括衬垫、瓦楞原纸、漂白的和未漂白的干纸板。
在实施方案中，纸可以包括纸箱板、盒纸板和专用板/专用纸。纸可以包括箱板、折叠箱板、未漂白的牛皮纸板、再生纸板、食品包装纸板、白浆衬里的粗纸板、实心漂白的纸板、实心未漂白的纸板、液体纸板、箱纸板、瓦楞纸板、芯层用纸板、壁纸原纸、灰泥板、装订厂纸板、木浆纸板、装袋纸板、涂布纸板、石膏纸板以及类似物。
“纸浆”指的是含纤维的纤维素材料。用于产生纸浆的合适的纤维是所有常规等级，例如机械纸浆、漂白的和未漂白的化学纸浆、再生纸浆和从所有一年生植物中获得的造纸原料。机械纸浆包括例如磨木纸浆、热机械纸浆(TMP)、化学热磨机械纸浆(CTMP)、碱性过氧化物机械纸浆(APMP)、通过加压研磨产生的磨木纸浆、半化学纸浆、高收率化学纸浆和精炼机械纸浆(RMP)。合适的化学纸浆的实例是硫酸盐、亚硫酸盐和碱纸浆。也被称为未漂白的牛皮纸浆的未漂白的化学纸浆可以被特别地使用。
“纸浆浆料”指的是纸浆和水的混合物。纸浆浆料实际上使用水来制备，其可以部分地或完全地从造纸机再循环。其可以是处理的或未处理的白水，或这类水品质的混合物。纸浆浆料可以包含干扰物质(例如，填料)。纸的填料含量可以按重量计至多约40％。合适的填料是，例如，粘土、高岭土、天然白垩和沉淀白垩、二氧化钛、滑石、硫酸钙、硫酸钡、氧化铝、缎光白或所述填料的混合物。
“造纸工艺”是从纸浆制造纸产品的方法，所述方法尤其包括形成可以包含纤维素纤维的含水的纸浆浆料，使纸浆浆料排水以形成片材，以及干燥片材。形成造纸配料、排水和干燥的步骤可以以本领域的技术人员通常已知的任何常规方式进行。
在本公开中，“基本上由…组成”或“基本上包括”或类似词当被应用到本公开涵盖的方法和组合物时，指的是如本文所公开的那些组合物的组合物，但是其可以包括另外的组合物组分或方法步骤。然而，与本文公开的那些对应的组合物或方法相比，这类另外的组合物组分或方法步骤等，实质上不影响组合物或方法的基本特性和新颖特性(例如，与未经组合物处理的纸相比，较高的干强度和/或较高的永久湿强度)。“基本上由…组成”或“基本上包括”或类似词当被应用到本公开涵盖的方法和组合物时，具有美国专利法中归属的含义并且术语是开放式的，允许存在多于所叙述的方法和组合物，只要被叙述的方法和组合物的基本特性或新颖特性不因多于所叙述的方法和组合物的存在而变化，但是排除现有技术实施方案。
一般讨论
在本文描述的各种示例性实施方案中，纸材料可以通过用包含聚胺树脂的强度系统处理纤维素纤维或含水的纸浆浆料来形成。在示例性实施方案中，相对于未被处理的纤维素纤维或含水的纸浆浆料，被处理的纤维素纤维或含水的纸浆浆料可以显示改善的纸强度(例如，干强度和/或湿强度)。
在示例性实施方案中，聚胺树脂包括聚胺，例如，聚仲胺(secondarypolyamine)。在示例性实施方案中，聚胺可以包括氨、脂肪胺、芳香胺、或聚亚烷基聚胺。在示例性实施方案中，聚胺可以包括脂肪仲胺或芳香仲胺。在示例性实施方案中，聚胺不是聚酰胺胺表氯醇(PAE)或聚胺聚酰胺胺表氯醇(PPAE)。
在示例性实施方案中，聚亚烷基聚胺可以包括聚亚乙基聚胺、聚亚丙基聚胺、聚亚丁基聚胺、聚亚戊基聚胺、聚亚己基聚胺或其混合物。
在示例性实施方案中，聚亚烷基聚胺可以代表为其中氮原子通过式-CnH2n-的基团连接在一起的聚胺，其中n是大于1的小的整数(例如，1、2、3、4、5)，并且分子中这类基团的数目的范围从2一直到约8。氮原子可以附接至基团-CnH2n-中的相邻的碳原子或附接至间隔更远的碳原子，但不是相同的碳原子。
在示例性实施方案中，聚胺可以包括但不限于，铵、尿素、脂肪胺、芳香胺，和这些中的两个或更多个的组合。在示例性实施方案中，聚胺不是聚酰胺胺表氯醇(PAE)或聚胺聚酰胺胺表氯醇(PPAE)。在示例性实施方案中，聚胺是铵。在示例性实施方案中，聚胺是尿素。在示例性实施方案中，聚胺是尿素。在示例性实施方案中，聚胺是脂肪胺。在示例性实施方案中，聚胺是芳香胺。
在示例性实施方案中，聚胺可以包括但不限于乙二胺(EDA)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、二亚丙基三胺(DPTA)或其两个或更多个的任何组合，这些聚胺可以不仅以合理的纯形式而且还以混合物和各种粗制聚胺材料而获得。例如，通过氨和二氯乙烯的反应获得的仅精炼到除去氯化物、水、过量的氨和乙二胺的程度的聚亚乙基聚胺的混合物，是满意的起始物料。在示例性实施方案中，聚胺是EDA。在示例性实施方案中，聚胺是DETA。在示例性实施方案中，聚胺是TETA。在示例性实施方案中，聚胺是TEPA。在示例性实施方案中，聚胺是DPTA。
在示例性实施方案中，聚胺可以包括但不限于，双六亚甲基三胺(BHMT)、N-甲基双(氨丙基)胺(MBAPA)、氨乙基哌嗪(AEP)、五亚乙基六胺(PEHA)、聚亚乙基亚胺、其它的聚亚烷基聚胺(例如，精胺、亚精胺)以及这些中的两个或更多个的组合。在示例性实施方案中，聚胺是BHMT。在示例性实施方案中，聚胺是MBAPA。在示例性实施方案中，聚胺是AEP。在示例性实施方案中，聚胺是PEHA。在示例性实施方案中，聚胺是聚亚乙基亚胺。
在示例性实施方案中，聚胺可以包括聚酰胺胺，其是一种或更多种聚羧酸和/或聚羧酸衍生物与一种或更多种聚亚烷基聚胺的缩合产物。聚酰胺胺通常可以通过使聚羧酸和/或聚羧酸衍生物与如上文提到的聚胺中的一种或更多种在约125℃至200℃的温度下加热持续约1小时至10小时同时在约大气压下收集反应中产生的缩合的水来制备。通常允许反应进行，直到从反应收集到理论量的水馏出物。在采用减压的情况下，可以利用约75℃至180℃的较低温度。在该反应结束时，所得产物以总聚合物固体的按重量计约20％至90％、总聚合物固体的按重量计约30％至80％或总聚合物固体的按重量计约40％至70％的浓度溶解于水中。在聚酰胺胺的制备中，聚胺与聚羧酸和/或聚羧酸衍生物的摩尔比可以是约0.8至2.0。
在示例性实施方案中，聚羧酸的酯可以包括己二酸二甲酯、丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯、丁二酸二甲酯、戊二酸二甲酯和戊二酸二乙酯。在示例性实施方案中，酸酐可以包括丁二酸酐、马来酸酐、N,N,N’,N’-乙二胺四乙酸二酐、邻苯二甲酸酐、偏苯酸酐(melliticanhydride)、均苯四酸酐或其混合物。在示例性实施方案中，酰基卤可以包括己二酰氯、戊二酰氯、癸二酰氯或其混合物。
在示例性实施方案中，醛官能化聚合物树脂可以通过使包含一个或更多个羟基、胺或酰胺基的聚合物与一种或更多种醛反应来产生。在示例性实施方案中，聚合的醛官能化聚合物树脂可以包括乙二醛化聚丙烯酰胺、富醛纤维素、醛官能多糖或醛官能阳离子、阴离子或非离子淀粉。示例性材料包括美国专利第4,129,722号中公开的那些，所述专利通过引用并入本文。可商购的可溶性阳离子醛官能淀粉的实例是由NationalStarch出售的1000。另外的示例性醛官能化聚合物可以包括醛聚合物，比如美国专利第5,085,736号、美国专利第6,274,667号和美国专利第6,224,714号中公开的那些醛聚合物，这些专利全部通过引用并入本文；以及WO00/43428的那些醛聚合物和WO00/50462A1与WO01/34903A1中描述的醛官能纤维素。在示例性实施方案中，聚合的醛官能树脂可以具有约10,000Da或更大、约100,000Da或更大、或约500,000Da或更大的分子量。可选择地，聚合的醛官能化树脂可以具有在约200,000Da以下、比如在约60,000Da以下的分子量。
在示例性实施方案中，醛官能化聚合物的另外的实例可以包括二醛瓜尔豆、如WO01/83887中公开的还包含羧基的醛官能添加剂、二醛菊粉和WO00/11046的二醛改性的阴离子型聚丙烯酰胺和两性聚丙烯酰胺，这些专利各自通过引用并入本文。另一示例性醛官能化聚合物是含醛的表面活性剂，比如美国专利第6,306,249号中公开的那些，所述专利通过引用并入本文。
当醛官能化聚合物用于示例性实施方案中时，其可以具有至少约5毫当量(meq)的醛/100克聚合物、更特定地至少约10meq/100克聚合物、更特定地约20meq或更大/100克聚合物、或最特定地约25meq/100克聚合物或更大。
在示例性实施方案中，聚合的醛官能化聚合物可以是乙二醛化聚丙烯酰胺，比如如美国专利第3,556,932号、美国专利第3,556,933号、美国专利第4605702号、美国专利第7828934号和美国专利申请20080308242中所描述的阳离子乙二醛化聚丙烯酰胺，所述专利和专利申请各自通过引用并入本文。这类化合物包括来自KemiraChemicalsofHelsinki,Finland的FENNOBONDTM3000和PAREZTM745、由Hercules,Inc.ofWilmington,Del制造的HERCOBONDTM1366。
在示例性实施方案中，醛官能化聚合物是乙二醛化聚丙烯酰胺树脂，乙二醛化聚丙烯酰胺树脂的经取代乙二醛基的数目与乙二醛反应性酰胺基的数目的比率超过约0.03:1、超过约0.10:1或超过约0.15:1。
在示例性实施方案中，醛官能化聚合物可以是具有聚丙烯酰胺骨架的乙二醛化聚丙烯酰胺树脂，其中丙烯酰胺与二甲基二烯丙基氯化铵的摩尔比是约99:1至50:50、约98:1至60:40或约96:1至75:25。在示例性实施方案中，聚丙烯酰胺骨架的重均分子量可以是约250,000Da或更小、约150,000Da或更小或约100,000Da或更小。对于按重量计40％含水溶液，聚丙烯酰胺骨架的布鲁克菲尔德粘度可以是约10cps至10,000cps、约25cps至5000cps、约50cps至2000cps。
在示例性实施方案中，醛官能化聚合物树脂与聚胺的重量比可以是约1:100至100:1、或约1:50至50:1或约1:20至20:1。应注意，在示例性实施方案中，比率可以被修改以提供必要或需要的性能和/或成本特性。
虽然不希望受理论束缚，但聚胺可以与醛官能化聚合物反应以形成烯胺，这可以导致在聚胺和醛官能化聚合物之间的络合物形成。
如上文提到的，本公开的示例性实施方案包括通过包括以下的方法形成的纸：用包含聚胺树脂、基本上由聚胺树脂组成或由聚胺树脂组成的强度系统处理纤维素纤维。在示例性实施方案中，聚胺不是聚酰胺胺表氯醇(PAE)或聚胺聚酰胺胺表氯醇(PPAE)。
如上文提到的，本公开的示例性实施方案包括造纸的方法，其中方法包括：向纤维素纤维引入包含聚胺树脂、基本上由聚胺树脂组成或由聚胺树脂组成的强度系统。在示例性实施方案中，聚胺不是聚酰胺胺表氯醇(PAE)或聚胺聚酰胺胺表氯醇(PPAE)。
如上文提到的，本公开的示例性实施方案包括一种组合物，该组合物包含聚胺树脂和醛官能化聚合物树脂的混合物，其中醛官能化聚合物树脂与聚胺树脂的重量比是约50:1至约1:50。在实施方案中，聚胺树脂包含聚胺，基本上由聚胺组成，或由聚胺组成。在示例性实施方案中，聚胺不是聚酰胺胺表氯醇(PAE)或聚胺聚酰胺胺表氯醇(PPAE)。
在示例性实施方案中，可以向可以用来产生纸产品的纸浆浆料提供本文提供的强度系统中的一个或更多个。因此，强度系统分散在整个所得的纸产品中。
在示例性实施方案中，强度系统(或其一种或更多种组分)可以作为含水溶液应用到纤维素纤维、纤维浆料或个别纤维。除作为含水溶液应用之外，取决于特定应用，强度系统(或其一种或更多种组分)还可以呈悬浮液、浆料的形式或作为干试剂应用。在一个示例性实施方案中，强度系统可以作为干试剂来提供，其具有充足的水以允许强度系统的组分的相互作用。
在示例性实施方案中，强度系统的个别组分可以首先组合，并且然后应用到纤维素纤维。在示例性实施方案中，个别组分可以以任何顺序顺序地应用。在示例性实施方案中，个别组分的组可以组合，并且然后同时地或顺序地应用到纤维素纤维。
仅举例来说，强度系统(或其一种或更多种组分)的应用可以通过以下方法中的任一种或其组合来应用。
在示例性实施方案中，方法可以包括将强度系统(或其一种或更多种组分)在进入流浆箱之前比如通过将组分注入浆料中直接添加到纤维浆料。在示例性实施方案中，浆料可以是约0.05％至约50％、约0.1％至10％、约0.15％至约5％或约0.2％至约4％。
在示例性实施方案中，方法可以包括将强度系统(或其一种或更多种组分)喷射到纤维纸幅上。例如，喷嘴可以安装在移动纸幅上方，以将期望剂量的溶液应用到可以是潮湿的或大体上干燥的纸幅。
在示例性实施方案中，方法可以包括通过喷射或其它手段将强度系统(或其一种或更多种组分)应用到移动带或移动织物，该移动带或移动织物又接触薄纸幅以将化学品应用到纸幅，比如在WO01/49937中公开的。
在示例性实施方案中，方法可以包括比如通过平版印刷、凹版印刷、苯胺印刷、喷墨印刷、任何种类的数字印刷以及类似印刷将强度系统(或其一种或更多种组分)打印到纸幅上。
在示例性实施方案中，方法可以包括将强度系统(或其一种或更多种组分)涂布到纸幅的一个或两个表面上，比如刮涂、气刀涂布、短驻留涂布、流延涂布以及类似涂布技术。
在示例性实施方案中，方法可以包括从呈溶液、分散液或乳液或粘性混合物的形式的强度系统(或其一种或更多种组分)的冲模头挤压。
在示例性实施方案中，方法可以包括将强度系统(或其一种或更多种组分)应用到个别化纤维。例如，粉碎的或急骤干燥的纤维可以夹带于与化合物的气雾剂或喷雾剂组合的气流中，以在个别纤维并入纸幅或其它纤维产品中之前处理所述个别纤维。
在示例性实施方案中，方法可以包括用强度系统(或其一种或更多种组分)的溶液或浆料浸渍湿纸幅或干纸幅，其中强度系统(或其一种或更多种组分)渗透到纸幅的厚度中的显著距离，比如，纸幅的厚度的约20％或更多、纸幅的厚度的约30％或更多和纸幅的厚度的约70％或更多，包括在纸幅的厚度的全部范围中完全渗透纸幅。
在实施方案中，用于浸渍潮湿纸幅的方法可以包括使用由BlackClawsonCorp.,Watertown,N.Y.生产的系统，如“NewTechnologytoApplyStarchandOtherAdditives”PulpandPaperCanada,100(2):T42-T44(1999年2月)中所描述的。该系统包括冲模、可调节的支撑结构、接纸盘和添加剂供应系统。产生下降的液体或浆料的薄帘幕，薄帘幕接触在其下方的移动纸幅。据说涂布材料的宽范围的应用剂量用良好流动性是可实现的。系统还可以被应用以幕涂相对干燥的纸幅，例如刚好在起皱之前或之后的纸幅。
在示例性实施方案中，方法可以包括将强度系统(或其一种或更多种组分)泡沫应用到纤维纸幅(例如，泡沫精加工)，用于局部应用或用于在压差的影响下将添加剂浸渍到纸幅中(例如，泡沫的真空辅助浸渍)。添加剂比如粘结剂的泡沫应用的原理描述于以下出版物中：F.Clifford的“FoamFinishingTechnology:TheControlledApplicationofChemicalstoaMovingSubstrate”,TextileChemistandColorist，第10卷，第12期，1978，第37-40页；C.W.Aurich的“UniquenessinFoamApplication”Proc.1992TappiNonwovensConference,TappiPress，亚特兰大，佐治亚州，1992，第15-19页；W.Hartmann的“ApplicationTechniquesforFoamDyeing&Finishing”，CanadianTextileJournal,1980年4月，第55页；美国专利第4,297,860号和美国专利第4,773,110号，这些出版物各自通过引用并入本文。
在示例性实施方案中，方法可以包括将包含强度系统(或其一种或更多种组分)的溶液填塞到现有纤维纸幅中。
在示例性实施方案中，方法可以包括将强度系统(或其一种或更多种组分)的溶液滚筒流体进料以应用于纸幅。
当应用于纸幅的表面时，本公开的示例性实施方案可以包括在Yankee干燥之前或经由干燥将强度系统(或其一种或更多种组分)局部应用于初期纸幅上。
在示例性实施方案中，对于任何强度系统，强度系统的应用水平可以是相对于纸幅的干质量的按重量计约0.05％至约10％。在示例性实施方案中，应用水平可以是约0.05％至约4％，或约0.1％至约2％。较高和较低的应用水平也在实施方案的范围内。在某些实施方案中，例如，可以考虑从约5％至约50％或更高的应用水平。
在示例性实施方案中，强度系统当与纸幅或与纤维素纤维组合时，可以具有任何pH，虽然在许多实施方案中，期望的是，强度系统在溶液中与纸幅或与纤维接触，其pH在约10、约9、约8或约7以下，比如约2至约8、约2至约7、约3至约6和约3至约5.5。可选择地，pH范围可以是约5至约9、约5.5至约8.5或约6至约8。这些pH值可以在聚胺树脂接触纸幅或纤维之前应用到聚胺树脂，或在干燥之前应用到强度系统与纸幅或纤维接触的混合物。
在示例性实施方案中，在强度系统应用到现有纸幅比如潮湿初期纸幅之前，纸幅的固体水平可以是约10％或更高(即，纸幅包含约10克的干固体和90克的水，比如，约以下固体水平中的任一种或更高：约12％、约15％、约18％、约20％、约25％、约30％、约35％、约40％、约45％、约50％、约60％、约75％、约80％、约90％、约95％、约98％和约99％，其中示例性范围为约30％至约100％或约65％至约90％)。
忽略除强度系统以外的化合物的存在且集中于强度系统在纸幅中的分布，本领域的技术人员将认识到，强度系统(包括其一种或更多种组分和/或衍生物)可以以多种多样的方式分布。例如，强度系统可以均匀地分布在纸幅中，或以一种图案存在于纸幅中，或选择性地存在于一个表面上或多层纸幅的一层中。在多层纸幅中，纸幅的整个厚度可以经受本文描述的强度系统和其它化学处理的应用，或各个层可以用本公开的强度系统和其它化学处理来独立地处理或未被处理。在示例性实施方案中，强度系统主要应用到多层纸幅中的一层。可选择地，至少一层用比其它层显著小的强度系统来处理。例如，内层可以用作处理层。
在示例性实施方案中，强度系统还可以选择性地与多种纤维类型中的一种结合，并且可以吸附或化学吸附到一种或更多种纤维类型的表面上。例如，漂白的牛皮纸纤维对于强度系统的亲和力可以高于可能存在的合成纤维。
在示例性实施方案中，某些化学分布可以发生于图案致密化的纸幅中，比如以下美国专利第4.514,345号、美国专利第4,528,239号、美国专利第5,098,522号、美国专利第5,260,171号、美国专利第5,275,700号、美国专利第5,328,565号、美国专利第5,334,289号、美国专利第5,431,786号、美国专利第5,496,624号、美国专利第5,500,277号、美国专利第5,514,523号、美国专利第5,554,467号、美国专利第5,566,724号、美国专利第5,624,790号和美国专利第5,628,876号中的任一者中公开的纸幅，这些专利的公开内容以它们与本文不矛盾的程度上通过引用并入文本。
在示例性实施方案中，强度系统或其它化学品可以在纸幅的致密化区域(例如，对应于通过抵靠Yankee干燥器压制纸幅来压印织物而压缩的纸幅区域的致密化网状物，其中致密化网状物可以为三维纸幅提供良好的抗张强度)中选择性地浓缩。当致密化区域已经抵靠热干燥器表面压印，而纸幅仍足够湿润以允许当纸幅的一部分干燥时借助于毛细管力发生纤维之间的液体迁移时，特别应进行此举。在这种情况下，强度系统的含水溶液的迁移可以朝向经历最快速干燥或最高水平的热传递的致密化区域移动强度系统。
在干燥期间在显微镜水平下的化学迁移的原理在文献中充分证明。见例如A.C.Dreshfield的“TheDryingofPaper”TappiJournal，第39卷，第7期，1956，第449-455页；A.A.Robertson，“ThePhysicalPropertiesofWetWebs.PartI”，TappiJournal，第42卷，第12期，1959，第969-978页；美国专利第5,336,373号和美国专利第6,210,528号，这些文献各自通过引用并入本文。
不希望受理论束缚，据信，化学迁移可以在干燥期间当纸幅的初始固体含量(干燥水平)低于约60％(例如，小于约65％、约63％、约60％、约55％、约50％、约45％、约40％、约35％、约30％和约27％中的任一者，比如约30％至60％或约40％至约60％)时发生。化学迁移的程度可以取决于例如纤维的表面化学、所涉及的化学品、干燥的详情、纸幅的结构诸如此类。另一方面，如果其中固体含量低于约60％的纸幅被充分干燥到高干燥水平，比如至少约60％固体、约70％固体和约80％固体(例如，从65％固体至99％固体，或从70％固体至87％固体)中的任一者，那么安置于偏转导管上方的纸幅区域(即，图案致密化纸幅的庞大“圆顶(dome)”)可以具有比所述致密化区域高的强度系统或其它水溶性化学品的浓度，因为干燥将倾向于首先在空气可以容易地经过的纸幅区域中发生，并且毛细管吸液可以从纸幅的相邻部分将流体带到干燥最快速发生的区域。简而言之，取决于如何进行干燥，水溶性试剂可以以相对较高浓度(相比于纸幅的其它部分)存在于致密化区域或较少致密化区域(“圆顶”)中。
在示例性实施方案中，强度系统(或其一种或更多种组分或衍生物)还可以大体上均匀地存在于纸幅中，或至少不以选择性浓度存在于致密化区域或未致密化区域中。
根据示例性方法，取决于形成的特定纸产品、形成的纸产品的特性以及类似物，纸浆浆料和工艺的条件(例如，纸浆浆料的温度、预混合组分的温度、预混合组分的时间、纸溶液的浓度、固体的共混合以及类似条件)可以在必要或需要时改变。在实施方案中，当强度系统添加到纸浆浆料时，纸浆浆料的温度可以是约10℃至80℃。在实施方案中，可以在必要或需要时修改工艺变量，包括例如预混合组分的温度、预混合组分的时间和纸浆浆料的浓度。
在各种示例性实施方案中，纸可以通过用如本文所描述的强度系统处理纤维素纤维或含水的纸浆浆料来形成。纸可以使用一种或更多种方法(包括本文所描述的那些方法)来形成。
实施例
现在已经描述实施方案，一般来说，实施例描述某些另外的实施方案。虽然结合实施例和对应的文字和附图来描述实施方案，但不意图将本公开的实施方案限制于这些描述。相反，意图涵盖包括在示例性实施方案的精神和范围内的所有替代物、修改和等效物。
四亚乙基五胺(TEPA)是来自HuntsmanChemicals的商业产品。商业的乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)产品Fennobond3000是从KemiraChemicals获得的。
聚酰胺胺(实施例1)
聚酰胺胺通过使过量的二亚乙基三胺与己二酸发生缩合反应来制备。二亚乙基三胺与己二酸的摩尔比是1.6。特别地，将二亚乙基三胺添加到三口烧瓶。然后将己二酸缓慢地添加到烧瓶并且将反应混合物加热至165-170℃，并且维持持续5个小时的时段。在反应结束时，产物用水稀释以将浓度调节至60％并且将温度下降至室温。
测试方法：
干抗张强度测试
抗张强度通过将等速伸长(constant-rate-of-elongation)应用到样品并且记录使样本破裂所需要的每单位宽度的力来测量。该程序参考TAPPITestMethodT494(2001)，其通过引用并入本文，且如所描述的作出修改。
初始湿抗张强度测试
该测试方法用于测定已经与水接触持续2秒的纸或纸板的初始湿抗张强度。1英寸宽的纸带样品放置于张力测试机中并且通过漆刷用蒸馏水润湿带两侧。在2秒的接触时间之后，如TAPPITestMethodT494(2001)的6.8-6.10所陈述的，拉伸带。初始湿张力在评估薄纸产品、纸巾和其它在加工或使用期间经受应力的纸在刚润湿时的性能特性中是有用的。该方法参考美国专利4,233,411，其通过引用并入本文，且如所描述的作出修改。低的湿抗张强度表明，纸产品可以在水中被再浆化而不需要大量的机械能，或在水中被容易地分散而不堵塞污水系统。
手抄纸制备
在以下实施例中，手抄纸使用漂白的硬木和漂白的软木的纸浆混合物来制备。去离子水用于配料制备，并且添加另外的150ppm硫酸钙和35ppm氯化钙。使用稀释的NaOH溶液和硫酸溶液将纸浆悬浮液和稀释水的pH值调节到8.0。虽然用顶置式搅拌器混合，但一批包含8.7g纤维素纤维的0.6％固体用各种强度剂样品(下文描述)来处理，所述各种强度剂样品用去离子水稀释到1％重量百分比。在添加强度剂之后，使纸浆浆料混合持续30秒。然后，使用标准(8”×8”)Nobel&Woods手抄纸模具形成四个3-g的纸张，以定目标为521bs/3000ft2的基础重量。手抄纸在约15磅/平方英尺下在气动辊式压制机的辊隙中的毛毡之间被压制且在旋转干燥器上在110℃下干燥。纸样品在110℃的温度下烘箱固化持续10分钟，然后在标准TAPPI控制室中调节过夜。
手抄纸测试结果：
表1提供被不同的强度树脂系统处理的手抄纸的强度性质。当GPAM与聚胺结合使用时，两种产品被预混合持续一分钟。然后，预混合的样品在添加到纸浆悬浮液之前被稀释到1％。总之，GPAM和聚胺的组合实现较高的干抗张强度和较低的湿抗张强度。较高的干抗张强度可以表明，GPAM/聚胺的组合可以应用以有效地增加纸的干强度、减少纸浆精炼能量并且减少总的纤维用量。此外，较低的湿抗张强度表明，纸产品可以在水中被再浆化而不需要大量的机械能，或在水中容易地分散而不堵塞污水系统。
表1手抄纸强度性质
应注意，比率、浓度、量和其它数值数据可以以范围格式表述于本文中。应理解，为了方便和简洁起见而使用这种范围格式，并且因此应以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的极限值明确叙述的数值，而且包括该范围内涵盖的所有个别数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确地叙述。举例说明，“约0.1％至约5％”的浓度范围应被解释为不仅包括约0.1wt％至约5wt％的明确叙述的浓度，而且包括在所指示范围内的个别浓度(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％和4.4％)。在实施方案中，术语“约”可以包括根据提供的数值和使用的技术/系统/设备进行的传统舍入。此外，短语“约‘x’至‘y’”包括“约‘x’至约‘y’”。
应强调，本公开的上文描述的实施方案仅仅是实施方式的可能实施例，且仅仅为了清楚理解本公开的原理而进行陈述。可以对本公开的上文描述的实施方案作出多种变型和修改，而不实质上偏离本公开的精神和原理。所有这类修改和变型都意图在本文中被包括在本公开的范围内并且由以下权利要求保护。

Claims (28)

1.一种纸，所述纸通过包括用包含聚胺树脂的强度系统处理纤维素纤维的方法形成。
2.如权利要求1所述的纸，其中所述聚胺树脂包括选自由以下组成的组的聚胺：铵、尿素、脂肪胺、芳香胺、聚亚烷基聚胺、乙二胺(EDA)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、二亚丙基三胺(DPTA)、双六亚甲基三胺(BHMT)、N-甲基双(氨丙基)胺(MBAPA)、氨乙基-哌嗪(AEP)、五亚乙基六胺(PEHA)、聚亚乙基亚胺、聚酰胺胺和其混合物。
3.如权利要求1所述的纸，其中所述聚胺树脂是包含所述纤维素纤维的含水的纸浆浆料的约0.01wt.％至2.5wt.％。
4.如权利要求1所述的纸，其中所述强度系统包含醛官能化聚合物树脂。
5.如权利要求4所述的纸，其中醛官能化聚合物树脂与聚胺树脂的重量比是约1:20至20:1。
6.如权利要求1所述的纸，其中所述纸是纸产品，所述纸产品选自由以下组成的组：干纸板、高级纸、手巾、薄纸和新闻纸产品。
7.如权利要求1所述的纸，其中与未经所述强度系统处理的纸相比，所述纸具有较高的干强度。
8.如权利要求1所述的纸，其中与未经所述强度系统处理的纸相比，所述纸具有较高的永久湿强度。
9.一种造纸的方法，包括：向纤维素纤维引入包含聚胺树脂的强度系统。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述聚胺具有约1:20至20:1的表卤代醇/胺的比率。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述聚胺树脂包含选自由以下组成的组的聚胺：铵、尿素、脂肪胺、芳香胺、乙二胺(EDA)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、二亚丙基三胺(DPTA)、双六亚甲基三胺(BHMT)、N-甲基双(氨丙基)胺(MBAPA)、氨乙基-哌嗪(AEP)、五亚乙基六胺(PEHA)、聚亚乙基亚胺和其混合物。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述强度系统包含醛官能化聚合物树脂。
13.如权利要求9所述的方法，其中所述纸是纸产品，所述纸产品选自由以下组成的组：干纸板、高级纸、手巾、薄纸和新闻纸产品。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述醛官能化聚合物树脂和所述聚胺树脂在与纸浆浆料混合之前混合在一起。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述醛官能化聚合物树脂和所述聚胺树脂同时地添加至所述纤维素纤维。
16.如权利要求12所述的方法，其中所述醛官能化聚合物树脂和所述聚胺树脂顺序地添加至所述纤维素纤维。
17.如权利要求12所述的方法，其中所述醛官能化聚合物树脂直接地添加至纸浆浆料，或在干燥纸幅之前喷射在所述纸幅上。
18.如权利要求9所述的方法，其中所述聚胺树脂直接地添加至纸浆浆料，或在干燥纸幅之前喷射在所述纸幅上。
19.如权利要求9所述的方法，其中所述强度系统由所述聚胺树脂组成。
20.一种组合物，所述组合物包含聚胺树脂和醛官能化聚合物树脂的混合物，其中醛官能化聚合物树脂与聚胺树脂的重量比是约50:1至约1:50。
21.如权利要求20所述的组合物，其中醛官能化聚合物树脂与聚胺树脂的重量比是约1:20至20:1。
22.如权利要求20所述的组合物，其中所述聚胺树脂包括聚仲胺。
23.如权利要求20所述的组合物，其中所述聚胺树脂包含选自由以下组成的组的聚胺：铵、尿素、脂肪胺、芳香胺、乙二胺(EDA)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、二亚丙基三胺(DPTA)、双六亚甲基三胺(BHMT)、N-甲基双(氨丙基)胺(MBAPA)、氨乙基-哌嗪(AEP)、五亚乙基六胺(PEHA)、聚亚乙基亚胺和其混合物。
24.一种纸，所述纸通过包括用由聚胺树脂组成的强度系统处理纤维素纤维的方法形成。
25.如权利要求24所述的纸，其中所述聚胺树脂选自由以下组成的组：选自由以下组成的组的聚胺：乙二胺(EDA)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、二亚丙基三胺(DPTA)和其组合。
26.如权利要求24所述的纸，其中所述聚胺树脂选自由以下组成的组：双六亚甲基三胺(BHMT)、N-甲基双(氨丙基)胺(MBAPA)、氨乙基-哌嗪(AEP)、五亚乙基六胺(PEHA)、聚亚乙基亚胺、聚酰胺胺和其混合物。
27.如权利要求24所述的纸，其中与未经所述强度系统处理的纸相比，所述纸具有较高的干强度，并且其中与未经所述强度系统处理的纸相比，所述纸具有较高的永久湿强度。
28.如权利要求24所述的纸，其中所述聚胺树脂是四亚乙基五胺(TEPA)。
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