CN109072564A - 用于在造纸工艺中增强施胶的方法和组合物 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于在使用施胶剂增强剂的造纸工艺中增强施胶剂的性能的方法和组合物。所述施胶剂可以用乳化剂乳化并且所述施胶增强剂可以是包括至少一种含伯胺或仲胺单体的聚合物。所述施胶剂可以用所述乳化剂乳化并且其后添加到造纸工艺的纤维配料中。所述乳化施胶剂与所述施胶增强剂的组合改进所述施胶。

Description

用于在造纸工艺中增强施胶的方法和组合物
技术领域
本发明大体上涉及用于在纸和卡纸生产中改进施胶的组合物和方法。更具体地说，本公开涉及用于在造纸工艺中增强施胶剂(如烯基琥珀酸酐乳液)的施胶性能的组合物和方法。
背景技术
在造纸行业中，“施胶”是处理纸以给予其对由液体(尤其水)或蒸气渗透的抗性。施胶也用于改善墨水保持。在造纸工艺和最终产品中，给予对亲水性液体渗透(通常水)的此类抗性是纸的重要特性。在造纸工艺中使用施胶剂来增加木纤维的抗液体渗透性。当纸产品在转换过程(如印刷或层压)期间有目的地润湿或意外润湿(包装容器或报纸)时，期望抗液体吸收性。
一般来说，通过在造纸工艺的湿部引入施胶剂来实现抗水渗透性。常用施胶剂是烯基琥珀酸酐(ASA)。ASA是内部施胶剂，其通常用于在造纸工艺中处理纤维，使得纤维更具有疏水性。内部施胶是指在形成湿纸幅之前对木纤维的处理。ASA是实质上非离子的水不溶性油。因此，在将ASA添加到造纸工艺中之前必须将其乳化。ASA的乳化产生水包油乳液并且也使ASA乳滴阳离子化。使ASA液滴阳离子化帮助提高乳液稳定性并且有助于ASA保持。ASA的常用阳离子乳化剂包括衍生淀粉和合成丙烯酰胺类聚合物。
施胶剂的施加涉及多种考虑因素。举例来说，在生产期间在施胶压制机处纸由再润湿弱化的程度受其施胶的程度影响。此外，高水平的纸张内部施胶促进在纸张可能与液体接触的环境中纸张的结构稳定性。饮料和食品包装是使用期望高水平的施胶的板和纸产品的典型实例。
使用ASA作为施胶材料的缺点是ASA不是水可溶的，并且典型地必须以乳液形式均一地悬浮于纸浆内，以使得ASA可以与纤维素纤维充分接触并且产生对最终产品的期望影响。已经做出解决ASA的性能的努力。然而，常规方法可能具有关于储存寿命、乳液稳定性和设备使用的问题。
尽管存在可用技术，需要在纸生产工艺中改善或提高施胶性能和效率。在造纸行业中也存在对开发改进纸和卡纸的施胶并且提供对造纸工艺的增强的施胶调配物和方法的行业需要。
本章节中描述的技术并不意图表示承认本文中参考的任何专利案、公开案或其它信息是关于本发明的“现有技术”，除非具体说明如此。另外，本章节不应解释成意指已经进行检索或不存在如37CFR§1.56(a)中所定义的其它相关信息。
发明内容
本公开涉及用于在造纸工艺中增强施胶处理的方法和组合物。出人意料地，当与胺类化学物质组合时，乳化ASA施胶性能得到增强，其中两者分别地或同时添加到造纸工艺的湿部中。将胺类化学物质与施胶乳液组合还能够增强纸/板的强度特性。
在至少一个实施例中，本公开包括一种对藉由造纸工艺生产的纸施胶的方法。所述方法包含将乳化施胶剂和施胶剂增强剂中的每一种分别地或同时添加到造纸工艺的纤维配料中。在至少一些实施例中，在造纸工艺的流浆箱(headbox)处或之前添加每一种。在这些和其它实施例中，可以用乳化剂使施胶剂乳化，所述乳化剂包含乳化剂聚合物，所述乳化剂聚合物包含至少一种含有伯胺或仲胺的单体。施胶剂增强剂包含聚合物，所述聚合物包含至少一种含有单体的伯胺或仲胺。在至少一些实施例中，施胶剂增强剂的聚合物是包含二烯丙基胺(DAA)单体的共聚物。在其它实施例中，乳化剂聚合物包含DAA单体。
在至少一些实施例中，将施胶剂和施胶剂增强剂都添加到浓纸料配料中。在一些实施例中，将施胶剂和施胶剂增强剂都添加到稀纸料纤维配料中。在再其它的实施例中，将施胶剂增强剂添加到纤维配料、稀纸料或浓纸料中，并且将施胶剂添加到稀纸料配料中。在这些和其它实施例中，将施胶剂和施胶剂增强剂分别地或在一起添加。在至少一些实施例中，在造纸工艺的流浆箱处或之前添加每一种。
在至少一些实施例中，将乳化施胶剂添加到纤维配料的稀纸料配料流中，并且将施胶剂增强剂添加到浓和/或稀配料流中，在流浆箱处或之前添加每一种。在这些和其它实施例中，在造纸工艺中，可以将乳化施胶剂在施胶增强剂之前在筛选之前或之后添加，其中乳化施胶剂在筛选之前或之后添加，并且施胶剂在筛选之后或在施胶增强剂之前、之后或与施胶增强剂同时添加，其中施胶增强剂和乳化施胶剂都在筛选之后添加。
在至少一个实施例中，在造纸工艺中在筛选之前或之后将施胶增强剂添加到稀纸料配料流中。在至少一个实施例中，在造纸工艺中在筛选之后将乳化施胶剂和施胶增强剂还同时或紧接连续添加到稀纸料配料流中。在这些和其它实施例中，可以经由共用管道或独立管道同时添加乳化施胶剂和施胶增强剂。
在至少一个实施例中，本公开包括一种使由造纸工艺生产的纸施胶的方法，所述方法包含将乳化施胶剂添加到造纸工艺的纤维配料中。在这个和其它实施例中，用乳化剂使施胶剂乳化，所述乳化剂包含含有DAA单体的乳化剂聚合物。在这些和其它实施例中，乳化剂聚合物是具有1mol％到60mol％DAA的共聚物。在至少一些实施例中，在造纸工艺的流浆箱处或之前添加乳化施胶剂，并且，在其它实施例中，将乳化施胶剂添加到稀纸料配料中。
在以上和其他实施例中，施胶增强剂可以包含DAA与至少1％的丙烯酰胺(AcAm)、甲基丙烯酰胺或其混合物的共聚物；甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基氯四元聚合物；乙二醛化聚丙烯酰胺；水性碳水化合物分散液；或其混合物。在至少一些实施例中，施胶增强剂包含二烯丙基胺与丙烯酰胺(DAA/AcAm)的共聚物。
在这些和其它实施例中，施胶剂可以包含各种适合的施胶剂，包括烷基烯酮二聚体(AKD)、ASA或其混合物。施胶剂经乳化剂乳化并且乳化剂包含聚合物，所述聚合物包含至少一种含伯胺或仲胺的单体。在至少一些实施例中，施胶剂是在包含至少一种含伯胺或仲胺的单体的聚合物中乳化的ASA。
在这些和其它实施例中，乳化施胶剂可以包含水包油乳液。在至少一些实施例中，水包油乳液包含施胶剂(如ASA)和乳化剂。乳化剂是包含1mol％到60mol％的至少一种含胺乙烯基或烯丙基单体的聚合物，并且聚合物的其余部分包含选自由以下组成的组的非离子单体：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、N-叔丁基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇和其任何组合。在一些实施例中，聚合物包含10mol％到60mol％的至少一种含胺乙烯基或烯丙基单体。
在其它实施例中，乳化剂的聚合物包含DAA与至少1％的AcAm、甲基丙烯酰胺或其混合物的共聚物；甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基氯四元聚合物；乙二醛化聚丙烯酰胺；水性碳水化合物分散液，如淀粉；或其任何混合物。在至少一些实施例中，乳化剂的聚合物包含DAA与AcAm的共聚物。在至少一个实施例中，乳化剂包含聚合物，所述聚合物包含与淀粉组合的DAA单体。
在至少一些实施例中，乳化施胶剂包含0.01重量％到40重量％的施胶剂。在一些实施例中，乳化施胶剂包含0.001重量％到20重量％的乳化剂。在再其它的实施例中，乳化施胶剂包含8重量％到12重量％的施胶剂和1重量％到5重量％的乳化剂。在这些和其它实施例中，作为一个实例，施胶剂可以是ASA并且乳化剂可以是DAA与AcAm的共聚物。
在这些和其它实施例中，乳化施胶剂的乳化剂聚合物或共聚物可以具有约1摩尔％到约99摩尔％范围内的DAA。在一些实施例中，乳化施胶剂的乳化剂聚合物或共聚物包含约1mol％到60mol％DAA，并且，在一些实施例中，10mol％到40mol％DAA。
在这些和其它实施例中，乳化施胶剂可以具有在约0.01微米到约10微米范围内的乳液粒度。
在这些和其它实施例中，可以以每吨干燥纤维0.5到35磅的施胶增强剂的剂量率将施胶增强剂添加到配料流中。在其它实施例中，以每吨干燥纤维1到20磅的施胶增强剂的剂量率添加施胶增强剂。在再其它实施例中，以每吨干燥纤维2.0磅到12.5磅的施胶增强剂的剂量率添加施胶增强剂。
在这些和其它实施例中，可以以每吨干燥纤维0.5磅到20磅的乳化施胶剂的剂量率将乳化施胶剂添加到配料流中。在一些实施例中，以每吨干燥纤维0.5磅到10磅的乳化施胶剂的剂量率进行乳化施胶剂的添加。
在这些和其它实施例中，方法可以包含将阳离子剂添加到造纸工艺中，其中所述阳离子剂选自由以下组成的组：明矾、氯化铝、聚氯化铝、长链脂肪胺、铝酸钠、取代的聚丙烯酰胺、硫酸铬、阳离子热固性树脂、聚酰胺聚合物、含胺淀粉衍生物和其任何组合。
在这些和其它实施例中，方法进一步包含根据造纸工艺由配料制造纸产品。将乳化施胶剂和施胶增强剂以足以使纸产品施胶的量添加，并且相比于使用没有施胶增强剂的乳化施胶剂，纸产品展现增加的抗流体渗透性，包括液体和气体。
在至少一个实施例中，本公开包括一种在造纸工艺期间对纸施胶的方法。所述方法包含将水包油乳液以足以对纸施胶的量添加到造纸工艺中。所述方法也包含在筛选之后并且在造纸工艺中的流浆箱处或之前将施胶增强剂以足以在纸的胶料中增加水包油乳液的量添加到造纸工艺中。在一些实施例中，水包油乳液包含由DAA与AcAm组成的共聚物乳化的ASA。施胶增强剂可以包含至少一种含伯胺或仲胺单体。在一些实施例中，施胶增强剂包含DAA与AcAm的共聚物。
本公开还涉及在使纸施胶的方法中水包油乳液和施胶增强剂的用途。水包油乳液包含经包含二烯丙基胺和丙烯酰胺(或由二烯丙基胺和丙烯酰胺组成)的共聚物乳化的烯基琥珀酸酐。施胶增强剂包含至少一种含伯胺或仲胺的单体。将水包油乳液以足以对纸施胶的量添加到造纸工艺中。可将施胶增强剂在筛选之后并且在流浆箱处或之前以足以在纸的胶料中增加水包油乳液的量添加。
本公开的各种方面的以上概述并不意图描述本公开的每一所说明的方面或每个实施方案。尽管公开多个实施例，但本发明的其它特征、实施例和优点将由以下具体实施方式变得对所属领域的技术人员显而易见，所述具体实施方式展示和描述本发明的说明性实施例。因此，具体实施方式本质上被认为是说明性的而不是限制性的。
附图说明
下文具体参考图式描述具体实施方式，其中：
图1是造纸工艺中典型湿部和造纸机的示意图；
图2是展示可勃(Cobb)测试的结果的曲线图；并且
图3到5是展示在Hercules施胶测试中样品的比较的曲线图。
出于本公开的目的，除非另外指示，否则图中的类似参考编号应指类似特征。图式仅是本公开的原理的范例并且不意图使本公开限于所说明的特定实施例。
具体实施方式
本发明人发现在造纸工艺中采用乳液与施胶剂增强剂的组合出人意料地提供施胶性能的出色的改进，而不显著影响粒度分布参数，所述乳液可以是包含如ASA的施胶剂，经如DAA或DAA-AcAm共聚物的含胺聚合物乳化的水包油乳液，在一些实施例中所述施胶剂增强剂包含如DAA-AcAm共聚物的含胺聚合物。
除非本文另有定义，否则本文中所用的所有技术和科学术语都具有与所属领域普通技术人员通常所理解相同的含义。在有矛盾的情况下，将以本文档(包括定义)为准。提供以下定义来确定本申请中所用的术语如何理解。定义的组织是仅为方便起见并且并不意图将定义中的任一项限于任何特定类别。
“AKD”是指烷基烯酮二聚体，其为呈蜡状粒子的水性分散液形式的合成施胶剂，适用于湿部添加。
“ASA”是指通常在即将添加到造纸机湿部之前用阳离子淀粉乳化的合成施胶剂烯基琥珀酸酐。
“含胺聚合物”与短语“包含至少一种含有伯胺或仲胺的单体的聚合物”在本文中可互换使用。
“来流系统”是指从风扇式泵到流浆箱的纸料流。
“池(chest)”是指配备有搅拌装置的容器，其用于纸浆悬浮液的储存、收集、混合、共混和/或化学处理。池可以是水平和/或垂直的。塔是一种特殊类型的池，其一般在漂白装置中所使用以提供滞留时间并且提供离开纸浆的向下/向上流。
“固化”是指在纸的干燥期间发生的特定施胶剂与湿强度剂的反应。
“脱水”是指在造纸工艺中水的去除。脱水技术典型地应用于造纸机的各主要区段，造纸机典型地由成形区段、压榨区段和干燥器区段组成。在成形区段脱水中，存在于稀释纸浆和水浆液的纤维形成纸幅并且可以经由重力排水和在成形织物下方的施加抽吸发生脱水。在压榨区段脱水中，可由通过经由一系列按压或旋转辊的压区施加的机械压力去除额外水发生脱水，并且湿纸幅在此区段中固结。另外经由随着纸在干燥器区段中与一系列蒸汽加热圆柱体接触而产生的纤维间粘结而蒸发发生脱水。
“风扇式泵”或“纸料泵”是指用于将稀释纸料泵送到造纸机流浆箱的高流速、低扬程泵。可以装备风扇式泵来接收浓纸料配料并将其用白水稀释，并且将稀纸料配料传送到流浆箱。
“羽化”是指归因于毛细作用和/或纸中施胶剂的不充分含量，墨水以不规律图案扩展的倾向。
“纤维配料”是指纤维、水和其他材料的共混物，所述其他材料可以包括(但不限于)供应到造纸机的湿部的颜料、染料和填充剂。
“短效施胶”是指特定纸样品暂时失去其抗水性特性的倾向。
“硬施胶”是指在长时间段内纸对水或其他流体的渗透的较强抗性。
“流浆箱”，也称为“流箱”或“网前箱(breast box)”是指造纸工艺的造纸机的一部分，其主要功能是将纤维在水中的均一分散液以适当速度通过堰板开口运送到造纸机网。在造纸工艺中，流浆箱定位在压力筛网之后。
“水解产物”是指反应性施胶剂的分解产物，其引起效率的净降低和可能的沉积问题。
“干扰物质”是指干扰造纸添加剂(如助留剂、施胶剂、强度剂等)的功能的水性混合物中的某物。
“纸机浆池(machine chest)”是指含有浓纸料纸浆的造纸工艺中的容器或点。纸机浆池通常是在将浓纸料纸浆稀释以形成稀纸料配料并且其后制成纸之前最后一个含有浓纸料纸浆的大型浆池或槽。
“反应性施胶剂”是指当在纤维存在下加热时进行共价反应的施胶剂，如ASA或AKD。
“纸”和“纸张”可互换地使用，意指由水性纤维素造纸配料(任选地，具有矿物填充剂，如碳酸钙、粘土等)制得的造纸工艺的中间物或产物，所述中间物或产物已成形为层。取决于上下文，纸或纸张可能意指造纸工艺的中间物或产物。
“聚合物”意指由结合的反复“聚体”单元构成的均聚物、共聚物或任何有机化学组合物，除非特定上下文清楚地说明预期一种物质。
“压力筛网”或“筛网”是指在造纸工艺中用于将大固体粒子(如纤维束和薄片)从纸料去除的装置。压力筛网紧接在造纸工艺的流浆箱之前定位。
“施胶”是指对纸的处理，所述处理为其提供对流体，包括液体(尤其水)和气体/蒸气的渗透的抗性。施胶改善墨水保持。施胶也降低纸的吸水性并且由此产生墨水可写性的状态。施胶纸也用于多种其他目的(如印刷、涂布、胶合等)并且施胶剂必须完成广泛范围的任务。举例来说，其控制吸水性并且提高保留水和墨水的能力(抗起毛)。
“施胶压制机”是指典型地包括为造纸机的一部分的设备，其用于在纸刚刚第一次干燥后将溶液涂覆到纸的表面，通常藉助于辊之间的熔潭和辊隙或通过将溶液计量到橡胶辊上进行。典型地，溶液含有施胶剂，包括树脂、胶或淀粉，并且施加所述溶液以改变纸的特征。
“施胶复原”是指对于特定类型的施胶纸逐渐失去其抗水性性质的倾向。
“内部施胶”是指对纤维浆液的处理，使得纸将抗流体。
“表面施胶”是指在纸表面处淀粉溶液或其他材料的膜的添加。
“表面施胶的”是指在造纸机的施胶压制机处已用淀粉或其他施胶材料处理的纸。这一术语与术语“槽施胶的”可互换地使用，尽管槽施胶更适当地指代作用独立操作施加的表面施胶，其中纸浸没在胶料(淀粉或胶)的槽中，其后纸在挤压辊之间传送并且空气干燥。
“纸料”是指在造纸工艺中在机械(磨浆(refining)或打浆(beating))和/或化学处理(施胶、装载、染色等)之后的纸浆。
“纸料流”是指纸料从纸机浆池到流浆箱的流或路径。
“原料箱”或“共混箱”是指从纸机浆池泵抽的纸浆可以与其他纸浆共混或混合的池。在造纸工艺中，原料箱位于纸机浆池之后和白水浆池之前。
“浓纸料配料”是指在稀释之前的纤维配料，并且是典型地具有约2％到5％的典型稠度的造纸纸浆与其他材料的混合物。
“稀纸料配料”是指在用白水稀释之后的纤维配料，并且是典型地用白水稀释之后的造纸纸浆与其他材料的混合物。浓纸料配料经稀释以形成稀纸料配料。
“湿部操作”或“湿部”一般是指在成制浆(或漂白)与纸的湿压榨之间的造纸工艺的部分。其典型地包括涉及纤维浆液、填充剂和其它化学添加剂的造纸工艺的区段。其还可以包括流浆箱、成型网和湿压榨区段，其中纸张由纸料配料形成并且在进入干燥器区段之前大部分水被去除。
“白水”是指在造纸机或造纸工艺的湿部中用于稀释浓纸料配料以形成稀纸料配料的滤液或工艺用水。白水在纸张的形成期间从配料中移除并且可以再循环。白水在纸机浆池之后并且在风扇式泵处或之前与浓纸料配料组合并且稀释浓纸料配料。
“白水池”是指造纸工艺中的池、槽或点，其接收浓纸料配料并且可以将浓纸料配料与白水混合以形成稀纸料配料，或接收从浓纸料配料稀释之后的稀纸料配料。白水池可以位于纸机浆池和原料箱之后，风扇式泵之前。
“白水系统”是指造纸机白水的流动回路并且包括管、储槽、清洁设备、来自成形区段的水和返回馈料。
在以上定义或在本申请中其它地方陈述的说明与词典中常用或以引用方式并入本申请中的来源中所陈述的含义(明示或暗示)不一致的情况下，本申请和权利要求书术语具体理解为根据本申请中的定义或说明来解释，并且不根据常见定义、词典定义或以引用方式并入的定义来解释。鉴于上文，在术语仅在其由词典解释时方可被理解的情况下，如果所述术语是由《柯克-奥思默化学技术百科全书(Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology)》,第5版,(2005)(由Wiley,John&Sons,Inc.出版)定义，那么这一定义应控制所述术语在权利要求书中应如何被定义。所有示出的化学结构还包括所有可能的立体异构体替代物。
尽管本发明容许呈多种不同形式的实施例，但本公开将在理解本公开应视为本发明的原理的范例并且并不意图使本发明的广泛方面限于所说明的实施例的情况下详细描述本发明的实施例。
在本公开的至少一些实施例中，将乳化施胶剂与施胶剂增强剂的组合以足以对纸产品施胶的量添加到造纸工艺的纤维配料中。相比于使用不含施胶增强剂的乳化施胶剂，所得纸产品展现对流体、液体或气体渗透增加的抗性。在至少一些实施例中，乳化施胶剂是在包含至少一种含伯胺或仲胺单体的聚合物中乳化的ASA，并且施胶剂增强剂包含含有至少一种含伯胺或仲胺单体的聚合物并且实现改进的ASA的确认和保持。
造纸工艺湿部
现参看图1，示出典型造纸工艺(10)的湿部和造纸机的示意图。造纸工艺和设备、化学品和工艺方案是所属领域的技术人员所熟知的。在不影响本发明的新颖概念的情况下，一些工艺的步骤和次序可以不同。出于说明性和参考目的展示图1的示意图并且其不应视为将本文中发明的范围限制于所展示的特定布置。
在造纸工艺中从纸料流的上游到下游，湿部包含纸机浆池(12)，其中已磨纸浆纸料经收集并且准备共混和并入化学添加剂。可以在纸机浆池(12)之前或其中进行共混。出于本公开的目的，从这一点向前到流浆箱，含有的纸浆纸料或纸料被称作配料或纤维配料。此外，直到纤维配料之后在工艺中稀释，其可称为浓纸料配料。
纸机浆池(12)与原料箱(16)流体连通。经由泵(14)(也被称为“纸机浆池泵”或“MC泵”)将浓纸料配料或纤维配料转移到原料箱(16)，原料箱也可以被称为共混箱。在原料箱(16)中，可以将浓纸料配料与其它已磨纸浆纸料共混。
其后通过管道(18)将浓纸料配料泵抽到池(22)(也被称为“白水池”或“WW池”)，在此期间用白水将浓纸料配料稀释以形成稀纸料配料。可以包含阀(20)(也被称为“主要纸料阀”或“BW阀”)来调节稀纸料配料的流动和稠度。
在WW池(22)中收集的稀纸料配料通过管道(24)行进并且经由泵(26)(也被称为“风扇式泵”)向前泵抽到流浆箱(34)。稀纸料配料流动通过管道(28)到压力筛网(30)，其中稀纸料配料经筛选以去除大的污染物。工艺还可以包括典型地定位在压力筛网之前的一个或多个清洁器，如离心清洁器，以便去除稀纸料配料中比纸浆轻或重的粒子。这类设备和工艺是所属领域的技术人员所熟知的。
其后，经筛选稀纸料配料向下游行进到造纸机(36)的流浆箱(34)。将纤维分配到网上的流浆箱(34)是稀纸料配料向造纸机的引入。典型造纸机进一步包括成形区段(38)，其中形成纸张并且去除水。随后将纸移动(40)到造纸机(36)的典型后面部分(未图示)，所述后面部分包括压榨区段，其去除更多水并且改善光滑度和粘结；干燥器区段，其使用蒸汽干燥纸；和纸卷筒，其将纸卷起。
施胶应用
本公开提供一种在造纸工艺中施胶的方法。在至少一些实施例中，方法包含分别地制备乳化施胶剂和施胶剂增强剂，并且将乳化施胶剂和施胶剂增强剂添加到造纸工艺的纤维配料中。在至少一些实施例中，将乳化施胶剂与施胶剂增强剂分别地或同时添加到纤维配料中。
如在本公开中进一步所描述，在至少一些实施例中，以可以充当乳化剂的施胶剂增强剂的量乳化施胶剂，从而形成组合乳化施胶剂和施胶剂增强剂。在应用中，将组合添加到造纸工艺的纤维配料中。
在至少一个实施例中，分别地制备施胶剂增强剂和乳化施胶剂。将两者分别地或同时添加到纤维配料、浓纸料或稀纸料中。在至少一些实施例中，在乳化施胶剂之前添加施胶剂增强剂。
在其它实施例中，将施胶剂增强剂添加到造纸工艺的纤维配料、浓纸料或稀纸料中，并且其后将乳化施胶剂添加到造纸工艺的稀纸料配料中。在一些实施例中，将乳化施胶剂和施胶剂增强剂添加到造纸工艺中的纤维配料的稀纸料配料中。
在至少一些实施例中，将施胶剂增强剂在纸机浆池(12)与流浆箱(34)之间添加到造纸工艺的纤维配料中，并且将乳化施胶剂添加到在流浆箱(34)之前的稀纸料配料中。在这些和其它实施例中，将乳化施胶剂在风扇式泵(26)与流浆箱(34)之间添加。
在其它实施例中，将施胶剂增强剂和乳化施胶剂都添加到稀纸料配料中。在再其它实施例中，将施胶剂增强剂和乳化施胶剂在筛选(30)之后和流浆箱(34)之前同时或连续添加到稀纸料配料中。当同时添加时，将施胶剂增强剂和乳化施胶剂通过独立管道和端口注入到稀纸料配料流中，或独立管道在稀纸料配料流之前接合，例如呈“T”形管道形式，并且施胶剂增强剂和乳化施胶剂经由管道(32)中的单一端口注入。
在至少一些实施例中，将施胶剂增强剂添加到浓纸料配料中，并且，在一些实施例中，在纸机浆池(12)中或紧接在其后并且在浓纸料配料的稀释之前添加。在一些实施例中，将施胶剂增强剂在筛选(30)之前，并且，在一些实施例中，在风扇式泵(26)之前添加到稀纸料配料中。如上文所提及，可以将施胶剂增强剂在筛网(30)与流浆箱(34)之间(如在管道(32)中)在乳化施胶剂之前、之后或与其同时添加。
在这些和其它实施例中，将乳化施胶剂在白水池(22)中或之后并且在流浆箱(34)之前添加到稀纸料配料流中。在一些实施例中，将乳化施胶剂在白水池(22)与筛网(30)之间，并且，在一些实施例中，在风扇式泵(26)与筛网(30)之间添加。如上文所提及，可以将乳化施胶剂在筛网(30)与流浆箱(34)之间(如在管道(32)中)在施胶剂增强剂之前、之后或与其同时添加。
如上文所提及，在其他实施例中，将施胶剂用施胶剂增强剂乳化以形成乳化施胶剂。在至少一些实施例中，将组合的乳化施胶剂与施胶剂增强剂添加到纤维配料、浓纸料或稀纸料配料中。在其它实施例中，将组合添加到稀纸料配料中，如上文关于乳化施胶剂和/或施胶剂增强剂的添加所描述。在一些实施例中，可以将额外量的施胶剂增强剂与组合的乳化施胶剂与施胶剂增强剂分别地或同时添加到纤维配料中。如上文关于乳化施胶剂和施胶剂增强剂的分别或同时添加所描述，将组合的乳化施胶剂与施胶剂增强剂和额外量的施胶剂增强剂添加到纤维配料中。
施胶剂
在至少一些实施例中，施胶剂是ASA、AKD或其混合物，并且，在一些实施例中，施胶剂是ASA。适合的ASA化合物的实例可以包括基于C16和更高碳的烯基琥珀酸酐和其共混物。在一些实施例中，适合的ASA化合物包括(但不限于)基于C18的烯基琥珀酸酐、基于C16/C18的烯基琥珀酸酐共混物和基于C16的烯基琥珀酸酐。其它施胶剂的实例包括(但不限于)松香和氟聚合物。本发明的施胶剂可以进一步选自美国专利第8,852,400号、第8,709,207号和第8,840,759号以及美国专利申请公开案第2015/0020988号和第2014/0336314号中所公开、描述和要求保护的那些施胶剂。
通常通过马来酸酐(MA)与长链内烯烃的高温反应产生ASA，其中链烯烃与MA的比率通常大于1。用于产生ASA的烯烃的类型可以具有对产物性能的显著影响。商业ASA胶料中采用的烯烃典型地含有16到18的碳链长度。然而，应理解，适用于本文中所描述的水包油乳液的ASA可以由具有不同碳链长度的烯烃制备。
由MA与各种内烯烃制备的ASA化合物公开于美国专利第3,821,069号中。由MA与包括内烯烃的烯烃的混合物制备的ASA化合物也公开于美国专利第6,348,132号中。由复分解反应制备内烯烃和复分解烯烃在ASA化合物的制备中的效用公开于美国专利申请公开案第2003/0224945号中。
乳化剂
在这些和其它实施例中，乳化剂可以是聚合物，所述聚合物包含至少一种含伯胺和/或仲胺的单体(也被称为含胺聚合物)。在至少一些实施例中，聚合物可以是由以下组成或基本上由以下组成的含胺聚合物：DAA(DAA均聚物或基本上DAA均聚物)、DAA的共聚物或至少部分包含DAA的任何聚合物。在某些实施例中，含胺聚合物是DAA/AcAm共聚物。在另外其它实施例中，含胺聚合物是DAA均聚物与DAA/AcAm共聚物的混合物。
在这些和其它实施例中，乳化剂是包含1mol％到60mol％的至少一种含胺乙烯基或烯丙基单体的聚合物，并且聚合物的其余部分包含选自由以下组成的组的非离子单体：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、N-叔丁基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇和其任何组合。在一些实施例中，聚合物包含10mol％到60mol％的至少一种含胺乙烯基或烯丙基单体。
在至少一些实施例中，乳化剂的聚合物包含DAA与至少1％的AcAm、甲基丙烯酰胺或其混合物的共聚物；甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基氯四元聚合物；乙二醛化聚丙烯酰胺；水性碳水化合物分散液，如淀粉；或其任何混合物。在至少一些实施例中，乳化剂的聚合物是DAA与AcAm的共聚物。
在这些和其它实施例中，乳化剂的聚合物中的DAA可以在1摩尔％到99摩尔％范围内。在一些实施例中，聚合物，如DAA/AcAm共聚物，可以主要由DAA构成(DAA单体单元比AcAm单体单元多)。在其它实施例中，含胺聚合物中的DAA可以是1摩尔％到60摩尔％、10摩尔％到60摩尔％或10摩尔％到40摩尔％。在各种实施例中，乳化剂是基本上DAA、DAA/AcAm或其混合物。
在其它实施例中，乳化剂包含施胶剂增强剂，其中施胶剂是基本上乳化剂或与另一乳化剂混合或组合。在一些实施例中，一定量的施胶剂增强剂(如DAA或DAA/AcAm)基本上用作施胶剂(如ASA)的乳化剂，或作为施胶剂(如ASA)的乳化剂与另一种乳化剂(如淀粉或煮熟的淀粉)组合。
根据本公开的乳化剂的其他实例包括在美国专利第8,852,400号、第8,709,207号和第8,840,759号以及美国专利申请公开案第2015/0020988号和第2014/0336314号中所公开、描述和要求保护的那些乳化剂中的一种或多种。
乳化施胶剂
在乳化施胶剂的制备中，如本文中所公开的施胶剂经包含如本文中所公开的含胺聚合物的乳化剂乳化。在这些和其它实施例中，乳化剂聚合物的浓度可以根据例如采用的特定施胶组合物、涉及的特定纸浆、具体操作条件、纸的预期最终用途等而不同。
在至少一些实施例中，含胺聚合物的浓度在每10重量份施胶剂1到60重量份聚合物范围内。在其它实施例中，浓度在每10重量份施胶剂1到30重量份聚合物范围内。在再其它实施例中，每10重量份施胶剂聚合物的重量份包括1到5、至少约10和10到30的范围。在各种实施例中，乳液是ASA，其作为用含DAA聚合物作为乳化剂乳化的施胶剂。
在至少一些实施例中，乳化施胶剂包含0.01重量％到40重量％施胶剂。在其它实施例中，施胶剂包含1重量％到20重量％的施胶剂。在再其它实施例中，乳化施胶剂包含8重量％到12％重量％施胶剂。在这些和其它实施例中，乳化施胶剂可以包含0.001重量％到20重量％乳化剂聚合物，或0.1重量％到10重量％乳化剂聚合物，或1重量％到5重量％乳化剂聚合物。在这些和其它实施例中，作为一实例，施胶剂可以是ASA并且乳化剂聚合物可以是DAA和/或DAA/AcAm。
在这些和其它实施例中，举例来说，施胶剂是ASA、AKD或其混合物，并且乳化剂是聚合物，所述聚合物包含至少一种含伯胺和/或仲胺的单体，如DAA或DAA与至少1％的AcAm、甲基丙烯酰胺或其混合物的共聚物；甲基丙烯酸二甲胺基乙酯-甲基氯四元聚合物；乙二醛化聚丙烯酰胺；水性碳水化合物分散液，如淀粉；或其混合物。在一些实施例中，施胶剂包含用DAA或DAA与AcAm的共聚物乳化的ASA。
在至少一些实施例中，在一定量的如本文中所公开的施胶剂增强剂或与另一种乳化剂混合/组合的施胶剂增强剂中乳化施胶剂(如ASA)。在一些实施例中，用一定量的用作施胶剂的乳化剂并且用作施胶剂增强剂的DAA或DAA/AcAm乳化ASA。在另一实施例中，DAA或DAA/AcAm与淀粉或煮熟的淀粉组合并且用于使ASA施胶剂乳化。
为了获得有利的施胶，一般期望将施胶剂以尽可能小(如小于2微米)的粒度均一地分散在整个纤维配料/浆液中。这可以例如通过在添加到纸料之前使施胶组合物乳化来实现。期望结果通常涉及平均粒度和粒度分布。用于乳化的机械装置例如可以包括高速搅拌器、机械均质器或涡轮泵。后者经常用于制备稳定尺寸乳液。设备必须能够制备在大体上在约0.01微米与约10微米之间的范围内的乳液粒度。
在至少一些实施例中，乳化施胶剂具有在约0.01微米到约10微米范围内的乳液粒度。在一些实施例中，粒度在约0.5微米到3微米之间。此处乳液尺寸是指用可从英国马尔文的马尔文仪器公司(Malvern Instruments,Ltd.,Malvern,U.K.)购得的马尔文Mastersizer激光衍射仪获得的体积百分比分布的中值直径。中值被定义为50％的粒子大于这一值，并且50％小于所述值的直径。可以由能量和添加的稳定剂的量控制乳液的尺寸。通常，将由胶料、聚合稳定剂和实现所需稀释的足够水的混合物制备乳液。如例如公开内容以引用的方式并入本文中的美国专利第4,657,946号和第7,455,751号中所提及，可以添加表面活性剂以促进乳化。
在某些实施例中，乳化施胶剂可以任选地与性质上是阳离子性或能够以产生一个或多个阳离子或其它带正电荷部分的方式电离或解离的一种或多种材料组合使用。已发现这类阳离子剂适用作辅助纸中施胶组合物的保留的装置，并且所属领域的技术人员通常将这些称作保留剂、助剂、包装等。尤其适合的阳离子剂包括例如阳离子淀粉衍生物，包括伯胺、仲胺、叔胺或季铵淀粉衍生物和其它氮取代的淀粉衍生物。这类衍生物可以由包括玉米、木薯、马铃薯、糯性玉米、小麦和大米的所有类型的淀粉制备。
可以将阳离子剂在乳液的添加之前、与乳液的添加一起或在乳液的添加之后添加到纸料，即纸浆浆液中。为了实现最大分布，优选将阳离子剂在乳液之后或与乳液组合添加。可以在湿纸浆向干燥纸幅或纸张的最终转换之前在造纸工艺中任一点处进行向乳液的纸料和/或阳离子剂的添加。
根据本公开的乳化施胶剂的其它制备方法、其它应用和其它组分和组分浓度可见于美国专利第8,852,400号、第8,709,207号和第8,840,759号以及美国专利申请公开案第2015/0020988号和第2014/0336314号中。如本文中所使用的乳化施胶剂亦可以被称为“施胶乳液”、“施胶混合物”或“乳化产物”。
施胶剂增强剂
施胶剂增强剂，也被称为“施胶增强剂”，包含聚合物，所述聚合物包含至少一种含伯胺和/或仲胺的单体(含胺聚合物)。在一些实施例中，聚合物是DAA与AcAm的共聚物。施胶剂增强剂的其他实例包括(但不限于)DAA与至少1％的AcAm、甲基丙烯酰胺或其混合物的共聚物；甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基氯四元聚合物；乙二醛化聚丙烯酰胺；水性碳水化合物分散液；和其任何混合物。在一些实施例中，本公开的施胶剂增强剂可以是美国专利第8,852,400号、第8,709,207号和第8,840,759号以及美国专利申请公开案第2015/0020988号和第2014/0336314号中所公开、描述和要求保护的乳化剂中的一种或多种。
在这些和其它实施例中，施胶剂增强剂的聚合物中DAA的摩尔百分比可以在1％到99％范围内。在一些实施例中，聚合物，如DAA/AcAm共聚物，可以主要由DAA构成(DAA单体单元比AcAm单体单元多)。在其它实施例中，含胺聚合物中的DAA可以是1摩尔％到60摩尔％、10摩尔％到60摩尔％或10摩尔％到40摩尔％。在各种实施例中，乳化剂是基本上DAA、DAA/AcAm或其混合物。
一般来说，本公开中所用的施胶增强剂聚合物可以采取油包水乳液、干粉、分散液或水溶液的形式。在某些实施例中，可以使用游离基引发在水中经由自由基聚合技术制备施胶增强剂聚合物。
其它添加/添加剂
在某些实施例中，本公开的乳化施胶剂和施胶剂增强剂可以任选地与性质上是阳离子性或能够以产生一个或多个阳离子或其它带正电荷部分的方式电离或解离的一种或多种材料组合使用。已发现这类阳离子剂适用作辅助纸中施胶组合物的保留的装置，并且所属领域的技术人员通常将这些称作保留剂、助剂、包装等。在施胶工艺中可以用作阳离子剂的材料是例如明矾、氯化铝、聚氯化铝、长链脂肪胺、铝酸钠、取代的聚丙烯酰胺、硫酸铬、阳离子热固性树脂和聚酰胺聚合物。适合的阳离子剂的实例包括阳离子淀粉衍生物，包括伯胺、仲胺、叔胺或季铵淀粉衍生物和其它阳离子氮取代的淀粉衍生物。可以由包括玉米、木薯、马铃薯、糯性玉米、小麦和大米的所有类型的淀粉制备这类衍生物。此外，其可以呈其初始颗粒形式或其可以转换成预糊化、冷水可溶性产物和/或以液体形式使用。
在一些实施例中，可以将额外化学添加剂添加到造纸工艺的湿部处的纸料或纤维配料中。实例包括：控制pH的酸和碱；用于得到拒水性或吸水率的受控比率的施胶剂，如松香、蜡ASA和AKD；干强度添加剂；用于改善纸的强度和硬度的淀粉和各种聚合物；湿强度添加剂，如交联到纤维表面的聚合物；用于改善印刷级纸的光学和表面特性的填充剂，如粘土、滑石、TiO2(二氧化钛)；助留剂，如改善纤维细料和填充剂的保留的聚合物；用于改善排水和纸张形成的消泡剂；和用于控制造纸机白水中的粘菌生长和其它微生物的杀粘菌剂。可以将额外类型的颜料和填充剂添加到待处理的纸中，如碳酸钙、硫酸钙和硅藻土。还可以添加染料来控制纸张颜色。
剂量施加
可以将乳化施胶剂与施胶剂增强剂的组合经由造纸工艺中添加化学添加剂的常规方法注入或投加到纤维配料或原料流中。可以投加到造纸工艺中的乳化施胶剂和施胶剂增强剂的量和比率可以根据例如采用的特定施胶组合物、涉及的特定纸浆、具体操作条件、纸的预期最终用途等而不同。
在各种实施例中，以每吨干燥纤维0.05到20磅的乳化施胶剂(磅/吨)(在本文中干燥纤维的重量以所接收的计)(也可以对卷筒处生产的含有0％到13％水分的纸进行测量)的剂量采用乳化施胶剂。在其它实施例中，以每吨干燥纤维0.5到10磅的乳化施胶剂的剂量，并且，在一些实施例中，以每吨干燥纤维1.5到20磅的剂量采用乳化施胶剂。在再其它实施例中，以每吨干燥纤维3到7磅的乳化施胶剂的剂量采用乳化施胶剂。
在各种实施例中，以每吨干燥纤维0.5到35磅的施胶剂增强剂(磅/吨)的剂量采用施胶剂增强剂。在其它实施例中，以每吨干燥纤维0.5到20磅的施胶剂增强剂(磅/吨)的剂量采用施胶剂增强剂。在再其它实施例中，以每吨干燥纤维2到12.5磅的施胶剂增强剂(磅/吨)的剂量采用施胶剂增强剂。
在至少一个实施例中，乳化施胶剂包含在基本上DAA和/或DAA/AcAm中乳化的ASA并且以每吨干燥纤维0.05到20磅的乳化施胶剂(磅/吨)的剂量采用，并且施胶剂增强剂包含DAA/AcAm并且以每吨干燥纤维0.5到35磅的施胶剂增强剂(磅/吨)的剂量采用。
在其它实施例中，乳化施胶剂包含在基本上DAA和/或DAA/AcAm中乳化的ASA并且以每吨干燥纤维0.05到10磅的乳化施胶剂(磅/吨)的剂量采用，并且施胶剂增强剂包含DAA/AcAm并且以每吨干燥纤维0.5到20磅的施胶剂增强剂(磅/吨)的剂量采用。
在其它实施例中，乳化施胶剂包含在基本上DAA和/或DAA/AcAm中乳化的ASA并且以每吨干燥纤维3到7磅的乳化施胶剂(磅/吨)的剂量采用，并且施胶剂增强剂包含DAA/AcAm并且以每吨干燥纤维2到12.5磅的施胶剂增强剂(磅/吨)的剂量采用。
在至少一些实施例中，本公开提供对通过造纸工艺生产的纸施胶的方法。方法包含将施胶增强剂添加到造纸工艺的纤维配料中和将乳化施胶剂添加到纤维配料中。施胶增强剂包含具有在约1摩尔％到约60摩尔％范围内的DAA的共聚物并且乳化施胶剂包含0.01wt.％到40wt.％施胶剂和0.001wt.％到20wt.％乳化剂聚合物。施胶剂选自由以下组成的组：用包含至少一种含伯胺或仲胺的单体的乳化剂聚合物乳化的AKD、ASA或其混合物。施胶增强剂与乳化施胶剂分别地或同时添加。在至少一些实施例中，施胶增强剂包含DAA与AcAm的共聚物。在这些和其它实施例中，乳化剂聚合物可以包含DAA单体，并且在一些实施例中，乳化剂聚合物包含基本上DAA单体或包含DAA与AcAm的共聚物。在至少一个实施例中，乳化剂聚合物与淀粉组合。
在至少一些实施例中，本公开提供对通过造纸工艺生产的纸施胶的方法。方法包含将乳化施胶剂添加到造纸工艺的纤维配料中。乳化施胶剂包含0.01wt.％到40wt.％施胶剂和0.001wt.％到20wt.％乳化剂聚合物。施胶剂选自由以下组成的组：AKD、ASA或其混合物，并且乳化剂聚合物包含DAA单体。在至少一些实施例中，乳化剂聚合物包含基本上DAA单体或包含DAA与AcAm的共聚物。在至少一个实施例中，乳化剂聚合物与淀粉组合。
在至少一个实施例中，本发明包括商业包装，所述商业包装含有一定量的本文中所公开的乳化施胶剂和/或施胶增强剂以及打印材料。在至少一些实施例中，印刷材料指示关于所含的乳化施胶剂和/或施胶增强剂的信息。在一些实施例中，印刷材料指示乳化施胶剂和/或施胶增强剂的制备和/或使用说明。
在某些实施例中，将乳化施胶剂在选自由以下组成的组的点处添加到造纸工艺中：在流浆箱之前，在纤维配料、浓或稀纸料；在流浆箱之前在稀纸料配料中；在筛选之前在稀纸料配料中；在风扇式泵之后和筛选之前在稀纸料配料中；在筛选之后和在流浆箱处或之前在稀纸料配料中；和其任何组合。
在某些实施例中，将施胶剂增强剂与上文乳化施胶剂的添加组合在选自由以下组成的组的点处添加到造纸工艺中：在浓纸料配料中；在稀纸料配料中；在纸机浆池之后的浓纸料配料中；在流浆箱处或之前的稀纸料配料中；在筛选之前的稀纸料配料中；在风扇式泵之前的稀纸料配料中；在风扇式泵之后和筛选之前的稀纸料配料中；在筛选之后和在流浆箱处或之前的稀纸料配料中；在筛选与流浆箱之间；和其任何组合。
在某些实施例中，将施胶剂增强剂和乳化施胶剂按选自由以下组成的组的序列分别添加到造纸工艺中：施胶剂增强剂并且随后乳化施胶剂；在筛选之后，施胶剂增强剂和乳化施胶剂；在筛选之后，施胶剂增强剂和乳化施胶剂；施胶剂增强剂与乳化施胶剂同时；和其任何组合。
在某些实施例中，混合室用于将乳化施胶剂和施胶剂增强剂引入到造纸工艺中。这类混合室的实例在美国专利第7,550,060号、第7,785,442号、第7,938,934号和第7,981,251号中所公开，其公开内容以引用的方式并入本文中(例如可从1601West Diehl Road,Naperville,Ill.60563的纳尔科(Nalco)公司购得的PARETO混合技术)，和UTI-25型UltraTurax(可从北卡罗莱纳州威尔明顿(Wilmington,N.C.)的Works公司购得)。设想任何适合的反应器或混合装置/室可以用于本文中所公开的方法以引入水包油乳液。
如本文中所公开的乳化施胶剂与施胶剂增强剂的组合适用于由所有类型的纤维素和纤维素与非纤维素纤维的组合制备的纸的施胶。纤维素纤维/代表性配料包括例如原浆、再循环纸浆、牛皮纸浆(漂白的和未漂白的)、亚硫酸盐浆粕、机械纸浆、聚合塑料纤维、苏打、中性亚硫酸盐半化学品(NSSC)、热机械(TMP)、化学-热机械(CTMP)、磨木浆(GWD)和这些纤维的任何组合。前述纤维素纤维中的任一种可以是漂白的或未漂白的并且其可以包括消费前和/或消费后的再循环纸。这些名称是指已通过纸浆与造纸工业中典型使用的各种方法中的任一种制备的木浆纤维。此外，可以使用粘胶人造纤维(viscose rayon)或再生纤维素型合成纤维。
认为相对于常规施胶剂，本文中所公开的乳化施胶剂与施胶剂增强剂的组合的使用存在至少特定优点。这类优点包括(但不限于)尺寸效率的大量增加；额外强化；改进的脱水；在一些情况下，蒸汽减少；ASA水解减到最小；更低的成本；和机器运行能力的改进。
在本文中所公开的各种其他实施例中，在造纸工艺期间，将单独的或与如本文中所公开的施胶剂增强剂组合的如本文中所公开的乳化施胶剂的溶液在造纸机的施胶压制机处或经由造纸机的施胶压制机施加到纸。在至少一些实施例中，经由施胶压制机的辊施料器(溢流辊隙(flooded nip))或喷嘴施料器施加溶液。其可以置放在最后一个干燥器区段之前。这类施加至少特别有利，因为其改善纸的防水性，降低其起毛能力，减少磨损并且改善其印刷特性和表面粘结强度。在至少一些实施例中，可以经由“涂布机”添加溶液来施加溶液的涂层，所述溶液可以悬浮于粘合剂，如煮熟的淀粉和苯乙烯-丁二烯乳胶中。这些应用可以单独或本文中所公开的内部施胶应用组合进行。
出于所有目的将本公开中所引用的专利或公开案以全文引用的方式并入本文中，所述目的包括描述和公开在可以与本公开结合使用，或可以扩展本公开的实施例和权利要求书的理解和范围的专利和公开案中报道的化学品、材料、仪器、统计分析和方法。在本说明书中引用的所有参考文献应视为指示所属领域中的技术水平。本文中的任何内容均不应被解释为承认本发明无权凭借在先发明而先于此类公开。
可以通过参考以下实例进一步理解前述内容，所述实例是出于说明目的而呈现且不在于限制本公开的范围。具体来说，所述实例展现了本公开固有的原理的代表性实例，并且这些原理并不严格地限于这些实例中所叙述的特定条件。因此，应理解，本公开涵盖对本文中所描述的实例进行的各种改变和修改，并且这类改变和修改可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下并且在不消除其优势的情况下作出。因此，预期这类改变和修改由所附权利要求书涵盖。
实例
进行各种研究以展示使用含有乳化施胶剂的施胶剂增强剂的效果。在图2中，展示使用包含经DAA/AcAm乳化的ASA的乳化施胶剂的样品(样品A2)和包含DAA/AcAm共聚物施胶剂增强剂的样品(样品A3)的2分钟可勃测试的结果。可勃值标记为“可勃”。
所使用的测试方法标题为吸水率测试(纸浆的造纸工业技术协会(Tappi)方法T-441om-09)。可勃值指示一平方米的纸即时吸收的水的质量。施胶剂的效率可以在可勃测试中所展示。施胶改进展示为可勃数的降低。
在测试中，保持样品A2中的乳化剂的活性剂量实质上平稳(在0.6:1.0的比率下用DAA乳化ASA)。不断地增加施胶剂增强剂(样品A3)的剂量。曲线图的右纵轴指示样品A2和A3的剂量(磅/吨活性物质)。曲线图的底部指示磅/吨。
图2的曲线图示出试验数据，其中调节如曲线图中所指出的样品的参数以使如通过可勃所测量的施胶性能最佳化。x轴上指示的时间展示取得每一数据集合和改变化学剂量时的时间。展示到数据示出移除并且测试纸/板样品时的时间。每一时间戳是不同的数据集合(不同的可勃测试)。
如可见，随着施胶剂增强剂的剂量增加，乳化施胶剂的效率增加(因为可勃数下降)。图2的曲线图展示提供良好施胶性能的DAA/AcAm的最佳浓度。随着施胶增强剂，在这种情况下DAA/AcAm(样品A3)的剂量增加超过最佳点，可勃值开始增加，这是因为施胶效率降低。
在图3到5中，进一步展示使用含有乳化施胶剂的施胶剂增强剂的效果的结果。在图3到5的曲线图的每一个中，施胶性能在使用Hercules施胶测试仪(“HST”)的Hercules施胶测试中测量。这类测试和测试仪是所属领域的技术人员所熟知的。HST是测量酸性墨水溶液穿透纸/卡纸样品并且将光源的反射系数减少到预定值花费的时间的仪器。样品具有越高的抗液体性，则酸性墨水溶液将花费越长的时间来渗透。因此，随着HST数增加施胶性能提高。这与可勃测量相反，其中施胶性能随着可勃数降低而提高。
参看图3中所展示的曲线图，示出运行并且通过HST测量施胶性能的三个不同施胶程序的结果。y轴是以秒为单位的HST值并且x轴指示活性样品组合物的磅/吨，其在这种情况下是基于生产的纸的量添加的样品组合物的活性量(每吨生产的纸投加的磅数)。
在图3中，样品B1表示如本文中所公开的经包含DAA/AcAm的施胶剂增强剂，并且表示在没有任何乳化施胶剂或施胶剂(如ASA)的情况下将DAA/AcAm本身作为湿部添加剂投加。如曲线图中可见，样品B1的结果展示在DAA/AcAm(x轴)增加的情况下单独的施胶增强剂的HST值并未提高。
样品B3表示包含经乳化剂乳化的ASA的乳化施胶剂，所述乳化剂以名称7541商业上销售并且可从1601West Diehl Road,Naperville,Ill.60563的纳尔科公司购得。如图3中可见，增加用于乳化ASA的乳化剂的量，使得添加到纸张中的乳化剂的量从1磅/吨增加到3磅/吨活性组合物，但ASA的剂量保持相同，为1磅/吨，从而增加乳化剂与施胶剂的比。
样品B2与样品B3相同，除了如本文中所公开，DAA/AcAm用作乳化剂，而不是7541。类似地，样品B2的施胶剂ASA在投加到纸张之前经乳化剂(DAA/AcAm)乳化。也增加用于乳化ASA的乳化剂的量，使得添加到纸张中的乳化剂的量从1磅/吨增加到3磅/吨活性组合物，但ASA的剂量相同，为1磅/吨，从而增加乳化剂与施胶剂的比。
至于表示1磅/吨的ASA施胶剂和增加量的乳化剂(7541)的样品B3，结果展示随着添加到纸张中的乳化剂的量增加，施胶性能稍微提高。然而，至于表示1磅/吨的ASA施胶剂和增加量的如本文中所公开的乳化剂(DAA/AcAm)的样品B2，结果展示，尽管ASA胶料的量恒定，添加较多如本文中所公开的DAA/AcAm显著改进施胶。
样品B1展示仅仅存在增加量的增强剂，在这种情况下DAA/AcAm，并未显著改进施胶。然而，样品B2展示在乳化ASA施胶剂存在下，增加量的如本文中所公开的施胶增强剂(DAA/AcAm)显著提高固定量的ASA胶料的施胶效率。根据当查看样品B1的结果时观察到的趋势，这是出人意料的结果。如由图3的曲线图说明，如本文中所公开，用作乳化剂的DAA/AcAm具有与样品B3的可商购的乳化剂相比显著的性能优点。
关于图3的测试和曲线图，值得一提的是使用1％HST酸性墨水测试样品B1而使用20％酸性墨水为样品B2和B3。酸性墨水浓度的增加归因于这些方法提供的高施胶性能，并且也指示当投加不含施胶剂的单独的DAA/AcAm时，与其它方法相比，获得极少施胶性能。
参看图4中所展示的曲线图，在样品C1、C2和C3上进行类似于图3的测试的测试。样品C1和C2分别与样品B1和B2相同。值得注意的是相比于图3中的曲线图，图4的曲线图中的y轴的刻度的改变，其解释分离中的差异。样品C2和C3使用20％酸性墨水测试。
样品C3是包含经DAA/AcAm乳化的ASA的乳化施胶剂。与样品B3相比，C3的乳化剂与施胶剂的乳化比率在这种情况下是固定的并且未改变。实际上，添加到纸张中的ASA的量增加。如此，尽管添加的DAA/AcAm的量增加，但存在于纸张中的施胶剂(ASA)也更多。
与其中施胶剂(ASA)的量固定在1磅/吨的样品C2相比，如样品C3所展示，在DAA/AcAm存在下，额外施胶剂(ASA)的存在显著提高施胶性能。如所展示，当DAA/AcAm用作乳化剂时，施胶反应与所使用的施胶剂的量相关。测试还展现有可能通过调节乳化比和/或添加到造纸工艺中的施胶剂的量，在实际上“调整”施胶性能。
参看图5中所展示的曲线图，进行测试以展示在造纸工艺的湿部中添加施胶剂增强剂的影响。样品D1是乳化施胶剂，所述乳化施胶剂包含以1:1的比经DAA/AcAm乳化的ASA，如本文中所公开。样品D2是乳化施胶剂，所述乳化施胶剂包含以1:1的比经7541乳化的ASA。样品D3和D4表示分别使用DAA/AcAm和7541作为乳化剂在固定乳化比下的1磅/吨ASA的参考施胶性能。D3的线表示1磅/吨ASA和1磅/吨的DAA/AcAm并且D4的线表示1磅/吨ASA和1磅/吨的Nalsize 7541。
为了测试，将DAA/AcAm用作施胶剂增强剂。对于样品D1和D2，将乳化施胶剂和施胶增强剂连续添加，其中施胶增强剂DAA/AcAm首先投加，随后是乳化施胶剂。对于样品D1和D2，添加1、2和3磅/吨的DAA/AcAm。如此，样品D1具有总共2、3和4磅/吨DAA/AcAm并且样品D2具有总共1、2和3磅/吨DAA/AcAm和1磅/吨7541。
如曲线图中所见，施胶剂增强剂，在这种情况下DAA/AcAm的存在在样品D1和D2中提高乳化施胶剂的施胶性能。对于样品D1，效果明显更显著，其中ASA初始地经DAA/AcAm乳化。
如所示出，施胶剂增强剂(如DAA/AcAm)的存在用于造纸工艺的湿部中可以改进或提高施胶效率。展示这一效果显著增加，其中乳化剂与增强剂相同，例如乳化剂和增强剂都是DAA/AcAm。
虽然本发明可以许多不同形式实施，但在图式中示出且在本文中详细描述了本发明的具体实施例。本公开是本发明的背景和原理的范例并且不意图使本发明限于所说明的特定实施例。在本文任何地方提及的所有专利、专利申请、科学论文和任何其它参考的材料出于所有目的以全文引用的方式并入，在其涉及本公开的方法和组合物时，包括在提供材料、配方、配制方法和制备、执行和使用的方法方面。此外，本发明涵盖本文所描述和并入本文的各种实施例中的一些或全部的任何可能组合。
以上公开内容意图是说明性并且不是穷尽性的。本说明书将使本领域一般技术人员能想到多种变型和替代方案。所有这些替代方案和变型都意图包括在权利要求书的范围内，其中术语“包含”意指“包括(但不限于)”。熟悉本领域的人员可以认识到本文所描述的特定实施例的其它等效物，所述等效物也意图由权利要求书涵盖。
对本文中含有的“实施例”、“公开”、“本公开”、“本公开的实施例”、“公开的实施例”等的引用是指本专利申请中未承认作为现有技术的说明(文本，包括权利要求书和图式)。
本文中公开的所有范围和参数应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围，以及端点之间的每个数字。举例来说，所陈述的范围“1到10”应视为包括在最小值1与最大值10之间(并且包括最小值1与最大值10)的任何和所有子范围。即，从1或更大(例如1到6.1)的最小值开始，并且以10或更小(例如2.3到9.4、3到8、4到7)的最大值结束的所有子范围和最后到含于所述范围内的每一数1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。

Claims (23)

1.一种对通过造纸工艺生产的纸施胶的方法，所述方法包含：
将施胶增强剂在造纸工艺的流浆箱处或之前添加到所述造纸工艺的纤维配料中，所述施胶增强剂包含聚合物，所述聚合物包含至少一种含伯胺或仲胺的单体；
将乳化施胶剂添加到所述纤维配料中，所述乳化施胶剂在所述流浆箱处或之前和以下时添加：
在所述施胶增强剂之后，其中在所述造纸工艺中所述乳化施胶剂在筛选之前或之后添加；
在所述施胶增强剂之前，其中所述乳化施胶剂在筛选之前或之后添加并且所述施胶剂在筛选之后添加；或
在所述施胶增强剂之前、之后或与所述施胶增强剂同时，其中所述施胶增强剂和所述乳化施胶剂都在筛选之后添加；和
根据造纸工艺从所述纤维配料中制造纸产品，
其中所述乳化施胶剂和所述施胶增强剂以足以对所述纸产品施胶的量添加。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述施胶增强剂的所述聚合物是二烯丙基胺与丙烯酰胺的共聚物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述乳化施胶剂添加到稀纸料配料中。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述造纸工艺中将所述施胶增强剂在筛选之前添加到所述稀纸料配料中。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中在所述造纸工艺中所述施胶增强剂在筛选之后添加。
6.根据权利要求3所述的方法，其中在所述造纸工艺中将所述乳化施胶剂与所述施胶增强剂在筛选之后同时或紧接连续添加到所述稀纸料配料中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述乳化施胶剂和所述施胶增强剂通过公用管道或独立管道同时添加。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中所述乳化施胶剂包含选自由以下组成的组的施胶剂：烷基烯酮二聚体、烯基琥珀酸酐和其任何组合，所述施胶剂用包含至少一种含伯胺或仲胺的单体的乳化剂聚合物乳化。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中所述乳化施胶剂包含水包油乳液，所述水包油乳液包含用乳化剂聚合物乳化的烯基琥珀酸酐，所述乳化剂聚合物包含1mol％到60mol％的至少一种含胺乙烯基或烯丙基单体，并且所述乳化剂聚合物的其余部分包含选自由以下组成的组的非离子单体：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、N-叔丁基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇和其任何组合，其中所述乳化施胶剂具有在约0.01微米到约10微米范围内的乳液粒度。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其中所述乳化施胶剂包含选自由以下组成的组的施胶剂：烷基烯酮二聚体、烯基琥珀酸酐和其任何组合，所述施胶剂用包含至少一种含伯胺或仲胺的单体的乳化剂聚合物乳化，所述施胶增强剂的所述聚合物包含二烯丙基胺单体。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的方法，其中所述施胶增强剂的所述聚合物包含二烯丙基胺与至少1％的丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和其任何组合的共聚物；甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-甲基氯四元聚合物；乙二醛化聚丙烯酰胺；水性碳水化合物分散液；和其任何组合。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的方法，其中所述乳化施胶剂包含0.01重量％到40重量％的所述施胶剂和任选地0.001重量％到20重量％的所述乳化剂聚合物。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的方法，其中所述乳化施胶剂包含8重量％到12重量％的所述施胶剂和1重量％到5重量％的所述乳化剂聚合物。
14.根据权利要求1到13中任一项所述的方法，其中所述乳化施胶剂以每吨干燥纤维0.5磅到20磅的所述乳化施胶剂的剂量率添加。
15.根据权利要求1到14中任一项所述的方法，其中所述乳化施胶剂的所述乳化剂聚合物具有在约1摩尔％到约60摩尔％范围内的二烯丙基胺。
16.根据权利要求1到15中任一项所述的方法，其中所述乳化施胶剂包含0.01重量％到40重量％烯基琥珀酸酐和0.001重量％到20重量％乳化剂聚合物。
17.根据权利要求1到16中任一项所述的方法，其中所述施胶增强剂以每吨干燥纤维0.5磅到35磅的所述施胶增强剂的剂量率添加。
18.根据权利要求1到17中任一项所述的方法，其中所述施胶增强剂包含聚合物，所述聚合物包含1mol％到60mol％的至少一种含胺乙烯基或烯丙基单体，并且所述聚合物的其余部分包含选自由以下组成的组的非离子单体：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、N-叔丁基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇和其任何组合。
19.根据权利要求1到18中任一项所述的方法，其进一步包含将阳离子剂添加到所述造纸工艺，其中所述阳离子剂选自由以下组成的组：明矾、氯化铝、聚氯化铝、长链脂肪胺、铝酸钠、取代的聚丙烯酰胺、硫酸铬、动物胶、阳离子热固性树脂、聚酰胺聚合物、含胺淀粉衍生物和其任何组合。
20.一种在造纸工艺期间对纸施胶的方法，所述方法包含：
将水包油乳液以足以对所述纸施胶的量添加到所述造纸工艺中，其中所述水包油乳液包含用由二烯丙基胺和丙烯酰胺组成的共聚物乳化的烯基琥珀酸酐；和
在筛选之后并且在所述造纸工艺中的流浆箱处或之前，将施胶增强剂以足以增强所述纸的胶料中的水包油乳液的量添加到所述造纸工艺中，所述施胶增强剂包含至少一种含伯胺或仲胺的单体。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述施胶增强剂包含二烯丙基胺与丙烯酰胺的共聚物。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述乳化施胶剂以每吨干燥纤维0.5磅到20磅的所述乳化施胶剂的剂量率添加，并且所述施胶增强剂以每吨干燥纤维0.5磅到35磅的所述施胶增强剂的剂量率添加。
23.一种水包油乳液和施胶增强剂在对纸施胶的方法中的用途，所述水包油乳液包含用包含二烯丙基胺和丙烯酰胺的共聚物乳化的烯基琥珀酸酐，并且所述施胶增强剂包含至少一种含伯胺或仲胺的单体。
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