CN109154146B - 造纸方法和处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从纤维悬浮液制造纸或多层纸板的表面层的方法和处理系统，其中至少90wt％的纤维来自化学制浆过程，化学‑热机械制浆过程和/或办公室废物脱墨制浆过程。纤维悬浮液还包含无机矿物颗粒和阳离子淀粉。将丙烯酰胺与阳离子单体的阳离子共聚物掺入到纤维悬浮液中，并使其通过絮凝与所述纤维悬浮液的至少一些组分发生相互作用。将丙烯酰胺与大于30mol％的阴离子单体的阴离子共聚物加入到纤维悬浮液中，将纤维悬浮液形成纤维网并将网干燥至至少80％的干燥度。在网的表面上施加包含聚合物粘合剂的水性表面组合物。

Description

造纸方法和处理系统
本发明涉及一种从纤维悬浮液制造纸、或多层纸板的表面层的造纸方法和处理系统。
通过在形成纸幅之前向纤维悬浮液中添加各种化学品和/或通过在所形成的纤维网上添加表面组合物，可以改善纸的制造过程以及所生产的纸的性质。例如，在形成纸幅之前添加到纤维悬浮液中的不同化学品用于帮助将填料颗粒保留在纸幅上，以及改善水从纸幅中的排出。然而，已经观察到，尽管添加了化学品，且即使获得的填料保留可能是良好的，形成的纸幅中的填料分布也可能是不均匀的。不均匀的填料分布可能在随后的表面处理中引起问题或者使所生产的纸的光学和/或视觉质量和/或其印刷性能劣化。此外，不均匀的填料分布可能降低形成的纸的z方向强度，即内部粘合强度(Scott Bond)。
由于无机矿物填料是通常比纤维更便宜的原材料，因此有兴趣增加用于制造纸或纸板的纤维悬浮液中的无机填料的量。增加纸中填料含量的一个挑战是避免无机填料颗粒从干燥纸上起尘。此外，当纸中的填料含量增加时，难以实现均匀的填料分布并因此难以实现高的干强度，例如拉伸和内部粘合强度。
纸的性质也可受到在纸幅干燥后在纸幅表面上施加表面组合物(例如表面施胶或涂层组合物)的影响。施加的表面组合物改变纸的性质，例如其孔隙率或表面强度。然而，有时可能需要大量的表面组合物以获得一种或几种性质的期望变化。这可能是过程方面的问题并且在经济上是不可行的。
本发明的目的是最小化或甚至消除现有技术中存在的缺点。
本发明的一个目的是提供一种方法和处理系统，利用该方法和处理系统改善了纸幅中填料的均匀分布。
本发明的另一个目的是提供一种可增强所使用表面组合物获得的效果的方法和处理系统。
本发明的另一个目的是提供一种方法和处理系统，其提供高质量，特别是高填料含量的高级纸。
本发明的另一个目的是提供一种方法和处理系统，其减少最终纸幅的起尘。
这些目的通过具有下面在独立权利要求的特征部分中呈现的特征的本发明来实现。一些优选实施方案在从属权利要求中公开。当适用时，所有描述的实施方案和优点都适用于根据本发明的处理系统和方法，即使并非总是如此明确地说明。
一种从纤维悬浮液制造纸或多层纸板的表面层的典型方法，其中至少90wt％的纤维来自化学制浆过程，化学-热机械制浆过程和/或办公室废物脱墨制浆过程，纤维悬浮液还包含无机矿物颗粒和阳离子淀粉，该方法包括
-将由丙烯酰胺和阳离子单体形成的阳离子共聚物掺入纤维悬浮液中，并使其通过絮凝与所述纤维悬浮液的至少一些组分发生相互作用，
-向纤维悬浮液中加入由丙烯酰胺和大于30mol％的阴离子单体形成的阴离子共聚物，
-将纤维悬浮液形成纤维网并将网干燥至至少80％的干燥度，和
-在网的表面上施加包含聚合物粘合剂的水性表面组合物。
从纤维悬浮液制造纸或多层纸板的表面层的典型处理系统，其中至少90wt％的纤维来自化学制浆过程，化学-热机械制浆过程和/或办公室废物脱墨制浆过程，其中所述系统包括
-悬浮组分，其掺入到纤维悬浮液中并且其包含至少以下组分：
(a)阳离子淀粉，其掺入到纤维悬浮液中，
(b)丙烯酰胺和阳离子单体的阳离子共聚物，
(c)丙烯酰胺与大于30mol％的阴离子单体的阴离子共聚物；和
-表面组分，其施加在纸的表面上并且其包含含有聚合物粘合剂的水性表面组合物。
现在令人惊讶地发现，通过使用根据本发明的处理系统，可以生产高质量的高级纸，特别是具有高填料含量的高级纸。已经观察到填料颗粒更均匀地分布在纸幅的横截面上，这改善了最终纸的光学性质。此外，已经注意到填料颗粒与原纸的结合增强，因此位于纸表面附近的填料颗粒不会掉灰。以这种方式，避免或减少了在纸表面上形成凹陷或不平坦区域。凹陷减少导致较低的消耗和甚至表面组合物的扩散。这意味着表面组合物的性能明显改善，使得相同的表面组合物的施用量提供改善的强度性能或较低的表面组合物施用量提供常规的强度性能。此外，低起尘在印刷和复印过程中是有益的，因为它减少了印刷/复印过程中的设备问题和故障，并提供了更好的印刷质量。
不希望受任何理论的束缚，假设具有高阴离子性的丙烯酰胺的阴离子共聚物提供了与纤维悬浮液中存在的阳离子组分的改善的相互作用。纤维悬浮液中的阳离子淀粉与纤维结合和/或稳定任选的内部胶料(internal size)乳液。丙烯酰胺的阳离子共聚物用于形成具有小尺寸的均匀填料絮体(floc)。形成的絮体相对较小，这改善了它们与悬浮液中存在的纤维的结合。假设填料絮体与纤维的结合改善也改善了填料的均匀分布并减少了最终纸的起尘。通过聚焦光束反射率测量，絮体在排水时的平均絮体尺寸可小于60μm，优选小于40μm。已经观察到，仅将填料颗粒絮凝在一起或与细粒絮凝在一起不一定足以获得均匀的填料分布和足够的粘合以防止填料起尘。现在已经发现，填料絮体可以进一步絮凝和/或与纤维粘合。因此，本发明提供了一种悬浮液组合物，其能实现丙烯酰胺的阴离子共聚物与阳离子成分(即，阳离子淀粉和丙烯酰胺的阳离子共聚物)之间的良好相互作用。可以通过优化丙烯酰胺的阴离子共聚物中的阴离子基团(即，阴离子单体)的量来增强相互作用。总的来说，本发明提供了改进的填料、淀粉和/或内部胶料保持、均匀絮体的形成以及保留的絮体和填料的均匀分布。受控的絮凝和与纤维的有效结合也对形成的纸的强度和孔隙率具有积极影响，并因此对表面组合物可获得的起尘减少具有积极影响。
从其制造纸的纤维悬浮液可包含木质纤维素纤维，其中至少90wt％，优选至少95wt％的木质纤维素纤维来自化学制浆方法和/或化学热机械制浆(CTMP)方法和/或办公室废物脱墨制浆方法，基于纤维悬浮液中的纤维材料的总量。来自化学或CTMP制浆的纤维是优选的，因为悬浮液中的细粒和/或阴离子垃圾的量可被最小化。
纤维悬浮液还包含无机矿物颗粒。纤维悬浮液中的无机矿物颗粒的量使得其提供至少8wt％，优选至少15wt％，更优选至少22wt％的灰分含量。标准ISO 1762，温度525℃，用于灰分含量测量。无机矿物颗粒可选自重质碳酸钙、沉淀碳酸钙、滑石、粘土、二氧化钛或其任何混合物，优选为沉淀碳酸钙、滑石、粘土或其任何混合物，更优选为沉淀碳酸钙。根据一个优选的实施方案，矿物颗粒包含碳酸钙，优选沉淀碳酸钙。优选地，纤维悬浮液中的至少一部分无机颗粒具有阳离子表面电荷，这增强了它们与具有相对高的阴离子电荷的阴离子聚丙烯酰胺的相互作用。
由于其不透明性、光散射性、亮度和良好的印刷性能，沉淀碳酸钙对于用于印刷和/或书写的纸是优选的。然而，已知沉淀碳酸钙填料可降低纸的强度性能并使内部和/或表面施胶更具挑战性。现在可以通过根据本发明的处理系统有效地减少这些缺点。
可以将至少一部分或全部无机矿物颗粒作为填料颗粒添加到纤维悬浮液中。这意味着在该添加之前纤维悬浮液不含矿物填料颗粒。或者，全部或另外至少一部分的无机矿物颗粒可源自损纸(broke)(其被再浆化以获得纤维悬浮液)或者颗粒可源自办公室废物脱墨制浆过程。在这种情况下，填料颗粒不是单独添加到纤维悬浮液中，而是固有地存在于损纸的制浆中。根据一个优选的实施方案，将一部分矿物填料颗粒加入到纤维悬浮液中，并且一部分(通常较小的部分)源自再浆化的损纸和/或办公室废物脱墨制浆过程。
在下面更详细地描述的悬浮组分的各个成分，即阳离子淀粉、丙烯酰胺的阳离子共聚物、丙烯酰胺的阴离子共聚物；上述成分可优选地彼此分开地和单独地并且优选在不同的工艺位置加入或掺入到纤维悬浮液中。或者，悬浮组分的阳离子成分，即阳离子淀粉和丙烯酰胺的阳离子共聚物，可以单独地但同时在相同的工艺位置或以混合物的形式在相同的工艺位置加入。将阳离子成分与阴离子成分，即丙烯酰胺的阴离子共聚物单独添加。
通常，阳离子淀粉可以1-20kg/ton，优选3-13kg/ton，更优选5-10kg/ton的量加入，和/或丙烯酰胺的阳离子共聚物可以30-1000g/ton，优选100-500g/ton，更优选150-250g/ton的量加入，和/或丙烯酰胺的阴离子共聚物可以20-500g/ton，优选30-100g/ton，更优选50-75g/ton的量加入。已经观察到，这些加入量在填料分布以及表面组合物的应用方面都提供了良好的效果。例如，较大量的阳离子淀粉可导致排水减少。
在本上下文中，以kg/ton为单位给出的所有量是指kg/ton纸浆，即kg/ton纤维悬浮液，从纤维悬浮液流量和稠度计算的。
纤维悬浮液包含阳离子淀粉，其优选在掺入或加入丙烯酰胺的阳离子共聚物之前掺入到纤维悬浮液中，这将在本文后面更详细地描述。阳离子淀粉可以主要或基本上以内部胶料形式掺入到纤维悬浮液中。据推测，阳离子淀粉与带负电的纤维表面相互作用。阳离子淀粉包含阳离子基团，例如季铵基团。取代度DS，表示淀粉中平均每个葡萄糖单元的阳离子基团的数目，其可以为0.025-0.05，优选为0.03-0.04。已经观察到，这种取代度提供了阳离子性，使得阳离子淀粉和丙烯酰胺的阴离子共聚物之间能够进行充分和适当的相互作用。可用于本发明的阳离子淀粉可以是任何合适的非降解淀粉，优选为马铃薯、玉米或木薯淀粉。
此外，将由丙烯酰胺和阳离子单体形成的阳离子共聚物优选在阳离子淀粉之后掺入到纤维悬浮液中。允许通过絮凝使阳离子共聚物与纤维悬浮液的至少一些组分，特别是与填料颗粒发生相互作用。
形成的絮体相对较小，这改善了它们与悬浮液中存在的纤维的结合。假设填料絮体与纤维的结合改善也改善了填料的均匀分布并减少了最终纸的起尘。通过聚焦光束反射率测量，絮体在排水时的平均絮体尺寸可小于60μm，优选小于40μm。
丙烯酰胺的阳离子共聚物可以是丙烯酰胺和至少一种阳离子单体的共聚物、所述阳离子单体选自2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯(ADAM)、[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)、2-(二甲基氨基)-乙基丙烯酸酯苄基氯、2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯二甲基硫酸酯、2-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯(MADAM)、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(MADAM-Cl)、2-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯二甲基硫酸酯、[3-(丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵(APTAC)和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵(MAPTAC)。优选地，阳离子单体可以选自[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)，[3-(丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵(APTAC)和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵(MAPTAC)。更优选地，阳离子单体是[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)。
丙烯酰胺的阳离子共聚物可包含至少4mol％，优选4-15mol％，更优选5-11mol％，甚至更优选7-10mol％或有时甚至更优选5-9mol％的源自阳离子单体的结构单元。规定量的阳离子单体提供阳离子共聚物与体系的其它组分(例如阴离子共聚物、矿物填料或任选的膨润土微粒)的良好的亲和性，并改善它们在所形成的纤维网中的保留率和分布。
在将阳离子淀粉掺入纤维悬浮液后，优选将丙烯酰胺的阳离子共聚物加入到纤维悬浮液中。此外，优选在加入丙烯酰胺的阴离子共聚物和任选的膨润土微粒之前将丙烯酰胺的阳离子共聚物加入到纤维悬浮液中，如本文后面所述。以这种方式，可以优化阳离子淀粉的强度增强效果，丙烯酰胺的阴离子共聚物和任选的膨润土微粒的脱水效果，以及填料保留率。
将由丙烯酰胺和大于30mol％的阴离子单体形成的阴离子共聚物优选在加入阳离子共聚物之后加入到纤维悬浮液中。适用于本发明中使用的阴离子共聚物包含比常规更高量的源自阴离子单体的结构单元。假设阴离子共聚物也增强了填料保留率，并且还可能增强阳离子淀粉对由纤维悬浮液形成的纤维网的保留率。
丙烯酰胺的阴离子共聚物可包含大于40mol％或至少50mol％的源自阴离子单体的结构单元。阴离子单体的量的优选范围是45-70mol％，更优选50-65mol％。由此获得的阴离子性提供与处理系统的阳离子成分(例如阳离子淀粉)和/或任选的合成内部胶料的有效相互作用。
丙烯酰胺的阴离子共聚物可以是丙烯酰胺和至少一种不饱和的一元或二元羧酸(例如丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸)或其任何盐的共聚物。
丙烯酰胺的阴离子共聚物可具有1.3-15dl/g的特性粘度。通过使用乌氏毛细管粘度计，在25℃下在1N的NaCl和20mM的磷酸盐缓冲液(pH 7.5)以已知方式测量特性粘度。选择的毛细管是合适的，并且在本申请的测量中，使用常数K＝0.005228的乌氏毛细管粘度计。假定特性粘度指示聚合物的分子量，即使可能的交联可能影响所获得的特性粘度值。重均分子量MW可以是例如3 000 000-20 000 000g/mol。通常，所定义的特性粘度在纸的制造过程中提供优点，即良好的排水性和填料保留率，以及最终纸性能的改进，例如水的低Cobb60值和低动态渗透性。
根据本发明的一个实施方案，丙烯酰胺的阴离子共聚物可具有1.3-3.5dl/g的范围内的特性粘度。已经发现，当处理系统包括合成内部胶料，例如烷基琥珀酸酐(ASA)或烷基烯酮二聚体(AKD)，尤其是ASA时，该特性粘度提供增强的施胶效果。
根据本发明的另一个实施方案，丙烯酰胺的阴离子共聚物可具有5-10dl/g的范围内的特性粘度。已经发现，这种特性粘度提供了所得最终纸的增强的内部粘合强度，即内部强度。
丙烯酰胺的阴离子交联共聚物的流变学可以通过使用阻尼因子tan(δ)来定义，其描述交联聚合物的粘弹性。流变性质可能受交联的影响，这会影响三维结构，从而影响丙烯酰胺的阴离子共聚物的性能。Tan(δ)如下测量：将聚合物样品溶解在去离子水中，提供1.5wt％的浓度。通过翻滚将样品混合2小时，然后将其超声处理15分钟并使其在流变学分析之前放松至少过夜，流变学分析使用配备有直径为50mm，间隙为1mm的板-板几何形状的应变控制的Anton Paar MCR 301流变仪。用于振荡模式测量的样品体积为4ml。温度由器件珀尔帖(peltier)板控制并保持在20.0±0.1℃。基于样品在振幅扫描期间的行为，振幅选择为0.5mrad。聚合物溶液的阻尼因子tan(δ)如下获得：使用上述0.5mrad的角位移测量频率扫描，同时扫描从0.005到5Hz，斜率为每十倍时间12个测量点。记录弹性模量和损耗模量(G'和G”)并用于计算聚合物样品的阻尼因子，其表示为tan(δ)。Tan(δ)在0.02Hz频率下测定。在较低频率下测定tan(δ)不适用于这种聚合物样品，因为结果在较低频率下不可再现。根据本发明的一个实施方案，丙烯酰胺的阴离子共聚物的tan(δ)值在0.5-2.5的范围内，优选为0.8-1.8。
丙烯酰胺的阴离子共聚物可以是乳液聚合物或分散体聚合物，乳液聚合物是优选的。目前认为乳液聚合物可以在纤维悬浮液中保持其三维结构，并提供与处理系统的各种阳离子成分的更有效的相互作用。
丙烯酰胺的阴离子共聚物可以是交联的阴离子共聚物。所用的交联剂可以是多官能单体，例如亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、n-乙烯基丙烯酰胺等。基于初始单体含量，使用的交联剂的量可以是2-1000ppm(摩尔)，优选为4-300ppm(摩尔)，更优选为12-250ppm(摩尔)。可以通过交联控制阴离子共聚物的特性粘度，因为交联似乎降低了共聚物的特性粘度。通过选择合适的交联度可以影响阴离子共聚物与处理系统的其它成分和纤维悬浮液的相互作用。使用交联的阴离子共聚物可以改善所得最终纸的Cobb60值。
此外，优选将无机膨润土微粒添加到纤维悬浮液中。在这种情况下，处理系统的悬浮组分除了其它成分外还包含无机膨润土微粒。膨润土微粒的加入可以与丙烯酰胺的阴离子共聚物的添加同时但分开进行，并优选在流浆箱之前的机械剪切的最后阶段之后进行。膨润土微粒的加入量可以为1.5-4kg/ton，优选为2-3kg/ton。膨润土微粒进一步改善了絮凝的填料颗粒与纤维的结合。
处理系统的悬浮组分可进一步包括用阳离子聚合物(优选用阳离子淀粉)稳定的合成内部胶料。这意味着悬浮组分的阳离子淀粉(其单独加入到纤维悬浮液中)可用于稳定合成内部胶料，或者可备选地，出于稳定目的与合成内部胶料一起加入的阳离子淀粉形成根据本发明的处理系统中的成分。根据本发明的一个优选实施方案，合成内部胶料用阳离子淀粉稳定，且阳离子淀粉与合成内部胶料一起加入纤维悬浮液中。合成内部胶料可以是烷基琥珀酸酐(ASA)或烷基烯酮二聚体(AKD)，或其任何混合物，优选为烷基琥珀酸(ASA)。烷基烯酮二聚体(AKD)可包含棕榈酸、硬脂酸、油酸或其任何混合物。
在将处理系统的悬浮组分的成分，即阳离子淀粉、阳离子共聚物和阴离子共聚物，以及任选成分(即，合成的内部胶料和/或膨润土微粒)加入到纤维悬浮液中之后，将纤维悬浮液形成纤维网，并将形成的纤维网干燥至至少为80％的干燥度。通过使用常规的干燥装置，例如加热的圆筒、空气干燥器等，进行网的干燥。
在干燥纤维网之后，将处理系统的表面组分施加在纸幅的表面上。表面组分包含含有聚合物粘合剂的水性表面组合物。表面组合物的聚合物粘合剂可以是合成聚合物粘合剂或天然聚合物粘合剂，例如淀粉。合成聚合物粘合剂可以是苯乙烯丁二烯或苯乙烯丙烯酸酯。已经发现，当用作包含上述悬浮组分的处理系统的一部分时，表面组合物提供协同效应。
表面组合物可以是表面施胶组合物。表面施胶组合物可包含降解淀粉或合成胶乳作为聚合物粘合剂。表面施胶组合物的固含量可以为5-15wt％，优选为6-12wt％。根据一个优选的实施方案，表面施胶组合物不含无机矿物填料颗粒。表面施胶组合物可以0.2-3g/m2/面，优选0.4-2g/m2/面，更优选0.5-1.5g/m2/面的量加入纤维网的表面上。
根据本发明的另一个实施方案，表面组合物可以是包含无机矿物颗粒，优选碳酸钙颗粒的涂层组合物。涂层组合物的固含量可以是20-75wt％，优选为30-65wt％。涂层组合物中的聚合物粘合剂优选是合成的聚合物粘合剂，例如苯乙烯丁二烯或苯乙烯丙烯酸酯。
在施加表面组合物之后，通过使用常规干燥装置(例如，红外干燥器或空气干燥器)来干燥纤维网。
根据本发明的处理系统适用于造纸，优选为未涂覆的表面施胶的高级纸，或多层纸板的表面层。根据本发明的处理系统特别适用于制造用于印刷和书写的高级纸。生产的纸的克重可以是60-200g/m2，优选为65-150g/m2，更优选为70-95g/m2。处理系统改善了运行性并降低了纸幅断裂的风险，这在生产低克重纸时是有利的。
实验
在以下非限制性实施例中公开了本发明的一些实施方案。
表1中给出了实施例1-3中使用的化学品。可以在投料之前进一步稀释化学品，例如稀释5倍，以改善混合
表1实施例1-3中使用的化学品。
Figure GDA0003255787380000111
实施例1
实施例1中使用的用于纤维悬浮液的纸浆是来自使用90％漂白的硬木牛皮纸纸浆和10％漂白的软木牛皮纸纸浆的未涂覆的高级纸厂的混合浆池。将20％的干燥剂量的沉淀碳酸钙PCC(在表1中定义)加入到混合浆池中。通过向该纸浆和PCC混合物中加入足够的稀释水以达到9.2g/l的稠度来制备实施例1的最终纤维悬浮液。稀释水是以50:50的比例混合的白水和透明滤液的混合物。纸浆和水的性质列于表2中。
表2纸浆和水的性质
混合浆池 白水 透明滤液 最终纤维悬浮液
pH 8.0 7.9 7.8 8.2
浊度,NTU 132 1 1 44
电导率,mS/cm 1.06 0.94 0.93 0.96
电荷,μekv/l -21.3 -25.6 -31.1 NA
ζ电位,mV -18.2 NA NA -16.5
稠度,g/l 41.0 1.3 0.0 9.2
灰分含量,％ 21.5 NA NA NA
动态排水罐DDJ(Paper Research Materials Inc.)用于测试保留率。DDJ中的混合器速度为1200rpm。DDJ的电线类型为40M。在排水时刻，打开滤液软管并从最初的100ml测定稠度。保留率计算为100％×(测试纸浆稠度-滤液稠度)/测试纸浆稠度。
使用动态排水分析仪DDA(AB Akribi Kemikonsulter，Sweden)测量排水。校准DDA的真空和搅拌器，并对设置进行必要的调整。DDA连接到计算机，用于测量施加的真空和真空断点之间的时间。真空的变化表示湿纤维网的形成时间，直到空气穿过增厚网，其指示排水时间。用于测量的排水时间限制设定为30秒。
在排水测量中，将500ml的纤维悬浮液样品测量到反应罐中。通过使用搅拌器以1200rpm将样品悬浮液混合40秒，同时以预定顺序添加待测化学品来进行排水测试。测试化学品添加时间在表3中表示为排水开始前的负时间。排水测试使用具有0.25mm开口的线。排水后使用300mbar真空30秒。将片材在真空干燥器中在92℃和1000mbar下干燥10分钟。在测试之前，根据ISO 187，将DDA片材在23℃，50％相对湿度下养护24小时。用具有5cm直径Cobb装置从DDA片材测量Cobb60值。Cobb60测量基于ISO 535“纸和纸板-吸水性的测定-Cobb法”，测量使用60秒的吸收时间。将Cobb60值与没有化学品的0-测试的Cobb60值(测试23)进行比较以计算减少量。
DDA和DDJ测试的测试程序在表3中给出。时间是排水时刻之前的化学品投料时间。化学品剂量以kg/ton干料给出。
表3用于DDA和DDJ测试的测试程序。
Figure GDA0003255787380000141
表4显示了基于本发明和用于参考的处理系统的施胶、排水和保留率结果。APAM-CR1和APAM-CR2具有更多的阴离子电荷，在所有剂量0.03、0.06和0.09kg/t下，它们将给出至少89％的Cobb60减少，而参考产品APAM-CR0和APAM-CR，其仅使用一个剂量水平，给出所需的Cobb60减少。发明的系统允许控制用于排水和保留率的剂量水平。当APAM与CPAM一起使用时，实现了短的排水时间和高的保留率。当将膨润土添加到系统中时，排水时间和保留率得到进一步改善。
表4施胶、排水和保留率结果。
Figure GDA0003255787380000161
实施例2
通过在Voith Sulzer实验室精浆机中将90％漂白的桉树硬木浆和10％漂白的松木牛皮纸纸浆精制至370ml的加拿大标准游离度(Canadian Standard Freeness)来制备测试纸浆。精制后，将纸浆用自来水稀释，得到稠度为5.07g/l的纤维悬浮液。用CaCl2 x 2H2O0.1g/l+Na2SO4将自来水的电导率调节至1175μS/cm。纤维悬浮液的pH为7.9。根据ISO 4119测量稠度并使用Knick Portamess 911装置测量电导率。
通过Techpap的装置制备动态手抄纸。鼓以1400rpm运转，用于纸浆的混合器以400rpm运转，纸浆泵以800rpm/min运转，扫描次数100且舀取时间为60s。将生产的片材在Techpap辊式压制机中在吸墨纸之间在6巴下压制并约束在STFI板式干燥器中在140℃下干燥8分钟。
表5中给出了纤维悬浮液的化学品剂量，以kg/ton干料计。
通过用装有钢制烧杯的Osterizer家用混合器将2份的淀粉2与1份的ASA混合24小时以形成稳定的乳液来制备ASA乳液。将ASA以乳液形式投料至纤维悬浮液。活性ASA剂量在表5中给出。
表5中的淀粉2的量是ASA乳液中包含的淀粉2和单独添加的淀粉2的总和。
表5实施例2中的化学品的剂量和投料时间。
Figure GDA0003255787380000181
将动态手抄纸进行表面施胶。表面施胶组合物包含：
-干燥形式的降解的非离子淀粉96.2％：将C*膜07311在97℃下以16％的固体蒸煮30分钟；
-荧光增白剂1.8％，为以下产品：Igcar的Neucoblanc PSP，
-施胶剂2.0％，为以下产品：Solenis的Impress 918 ST；
-去离子水将组合物稀释至10％干固体。
通过使用施胶压机将表面胶料施加在手抄纸上。施胶压机制造商：Werner MathisAG,CH 8155 Niederhasli/Zürich；施胶压机型号：HF 47693 350型；操作速度：2m/min；操作压力：1巴；操作温度：60℃；施胶溶液体积：115ml/测试。
表面施胶的片材的干燥在单缸毡制蒸汽加热干燥滚筒中在92℃下进行1分钟。在干燥器中的收缩受到限制。纸张通过干燥器一次。在烘箱中进行胶料固化：105℃，15分钟。
表面胶料的拾取量是原纸和表面施胶纸的空气养护基重的百分比增加。根据ISO536用Mettler Toledo测量基重。
根据Tappi T 569，通过使用Huygen设备的内部粘合强度值测量表面施胶的手抄纸的内部粘合。
根据ISO 1762，在温度525℃下测量没有表面施胶的手抄纸的灰分含量，并且根据ISO 1924-3，从机械方向拉伸强度测量计算没有表面施胶的手抄纸的拉伸指数，索引到片材基重。
实施例2的结果列于表6中。
表6手抄纸(拉伸指数，片材灰分含量)和表面施胶的手抄纸的性能(内部粘合强度，拾取量)
Figure GDA0003255787380000201
从表6中可以看出，与没有添加APAM的参考相比，添加到纤维悬浮液中的丙烯酰胺的阴离子共聚物(APAM)改善了拉伸强度。与包含膨润土但不含APAM的参考2-1相比，APAM与膨润土微粒一起使用改善了内部粘合强度。与参考2-7相比，添加APAM但不含膨润土(测试2-8)改善了表面施胶后的内部粘合强度。较高剂量的APAM增加了灰分保留率，这通过测试2-3和测试2-5中较高的片材灰分含量来表示。APAM的较高特性粘度(参见测试2-4、2-6)可能影响表面胶料的拾取量。此外，APAM可能影响片材孔隙率和ASA保留率，这进一步影响表面施胶。
使用阴离子交联聚丙烯酰胺APAM-CR2(图1a)和APAM-CR0(图1b)，根据测试2-3的表面施胶配方，用由夹网成形器制成的树脂嵌入的手抄纸拍摄片材横截面的SEM照片。从图1a可以看出，阴离子交联聚丙烯酰胺APAM-CR2提供相对较小的絮体，并且图中看起来为白色的填料在整个片材中均匀分布。从图1b可以看出，阴离子交联聚丙烯酰胺APAM-CR0提供略大的絮体，并且填料更集中在片材的中心。
实施例3
以与实施例2中相同的方式制备手抄纸并进行表面施胶。手抄纸制备的剂量和投料时间在表7中表示。化学品剂量以kg/ton干料给出，除了PCC，其以％干料给出。
表7实施例3中化学品的剂量和投料时间。
Figure GDA0003255787380000211
根据设备的操作说明，使用表面施胶试验机Mütec EST 12(Emtec ElectronicGMbH)制作用于测量与水接触的手抄纸的渗透测试PDA。在0.2秒下记录透射率。
Cobb60测量基于ISO 535“纸和纸板-吸水性的测定-Cobb法”，测量使用60秒的吸收时间。
根据Tappi T 558 om-97测定接触角(FibroDat 1100，测角仪PG3)。在1秒下记录接触角。
根据ISO 11475，基于来自顶侧的CIE白度D65的荧光组分，用Lorezen&Wettre的Elrepho分光光度计测量荧光。
结果列于表8中。结果显示表面施胶的手抄纸样品(根据本发明)和没有表面施胶的手抄纸样品(原纸)二者，以显示所获得的效果不仅源自表面施胶的应用，而且源于添加悬浮液组合物化学物质到纤维悬浮液中。可以看出，表面施胶后的Cobb60值明显改善。此外，通过向纤维悬浮液中添加膨润土微粒和APAM-CR2并施加表面胶料(测试3-3相比于测试3-1)，改善了PDA透射率。即使使用低剂量的ASA，在测试3-3和3-6中，表面施胶纸的接触角仍然达到至少90度。测试3-3整体表明了良好的施胶性能，即使使用低剂量的ASA和低剂量的低IV交联的APAM。基于Cobb60可知，AKD获得了良好的内部施胶，但即使拾取量较高时，施胶纸的PDA值也较低。因此，在本发明的一些实施方案中，ASA作为内部胶料可能是优选的。与测试3-9相比，测试3-3和3-5中的荧光较高，并且与测试3-9相比，测试3-8中的荧光较高。这表明使用低IV交联的APAM可以增加拾取量和荧光。
即使参考目前似乎是最实用和优选的实施方案描述了本发明，但应理解，本发明不应限于上述实施方案，而是本发明也旨在涵盖落入所附权利要求范围内的不同修改和等同技术解决方案。
表8手抄纸的性质。
Figure GDA0003255787380000231
*没有丙烯酰胺的阴离子共聚物的参考测试点

Claims (19)

1.一种从纤维悬浮液制造纸、或多层纸板的表面层的方法，其特征在于，其中至少90wt％的纤维来自化学制浆过程、化学-热机械制浆过程和/或办公室废物脱墨制浆过程，所述纤维悬浮液还包含无机矿物颗粒和阳离子淀粉，
-将丙烯酰胺与阳离子单体的阳离子共聚物掺入所述纤维悬浮液中，并使其通过絮凝与所述纤维悬浮液的至少一些组分发生相互作用；其中通过聚焦光束反射率测量，所形成的絮体在排水时具有小于60μm的平均絮体尺寸，
-向所述纤维悬浮液中加入丙烯酰胺与50-70mol％的阴离子单体的阴离子共聚物，其中所述阴离子共聚物具有1.3-15dl/g的特性粘度，
-将纤维悬浮液形成纤维网并将网干燥至至少80％的干燥度，和
-在所述网的表面上施加包含聚合物粘合剂的水性表面组合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维悬浮液中的无机矿物颗粒的量提供至少8wt％的灰分含量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述无机矿物颗粒包含碳酸钙。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
-以1-20kg/ton的量加入阳离子淀粉，和/或
-以30-1000g/ton的量加入丙烯酰胺的阳离子共聚物，和/或
-以20-500g/ton的量加入丙烯酰胺的阴离子共聚物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将阳离子淀粉、丙烯酰胺的阳离子共聚物和丙烯酰胺的阴离子共聚物彼此分开地和单独地掺入到所述纤维悬浮液中。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以1.5-4kg/ton的量将膨润土微粒添加到所述纤维悬浮液中。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将膨润土微粒与丙烯酰胺的阴离子共聚物同时但单独地加入到所述纤维悬浮液中。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在掺入阳离子淀粉之后和在加入丙烯酰胺的阴离子共聚物粒之前，将丙烯酰胺的阳离子共聚物加入到所述纤维悬浮液中。
9.从纤维悬浮液制造纸、或多层纸板的表面层的处理系统，其特征在于，其中至少90wt％的纤维来自化学制浆过程，化学-热机械制浆过程和/或办公室废物脱墨制浆过程，所述系统包括
-悬浮组分，其掺入到所述纤维悬浮液中并且包含至少以下组分：
(a)阳离子淀粉，其掺入到所述纤维悬浮液中，
(b)丙烯酰胺与阳离子单体的阳离子共聚物，以形成絮体，其中通过聚焦光束反射率测量，所形成的絮体在排水时具有小于60μm的平均絮体尺寸，
(c)丙烯酰胺与50-70mol％的阴离子单体的阴离子共聚物，其中所述阴离子共聚物具有1.3-15dl/g的特性粘度；和
-表面组分，其施加在纸的表面上并且其包含含有聚合物粘合剂的水性表面组合物。
10.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述丙烯酰胺的阳离子共聚物是丙烯酰胺与至少一种阳离子单体的共聚物、所述阳离子单体选自2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯、[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵、2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯苄基氯、2-(二甲基氨基)乙基丙烯酸酯二甲基硫酸酯、2-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵、2-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯二甲基硫酸酯、[3-(丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵和[3-(甲基丙烯酰基氨基)丙基]三甲基氯化铵。
11.根据权利要求9或10所述的处理系统，其特征在于，所述阳离子共聚物是丙烯酰胺与4-15mol％的阳离子单体的阳离子共聚物。
12.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述丙烯酰胺的阴离子共聚物的特性粘度为1.3-3.5dl/g。
13.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述丙烯酰胺的阴离子共聚物的特性粘度为5-10dl/g。
14.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述丙烯酰胺的阴离子共聚物的tan(δ)值为0.5-2.5。
15.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述丙烯酰胺的阴离子共聚物是交联的阴离子共聚物。
16.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述悬浮组分还包含用阳离子聚合物稳定的合成内部胶料。
17.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，表面组合物是包含降解淀粉作为聚合物粘合剂的表面施胶组合物。
18.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，悬浮液组合物还包含膨润土微粒。
19.根据权利要求9所述的处理系统用于制造纸或纸板或多层纸板的表面层的用途。
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