CN116096963A - 纸和纸板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造纸或纸板的方法,包括将重均分子量大于750,000道尔顿的水溶性聚合物P添加到纤维悬浮液中。所述方法包括以下连续步骤:‑制备包含至少一种水溶性聚合物P的水溶液A,其浓度C为0.1%至0.5%重量,所述聚合物P的F(C)系数严格大于4,其中,F(C)=Δ600/C,Δ600是在25℃下达到600秒时水溶液A产生的粘度的90%时的斜率,该斜率由在给定的浓度C,25℃下,水溶液A随时间变化的粘度曲线获得,‑在一个或多个注入点将水溶液A添加到纤维悬浮液中,‑形成纸或纸板片材。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造纸和纸板的方法,所述纸和纸板具有改善的总保留性、填料保留性和脱水性能,和/或优异的机械纸/纸板特性。更具体地,本发明的主题是一种制造方法,该方法涉及在将至少一种具有特定溶解性能的水溶性聚合物添加到纤维悬浮液之前先制备其储备溶液。
本发明还涉及通过该方法获得的纸和纸板。
技术背景
在造纸过程中,保留和脱水系统的实施是众所周知的。
术语“保留性能”应理解为将纸浆内的物质(纤维、填料(碳酸钙、氧化钛、……)……)悬浮物保留在成形织物上的能力,也就是在构成最终片材的纤维垫中。保留剂的作用方式是基于这些材料在水的悬浮液中的絮凝作用。实际上,形成的絮状物更容易保留在成形织物上。
填料的保留包括特异性地保留填料(小尺寸的矿物质与纤维素的亲和力很小)。填料保留的显著改善通过将填料保留在纸张中并增加其重量来澄清白水。这也提供了用填料(更低的成本)替代部分纤维(纸的组合物中最昂贵的组分)的可能性,以降低纸的制造成本。
关于脱水(或排水)特性,这是纤维垫排空或排出最大量的水的能力,使得片材尽可能快地干燥,特别是在其制造过程中。
这两个属性(保留和排水)密切相关,一个取决于另一个。然后是在保留和排水之间找到最佳折衷的问题。一般而言,本领域技术人员指的是保留剂和排水剂,因为它们是能够调节这两种性质的相同类型的产品。
现有技术中已知的所有保留和排水系统的特征在于,它们的主要保留剂是高分子量的水溶性聚合物,大于100万g/mol,通常大于300万g/mol,称为絮凝剂。它们通常是阳离子,并且由于其高分子量,而具有特殊性,能够采用乳液(反),油性悬浮液(蒸馏的反乳液),微乳液或粉末形式。与干纸相比,这些聚合物通常以50至800g/t的干聚合物的水平引入。
这些试剂在造纸过程中的引入点通常位于短路处,也就是说在风扇泵之后,并且因此位于稀薄的储备溶液,其浓度通常低于1%,更通常在0.5和1.2%之间,以干物质的重量计。
无论水溶性聚合物的物理形式(粉末,乳液,油性悬浮液)如何,都必须事先制备水溶性聚合物的储备溶液(水性),以将其注入造纸过程中。然而,该储备溶液的最大粘度只能在几分钟,甚至数十分钟后才能达到,这意味着水溶性聚合物在储备溶液制备单元中的停留时间延长,具有高熟化制备罐的体积,因此在造纸厂内有很大的占地面积。
WO 2006/071175描述了一种组合物及其在纸制造中的用途。该组合物包含聚合物和烃化合物(油、脂肪或蜡)。在造纸过程中,它可以直接添加到纤维悬浮液中,也可以在乳化后添加。在将其添加到纤维悬浮液中之前,不用于形成水溶液。它也可以应用于纸张。
除了保留剂和排水剂之外,造纸工艺还可能涉及干燥状态和/或潮湿状态下的片材强度剂。
一些干强度剂是平均分子量为至少750,000道尔顿的水溶性聚合物,并且可以是粉末或反相乳液形式。结果,这些产品在制备时间方面具有相同的缺点。这更真实,因为引入到纸浆中的添加剂的剂量约为500至5000g/t的干物质(通常为纤维素纤维+填料)。因此,这些聚合物的快速溶解是减少制备单元占地面积的关键因素。
发明内容
出乎意料的是,本申请人发现,使用含有至少一种水溶性聚合物P的水溶液A的造纸方法,所述聚合物P的浓度C为0.1-0.5%重量之间,在25℃下制备两分钟或更短时间后,与其他形式的产品相比,能够实现排水性能、纤维和细粉的保留、填料的保留、或纸/纸箱的机械特性能的改善,这意味着聚合物P的溶解时间缩短。聚合物P的系数F(C)>4,F(C)=Δ600/C,Δ600是在给定浓度C下,由水溶液A的粘度随时间的变化曲线得出,在达到600秒时粘度的90%时的斜率。
因此,聚合物P在用于制备水溶液A的单元中的停留时间更短,熟化制备罐的体积更小,因此造纸厂内的占地面积减小。
更具体地说,本发明涉及一种制造纸或纸板片的方法,包括向纤维悬浮液中加入平均分子量大于750,000道尔顿的水溶性聚合物P,其特征在于,它包括以下连续步骤:
-制备包含至少一种水溶性聚合物P的水溶液A,其浓度C为0.1至0.5%重量之间,所述聚合物P具有F(C)系数>4(严格大于4),其中F(C)=Δ600/C,Δ600是在25℃下达到在600秒时水溶液A所产生的粘度的90%时的斜率,该斜率从给定的浓度C,25℃下水溶液A随时间变化的粘度曲线获得。
在形成水溶液A之前,聚合物P为无水油性悬浮液,其含有20-60%重量的聚合物P,所述聚合物P的平均直径严格小于300μm,使用配备有螺旋几何形状的粘度计,在25℃下测定溶液A随时间的粘度,
-在一个或多个注射点将水溶液A添加到纤维悬浮液中,
-形成纸张或纸板。
通常,配备有螺旋几何形状的粘度计基于驱动的几何形状的空气轴承马达来操作,允许受控剪切或受控剪切应力测试。
在说明书的其余部分和权利要求中,以gt-1或kg.t-1表示的所有聚合物剂量按每吨干物质的活性聚合物重量给出。干物质对应于在用于制造纸张或纸板的过程中使用的纤维悬浮液中的水蒸发后获得的干提取物。干物质通常基于纤维素纤维和填料,有利地由纤维素纤维和填料组成。术语“纤维素纤维”包括任何纤维素实体,包括纤维、细纤维、微纤维或纳米纤维。
术语“聚合物”是指均聚物和共聚物。
术语“水溶性聚合物”是指在去离子水中,当在25℃和浓度为20g.L-1的搅拌下溶解4小时时,得到没有不溶性颗粒的水溶液的聚合物。
根据本发明,水溶性聚合物的“重均分子量”是通过测量特性粘度来确定的。特性粘度可以通过本领域技术人员已知的方法来测量,并且尤其可以通过图形方法从不同浓度的降低粘度值来计算,该图形方法包括将降低粘度值(在纵坐标轴上)绘制为浓度的函数(在横坐标轴上),并通过将曲线外推到零浓度。特性粘度值绘制在纵坐标轴上或使用最小二乘法。然后可以通过著名的Mark-Houwink方程确定分子量:
[η]=KMα
其中[η]表示通过溶液粘度测量法测定的聚合物的特性粘度,
K表示经验常数,
M表示聚合物的分子量,
α表示Mark-Houwink系数,
α和K取决于特定的聚合物-溶剂系统。
术语“纤维悬浮液”应理解为基于水和纤维素纤维和填料的厚纸浆或薄纸浆。厚的原料,其干物质的重量浓度大于1%或甚至大于3%,在风扇-泵的上游。干物质的重量浓度通常低于1%的薄原料位于风扇泵的下游。
聚合物P的水溶液A也可以称为聚合物储备溶液P。在将其添加到纤维悬浮液中之前,该溶液A,在300μm下过滤,没有显示出未溶解聚合物P的痕迹。
溶液A随时间的粘度在25℃的水中使用粘度计测定,该粘度计优选地是配备有螺旋几何形状的赛默飞科技(Thermo scientific)HAAKE iQ Air型粘度计。
优选地,聚合物P是从至少一种水溶性单烯键式不饱和单体获得的,最常是非离子和/或阴离子和/或阳离子和/或两性离子,优选选自:
-至少一种非离子单体,选自下组:丙烯酰胺,甲基丙烯酰胺,N-烷基丙烯酰胺,N-烷基甲基丙烯酰胺,N,N-二烷基丙烯酰胺,N,N-二烷基甲基丙烯酰胺,丙烯酸的烷氧基化酯,甲基丙烯酸的烷氧基化酯,N-乙烯基吡啶,N-乙烯基吡咯烷酮,羟烷基丙烯酸酯,和甲基丙烯酸羟烷基酯,优选丙烯酰胺,
-至少一种阴离子单体,其选自具有羧酸官能团的单体及其盐,包括丙烯酸,甲基丙烯酸,衣康酸,马来酸;具有磺酸官能团的单体及其盐,包括丙烯酰胺基叔丁基磺酸(ATBS),烯丙基磺酸和甲基烯丙基磺酸,及其碱盐或碱土盐,以及具有膦酸官能团的单体及其盐,
-至少一种阳离子单体,选自下组:季铵化或盐化的丙烯酸二甲基氨基乙酯(ADAME),季铵化或盐化的甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(MADAME),二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC),丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(APTAC)和甲基丙烯酸酰胺丙基三甲基氯化铵(MAPTAC),
-至少一种两性离子单体,选自下组:磺基甜菜碱单体,如甲基丙烯酸乙酯磺丙基二甲基铵,丙基甲基丙烯酰胺磺丙基二甲基铵和磺丙基2-乙烯基吡啶;磷酸甜菜碱单体,如磷酸乙基三甲基铵甲基丙烯酸乙酯和羧基甜菜碱单体。
对于非离子单体,烷基表示CnH2n+1烃基,n有利地在1和5之间,更有利地在1和3之间。
根据本发明,“YY和/或ZZ”是指传达YY、ZZ或YY和ZZ。
水溶性聚合物P可以是线性的或结构化的。术语“结构化的”传达是聚合物可以是分支聚合物的形式,例如梳状或星形。
水溶性聚合物P可以进一步通过至少一种结构化剂来结构化,所述结构化剂可以选自包含聚乙烯不饱和单体(即,具有至少两个不饱和官能团)的组,例如乙烯基、烯丙基、丙烯酸和环氧官能团。例如,可以提及亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、三羟基胺、四烯丙基氯化铵和1,2-二羟基乙烯双-(N-丙烯酰胺)。
水溶性聚合物P可根据本领域技术人员熟知的以下聚合技术通过自由基聚合获得:凝胶聚合、沉淀聚合、反相乳液聚合(任选接着蒸馏)。
这种聚合一般是自由基聚合。根据本发明,“自由基聚合”应理解为通过至少一种引发剂(UV、偶氮、氧化还原或热)的自由基聚合,或受控自由基聚合(CRP)的技术,或基质聚合技术。
在形成水溶液A之前,聚合物P呈无水油性悬浮液的形式,通常通过将聚合物P的颗粒悬浮在油中获得。无水的特性是通过不加水来保证的。
在形成水溶液A之前,聚合物P为无水油性悬浮液的形式,其含有20-60%重量的聚合物P,其平均直径严格小于300μm,有利地在0.1和小于300μm之间,甚至更有利地在1和小于300μm之间。平均直径是指聚合物颗粒的数均直径。
聚合物P的无水油性悬浮液的油选自矿物油(含有饱和烃,如石蜡、异链烷烃或环烷烃)和/或合成油。油可以有利地代表40-80%重量的无水油性悬浮液,例如45-70%。
聚合物P的无水油性悬浮液有利地包含按重量计在20至60%之间,更优选在30至55%之间的水溶性聚合物P,其有利地呈具有在0.1至小于300μm之间的较低平均直径的颗粒形式。
无水油性悬浮液中的水溶性聚合物P颗粒的平均直径有利地小于300μm,优选地0.1至小于300μm,更优选地1至小于300μm。颗粒的平均直径可以通过本领域技术人员已知的任何方法来确定,例如通过双目显微镜。
甚至更优选的是,聚合物P的无水油性悬浮液可以含有流变改性剂和/或乳化剂和/或反转剂(reversing agent)。在这种情况下,调节油的重量百分比(有利地为40至80%)以达到或不超过100。
因此,聚合物P的无水油性悬浮液可由聚合物P、油和选自流变改性剂、乳化剂、反转剂及其混合物中的至少一种添加剂组成。
优选地,所述流变改性剂选自羟乙基纤维素、凹凸棒石、合成锂皂石、锂蒙脱石、蒙脱石、膨润土、气相二氧化硅及其混合物。
聚合物P的无水油性悬浮液有利地含有0.05至5.00%重量的流变改性剂,更有利地0.05至1.5%重量,甚至更有利地0.1至1.0%重量(相对于所述无水油性悬浮液的重量)。
乳化剂有利地选自山梨糖醇酯、聚乙氧基化山梨醇酯、二乙氧基化油鲸蜡醇、由聚(异丁烯基)琥珀酸或其酸酐与聚乙二醇缩合而成的平均分子量为1000-3000道尔顿的聚酯,由羟基硬脂酸与聚乙二醇缩合而成的平均分子量为2500-3500道尔顿的嵌段共聚物,乙氧基化脂肪胺,二烷醇酰胺衍生物,甲基丙烯酸硬脂酯共聚物及其混合物。
聚合物P的无水油性悬浮液有利地含有0.5至5.0%重量的乳化剂,更有利地1.0至2.0%重量(相对于无水油性悬浮液的重量)。
反转剂有利地选自乙氧基化壬基酚,优选具有4至10个乙氧基;乙氧基和丙氧基化醇,优选具有包含12至25个碳原子的乙氧基/丙氧基;乙氧基化十三醇;乙氧基/丙氧基脂肪醇;乙氧基化山梨醇酯(有利地为20摩尔当量的环氧乙烷);聚乙氧基化山梨醇月桂酸酯(有利地20摩尔当量的环氧乙烷);聚乙氧基化蓖麻油(有利地40摩尔当量的环氧乙烷);十乙氧基化油癸醇;七氧乙基月桂醇;聚乙氧基化山梨糖醇单硬脂酸酯(有利地20摩尔当量的环氧乙烷);聚乙氧基化烷基苯酚(有利地为10摩尔当量的环氧乙烷)十六烷基醚;聚环氧乙烷烷基醚;N-酮基-N-乙基吗啉乙硫酸钠;十二烷基硫酸钠;脂肪醇与环氧乙烷的缩合产物(有利地为10摩尔当量的环氧乙烷);烷基酚和环氧乙烷的缩合产物(优选12摩尔当量的环氧乙烷);脂肪胺与5或更多摩尔当量的环氧乙烷的缩合产物;乙氧基化三苯乙烯基苯酚;环氧乙烷与部分被脂肪链酯化的多元醇及其无水形式;胺氧化物;烷基聚葡糖苷;葡糖酰胺;磷酸酯;烷基苯磺酸及其盐;水溶性表面活性剂聚合物及其混合物。
聚合物P的无水油性悬浮液有利地包含0.1至4.0%重量的流变改性剂,更有利地0.2至2.0%重量(相对于无水油性悬浮液的重量)。
因此,聚合物P的无水油性悬浮液可含有0.05至5.0%重量的流变改性剂、0.5至5.0%重量的乳化剂和0.1至4.0%重量的反转剂。
油和无水油性悬浮液的任何其他化合物(流变改性剂、乳化剂和反转剂)对聚合物水溶液的粘度的发展没有影响。因此,这些化合物对F(c)系数没有影响。因此,当测量F(C)系数时,它们的可能存在是无害的(也不是必要的)。
优选地,将聚合物P以100至5000gt-1的干物质(纤维素纤维+电荷)的比率引入纤维悬浮液中。
纤维悬浮液包括不同纤维的可能的使用:原始纤维、再生纤维、化学纸浆、机械纸浆、微纤维或纳米纤维化纤维素,以及所有类型的填料,如TiO2、CaCO3(粉碎或沉淀)、高岭土、有机填料及其混合物。
水溶性聚合物P可在造纸过程中与其他产品如无机或有机混凝剂、干强度剂、湿强度剂、天然聚合物如淀粉或羧甲基纤维素(CMC)、无机微粒如膨润土微粒和胶体二氧化硅微粒,任何离子性质(阳离子、阴离子或两性)的有机聚合物,并且可以是(不限于)线性、分支、交联、疏水或缔合。
下面的附图和实施例说明了本发明,但并不限制本发明的范围。
附图说明
[图1]图1显示了不同系数F(c)的聚合物P的粘度随时间变化的曲线。
[图2]图2表示聚合物P的粘度-时间曲线,其中计算了F(c)系数。
具体实施方式实施例中使用的程序:
a)使用的纸浆类型
原始纤维纸浆:
通过崩解干纸浆以获得湿纸浆,然后获得1%重量的最终水溶液浓度。它是一种中性pH纸浆,由90%重量漂白的原始长纤维,10%重量漂白的原始短纤维和30%重量额外的GCC(研磨碳酸钙)(55来自omia)组成。
再生纤维纸浆:
通过崩解干纸浆以获得湿纸浆,然后获得1%重量的最终水溶液浓度。它是由100%再生纸板纤维制成的pH中性纸浆。
b)总保留和电荷保留的评估
通过使用“Britt Jar”型容器,在1000转/分钟的搅拌速度下,获得不同的结果。
添加不同保留剂的顺序如下:
-T=0s:搅拌0.5%重量的500mL纸浆
-T=10s:可选添加试剂X
-T=20s:可选添加保留剂
-T=30s:去除对应于织物下的死体积的前20mL,然后回收100mL白水
根据以下公式计算与总保留量相对应的第一遍通过保留(%FPR表示“第一遍通过保留”):
%FPR=(CHB-CWW)/CHB*100
根据以下公式计算灰分的第一遍通过保留(%FPAR表示“第一遍灰分通过保留”):
%FPAR=(AHB-AWW)/AHB*100
其中:
-CHB:头箱的一致性
-CWW:白水的一致性
-AHB:头箱的灰分的一致性
-AWW:白水灰分的一致性
c)使用“加拿大标准游离度”(CSF)评估重力排水性能
在烧杯中,处理纸浆,使搅拌速度为每分钟1000转。
添加不同保留剂的顺序如下:
-T=0s:搅拌0.6%重量的500毫升纸浆
-T=10s:可选添加试剂X
-T=20s:添加保留剂
-T=30s:停止搅拌并加入获得1升所需的水量。
将此升纸浆转移至“加拿大标准游离度测试仪”,并应用TAPPI T227om-99程序。
侧管收集的体积以mL表示,可以测量重力滴落。这个值越高,重力排水越好。
该性能也可以通过计算与空白相比的提高的百分比(%CSF)来表示。
d)排水性能评估(DDA)
DDA(“动态排水分析仪”)自动确定在真空下排出纤维悬浮液所需的时间(秒)。在1000转/分的搅拌下,将聚合物加入到DDA圆筒中的湿纸浆(0.6升1.0%重量的纸浆)中:
-T=0s:搅拌纸浆
-T=10s:可选添加试剂X
-T=20s:添加保留剂
-T=30s:停止搅拌并在200mbar(1bar=105Pa)的真空下排水70s。
将织物下的压力记录为时间的函数。当所有的水从纤维垫中排出时,空气穿过纤维垫,导致斜率的断裂出现在曲线上,曲线表示织物下的压力随时间的变化。以秒表示,记录的时间在此斜率的中断处对应于滴水时间。时间越短,真空排水越好。
e)DSR应用中的性能(干强度),克重为90gm-2
除去所需量的纸浆,以便最终获得具有90gm-2的基重的片材。
将湿纸浆引入动态成型机的大桶中,并保持搅拌状态。根据预定义的顺序将系统的不同组分注入到该纸浆中。每次添加聚合物之间的接触时间通常为30至45秒。
纸张模板是用有自动动态成形机制成:在动态成形器的碗放置吸墨器和成形织物,然后以1000rpm-1的速度旋转碗并建造水壁。将处理过的纸浆铺在水壁上,以在成型织物上形成纤维垫。
一旦水被排出,纤维垫被回收,在输送4bar的压机下压制,然后在117℃下干燥。获得的片材在具有受控的湿度和温度(50%相对湿度和23℃)的房间中调节过夜。然后测量通过此程序获得的所有片材的干强度特性。
根据TAPPI T403 om-02标准,使用Messmer Buchel M 405爆裂测试仪测量爆裂。结果以kPa表示。通过将该值除以所测试片材的克重来确定爆裂指数,以kPa.m2/g表示。
根据TAPPI T494 om-01,使用Testmetric AX拉伸装置沿机器方向测量干断裂长度。结果以km表示。
f)用HAAKE IQ Air测量随时间的粘度
Haake粘度计IQ Air是一种粘度计,该粘度计基于驱动几何形状的空气轴承电机运行,从而可以进行受控剪切或受控剪切应力测试。使用螺旋桨式模块,该装置可以测量聚合物随时间溶解期间的粘度。为了测量,聚合物溶液直接在样品架中制备。在测量结束时,数据通过粘度图=f(时间)保存和格式化。
在实施例中测试的产品:
在下面的列表中,A型产品是阴离子的,而C型产品是阳离子的。X型产品是高填料密度的产品,其各自可以用作,例如凝结剂。产品X1本质上是无机的,而产品X2是有机的。
聚合物A1:水溶性聚合物,由30mol%的丙烯酸钠和70mol%的丙烯酰胺以反相乳液的形式组成,该乳液包含29%重量的A1、30%重量的水和30%重量的油。A1的平均分子量为2000万道尔顿(布鲁克菲尔德(Brookfield)粘度为8.16cps(适用于以下所有聚合物:UL模量,0.1%,1M NaCl,60rpm-1,23℃)。
聚合物A2:水溶性聚合物,由30mol%丙烯酸钠和70mol%丙烯酰胺以油性悬浮液(蒸馏反相乳液)形式组成。该悬浮液含有50%重量A2,40%重量的油,5%重量的水。A2的平均分子量为1800万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为7.76cps)。
聚合物A3:水溶性聚合物,由30mol%丙烯酸钠和70mol%丙烯酰胺以粉末形式组成。A3的平均分子量为1800万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为7.71cps)。
聚合物A4:水溶性聚合物,由30mol%丙烯酸钠和70mol%丙烯酰胺以粉末形式组成。A4的平均分子量为500万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为2.21cps)。
聚合物A5(本发明):水溶性聚合物,由30mol%的丙烯酸钠和70mol%的丙烯酰胺以无水油性悬浮液形式组成。聚合物颗粒的平均尺寸为1至小于300μm。油性悬浮液含有55.5%重量的聚合物A5,37.5%重量的油,4.5%重量的膨润土,2%重量的脱水山梨醇单油酸酯和0.5%重量的C13氧代乙氧基化的醇,A5的平均分子量为1800万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为7.71cps)。
聚合物A6(本发明):水溶性聚合物,由30mol%的丙烯酸钠和70mol%的丙烯酰胺以无水油性悬浮液形式组成。聚合物颗粒的平均尺寸为1至小于300μm。油性悬浮液含有52.5%重量的聚合物A6,40.5%重量的油,4.5%重量的膨润土,2%重量的脱水山梨醇单油酸酯和0.5%重量的C13氧代乙氧基化的醇,A6的平均分子量为500万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为2.21cps)。
聚合物C1:水溶性聚合物,由15mol%的氯甲基化的丙烯酸二甲氨基乙酯(ADAME)和85mol%的丙烯酰胺以反相乳液的形式组成,该乳液含有35%重量的C1、30%重量的水和30%重量的油。C1的平均分子量为800万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为4.86cps)。
聚合物C2:水溶性聚合物,由15mol%的氯甲基化丙烯酸二甲氨基乙酯(ADAME)和85mol%的丙烯酰胺以油性悬浮液(蒸馏反相乳液)的形式组成。该悬浮液含有50%重量的C2,40%重量的油,5%的水。C2的平均分子量为800万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为4.96cps)。
聚合物C3:水溶性聚合物,由15mol%的氯甲基化丙烯酸二甲氨基乙酯(ADAME)和85mol%丙烯酰胺以粉末形式组成。C3的平均分子量为900万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为为粘度4.96cps)。
聚合物C4(本发明):水溶性聚合物,由15mol%的氯甲基化丙烯酸二甲氨基乙酯(ADAME)和85mol%的丙烯酰胺以油性悬浮液(蒸馏反相乳液)的形式组成。聚合物颗粒的平均尺寸为1至小于300μm。油性悬浮液包含52.5%重量的聚合物C4、40.5%重量的油、4.5%重量的膨润土、2%重量的脱水山梨醇单油酸酯和0.5%重量的乙氧基C13含氧醇。C4的平均分子量为800万道尔顿(布鲁克菲尔德粘度为4.96cps)。
产品X1:含有18%重量氧化铝(Al2O3)的聚合氯化铝。
产品X2:阳离子电荷密度为5.5meq/g的阳离子产品,来自在聚丙烯酰胺上的霍夫曼反应。
不同浓度下聚合物An和cn的系数F(C)(重量%)
表1:聚合物An
表2:聚合物Cn
图1显示了聚合物A1、A2和A3和A5在水中的浓度为0.3%重量时的粘度曲线随时间的变化。
图2显示了聚合物A5的粘度随时间变化的曲线,并详细说明计算系数F(c)的方法。
仅聚合物A5、A6和C4具有大于4的F(c)系数。它们是唯一在600秒后达到最大粘度的。
应用试验
对于所有以下试验,以所需浓度(0.1%、0.3%或0.5%重量)制备聚合物溶液。制备2分钟后,通过300μm过滤器过滤聚合物溶液。如果过滤器覆盖有聚合物颗粒,则不进行应用试验(NA:不适用)。滤液直接用于应用试验。
CSF性能、保留和填充剂保留
表3:CSF,保留和填充剂保留
DDA性能和机械阻力
表4:DDA和机械强度
对于所有应用试验,使用系数F(C)高于4的聚合物A5,A6和C4可获得最佳性能。它们显示了当将其放入溶液中时,聚合物预先(无水油性悬浮液)的形式以及F(c)系数的重要性,以改善纸张或纸板的排水、保留和机械性能。
Claims (15)
1.一种制备纸或纸板片材的方法,包括向纤维悬浮液中加入重均分子量大于750,000道尔顿的水溶性聚合物P,其特征在于,包括以下连续步骤:
-制备包含至少一种水溶性聚合物P的水溶液A,其浓度C为0.1至0.5%重量,所述聚合物P的F(C)系数严格大于4,其中,F(C)=Δ600/C,Δ600是在25℃下达到600秒时水溶液A产生的粘度的90%时的斜率,该斜率从在给定的浓度C,25℃下,水溶液A随时间变化的粘度曲线获得,
在形成水溶液A之前,聚合物P以无水油性悬浮液的形式存在,其中含有20-60%重量的聚合物P,所述聚合物P的平均直径严格小于300μm,
借助于配备有螺旋几何形状的粘度计,在25℃下测定溶液A随时间的粘度,
-在一个或多个注射点将水溶液A添加到纤维悬浮液中,
-形成纸张或纸板片材。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述聚合物P是选自以下的至少一种水溶性单烯键式不饱和单体的聚合物:
-至少一种非离子单体,选自下组:丙烯酰胺,甲基丙烯酰胺,N-烷基丙烯酰胺,N-烷基甲基丙烯酰胺,N,N-二烷基丙烯酰胺,N,N-二烷基甲基丙烯酰胺,丙烯酸的烷氧基化酯,甲基丙烯酸的烷氧基化酯,N-乙烯基吡啶,N-乙烯基吡咯烷酮,羟烷基丙烯酸酯,和甲基丙烯酸羟烷基酯,优选丙烯酰胺,
-至少一种阴离子单体,其选自具有羧基官能团的单体及其盐,包括丙烯酸,甲基丙烯酸,衣康酸,马来酸;具有磺酸官能团的单体及其盐,包括丙烯酰胺基叔丁基磺酸(ATBS),烯丙基磺酸和甲基烯丙基磺酸,及其碱盐或碱土盐,和具有膦酸官能团的单体及其盐,
-至少一种阳离子单体,选自下组:季铵化或盐化的丙烯酸二甲基氨基乙酯(ADAME);季铵化或盐化的甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(MADAME),二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC),丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(APTAC)和甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(MAPTAC),
-至少一种两性离子单体,选自下组:磺基甜菜碱单体,如甲基丙烯酸乙酯磺丙基二甲基铵,丙基甲基丙烯酰胺磺丙基二甲基铵和磺丙基2-乙烯基吡啶;磷酸甜菜碱单体,如磷酸乙基三甲基铵甲基丙烯酸乙酯和羧基甜菜碱单体。
3.如权利要求1或2中所述的方法,其特征在于,所述聚合物P的无水油性悬浮液包含30-55%重量的水溶性聚合物P。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,所述聚合物P的无水油性悬浮液含有0.05至5.0%重量的流变改性剂。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,所述聚合物P的无水油性悬浮液含有0.05至5.0%重量的流变改性剂,所述流变改性剂选自羟乙基纤维素、凹凸棒石、合成锂皂石、锂蒙脱石、蒙脱石、膨润土、气相二氧化硅及其混合物。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法,其特征在于,所述聚合物P的无水油性悬浮液含有0.5至5.0%重量的流变改性剂。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法,其特征在于,所述聚合物P的无水油性悬浮液含有0.5至5.0%重量的乳化剂,所述乳化剂选自山梨醇酯、聚乙氧基化山梨醇酯、二乙氧基化油鲸蜡醇、由聚(异丁烯基)琥珀酸或其酸酐与聚乙二醇缩合而成的平均分子量为1000-3000道尔顿的聚酯,由羟基硬脂酸与聚乙二醇缩合而成的平均分子量为2500-3500道尔顿的嵌段共聚物,乙氧基化脂肪胺,二烷醇酰胺的衍生物,甲基丙烯酸硬脂酯共聚物,及其混合物。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,所述聚合物P的无水油性悬浮液含有0.1至4.0%重量的流变改性剂。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法,其特征在于,所述聚合物P的无水油性悬浮液包含0.1至4.0%重量的反转剂,所述反转剂选自:乙氧基化的壬基酚;乙氧基和丙氧基化醇;乙氧基化十三醇;乙氧基/丙氧基化脂肪醇;乙氧基化山梨糖醇酯;聚乙氧基化山梨糖醇月桂酸酯;聚乙氧基化蓖麻油;十乙氧基化油癸醇;七乙氧基化月桂醇;聚乙氧基化山梨糖醇单硬脂酸酯;聚乙氧基化烷基苯酚十六烷基醚;聚环氧乙烷烷基醚;N-酮基-N-乙基吗啉乙硫酸钠;十二烷基硫酸钠;脂肪醇与环氧乙烷的缩合产物;烷基酚和环氧乙烷的缩合产物;脂肪胺与5或更多摩尔当量的环氧乙烷的缩合产物;乙氧基化三苯乙烯基苯酚;环氧乙烷与部分被脂肪链酯化的多元醇的缩合物及其无水形式;胺氧化物;烷基聚葡萄糖苷;葡糖酰胺;磷酸酯;烷基苯磺酸及其盐;水溶性表面活性剂聚合物及其混合物。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法,其特征在于,将所述聚合物P以100至5000gt-1干物质的比率引入所述纤维悬浮液中。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法,其特征在于,所述聚合物P是线性的或结构化的。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法,其特征在于,所述无水油性悬浮液的聚合物P为平均直径在0.1μm至小于300μm之间的颗粒形式。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法,其特征在于,所述无水油性悬浮液的聚合物P为平均直径在1μm至小于300μm之间的颗粒形式。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法,其特征在于,所述聚合物P的无水油性悬浮液的油选自矿物油和/或合成油。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法,其特征在于,所述油占聚合物P的无水油性悬浮液的40至80%重量。
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