CN117940630A - 用于降低从纤维原料制备中去除的水相的淀粉含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于降低在纸、板、纸巾等的制造过程中从纤维原料制备中去除的水相的淀粉含量的方法。纤维原料制备包括增稠步骤，其中通过从纤维原料中去除一部分水相将包含源自再循环的纤维材料和/或损纸的纤维素纤维以及分散在水相中的淀粉的纤维原料从第一浓度增稠至第二浓度。将通过(甲基)丙烯酰胺与至少25摩尔％的单一阳离子单体的共聚获得的具有至少1.7mPas的标准粘度SV的阳离子聚合物，最迟在增稠步骤添加到纤维原料中，从而使纤维原料的淀粉与纤维素纤维结合。

Description

用于降低从纤维原料制备中去除的水相的淀粉含量的方法
技术领域
根据所附独立权利要求的前序部分，本发明涉及一种用于降低从纤维原料制备，特别地再循环的纤维材料和/或损纸的原料制备中去除的水相的淀粉含量的方法。
背景技术
通常对纸、板和其它纤维素网经进行表面施胶和/或涂覆含有淀粉的组合物，从而获得所产生的网以及由此类网制成的产品的改善的表面和/或其它性能。当然后对这些产品进行再循环和再制浆时，从再制浆工艺中获得的纤维原料可能含有大量的淀粉，这些淀粉源自先前生产工艺中施加在原始网表面上的组合物。这种淀粉通常在纤维上保留不良，因为它不带电荷或略微带有阴离子电荷。它很容易富集到制浆和纤维原料制备工艺的水循环中，随后将其与流出物一起进入废水处理。
还将淀粉作为一种干强度剂和一种内部施胶的组分添加到用于生产纸张、板和其它纤维素网的纤维原料中。添加淀粉是为了改善形成的纤维素网的性能，例如增加形成的纤维素网的强度性能。
在原料制备的水循环中，淀粉可能成为各种微生物生物体的适宜的营养物，这增加了微生物生长、黏液和/或生物膜形成的风险。微生物生物体可以进一步对造纸化学的功能化和/或最终产品的质量产生负面影响。例如，微生物生物体可产生有机酸，其会降低工艺的pH值，这继而会导致钙化合物的溶解并增加沉积物形成的风险。微生物的存在也可能导致形成大胶粘物，这会破坏最终产品的质量，并可能导致流动性问题。特别有害的是，在预期用于包装的纸或板的生产中，特别地食品或饮料包装中存在微生物生物体，其中微生物生物体的存在可能会破坏所生产的包装物的产品质量并使其不适合保存食品(即使包装物在外观上无看得见的缺陷)。在纸或板生产中，大量微生物的生长可能进一步导致严重的气味问题。
此外，当存在于纤维原料中的淀粉被微生物破坏时，在生产工艺的产量方面存在显著损失。淀粉的损失必须通过等量添加的纤维材料来补偿，以保持纤维原料的相同固体含量。淀粉的损失也可能降低所生产纸或板的强度，这必须通过添加补充淀粉或添加其它强度化学品来补偿。
通常，在纸、板和其它纤维素网的制造中使用各种杀生物剂制度，从而减少或消除与纤维原料和微生物的高淀粉含量相关的问题。然而，杀生物剂制度并不能改善淀粉到纤维的保留。
已知使用化学助剂将制浆时释放出来的淀粉保留至纤维。例如，EP 2817453公开了一种其中将无机促凝剂添加到浆料流中从而与具有低分子量的淀粉相互作用的方法。然后将聚合物絮凝剂单独添加到包含经相互作用的促凝剂的流中以形成淀粉团聚体，然后将淀粉团聚体保留至纤维和/或所形成的网。
然而，在原料制备期间，特别地当在使用再循环的纤维材料和/或损纸时，需要新的有效方法来将淀粉保留至纤维。如果允许淀粉与从纤维原料制造中(例如在纤维原料增稠时)去除的水相一起逸出，则去除的淀粉最终进入水处理工艺，并增加待处理水的COD(化学需氧量)负荷。在原料制备期间，淀粉的微生物降解也会增加来自工艺的二氧化碳排放。因此，在制造纸、板、纸巾等的早期阶段，本应已经提高淀粉到纤维的捕获效率。
发明内容
本发明的目的是最小化甚至消除现有技术中存在的缺点。
本发明的目的是提供一种在纤维原料制备期间使淀粉有效且经济高效地与纤维结合的方法。
这些目的通过具有以下呈现的在独立权利要求的特征部分所示的特征的本发明实现。
在从属权利要求中呈现了本发明的一些优选的实施方式。
所有所描述的实施方式和优点适用于本发明的所有方面，即使并非总是明确地如此陈述。
根据本发明的用于降低在纸、板、纸巾等的制造工艺中从纤维原料制备中去除的水相的淀粉含量的典型方法，所述纤维原料制备包括增稠步骤，其中通过从纤维原料中去除一部分水相将包含源自再循环的纤维材料和/或损纸的纤维素纤维以及分散在水相中的淀粉的纤维原料从第一浓度增稠至第二浓度，
其中将通过(甲基)丙烯酰胺与至少25摩尔％的单一阳离子单体的共聚获得的具有至少1.7mPas的标准粘度SV的阳离子聚合物，最迟在所述增稠步骤添加到所述纤维原料的所述纤维素纤维中。
现在已经令人惊讶地发现，通过(甲基)丙烯酰胺与至少25摩尔％的单一阳离子单体共聚而获得的阳离子聚合物能够非常有效地将淀粉与已经处于纤维原料制备阶段的纤维素纤维结合，条件是阳离子聚合物具有至少1.7mPa的标准粘度。在不希望受到任何理论约束的情况下，假设阳离子单体的数量和聚合物的尺寸提供了最佳的聚合物结构，其能够物理和化学地捕获淀粉并将淀粉与纤维结合。当在纤维原料制备期间最迟在增稠步骤将阳离子聚合物添加到纤维原料时，观察到从纤维原料制备中去除的水相中的淀粉含量的意外减少。淀粉的有效去除降低了整个工艺中的微生物负载，(特别地在废水处理中)。此外，可以减少工艺中杀生物剂的使用，并且例如可以看到在工艺的废水处理中结垢形成的减少。
在本上下文中，表述“与…结合(associated with)”意指且同义于存在于纤维原料的水相中的淀粉与阳离子聚合物和纤维素纤维相互作用。相互作用可基于淀粉和聚合物结构的物理纠缠，其中淀粉被聚合物结构“捕获”或“捕捉”，和/或相互作用可基于化学相互作用，其中淀粉和/或纤维可例如通过静电力相互结合。由阳离子聚合物引发的淀粉和纤维的结合使得纤维素纤维能够在制造工艺中携带淀粉，抑制其与水相一起被从工艺中去除，并最终能够使其保留在形成的最终网上。
在本上下文中，应理解，纤维原料中的纤维素纤维最初可以通过任何合适的制浆方法生产，即，它们可源自化学制浆、机械制浆或化学-机械制浆。纤维素纤维通常可以是木基纤维，但可能它们中的至少有一些是非木基纤维，例如源自一年生植物的纤维素纤维。纤维原料通常包含大量的再循环的纤维或源自损纸的纤维。例如，纤维原料可以包含，根据纤维原料的干重计算的，从60重量％、优选地从75重量％、或从90重量％、多至95重量％、或多至100重量％的再循环的纤维或源自损纸的纤维。
本发明中使用的阳离子聚合物通过(甲基)丙烯酰胺、优选地丙烯酰胺与阳离子单体的共聚而获得。在一些实施方式中，阳离子共聚物可以通过(甲基)丙烯酰胺、阳离子单体以及<1摩尔％，优选地<0.5摩尔％，更优选地<0.1摩尔％的阴离子单体的共聚而获得。根据一个优选的实施方式，阳离子共聚物不含带阴离子电荷的结构单元，即，在不存在阴离子单体的情况下进行共聚。因此，聚合物优选地由源自非离子单体(即(甲基)丙烯酰胺)和和单一地来自阳离子单体的结构单元组成。即使在这种情况下，在聚合物制备期间，例如在干燥期间，也可能在聚合物结构中形成少量带阴离子电荷的基团。
阳离子聚合物可以通过(甲基)丙烯酰胺与一种或多种阳离子单体的共聚而获得。阳离子聚合物通过(甲基)丙烯酰胺与至少25摩尔％，优选地至少30摩尔％，更优选地至少35摩尔％的单一阳离子单体的共聚而获得。例如，阳离子聚合物可以通过使5-75摩尔％、优选地20-75摩尔％、更优选地30-70摩尔％、甚至更优选地40-70摩尔％的(甲基)丙烯酰胺(优选地丙烯酰胺)与25-95摩尔％、优选地25-80摩尔％、更优选地30-70摩尔％、甚至更优选地30-60摩尔％的阳离子单体共聚而获得。根据一个实施方式，阳离子聚合物可以通过使40-75摩尔％，优选地45-75摩尔％(甲基)丙烯酰胺(优选地丙烯酰胺)与25-60摩尔％，优选地25-55摩尔％的阳离子单体共聚而获得。已观察到，当在聚合时存在至少25摩尔％的阳离子单体时，所获得的阳离子聚合物具有良好的与存在于纤维原料水相中的淀粉结合的能力(例如通过静电力)，并且同时其与带阴离子电荷的纤维相互作用的能力也得以改善。
根据本发明的一个实施方式，阳离子单体可以选自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-(丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵(APTAC)、或[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵(MAPTAC)。优选地，阳离子单体可以选自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)和[3-(丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵(APTAC)。
阳离子聚合物具有至少1.7mPa、优选地至少2.5mPa、更优选地至少3.0mPa的标准粘度SV。根据一个实施方式，阳离子聚合物的标准粘度可以在1.7-7.0mPas、优选地2.5-6.0mPas、更优选地3.0-5.0mPas的范围内。有时，阳离子聚合物的标准粘度可以在3.0-7.0mPas、优选地3.5-6.0mPas、更优选地4.0-5.5mPas或4.5-5.5mPas的范围内。使用配备有UL适配器的Brookfield LV粘度计，在25℃，使用UL适配器心轴和转速60rpm，在1M NaCl水溶液中0.1重量％聚合物含量下测量标准粘度。通常，聚合物的标准粘度指示聚合物的聚合物链的长度和/或重量。已观察到，当阳离子聚合物的标准粘度SV至少为1.7mPa时，聚合物能够有效地与存在于纤维原料的水相中的淀粉结合。假设阳离子聚合物具有改善的物理捕获淀粉并同时与淀粉以及纤维原料中的带阴离子电荷的纤维素纤维相互作用的能力。
在表A中给出了阳离子聚合物的标准粘度与其平均分子量之间的一般关系。
表A标准粘度与平均分子量之间的一般关系。
标准粘度[mPas] 平均分子量[106g/mol]
2 1.3
2.5 3.4
3 5.5
3.5 7.6
4 9.8
4.5 11.9
5 14.0
5.5 16.1
6 18.3
6.5 20.4
7 22.5
表1中所示的关系基于标准粘度和特性粘度测量，并使用Mark-Houwink-Sakurada常数K＝2.57·10-4dl/g和a＝0.67。
阳离子聚合物可以为液体形式或干燥形式，优选地为作为颗粒材料的干燥形式。如果阳离子聚合物是干燥形式，则在添加到纤维原料之前将其溶解。无论聚合物是液体形式还是干燥形式，通常在添加到纤维原料之前将其用水稀释至合适的剂量浓度。剂量浓度可以≤10重量％，例如为0.01-10重量％或0.01-3重量％，有时为0.1-3重量％或0.5-3重量％。本发明中使用的阳离子聚合物可以通过用于使(甲基)丙烯酰胺与阳离子单体共聚的任何合适的聚合方法获得。阳离子聚合物可以通过悬浮聚合，诸如溶液聚合或凝胶聚合；分散聚合；或乳液聚合而获得。优选地，阳离子聚合物通过溶液聚合或凝胶聚合而获得。
最迟在纤维原料制备的增稠步骤将阳离子聚合物添加到纤维原料中，其中，通过从纤维原料中去除一部分水相，将含有源自再循环的纤维材料和/或损纸的纤维素纤维的纤维原料从第一浓度增稠至第二浓度，从而使淀粉与纤维素纤维材料结合。增稠步骤通常是原料制备的最后阶段，此后通过各种储存塔等和原料共混任选地将纤维原料混合转移到纸或板机器的短循环中。增稠步骤通常采用增稠器，诸如盘式过滤器、真空盘式过滤器、重力增稠器等。再循环的纤维材料的增稠步骤通常可以采用盘式过滤器作为增稠器，对于损纸，增稠器可以是重力增稠器。增稠器的原料进口处的纤维原料的第一浓度可以为0.6-1.4重量％(以干固体计算的)。增稠器的原料出口处的第二浓度可以为2-13重量％(取决于所使用的增稠器)。例如，对于盘式过滤器，增稠器的原料进口处的第二浓度可以为8-13重量％(以干固体计)，或对于重力增稠器，增稠器的原料进口处的第二浓度可以为2-6重量％(以干固体计)。根据一个优选的实施方式，可以在原料入口处将阳离子聚合物添加到纤维原料中或通过单独的进料连接添加至增稠器中。例如，可以在增稠器的原料进口处将阳离子聚合物添加到纤维原料或盘式过滤室中。
可替换地，可以在纤维原料制备中的增稠步骤之前的步骤中的一个步骤，例如，纤维原料制备的筛选步骤和/或纤维分级步骤将阳离子聚合物添加到纤维原料中。在本上下文中，纤维原料制备包括形成水性纤维悬浮液形式的在循环的纤维材料所需的所有工艺步骤，所述水性纤维悬浮液在任选地用水稀释后适合用于制造纸、板、纸巾等。纤维原料制备还包括损纸处理，其中将在制造工艺完成之前产生的含纤维的废料进行再制浆。例如，可以在制浆步骤后直接将阳离子聚合物添加到纤维原料中，其中将再循环的纤维材料或损纸转化为纤维原料。在一个实施方式中，可以将阳离子聚合物添加到倾卸箱中。在允许聚合物、淀粉和纤维之间的结合的一些时间的投加量位置添加阳离子聚合物是有利的，但不是必需的。然而，已经观察到，最迟在增稠器处添加仍然显著降低从纤维原料制备中去除的水相的淀粉含量。
可以在一个或多个投加量位置(dosage location)将阳离子共聚物添加到纤维原料中。例如，可以将阳离子聚合物添加到倾卸箱和增稠器的入口。如果在多个投加量位置将阳离子聚合物添加到纤维原料中，则剂量的量可以在不同位置之间变化。可以在第一投加量位置以第一量添加阳离子聚合物且在后续投加量位置以后续量添加，第一量和后续量彼此不同。例如，可以在两个或更多个投加量位置将阳离子共聚物添加到纤维原料中，优选地在每个投加量位置以不同的量添加。也可以在多个投加量位置添加阳离子聚合物，在每个投加量位置的剂量的量恒定。
根据本发明的一个实施方式，在位于增稠步骤之后且成网机的线工段之前的至少一个额外投加量位置添加阳离子聚合物。这意味着可以在额外投加量位置在增稠步骤之后向纤维原料添加至少一个额外剂量的阳离子聚合物，该额外投加量位置位于增稠步骤之后且成网机的线工段之前。在增稠步骤之后且成网机的线工段之前添加的阳离子聚合物优选地与最迟在增稠步骤添加到纤维原料中的阳离子聚合物相同。例如，可以将额外剂量的相同的阳离子聚合物的添加到储存塔中或将其添加到稠的原料中，该稠的原料优选地具有>3重量％，优选地3-6重量％的稠度。根据一个优选的实施方式，在稀释步骤之前将额外剂量的相同阳离子聚合物添加到纤维素纤维原料中，其中将纤维原料稀释至<2重量％的第三浓度。根据一个实施方式，甚至可以将额外剂量的相同阳离子聚合物添加到浓度<2重量％的稀的原料中，在这种情况下，除了淀粉保留之外，阳离子聚合物的添加甚至还可以在总的保留和/或排水中提供有利的作用。
在本发明的一个实施方式中，纤维原料制备包括纤维分级步骤，其中例如，将长纤维级分与短纤维级分进行分离，并且将阳离子聚合物至少添加到短纤维级分。可以在单独的增稠步骤中将每个分离的纤维级分进行单独增稠，并且可以将阳离子聚合物单独添加到分离的纤维级分中。通常，通过Kajaani FSA分析仪使用长度加权分布测量的，长纤维级分的纤维长度大于短纤维级分的纤维长度。例如，对于再循环的纤维材料，长纤维级分的纤维长度在1.2-1.9mm的范围内，短纤维级分的纤维长度在0.8-1.1mm的范围内。可以向长纤维级分和短纤维级分两者，或仅向级分中的一个添加阳离子聚合物。如果将阳离子聚合物添加到两种纤维级分中，则可以在长纤维级分和短纤维级分中以不同剂量添加阳离子聚合物，这取决于例如纤维级分的淀粉含量。优选地，至少将阳离子聚合物添加到短纤维级分中。根据一个优选的实施方式，将阳离子聚合物添加到长纤维级分和短纤维级分两者中，其中以高于添加到长纤维级分中的阳离子聚合物的量的量将阳离子聚合物添加到短纤维级分中。这意味着阳离子聚合物到短纤维级分中的剂量高于阳离子聚合物到长纤维级分中的剂量。
根据本发明的一个优选的实施方式，当最迟在增稠步骤将阳离子聚合物添加到纤维原料中时，在添加阳离子聚合物之前或之后将淀粉酶抑制剂和/或至少一种杀生物剂或杀生物试剂添加到纤维原料中。优选地，在增稠步骤之前、在添加阳离子聚合物之前或之后将至少一种淀粉酶抑制剂添加到纤维原料中。
纤维原料包含源自再循环的纤维材料和/或分散在水相中的损纸。根据本发明的方法特别适用于纤维原料，其中纤维素纤维包含由干燥的纤维的总量计算的至少50重量％、优选地至少70重量％、更优选地100重量％的再循环的纤维材料。根据一个实施方式，再循环的纤维素纤维材料包含至少40重量％、优选地至少50重量％的源自旧瓦楞纸箱(OCC)的纤维材料。
所述纤维原料还包含淀粉，该淀粉与纤维一起分散在纤维原料的水相中。包含源自再循环的纤维材料的纤维素纤维的纤维原料通常包含大量淀粉，该淀粉可源自例如原始纸或板的表面施胶。根据一个实施方式，在添加阳离子共聚物之前，纤维原料可以包含由干固体物质计算的至少2重量％、优选地至少2.4重量％、更优选地至少3重量％的淀粉。在添加阳离子共聚物之前，纤维原料可以包含由干固体物质计算的高达10重量％或高达20重量％的淀粉。特别地，如果在纤维原料制备工艺中采用有效的杀生物剂制度、淀粉酶抑制剂添加等，则通过使用本发明，纤维原料的淀粉含量可以变得很高(如果不与纤维原料的纤维素纤维结合)。
分散在纤维原料的水相中的淀粉可以是低分子量淀粉，诸如氧化淀粉或降解淀粉。淀粉可具有例如在30 000-5 000 000g/mol，通常为50 000-2000 000g/mol的范围内的重均分子量。淀粉通常为非离子或略微阴离子性的，例如具有在pH 7下测量的-0.25至0meq/g或-0.1至0meq/g的电荷密度。
根据一个实施方式，可以以0.2-1.5kg/t、优选地0.3-1.2kg/t、更优选地0.4-1kg/t、甚至更优选地0.5-0.8kg/t的总量添加阳离子聚合物。如果在多个投加量位置添加阳离子聚合物，则总量为在每个位置添加量的总和。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述方法不包括合成有机促凝剂或无机促凝剂(诸如铝化合物、铁化合物、膨润土和胶体二氧化硅)的添加步骤。这意味着，在增稠步骤之前或最迟在增稠步骤，不在原料制备中添加合成有机促凝剂或无机促凝剂。
附图说明
在以下示意性非限制性附图中更仔细地描述了一些实施方式，其中
图1示出了在不添加化学品的情况下的常规原料制备工艺；
图2示出了在添加杀生物剂和淀粉酶抑制剂的情况下的常规原料制备工艺；和
图3示出了根据本发明的一个实施方式的其中添加阳离子聚合物的原料制备工艺。
具体实施方式
图1示出了在不添加化学品的情况下的常规原料制备工艺。图1中的全部箭头表示整个原料制备工艺的纤维原料流，虚线表示在原料制备工艺中再循环的或从原料制备工艺中去除的水流。各个原料制备阶段和装置用以下附图标记表示：粗筛1、倾倒塔2、精筛3、增稠4；立管5、储存塔6、滤液罐7和制浆机水塔8。假设纤维原料流A在进入原料制备工艺时包含100份的淀粉。箭头上方的数字表示在该位置纤维原料流中的淀粉量(以份计)，并且每个原料制备阶段/装置中的百分比表示该阶段/装置中淀粉的损失百分比。例如，看出，在精筛阶段3之前，纤维原料流包含135.7份的淀粉。在精筛阶段3内的淀粉损失为2％，这意味着在精筛阶段3之后，纤维原料流包含133份的淀粉。从图1看出，如果在原料制备时不添加化学品，则100份的进料淀粉中只有5.3份在储存塔6之后保留。这是有用淀粉材料的显著损失，也可能导致水处理时的显著负荷，此处以相对流出物COD值表示。
图2示出了在添加杀生物剂和淀粉酶抑制剂的情况下的常规原料制备工艺。相同的原料制备阶段和装置用与图1中相同的附图标记表示。沉渣稠化步骤用附图标记9表示。在图2的原料制备工艺中，向粗筛阶段1添加淀粉酶抑制剂用箭头I表示。添加淀粉酶抑制剂是为了降低淀粉酶对淀粉的降解。在储存塔6之前向纤维原料流中添加一种或多种杀生物剂用箭头B表示。看出，添加淀粉酶抑制剂和杀生物剂减少了原料制备工艺中的淀粉的损失。据计算，进入原料制备工艺的100份淀粉中，大约有19.5份保留在储存塔后的纤维原料流中。这是对图1的情况的明显改善，但在原料制备工艺中仍有显著量的淀粉损失。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的其中添加阳离子聚合物的原料制备工艺。相同的原料制备阶段和装置用与图1和图2中相同的附图标记表示。以与图2中相同的方式添加至少一种杀生物剂和淀粉酶抑制剂，由箭头I和B表示。此外，将通过(甲基)丙烯酰胺与至少25摩尔％的单一阳离子单体共聚而获得的阳离子聚合物在增稠阶段4之前立即添加到纤维原料流中。可以看出，聚合物的添加出乎意料地将储存塔6之后纤维原料流中的淀粉量增加至56.5份。在实践中，这意味着该工艺的重大改善，并由于淀粉保留的增加以及水处理中降低的COD负荷而实现显著的节约。
实验
在以下非限制性实施例中描述本发明的一些实施方式。
实施例1
实施例1证明了当在增稠阶段之前将高度阳离子性聚丙烯酰胺投加到纤维原料中时，用于改善淀粉在纤维上的保留的作用。
如下对纤维浆料进行冲浆和稀释：
在85℃下将来自欧洲制板厂的OCC(旧瓦楞纸箱)材料以2.5％稠度在电导率为4mS/cm、pH 7的人工工艺水中浸泡5分钟。在人工工艺中，盐的比例为70％乙酸钙、20％硫酸钠和10％碳酸氢钠。浸泡5分钟后，在仍然热的同时，用实验室崩解机进行崩解(30000旋转数)，其中获得测试纤维原料。在崩解后，将淀粉酶抑制剂(FennoSpec 1200，100ppm)和杀生物剂(FennoSan GL10，100ppm)添加到纤维原料中。实验前，将纤维原料冷却至室温(约22℃)，并用上述人工工艺水稀释至1.25％的稠度。
使用动态排水分析仪(DDA)设备对增稠器的过滤进行建模。使用的DDA参数为：
-线：0.25mm开口
-真空：300巴(bar)
-跟进时间：20s
所使用的测试聚合物是由丙烯酰胺与[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵的聚合而获得的阳离子聚丙烯酰胺。它们的性质示于表1中，其中电荷值给出了在聚合中使用的阳离子单体的量，SV是测试聚合物的标准粘度(如本申请中其它地方所述测量的)。
在开始过滤前60分钟，将测试聚合物投加到500ml的如上所述制备的纤维原料(1.25％稠度)中。使用缓慢混合将如此获得的样品在烧杯中进行混合。在开始过滤前60秒，将样品倒入DDA的容器中，并以1000rpm开始混合。当开始过滤时，混合停止。
在过滤样品后，将25ml的DDA滤液添加到10ml HCl(浓度10重量％)中。将混合物在50ml烧杯中用磁力搅拌器搅拌10分钟，并在漏斗中用黑色带滤纸通过重力过滤。将1ml的过滤后的混合物添加到8.5ml的去离子水中，然后添加0.5ml碘试剂(7.5g/l的KI+5g/l的I2)。在加入碘试剂30秒后，通过分光光度计Hach Lange DR 900通过测量610nm处的吸光度值，确定过滤后的混合物中的淀粉含量。
使用非离子降解淀粉(C*膜07311)为参考，制作淀粉含量的校准方程。
在本上下文中，当将DDA滤液中的淀粉减少与过滤前纤维原料的水相中的淀粉量进行比较时，使用术语“淀粉保留率”，术语“淀粉保留率改善”用于描述与未添加任何测试聚合物的相应测量(0-测试)相比通过添加测试聚合物而获得的淀粉保留率增加。即使在0-测试中，通常也存在几个百分比的淀粉保留率。
通过使用方程式(1)和(2)确定淀粉保留率和淀粉保留率改善：
淀粉保留率＝(Abs浆料-Abs测试)/Abs浆料×100％
其中
Abs浆料是在不添加任何测试聚合物的情况下在DDA过滤前的纤维原料样品的水相的吸光度值；
Abs测试是在DDA过滤后的相同纤维原料样品的DDA滤液的吸光度值，可替换地，其中向样品中添加测试聚合物或不向样品中添加测试聚合物(0-测试)。
淀粉保留率改善＝(Abs0-测试-Abs聚合物)/Abs0-测试×100％(2)
其中
Abs0-测试是在DDA过滤后的未添加测试聚合物(0-测试)的样品的DDA滤液的吸光度值；和
Abs聚合物是在DDA过滤后的添加测试聚合物的样品的DDA滤液的吸光度值
根据吸光度值结果并通过使用方程式(1)和(2)计算的测量吸光度值结果和淀粉保留率的改善示于表1中。未添加任何测试聚合物的纤维原料(0-测试)的吸光度值为1.122，对应于780mg/l的淀粉含量。
表1实施例1的测试聚合物性质、吸光度值和淀粉保留率结果。
*给定的每吨干浆料的聚合物千克(kg)数
从表1可以看出，通过使丙烯酰胺与38摩尔％以上的阳离子单体聚合而获得的阳离子聚合物明显改善了淀粉保留率。在实验期间，还观察到一些被测试聚合物在过滤时提供了改善的排水时间。这表明，当在增稠阶段前添加被测试的聚合物时也可以改善增稠器的过滤速率。
实施例2
实施例2证明了当在增稠阶段之前将高度阳离子性聚丙烯酰胺投加到纤维原料中时，用于改善淀粉在纤维上的保留的作用
以与实施例1相同的方式制备纤维原料，不同之处在于，在2.0％稠度下进行冲浆，并将纤维原料稀释至1.2％稠度以进行DDA试验。
测试聚合物是由丙烯酰胺与[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵的聚合而获得的阳离子聚丙烯酰胺。它们的性质示于表2中，其中电荷值给出了在聚合中使用的阳离子单体的量，SV是测试聚合物的标准粘度(如本申请中其它地方所述测量的)。
使用与实施例1中相同的DDA参数。在过滤开始前120s，将700ml的稠度为1.2％的纤维原料倒入DDA的容器中，并以500rpm开始混合。在开始过滤前40s投加测试聚合物。使用的测试聚合物剂量为0.6kg/t干纤维原料。
以与实施例1中所述相同的方式确定淀粉含量和淀粉保留率改善。测量的吸光度值结果和计算的淀粉保留率改善示于表2中。未添加任何化学品纤维原料(0-测试)的吸光度值为0.926。
从表2可以看出，通过丙烯酰胺与大量阳离子单体(30摩尔l％以上)的聚合恶获得的阳离子聚合物明显改善了淀粉从水相到纤维浆料的保留率。再次观察到排水速率改善。
表2实施例2的测试聚合物性质、吸光度值和淀粉保留率结果。
实施例3
实施例3证明了当在纤维原料的增稠阶段之前投加聚合物并在片材形成阶段将其与保留体系一起使用时，高度阳离子的聚丙烯酰胺对淀粉在纤维上的保留的作用。
以与实施例1中相同的方式制备纤维原料，并且使用相同的OCC材料作为原料。纤维原料的稠度为1.25％，电导率为4mS/cm且pH为7。
测试聚合物是由丙烯酰胺与[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵的聚合而获得的阳离子聚丙烯酰胺。它们的性质示于表3中，其中电荷值给出了在聚合中使用的阳离子单体的量，SV是测试聚合物的标准粘度(如本申请中其它地方所述测量的)。
通过在片材形成开始前60分钟将测试聚合物添加到纤维原料中(剂量为600g聚合物/吨干纤维原料)，对增稠阶段进行建模。将测试聚合物投加到200ml的纤维原料(1.25％稠度)中。然后在烧杯中使用缓慢混合将纤维原料混合60分钟。
通过使用DDA设备对片材成形阶段进行建模，使用与实施例1中相同的DDA参数。在形成片材之前60秒，将样品倒入DDA的容器中并开始以500rpm混合。为了对造纸厂/制板厂的短循环阶段进行建模，在片材形成前30秒，用也含有以1g/l的量的研磨碳酸钙GCC的人造工艺水(如实施例1中所述)将纤维原料稀释至0.5％的稠度，并将混合增加至1000rpm。
在实验中，保留体系是阳离子聚丙烯酰胺Poly-1(剂量为250g/t干纤维原料)和在片材形成前加入的二氧化硅微粒(15s(Poly-1)和10s(微粒))。
以与实施例1中所述相同的方式确定淀粉含量和淀粉保留率改善。测量的吸光度值结果和计算的淀粉保留率改善示于表3中。未添加任何化学品的纤维原料(0-试验)的吸光度值为0.425。
表3实施例3的测试聚合物性质、吸光度值和淀粉保留率结果。
*括号内的保留聚合物，被添加到0.5％稠度的原料中
从表3中可以看出，单独使用保留聚合物(试验3-1)对淀粉保留率没有任何显著影响，因为淀粉保留仅改善了2％。然而，在增稠阶段添加阳离子聚合物显著改善了淀粉保留率，甚至超过30％。还可以看出，阳离子聚合物的高电荷对淀粉保留率有益。
实施例4
实施例4证明了当在纤维原料的增稠阶段之前投加聚合物并在片材形成阶段也将其用作保留体系中的保留聚合物时，高度阳离子的聚丙烯酰胺对淀粉在纤维上的保留的作用。
以与实施例1中相同的方式制备纤维原料，并且使用相同的OCC材料作为原料。纤维原料的稠度为1.25％，电导率为4mS/cm且pH为7。
测试聚合物是由丙烯酰胺与[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵的聚合而获得的阳离子聚丙烯酰胺。它们的性质示于表4中，其中电荷值给出了在聚合中使用的阳离子单体的量，SV是测试聚合物的标准粘度(如本申请中其它地方所述测量的)。
以与实施例3中相同的方式对增稠阶段和片材形成阶段进行建模。
实验中的保留体系包含在增稠阶段添加的相同的测试聚合物(剂量为200g/t干纤维原料)和在片材形成前加入的二氧化硅微粒(15s(聚合物)和10s(微粒))。
以与实施例1中所述相同的方式确定淀粉含量和淀粉保留率改善。测量的吸光度值结果和计算的淀粉保留率改善示于表4中。未添加任何化学品的纤维原料(0-试验)的吸光度值为0.398。
此外，表4示出了总的淀粉保留率值，这表明在纤维原料中的所有材料，包括纤维材料、填料、淀粉等的保留。总保留率实验用动态排水罐(DDJ)进行。类似地，与DDA一样，在实验开始前60分钟通过将测试聚合物添加到200ml的纤维原料(1.25％稠度)中来对增稠阶段进行建模。然后使用缓慢混合在烧杯中将纤维原料混合60分钟。通过使用DDJ设备对片材形成阶段进行建模。在实验结束前60秒，将纤维原料样品倒入DDJ的容器中，并开始以500rpm混合。为了对造纸厂/制板厂的短循环阶段进行建模，在实验结束前30秒，用含有1g/l的研磨碳酸钙GCC的人造工艺水(如实施例1中所述)将浆料稀释至0.5％(5g/l)的稠度，并将混合增加至1000rpm。从DDJ中收集100mL滤液。对于滤液，通过称重的黑色带滤纸对滤液进行过滤来测量稠度。然后，将滤纸干燥并称重以进行稠度计算(方程式3)：
C滤液＝(m过滤后-m滤纸)/(样品的体积) (3)
通过使用所获得的稠度值，通过使用方程式4来计算总保留率：
总保留率＝(C浆料-C滤液)/C浆料×100％ (4)
在方程(3)和(4)中，m表示质量，C表示稠度。
表4实施例4的测试聚合物性质、吸光度值、淀粉保留率和总保留率结果。
*括号内的保留聚合物，被添加到0.5％稠度的原料中
从表4中可以看出，单独使用保留体系(试验4-1)对淀粉保留率没有显著影响。然而，在增稠阶段和片材形成阶段两者都添加具有高电荷的阳离子聚合物，显著改善了淀粉保留率。还可以看出，阳离子聚合物的较高电荷对于淀粉保留率是有益的。此外，可以看出，即使阳离子测试聚合物对总保留率也提供了略微的增加作用，淀粉保留率的改善也显著超过总保留率。这表明在增稠阶段之前投加聚合物的本发明特异性地改善了淀粉保留率。
实施例5
实施例5证明了当在纤维原料的增稠阶段之前投加聚合物时，高度阳离子性的聚丙烯酰胺对淀粉在纤维上的保留的作用。研究了阳离子聚合物的分子量对淀粉保留率的作用。
以与实施例1中相同的方式制备纤维原料，并且使用相同的OCC材料作为原料。纤维原料的稠度为1.25％，电导率为4mS/cm，且pH为7。
名称为“Poly-X”的测试聚合物是通过丙烯酰胺与[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵的凝胶聚合而获得的阳离子聚丙烯酰胺，并且具有高分子量(SV>3mPas)。测试聚合物SPoly是通过丙烯酰胺与[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵的溶液聚合而获得的阳离子聚丙烯酰胺，并且具有较低的分子量(SV 1.2mPas)。测试聚合物PVAm是商业乙烯胺共聚物。测试聚合物的性质示于表5中，其中电荷值给出在阳离子聚丙烯酰胺的聚合中使用的阳离子单体的量，SV是测试聚合物的标准粘度(如本申请中其它地方所述测量的)。
使用DDA以与实施例1中相同的方式进行实验。
以与实施例1中所述相同的方式确定淀粉含量和淀粉保留率改善。测量的吸光度值结果和计算的淀粉保留率改善示于表5中。未添加任何化学品的纤维原料(0-试验)的吸光度值为0.977。
表5实施例5的测试聚合物性质、吸光度值和淀粉保留率结果。
从表5中可以看出，与电荷低于20摩尔％的测试聚合物相比，具有更高电荷的测试聚合物能够产生改善的淀粉保留率。然而，测试聚合物的高电荷并不能单独保证高淀粉保留率，而且聚合物的分子量也必须足够高。从表5中看出，商业乙烯胺共聚物PVAm和阳离子聚丙烯酰胺SPoly是具有高阳离子电荷的聚合物，分别为30摩尔％和46摩尔％，但它们的分子量相当低。用这些聚合物获得的淀粉保留率改善明显较低。因此可以得出结论，聚合物的阳离子电荷和足够高的分子量两者对于获得所需的高淀粉保留率都是重要的。
即使本发明是参考目前看来最实用和最优选地的实施方式来描述的，也应理解，本发明不应限于上述实施方式，而是本发明还旨在涵盖所附权利要求范围内的不同修改和等效技术方案。

Claims (16)

1.用于降低在纸、板、纸巾等的制造工艺中从纤维原料制备中去除的水相的淀粉含量的方法，所述纤维原料制备包括增稠步骤，其中通过从纤维原料中去除一部分水相，将包含源自再循环的纤维材料和/或损纸的纤维素纤维以及分散在水相中的淀粉的纤维原料从第一浓度增稠至第二浓度，
其特征在于，将通过(甲基)丙烯酰胺与至少25摩尔％的单一阳离子单体的共聚获得的具有至少1.7mPas的标准粘度SV的阳离子聚合物最迟在所述增稠步骤添加到所述纤维原料中，从而使所述纤维原料的所述淀粉与所述纤维素纤维结合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维原料的所述纤维素纤维包含由干燥的纤维的总量计算的至少50重量％、优选地至少70重量％、更优选地100重量％的再循环的纤维材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述再循环的纤维素纤维材料包含至少40重量％、优选地至少50重量％的源自旧瓦楞纸箱(OCC)的纤维材料。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在所述增稠步骤之后且在线工段之前、优选地在稀释步骤之前，将至少一种额外剂量的阳离子共聚物添加到所述纤维原料中，其中将所述纤维原料从所述第二浓度稀释至<2重量％的第三浓度。
5.根据前述权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一浓度为0.6-1.4重量％；并且所述第二浓度为2-13重量％。
6.根据前述权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述增稠步骤之前添加到所述纤维原料中的阳离子共聚物通过以下获得：使5-75摩尔％、优选地20-75摩尔％、更优选地30-70摩尔％、甚至更优选地40-70摩尔％的(甲基)丙烯酰胺与25-95摩尔％、优选地25-80摩尔％、更优选地30-70摩尔％，甚至更优选地30-60摩尔％的阳离子单体聚合。
7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，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-(丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵(APTAC)、或[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵(MAPTAC)。
8.根据前述权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，阳离子共聚物通过溶液聚合、悬浮聚合、分散聚合、乳液聚合或凝胶聚合获得。
9.根据前述权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，阳离子共聚物具有在1.7-7.0mPas、优选地2.5-6.0mPas、更优选地3.0-5.0mPas范围内的标准粘度。
10.根据前述权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，阳离子共聚物以0.2-1.5kg/t、优选地0.3-1.2kg/t、更优选地0.4-1kg/t、甚至更优选地0.5-0.8kg/t的量添加。
11.根据前述权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，在添加阳离子共聚物之前，所述方法不包括合成有机促凝剂或无机促凝剂的添加步骤。
12.根据前述权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，在添加阳离子共聚物之前，所述纤维原料包含由干固体物质计算的至少2重量％的淀粉。
13.根据前述权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，在两个或更多个投加量位置将阳离子共聚物添加到所述纤维原料中，优选地在每个投加量位置以不同的量将阳离子共聚物添加到所述纤维原料中。
14.根据前述权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，在位于增稠步骤之后且在成网机的线工段之前的至少一个额外的投加量位置添加所述阳离子聚合物。
15.根据前述权利要求1-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述纤维原料制备包括纤维分级步骤，其中将长纤维级分与短纤维级分分离，并且将所述阳离子聚合物至少添加到所述短纤维级分中。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，将所述阳离子聚合物添加到所述长纤维级分和所述短纤维级分的两者中，并且添加到所述短纤维级分中的所述阳离子聚合物的量高于添加到所述长纤维级分中的所述阳离子聚合物的量。
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