CN1768103A - 淀粉组合物及制备淀粉组合物的方法 - Google Patents

淀粉组合物及制备淀粉组合物的方法 Download PDF

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Abstract

淀粉组合物，通过蒸煮淀粉和将蒸煮的淀粉与聚合物合并来制备，该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团。另一淀粉组合物，通过将淀粉与聚合物(该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团)合并，再蒸煮该合并的淀粉和聚合物组合物来制备。适于形成用于纸配料的添加剂的干燥淀粉组合物，包括淀粉和含有阴离子基团或潜在的阴离子基团的聚合物。还公开了制备淀粉组合物的方法。

Description

淀粉组合物及制备淀粉组合物的方法
 相关申请的相互参考
本申请要求2003年2月27日提出的US临时申请序号60/450,277的权益。
技术领域
本发明一般涉及适合用作从水分散体中除去固体和其它悬浮材料的澄清助剂，尤其在造纸中用作助留剂的那类改性淀粉组合物。本发明还涉及用于制造此类改性淀粉组合物的方法。
背景技术
造纸涉及形成纤维素纤维、填料颗粒和潜在的其它材料的水分散体或“配料”，然后用网筛排放配料的水，形成纸张。已经将各种材料加入到配料中，用于改进填料颗粒和短纤维素纤维的纸张的保留。例如，改性淀粉常常用于该目的。
US专利5,859,128和6,048,929(Moffett，R.)公开了在纸配料中用作助留剂的改性淀粉。改性淀粉通过在碱性条件下蒸煮至少一种两性或阳离子淀粉与至少一种聚丙烯酰胺来制备。US专利5,482,693(Rushmere，J.，Moffett，R.)，5,176,891(Rushmere，J.)和4,954,220(Rushmere，J.)提出了生产水溶性多颗粒状(polyparticulate)聚铝硅酸盐微凝胶体的方法。
US专利5,178,730(Bixler，H.，Peats，S.)公开了可以通过将中/高分子量阳离子聚合物加入到配料中或通过将天然锂蒙脱石加入到配料中获得保留的改进。
US专利4,643,801(Johnson，K.)公开了用于改进保留的包含阳离子淀粉与阴离子高分子量聚合物和分散硅石的粘结剂。类似地，US专利4,388,150(Sunden，O.等人)披露，使用胶体硅酸和阳离子淀粉，可以发现改进。
US专利4,066,495(Voight，J.；Pender H.)提出了在造纸工艺中将阳离子淀粉和阴离子聚丙烯酰胺聚合物加入到纸浆中用于改进保留的方法。
US专利5,294,301(Kumar等人)公开了由含水纸浆配料造纸的方法，改进包括将基于纸浆重量的至少大约0.1％的至少一种淀粉的接枝共聚物加入到含水纸浆配料中，其中该接枝共聚物具有附加量的聚甲基丙烯酸或聚丙烯酸。
发明内容
本发明涉及通过蒸煮淀粉和在该蒸煮之前或之后将该淀粉与含有阴离子基团比如酸性基团或酸性基团的盐的聚合物合并(combine)所获得的组合物。所得改性淀粉组合物可以用作从水分散体中除去固体和其它悬浮材料的澄清助剂，尤其在造纸中用作助留剂。
根据本发明，还提供了通过蒸煮淀粉和将该蒸煮的淀粉与聚合物合并所制备的淀粉组合物，该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团。
根据本发明，还提供了通过将淀粉与聚合物合并，该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团，以及蒸煮该合并的淀粉和聚合物组合物所制备的淀粉组合物。
根据本发明，还提供了适于形成用于纸配料的添加剂的干燥淀粉组合物，该淀粉组合物包含淀粉和含有阴离子基团或潜在的阴离子基团的聚合物。
根据本发明，还提供了制备含有聚合物的淀粉组合物的方法，该方法包括将淀粉和聚合物合并，形成淀粉组合物，在低于该聚合物的pKa的pH下蒸煮淀粉组合物，从而形成蒸煮的淀粉组合物，然后将蒸煮的淀粉组合物的pH提高到该聚合物的pKa以上。
根据本发明，还提供了制备适于加入到纸配料中的组合物的方法，该方法包括蒸煮淀粉，将该蒸煮的淀粉和聚合物合并，形成pH低于该聚合物的pKa的结合物，然后将该合并的淀粉和聚合物组合物的pH提高到高于该聚合物的pKa的水平。
根据本发明，还提供了制备适于加入到纸配料中的组合物的方法，该方法包括将淀粉和聚合物合并，以及在高于该聚合物的pKa的pH下蒸煮所合并的淀粉和聚合物。
根据本发明，还提供了制备适于加入到纸配料中的组合物的方法，该方法包括蒸煮淀粉，然后将该蒸煮的淀粉和聚合物合并，其中蒸煮的淀粉和聚合物组合物的pH高于该聚合物的pKa。
本发明的详细说明
本发明涉及溶液澄清，尤其，纤维素物质，无机填料和疏水悬浮液比如沥青，脂肪酸，施胶剂，有机氟烃和用于造纸工艺的其它材料的保留。现有技术一般集中在将阳离子助留剂加入到造纸配料中。
根据本发明的一个实施方案，将淀粉，优选具有大约0.01到0.30的取代度的淀粉在大约60℃以上的温度下在水溶液中蒸煮有效改性淀粉的时间。优选，该淀粉是两性或阳离子的，最优选，该淀粉是阳离子的。应该注意保持在淀粉开始水解降解的pH水平以上。在蒸煮后，将该淀粉与含有阴离子基团比如酸性基团或酸性基团的盐或酸性基团和酸性基团的盐的结合的聚合物合并。另外，该聚合物可以含有潜在的阴离子基团，它们是可以转化为阴离子基团的基团。潜在的阴离子基团的实例包括、但不限于酰胺，酯，腈，酰卤，卤化芳基，卤化烷基，酰卤，醛，醇，烷基苯，酮和酸酐基团。将潜在的阴离子基团转化为阴离子基团的方法包括、但不限于溶解，提高组合物的pH，加热组合物，改变组合物的盐浓度，以及照射该组合物。通过选择高于所添加的聚合物的pKa的pH，在添加时可以直接诱发胶化。另外，在将pH提高到所添加的聚合物的pKa以上，因此诱发胶化之前，该聚合物可以在低于其自身pKa的pH下添加，以有利于混合。聚合物的pKa可以被认为是聚合物溶液的一种pH，在该pH和低于该pH的情况下，聚合物的酸性基团大部分被质子化和因此该聚合物基本上被中和。酸的pKa可以表示为该酸的解离常数Ka的以10为底的负对数，按照等式pKa＝-log10Ka。
虽然该聚合物优选含有酸性基团或酸性基团的盐，但它还可以含有阳离子基团，因此，潜在地，该聚合物是两性的。潜在适合的阳离子基团的实例是季铵和叔胺。其它阳离子基团也可以是合适的。该聚合物可以含有的酸性官能团的实例包括、但不限于羧酸，硫酸，磺酸，磷酸，phosphuric，膦酸，硝酸基团以及这些基团的盐。适用于本发明的聚合物的典型例子包括、但不限于聚丙烯酸类，比如聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸，聚磺酸类，比如聚苯乙烯磺酸，聚磷酸类，合成聚合物，以及天然聚合物或改性天然聚合物，比如羧甲基纤维素，瓜尔胶和黄原胶，以及聚丙烯酸和聚丙烯酰胺的共聚物。该聚合物可以是均聚物或共聚物。
另外，该淀粉可以在含有酸性基团或酸性基团的盐或酸性基团和酸性基团的盐的结合的聚合物的存在下蒸煮。该聚合物还可以含有阳离子基团，因此潜在地是两性的。在蒸煮过程中，通过选择高于所添加的聚合物的pKa的pH，可以诱发胶化。另外，蒸煮的pH可以低于该聚合物的pKa，以有利于混合，该pH随后升高到该聚合物的pKa以上，以诱发胶化。
阴离子、两性、非离子或阳离子淀粉可以是先前用于造纸的那些淀粉中的任何淀粉，或其它适合的淀粉。阳离子淀粉可以由任何普通淀粉产生材料比如玉米淀粉，马铃薯淀粉，木薯淀粉和小麦淀粉获得。阳离子化可以通过任何适合的工序，比如通过添加3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵来实现，以获得具有各种氮取代度的阳离子淀粉。在淀粉上的阳离子取代度(wt％氮/淀粉)可以是大约0.01到大约0.30，优选0.02-0.15。还可以选择天然存在的两性淀粉，比如马铃薯淀粉，或合成两性淀粉。
蒸煮可以便于在造纸厂使用淀粉蒸煮器来完成。可以选择间歇蒸煮器或连续蒸煮器，比如喷射式煮浆锅。在蒸煮期间的固体含量优选低于大约15％，但可以使用更高的固体浓度，如果可以实现充分的混合的话。间歇蒸煮一般在大约60到大约100℃的温度，以及优选在大气压下进行。可以采用在高于大气压下的间歇蒸煮，因此可使蒸煮温度更高。连续喷射式蒸煮一般在大约60到大约130℃的温度下，优选在1个大气压和更高的压力下进行。如果防止淀粉的分解，可以使用更高的蒸煮温度。
蒸煮时间应该足以使淀粉胶化。所选择的蒸煮时间随选择的成分，蒸煮设备和温度而变，但通常是不到1秒到大约1小时范围内的时间。在较低的蒸煮温度下，一般需要较长的蒸煮时间。蒸煮pH可以用普通酸，碱，或者酸或碱的盐，比如硫酸，硝酸，盐酸，产二氧化碳的碳酸，氢氧化钠，和氢氧化钾来调节。可以使用铝化合物，比如明矾，聚氯化铝，以及铝酸盐，比如铝酸钠和铝酸钾来改变pH，以及提高保留性能。令人惊奇的是，即使在酸性纸配料中，保留性能也从而被改进。此外，已经发现，碱性铝化合物在蒸煮溶液中的引入获得了允许在酸性纸配料中使用非铝化微颗粒助留剂以进一步改进保留性能的改性淀粉，而这些非铝化助留剂通常在酸性纸配料中不是很有效。
该改性淀粉组合物可以作为助留剂加入到任何适合的纸配料中，以改进细粒、填料和其它悬浮材料的保留。纸配料可以含有各种木浆和无机填料，并且通常具有大约3到大约10的pH。因此，如果需要，化学，机械，化学-机械和半化学纸浆可以与粘土，沉淀或研磨碳酸钙，二氧化钛，硅石，滑石和其它无机填料一起使用。此类填料一般以5-30％(作为总纸重量的重量百分率)填充量使用，但对于某些专业应用，可以达到高达35％或更高的水平。
本发明的一个特定实施方案包括适于形成用于纸配料的添加剂的干淀粉组合物。该干淀粉组合物包括淀粉和含有阴离子基团，比如酸性基团或酸性基团的盐的聚合物。该干燥淀粉组合物可以包括含有阴离子基团或潜在的阴离子基团，比如以上公开的酸性基团或酸性基团的盐的任何一种或多种的聚合物，以及该聚合物可以是以上公开的各种聚合物的任何一种或多种。本发明的干燥淀粉组合物可以作为干混合物制备、运输和储存。任何适合的液体比如水可以加入到该干燥淀粉组合物中，以制备适于蒸煮和作为添加剂加入到纸配料中的湿溶液。
当干燥淀粉组合物，湿淀粉组合物，或纸配料还含有阴离子无机胶体时，获得了特别有利的结果。因此，该组合物例如可以含有单独或结合的蒙脱石，膨润土，硅溶胶，铝改性硅溶胶，硅酸铝溶胶，聚硅酸，聚硅酸盐微凝胶和聚铝硅酸盐微凝胶。
干燥淀粉组合物，湿淀粉组合物，或纸配料还可以含有其它典型添加剂，比如内施胶剂，湿和干强度剂，生物杀伤剂，铝化合物(比如明矾，铝酸盐，聚氯化铝等)，阳离子聚合物(助留剂和絮凝剂)，阴离子聚合物，和/或单独添加的淀粉。尤其已经发现铝化合物可提高本发明的保留性能。
如上所述，制备淀粉组合物的方法可以通过将淀粉和聚合物合并以形成淀粉组合物，在低于该聚合物的pKa的pH下蒸煮淀粉组合物以形成蒸煮的淀粉组合物，然后将蒸煮的淀粉组合物的pH提高到该聚合物的pKa以上来进行。还有，该方法可以通过蒸煮淀粉，将蒸煮淀粉和聚合物合并成pH低于该聚合物的pKa的结合物，然后将合并的淀粉和聚合物组合物的pH提高到高于该聚合物的pKa的水平。另外，该方法可以通过将淀粉和聚合物合并，再在高于该聚合物的pKa的pH下蒸煮所合并的淀粉和聚合物来进行。还有，该方法可以通过蒸煮淀粉，然后将蒸煮淀粉和聚合物合并来完成，其中该蒸煮淀粉和聚合物组合物的pH高于该聚合物的pKa。
实施例
除非另有规定，所有实施例的灰分保留试验使用包括85％Hammermill(锤式破碎机)照相拷贝纸，7.5％SAPPI Somerset CoverGloss铜版纸，7.5％Tembec BCTMP和15％添加的新鲜碳酸钙的模拟纸配料进行。这些组分一起共混，获得典型的纸配料性能比如ζ电位，填料含量，导电率等，它们常常在生产碱性不含磨木浆的铜版纸的工业造纸厂中被发现。化学品剂量以1b/吨纤维(kg化学品/908kg纤维)给出。
为了测试灰分保留性能，使用由缅因大学(University of Maine)开发的排水/保留装置。所用工序类似于在TAPPI标准T-261中所述的那些。
实施例1
本实施例说明，在中性pH条件下一起蒸煮阳离子淀粉和阴离子聚合物羧甲基纤维素(CMC)比单独添加两种化学品，但同时加入到纸配料中获得了更好的保留值。制备包括出自A.E.Staley的Stalok 160阳离子淀粉与不同量的出自Aqual on的7M CMC的3％溶液的四种共混物。表1列举了四种淀粉/CMC共混物的个组分的克数。这些共混物然后各自在台式实验室喷射式煮浆锅中分别在大约124℃和1分钟的温度和停留时间下蒸煮。
                              表1
 淀粉∶CMC比率   淀粉的克数(干重)   3％CMC溶液的克数   水的克数
 100∶1   60   20.0   920.0
 75∶1   60   26.6   913.4
 50∶1   60   40.0   900.0
 25∶1   60   80.0   860.0
为了对比，制备作为6.0wt％溶液的Stalok 160，使用如上所述的相同工序蒸煮。通过将18g的CMC和582g的水在搅拌下共混20分钟，然后静置1小时来制备7M CMC的3％溶液。
关于对照实验，淀粉和CMC独立、但同时加入到纸配料中。淀粉的剂量是20磅/吨(9.08kg/908kg)，测试四种水平的CMC，包括0.2，0.26，0.4和0.8磅/吨(0.09，0.12，0.18和0.36kg/908kg)。蒸煮的淀粉/CMC共混物以20磅/吨(9.08kg/908kg)的速率加入到纸配料中。以下在表2中示出了灰分保留结果。
                         表2
  单独添加   淀粉/CMC共混物
  CMC剂量，磅/吨   灰分保留，％   淀粉/CMC比率   灰分保留，％
  0.20   60.6   100∶1   61.8
  0.26   60.7   75∶1   63.0
  0.40   63.3   50∶1   64.3
  0.80   60.3   25∶1   61.2
这些结果表明，既定CMC剂量的保留可以通过将阳离子淀粉和阴离子CMC一起蒸煮来改进，与单独和同时添加淀粉和CMC相比。
实施例2
本实施例说明了在低于或高于聚合物的pKa的pH下蒸煮阳离子淀粉和阴离子聚合物(CMC)可以比单独但同时将两种化学品加入到纸配料中能够获得更好的保留值。通过将60g(干重)的出自A.E.Staley的Stalok 160阳离子淀粉与400g的出自Aqualon的7M CMC的3％溶液混合到900g的蒸馏水中来制备。将该两种批料彻底地混合，用氢氧化钠将一种批料的pH调至pH7.43，用盐酸将第二批料调至3.91。然后将这些共混物各自在台式实验室喷射式煮浆锅中分别在大约124℃和1分钟的温度和停留时间下蒸煮。用铝酸钠将酸性蒸煮共混物的pH提高到高于CMC的pKa的水平，达到7.65的pH。
为了对比，制备作为6.0wt％溶液的Stalok 160，使用如上所述的相同工序蒸煮。通过将18g的CMC和582g的水在搅拌下共混20分钟，然后静置1小时来制备7M CMC的3％溶液。
关于对照实验，淀粉和CMC独立、但同时加入到纸配料中。淀粉和CMC的剂量分别是20磅/吨(9.08kg/908kg)和0.14磅/吨(0.18kg/908kg)。该淀粉/CMC共混物以20磅/吨(9.08kg/908kg)的速率加入到纸配料中。以下在表3中示出了灰分保留结果。
                         表3
  实验   灰分保留
  单独添加淀粉和CMC(对照)   58.7
  在＞CMC的pKa的pH下蒸煮的淀粉/CMC共混物   60.6
  在＜CMC的pKa的pH下蒸煮的淀粉/CMC共混物   61.2
这些结果显示，固定CMC剂量的灰分保留可以通过不管pH条件如何将阳离子淀粉和阴离子CMC一起蒸煮来改进。
实施例3
本实施例证明，与单独和同时添加蒸煮淀粉和聚合物相比，当将蒸煮淀粉和聚合物一起共混时，灰分保留性能可以提高，其中蒸煮的淀粉和聚合物组合物的pH高于该聚合物的pKa。
关于本实施例，将出自A.E.Staley的Stalok 160的6％淤浆在台式实验室喷射式煮浆锅中分别在大约124℃和1分钟的温度和停留时间下蒸煮。通过将18g的CMC和582g的水在搅拌下共混20分钟，然后静置1小时来制备7M CMC的3％溶液。用不同水平的CMC制备四种淀粉和CMC共混物。表4列举了用于四种淀粉/CMC共混物的各组分的克数。
                                 表4
 淀粉∶CMC比率   4.08％蒸煮的淀粉的克数   3％CMC溶液的克数   水的克数
 100∶1   122.5   1.67   75.83
 75∶1   122.5   2.22   75.28
 50∶1   122.5   3.33   74.17
 25∶1   122.5   6.67   70.83
关于对照实验，淀粉和CMC独立、但同时加入到纸配料中。淀粉的剂量是20磅/吨(9.08kg/908kg)，测试四种水平的CMC，包括0.2，0.26，0.4和0.8磅/吨(0.09，0.12，0.18和0.36kg/908kg)。淀粉/CMC共混物以20磅/吨(9.08kg/908kg)的速率加入到纸配料中。以下在表5中示出了灰分保留结果。
                            表5
  单独添加   淀粉/CMC共混物
  CMC剂量，磅/吨   灰分保留，％   淀粉/CMC比率   灰分保留，％
  0.20   58.4   100∶1   60.3
  0.26   58.7   75∶1   60.5
  0.40   59.7   50∶1   61.2
  0.80   59.8   25∶1   60.2
表5中的数据表明，在既定阴离子聚合物水平下，阳离子淀粉和阴离子聚合物在加入到纸配料中之前的简单混合比独立、但同时添加单独组分获得了增高的灰分保留性能。
实施例4
这是显示如前一实施例在加入到纸配料中之前将蒸煮淀粉和聚合物一起共混的协同效果的另一实施例，只是在本实施例中使用的聚合物是含有磺酸阴离子基团的两性聚丙烯酰胺。阳离子淀粉(出自A.E.Staley的Stalok 180)按照与前面的实施例相同的方式制备。所得蒸煮淀粉固体分是4.55％。两性聚丙烯酰胺通过1g(干重)聚合物水合到999g蒸馏水中以0.1％的浓度制备。该0.1％PAM溶液用磁力搅拌器搅拌1小时。通过将219.78g的蒸煮淀粉(4.55％固体)和125g的0.1％PAM彻底混合来制备蒸煮淀粉和水合PAM的一种共混物。
关于对照实验，淀粉和PAM独立、但同时加入到纸配料中。淀粉和PAM的剂量分别是15磅/吨(6.8kg/908kg)和0.1875磅/吨(0.085kg/908kg)。该淀粉/PAM共混物以15磅/吨(6.8kg/908kg)的速率加入到纸配料中。以下在表6中示出了灰分保留结果。
                      表6
  实验   灰分保留
  单独添加淀粉和两性PAM(对照)   61.2
  淀粉/PAM共混物   65.1
结果显示，采用本发明，与单独添加添加剂相比，灰分保留提高。
实施例5
实施例5证明，与将各组分单独加入到纸配料中相比，将蒸煮淀粉和聚合物合并成pH低于该聚合物的pKa的组合物，然后将合并的淀粉和聚合物组合物的pH提高到高于该聚合物的pKa的水平获得了增高的灰分保留性能。对于本实施例，如前面的实施例所述制备阳离子淀粉Stalok 160和阴离子聚合物7M CMC。蒸煮淀粉和水合CMC的样品用于对照实验，用盐酸将剩余蒸煮淀粉和CMC的pH分别调至2.67和3.90。用不同水平的CMC制备四种淀粉和CMC共混物。一旦彻底共混，使用铝酸钠将各混合物的pH提高到高于该聚合物的pKa的pH。表7列举了四种淀粉/CMC共混物的各组分的克数和pH值。
                                  表7
  淀粉∶CMC比率   3.91％蒸煮的淀粉的克数   3％CMC溶液的克数   混合物的pH   在调节之后的混合物的pH
  100∶1   127.89   1.67   3.04   8.67
  75∶1   127.89   2.22   3.09   7.53
  50∶1   127.89   3.33   3.14   8.28
  25∶1   127.98   6.67   3.28   8.22
关于对照实验，淀粉和CMC独立、但同时加入到纸配料中。淀粉的剂量是20磅/吨(9.08kg/908kg)，测试四种水平的CMC，包括0.2，0.26，0.4和0.8磅/吨(0.09，0.12，0.18和0.36kg/908kg)。淀粉/CMC共混物以20磅/吨(9.08kg/908kg)的速率加入到纸配料中。以下在表8中示出了灰分保留结果。
                        表8
  单独添加   淀粉/CMC共混物
  CMC剂量，磅/吨   灰分保留，％   淀粉/CMC比率   灰分保留，％
  0.20   61.0   100∶1   60.9
  0.26   61.6   75∶1   63.9
  0.40   61.2   50∶1   64.5
  0.80   62.2   25∶1   63.3
表8中的数据表明，在既定阴离子聚合物水平下，阳离子淀粉和阴离子聚合物在加入到纸配料中之前的混合比独立、但同时添加单独组分获得了增高的灰分保留性能。
实施例6
实施例6说明了当与蒸煮阳离子淀粉/阴离子CMC共混物一起使用时改变无机胶体硅石的剂量对灰分保留的效果。对于本实施例，如前面的实施例所述制备阳离子淀粉Stalok 160和阴离子聚合物7M CMC。蒸煮淀粉和水合CMC的样品用于对照实验，用盐酸将剩余蒸煮淀粉和CMC的pH分别调至3.45和4.3。通过将150g的4.1％蒸煮淀粉和12.3g的1％CMC混合来制备一种淀粉/CMC共混物。一旦彻底共混，使用铝酸钠将该混合物的pH提高到高于该聚合物的pKa的pH。最终混合物pH是6.77。
在本实验中使用的胶态硅石，出自Kemira的Fennosil K515，通过将1.67g的硅石(15％固体)和998.33g的水混合以得到0.025％溶液来制备。硅石的剂量是0，0.5和1磅/吨(0，0.227和0.454kg/908kg)。
关于对照实验，淀粉和CMC分别以20磅/吨(9.08kg/908kg)和0.4磅/吨(0.18kg/908kg)的剂量，独立、但同时加入到纸配料中。淀粉/CMC共混物以20磅/吨(9.08kg/908kg)的速率加入到纸配料中。以下在表9中示出了灰分保留结果。
                        表9
  硅石剂量，磅/吨  单独添加的淀粉和CMC   淀粉/CMC共混物
  0  55.7   57.4
  0.5  56.8   59.1
  1  58.7   60.6
这些结果表明，将硅石加入到纸配料中改进了灰分保留性能，当与淀粉/CMC共混物一起使用时，发现了性能增加最大。表9再次表明，当将淀粉和CMC一起共混时，与独立和同时添加淀粉和CMC相比获得了更高的灰分保留。
实施例7
实施例7说明，当将淀粉和CMC共混物加入到含有铝化合物的酸性配料中时，可以发现本发明的灰分保留性能。在本实施例中使用的配料包括33％磨木浆，25％漂白软木牛皮纸，42％漂白亚硫酸盐纸浆以及25％附加粘土填料。使用硫酸铝将pH调至4.44。对于本实施例，如前面的实施例所述制备阳离子淀粉Stalok 160和阴离子聚合物7MCMC。蒸煮淀粉和水合CMC的样品用于对照实验。通过将347.95g的4.95％蒸煮淀粉和6.66g的3％CMC彻底混合来制备一种淀粉/CMC共混物。
关于对照实验，淀粉和CMC分别以20磅/吨(9.08kg/908kg)和0.25磅/吨(0.11kg/908kg)的剂量，独立、但同时加入到纸配料中。淀粉/CMC共混物以20磅/吨(9.08kg/908kg)的速率加入到纸配料中。以下在表10中示出了灰分保留结果。
                表10
  实验   灰分保留
  单独添加淀粉和CMC(对照)   59.6
  淀粉/CMC共混物   61.0
该表显示，淀粉/CMC共混物在含有铝化合物的酸性配料中优于单独添加淀粉和CMC。
实施例8
实施例8说明，当阳离子淀粉和聚合物共混物一起在铝化合物的存在下蒸煮时，提高了灰分保留性能。对于本实施例，如前述实施例所述制备阴离子聚合物，7M CMC。用蒸馏水制备未蒸煮阳离子淀粉Stalok 160的溶液，然后以50∶1(淀粉∶CMC)的干重比与水合CMC共混，达到6.0wt％的总溶液固体含量。该溶液的pH然后使用铝化合物铝酸钠提高到9.0。该溶液然后在喷射式煮浆锅中在255°F下蒸煮。
关于对照实验，淀粉和CMC分别以20磅/吨(9.08kg/908kg)和0.25磅/吨(0.11kg/908kg)的剂量，独立、但同时加入到纸配料中。淀粉/CMC共混物以20磅/吨(9.08kg/908kg)的速率加入到纸配料中。以下在表11中示出了灰分保留结果。
                           表11
  实验   灰分保留
  单独添加淀粉和CMC(对照)   53.7
  在蒸煮之前含有铝化合物的淀粉/CMC共混物   55.5
该表显示，在蒸煮之前含有铝化合物的淀粉/CMC共混物优于在纸配料中单独添加淀粉和CMC。
实施例9
实施例9用来举例说明干燥产品混合物的制备，以及由在造纸配料中添加所得凝胶所预期的结果。例如，阳离子淀粉比如Stalok 160可以与阴离子聚合物比如在前面实施例1中所述的7M CMC混合。干燥明矾和/或铝酸钠或其它pH控制添加剂可以引入到干燥混合物中，以获得所需的初始pH；也就是说，高于或低于该聚合物的pKa。制备干燥状态的淀粉/聚合物混合物是有利的，因为干粉状产品可以容易运输和储存。当所需凝胶要应用于造纸机的湿部时，如在实施例1中所述，干粉混合物用水分散，在淀粉蒸煮器中蒸煮。如果该混合物在该聚合物的pKa以下蒸煮，蒸煮干燥混合物的pH被升高到该聚合物的pKa以上，形成凝胶。通过添加氢氧化钠、铝酸钠或一些其它适合的碱来进行pH调节。或者，淀粉/聚合物混合物可以在酸的pKa以上蒸煮，直接形成凝胶。可以预计，与单独添加各组分比较，应用淀粉/聚合物凝胶将会获得与在表2和5中所述的数据类似的填料保留值。

Claims (67)

1、淀粉组合物，该组合物通过蒸煮淀粉和将蒸煮的淀粉与聚合物合并来制备，该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团。
2、权利要求1的淀粉组合物，其中阴离子基团或潜在的阴离子基团是酸性基团或酸性基团的盐，或酸性基团和酸性基团的盐的结合。
3、权利要求2的淀粉组合物，其中酸性基团是由羧酸，磺酸，磷酸，羧酸的盐，磺酸的盐，和磷酸的盐组成的组中的一种或多种。
4、权利要求1的淀粉组合物，其中该聚合物是由天然聚合物，改性天然聚合物，合成聚合物，聚丙烯酸类的均聚物，聚磺酸类的均聚物，聚磷酸类的均聚物，聚丙烯酸类的共聚物，聚磺酸类的共聚物，和聚磷酸类的共聚物组成的组中的一种或多种。
5、权利要求1的淀粉组合物，其中该聚合物是由聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，羧甲基纤维素，瓜尔胶和黄原胶，阴离子和两性淀粉，以及丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物组成的组中的一种或多种。
6、权利要求1的淀粉组合物，它在淀粉的蒸煮之前含有铝化合物。
7、配料，它包含权利要求1的淀粉组合物。
8、配料，它包含权利要求1的淀粉组合物和无机胶体。
9、配料，它包含权利要求1的淀粉组合物和铝化合物。
10、淀粉组合物，它通过将淀粉与聚合物合并，和蒸煮合并的淀粉和聚合物组合物来制备，该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团。
11、权利要求10的淀粉组合物，其中阴离子基团或潜在的阴离子基团是酸性基团或酸性基团的盐，或酸性基团和酸性基团的盐的结合。
12、权利要求11的淀粉组合物，其中酸性基团是由羧酸，磺酸，磷酸，羧酸的盐，磺酸的盐，和磷酸的盐组成的组中的一种或多种。
13、权利要求10的淀粉组合物，其中该聚合物是由天然聚合物，改性天然聚合物，合成聚合物，聚丙烯酸类的均聚物，聚磺酸类的均聚物，聚磷酸类的均聚物，聚丙烯酸类的共聚物，聚磺酸类的共聚物，和聚磷酸类的共聚物组成的组中的一种或多种。
14、权利要求10的淀粉组合物，其中该聚合物是由聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，羧甲基纤维素，瓜尔胶和黄原胶，阴离子和两性淀粉，以及丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物组成的组中的一种或多种。
15、权利要求10的淀粉组合物，它在淀粉的蒸煮之前含有铝化合物。
16、配料，它包含权利要求10的淀粉组合物。
17、配料，它包含权利要求10的淀粉组合物和无机胶体。
18、配料，它包含权利要求10的淀粉组合物和铝化合物。
19、适于形成用于纸配料的添加剂的干燥淀粉组合物，该淀粉组合物包含淀粉和含阴离子基团或潜在的阴离子基团的聚合物。
20、权利要求19的淀粉组合物，其中阴离子基团或潜在的阴离子基团是酸性基团或酸性基团的盐，或酸性基团和酸性基团的盐的结合。
21、权利要求20的淀粉组合物，其中酸性基团是由羧酸，磺酸，磷酸，羧酸的盐，磺酸的盐，和磷酸的盐组成的组中的一种或多种。
22、权利要求19的淀粉组合物，其中该聚合物是由天然聚合物，改性天然聚合物，合成聚合物，聚丙烯酸类的均聚物，聚磺酸类的均聚物，聚磷酸类的均聚物，聚丙烯酸类的共聚物，聚磺酸类的共聚物，和聚磷酸类的共聚物组成的组中的一种或多种。
23、权利要求19的淀粉组合物，其中该聚合物是由聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，羧甲基纤维素，瓜尔胶和黄原胶，阴离子和两性淀粉，以及丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物组成的组中的一种或多种。
24、权利要求19的淀粉组合物，它在淀粉的蒸煮之前含有铝化合物。
25、配料，它包含权利要求19的淀粉组合物。
26、配料，它包含权利要求19的淀粉组合物和无机胶体。
27、配料，它包含权利要求19的淀粉组合物和铝化合物。
28、制备含有聚合物的淀粉组合物的方法，该方法包括将淀粉和聚合物合并，形成淀粉组合物，在低于该聚合物的pKa的pH下蒸煮该淀粉组合物，形成蒸煮的淀粉组合物，然后将该蒸煮的淀粉组合物的pH提高到该聚合物的pKa以上。
29、权利要求28的方法，其中该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团。
30、权利要求29的方法，其中阴离子基团或潜在的阴离子基团是酸性基团或酸性基团的盐，或酸性基团和酸性基团的盐的结合。
31、权利要求30的方法，其中酸性基团是由羧酸，磺酸，磷酸，羧酸的盐，磺酸的盐，和磷酸的盐组成的组中的一种或多种。
32、权利要求29的方法，其中该聚合物是由天然聚合物，改性天然聚合物，合成聚合物，聚丙烯酸类的均聚物，聚磺酸类的均聚物，聚磷酸类的均聚物，聚丙烯酸类的共聚物，聚磺酸类的共聚物，和聚磷酸类的共聚物组成的组中的一种或多种。
33、权利要求29的方法，其中该聚合物是由聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，羧甲基纤维素，瓜尔胶和黄原胶，阴离子和两性淀粉，以及丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物组成的组中的一种或多种。
34、权利要求29的方法，该方法在淀粉的蒸煮之前含有铝化合物。
35、配料，它包含根据权利要求29的方法制备的淀粉组合物。
36、配料，它包含根据权利要求29的方法制备的淀粉组合物，并且进一步包含无机胶体。
37、配料，它包含根据权利要求29的方法制备的淀粉组合物，并且进一步包含铝化合物。
38、制备适于加入到纸配料中的组合物的方法，该方法包括蒸煮淀粉，将该蒸煮的淀粉和聚合物合并，形成pH低于该聚合物的pKa的结合物，然后将该合并的淀粉和聚合物组合物的pH提高到高于该聚合物的pKa的水平。
39、权利要求38的方法，其中该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团。
40、权利要求39的方法，其中阴离子基团或潜在的阴离子基团是酸性基团或酸性基团的盐，或酸性基团和酸性基团的盐的结合。
41、权利要求40的方法，其中酸性基团是由羧酸，磺酸，磷酸，羧酸的盐，磺酸的盐，和磷酸的盐组成的组中的一种或多种。
42、权利要求39的方法，其中该聚合物是由天然聚合物，改性天然聚合物，合成聚合物，聚丙烯酸类的均聚物，聚磺酸类的均聚物，聚磷酸类的均聚物，聚丙烯酸类的共聚物，聚磺酸类的共聚物，和聚磷酸类的共聚物组成的组中的一种或多种。
43、权利要求39的方法，其中该聚合物是由聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，羧甲基纤维素，瓜尔胶和黄原胶，阴离子和两性淀粉，以及丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物组成的组中的一种或多种。
44、权利要求39的方法，该方法在淀粉的蒸煮之前含有铝化合物。
45、配料，它包含根据权利要求39的方法制备的淀粉组合物。
46、配料，它包含根据权利要求39的方法制备的淀粉组合物，并且进一步包含无机胶体。
47、配料，它包含根据权利要求39的方法制备的淀粉组合物，并且进一步包含铝化合物。
48、制备适于加入到纸配料中的组合物的方法，该方法包括将淀粉和聚合物合并，再在高于该聚合物的pKa的pH下蒸煮合并的淀粉和聚合物。
49、权利要求48的方法，其中该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团。
50、权利要求49的方法，其中阴离子基团或潜在的阴离子基团是酸性基团或酸性基团的盐，或酸性基团和酸性基团的盐的结合。
51、权利要求50的方法，其中酸性基团是由羧酸，磺酸，磷酸，羧酸的盐，磺酸的盐，和磷酸的盐组成的组中的一种或多种。
52、权利要求49的方法，其中该聚合物是由天然聚合物，改性天然聚合物，合成聚合物，聚丙烯酸类的均聚物，聚磺酸类的均聚物，聚磷酸类的均聚物，聚丙烯酸类的共聚物，聚磺酸类的共聚物，和聚磷酸类的共聚物组成的组中的一种或多种。
53、权利要求49的方法，其中该聚合物是由聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，羧甲基纤维素，瓜尔胶和黄原胶，阴离子和两性淀粉，以及丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物组成的组中的一种或多种。
54、权利要求49的方法，该方法在淀粉的蒸煮之前含有铝化合物。
55、配料，它包含根据权利要求49的方法制备的淀粉组合物。
56、配料，它包含根据权利要求49的方法制备的淀粉组合物，并且进一步包含无机胶体。
57、配料，它包含根据权利要求49的方法制备的淀粉组合物，并且进一步包含铝化合物。
58、制备适于加入到纸配料中的组合物的方法，该方法包括蒸煮淀粉，然后将该蒸煮的淀粉和聚合物合并，其中蒸煮的淀粉和聚合物组合物的pH高于该聚合物的pKa。
59、权利要求58的方法，其中该聚合物含有阴离子基团或潜在的阴离子基团。
60、权利要求59的方法，其中阴离子基团或潜在的阴离子基团是酸性基团或酸性基团的盐，或酸性基团和酸性基团的盐的结合。
61、权利要求60的方法，其中酸性基团是由羧酸，磺酸，磷酸，羧酸的盐，磺酸的盐，和磷酸的盐组成的组中的一种或多种。
62、权利要求59的方法，其中该聚合物是由天然聚合物，改性天然聚合物，合成聚合物，聚丙烯酸类的均聚物，聚磺酸类的均聚物，聚磷酸类的均聚物，聚丙烯酸类的共聚物，聚磺酸类的共聚物，和聚磷酸类的共聚物组成的组中的一种或多种。
63、权利要求59的方法，其中该聚合物是由聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，羧甲基纤维素，瓜尔胶和黄原胶，阴离子和两性淀粉，以及丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物组成的组中的一种或多种。
64、权利要求59的方法，该方法在淀粉的蒸煮之前含有铝化合物。
65、配料，它包含根据权利要求59的方法制备的淀粉组合物。
66、配料，它包含根据权利要求59的方法制备的淀粉组合物，并且进一步包含无机胶体。
67、配料，它包含根据权利要求59的方法制备的淀粉组合物，并且进一步包含铝化合物。
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