TW201002908A - Method of modifying strach for increased papermachine retention and drainage performance - Google Patents
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201002908 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用金屬矽酸鹽改良澱粉、及該改良澱粉 在製備纖維素纖維組合物中的用途。本發明進一步係關於 諸如紙張及紙板等納入經金屬矽酸鹽改良之澱粉的纖維素 纖維組合物。 本申請案主張2008年1月28曰提出申請之美國臨時申請 案第6 1/062,586號之權利，其全部内容係以引用方式倂入 本文中。 【先前技術】 纖維素纖維薄板’尤其為紙張及紙板之製造包含以下步 驟.1)製備纖維素纖維之水性漿液，其亦可含有無機礦 物增篁劑或顏料，2)將該锻液沈積於移動之造紙網或織 物上；及3)藉由排除水分自漿液之固體組份形成薄板。 然後壓縮並乾燥該薄板以進一步去除水分。通常在薄板 形成步驟之前將有機及無機化學物質添加至該漿液中以使 該造紙方法更廉價、更迅速、及/或以獲得最終紙張產品 之特定性質。 造紙工業界一直在努力改進紙張品質、提高生產率、及 降低製造成本。通常在纖維漿液到達造紙網或織物之前向 其中添加化學物質以改善排水/脫水及固體滯留；該等化 學物質稱為助留劑及/或助濾劑。 在造紙網或織物上對纖維漿液實施排水或脫水在達成更 快方法速度時通常為限制步驟。改善之脫水亦可在壓縮及 138147.doc 201002908 乾燥區段產生乾燥薄板’從而達成能量或物流消耗降低。 另外’此在造紙方法中係決定許多薄板最終性質之階段。 在排水及形成紙幅之湍流方法中，使用造紙助留劑來延 長精細配料固體在紙幅中之滯留性。若該等精細固體滯留 時間不充足，則其會流失入該方法之流出物中或大量累積 在再循環白水迴路中，此可能造成沈積物積聚。另外，滞 留時間不充足會因欲吸附於纖維上以提供相應紙張不透明 度、強度、或施膠性質之添加劑流失而導致造紙成本增 加。 陽離子型澱粉廣泛用於造紙工業中。將其引入液體漿中 以h強纖維間之結合及獲得紙張強度性質、乳化諸如稀基 琥轴酸酐（ASA)等合成内施膠劑、或促進排水。 包含矽酸鈉、矽酸鉀、及偏矽酸鈉在内之金屬矽酸鹽係 廣泛用於包含紙張及水處理在内之許多工業中的通用化學 物質。 在美國專利第5，185,206號中，1^31111161^教示用於造紙之 改良助濾劑及助留劑，將該助濾劑及助留劑添加至含有水 性紙張配料之紙漿中且該助濾劑及助留劑包括作為乾燥固 體之矽酸鹽化陽離子型澱粉組合物，其含有約丨_25重量％ 之二氧化矽且基本上由表面上沈積有呈水溶性聚矽酸鹽微 凝膠形式之二氧化矽的陽離子化澱粉顆粒組成，且視需 要，該組合物進一步含有二氧化矽微凝膠之離散凝集體與 矽酸鹽化澱粉顆粒之混合物。單組份產品為乾燥固體，其 可提供優於膠體二氧化矽組合之便利性及經濟性，此乃因 138147.doc 201002908 可避免運輸大量水分之故。在實踐本發明時，較佳地將盡 可能多的微凝膠沈積於每個澱粉顆粒之表面上。因此，告 接下來殿粉在即將使狀前於水中加熱時可達成微凝膠: 最佳再分散。 人們已意外地發現，將金屬矽酸鹽添加至陽離子型澱粉 中可顯著增加滯留性及排水效果。 【發明内容】 本發明闡述-種用於在造紙製程期間改善滯留性及排水 性之方法，該方法係藉由添加經金屬矽酸鹽改良之陽離子 型或兩性多糖或多糖衍生物來實現。 本方法亦提供-種藉由添加金屬石夕酸鹽來改良陽離子型 或兩性多糖或多糖衍生物之方法。 本發明亦提供一種經金屬石夕酸鹽改良之陽離子型或兩性 多糖或多糖衍生物。
Lj 在本發明之-個實施例中，該陽離子型或兩性多糖或多 糖衍生物為陽離子型或兩性澱粉。 本發明亦揭示一種造紙製程，1向枯 ，、a括將至少一種多糖或 多糖衍生物添加至造紙漿液中，1巾 /、τ該多糖或多糖衍生物 已經至少一種金屬矽酸鹽改良，直中 ，、τ 6亥至少一種多糖或多 糖衍生物係選自由以下物質組成 风之群.含有陽離子型含氮 基團之多糖衍生物、陽離子型盥睁 主，、u離子型多糖之摻合物及 其組合。 【實施方式】 已發現’將金屬石夕酸鹽添加至陽 刀主％離子型澱粉中可顯著增 138147.doc 201002908 加排水性。當在烹煮澱粉後將金屬矽酸鹽添加至澱粉中時 可獲得最佳結果。可在澱粉仍處於高溫時或在澱粉已冷卻 至環境溫度後添加金屬矽酸鹽。當在添加澱粉及烹煮之前 將金屬矽酸鹽添加至水中亦觀測到滞留性及排水效果得以 改善。在本發明之一個實施例中，該金屬矽酸鹽為矽酸 鈉。金屬矽酸鹽亦可為矽酸鉀或偏矽酸鈉。 本發明方法中所用材料包含纖維素紙漿及至少一種經金 屬矽酸鹽改良之澱粉。亦可採用一或多種其他材料，包含 (但不限於）其他未改良之澱粉、填充劑 '無機或有機凝结 劑、習用絮凝劑、及至少—種有機或無機助遽劑。 在本發明之一個實施例中，該陽離子型或兩性多糖或多 糖衍生物為陽離子型或兩性澱粉。 =不同材料引人本發明方法中之順序不限於前文論述中 所提出者’但通常可根據每_特定應用之實踐性及效果來 確定。 用於本發明方法之適宜纖維素纖維紙漿包含習用造紙毅 料，例如傳統化學製。舉例而言，可使用漂白型及非漂白 型硫酸鹽漿及亞硫酸鹽漿、機械製漿(例如磨碎之木料)、 熱磨機械製漿、化學_熱磨機械製漿、再循環紙漿⑽如， 舊瓦楞、”氏相、冑聞用紙、辦公廢紙、雜誌紙及其他未脫墨 廢紙、脫墨廢紙）、及其混合物。 填充劑可用於造紙巾。填域可為纖維素產品提供光學 ，質。其對成品薄板提供不透明度及亮度並改進其印刷性 質。適宜填充劑包含碳_(天然存在之重質碳酸鹽及以 138147.doc 201002908 合成方式產生的沉澱碳酸鹽）、氧化鈦、滑石、黏土、及 石膏。以紙漿之乾燥重量計，所使用填充劑之量可為使得 纖維素產品具有高達約5 〇重量％之填充劑的量。 ' 可使用凝結劑來增強滯留性及排水性。凝結劑可為無機 或有機凝結劑。最常見之無機凝結劑為氧化鋁類。適宜實 例包含（但不限於）工業級硫酸鋁（明礬）、聚氣化鋁、聚羥 基氣化鋁、聚羥基硫酸鋁、鋁酸鈉及諸如此類。有機凝結 知通常為合成、聚合材料。適宜實例包含（但不限於）：聚 胺、聚（醯胺基胺）、聚DADMAC(聚（二烯丙基二甲基氣化 銨））、聚乙烯亞胺、N_乙烯基甲醯胺聚合物及共聚物之水 解產物及四級銨化水解產物、及諸如此類。 以紙漿之乾燥重量計，通常以約〇 〇5 lb/噸至約5〇旧噸 纖維素紙漿的比例使用凝結劑。凝結劑濃度可為約〇 5 ib/ 噸至約20 lb/噸、及/或約丨lb/噸至約1〇化/噸紙漿。 離子型絮凝劑常用於造紙技術中。可使用陽離子型、陰 離子型、非離子型及兩性絮凝劑，尤其為陽離子型、陰離 2型、非離子型&兩性聚合物。^用作絮凝劑之聚合物包 s (仁不限於）非離子型乙稀系不飽和單體之均聚物。亦可 使用包括兩種或更多種非離子型乙稀系不飽和單體之單體 ㈣聚物，且亦可使用包括至少—種非離子型乙烯系不飽 和單體及至少一種陽離子型乙烯系不鮮單體及，或至少 -種陰離子型乙稀系不飽和單體之單體的共聚物。適宜非 離子型乙烯系不飽和單體包含（但不限於）丙稀醯胺；子基 丙烯醯胺；N-烷基丙烯醯胺，例如N_甲基丙烯醯胺；n，n_ 138147.doc 201002908 二烷基丙烯醯胺’例如n，n-二曱基丙烯醯胺；丙烯酸甲 酯；曱基丙稀酸曱酯；丙烯腈；N-乙婦基甲基乙醯胺；N-乙烯基曱基曱醯胺；乙酸乙烯酯；N-乙烯基吡咯啶酮； (曱基）丙烤酸羥烧基酯，例如（曱基）丙烯酸羥乙基酯或（曱 基）丙烯酸羥丙基酯；任何上述物質之混合物及諸如此 類。在上述物質中，丙烯醯胺、曱基丙稀醯胺、及N-烷基 丙烯醯胺較佳，其中丙烯醯胺尤其佳。 可用之陽離子型乙烯系不飽和單體包含（但不限於）二烯 丙基胺、二烷基胺基烷基化合物之（甲基）丙烯酸酯、二烷 基胺基烷基化合物之（甲基）丙烯醯胺、N-乙烯基甲醯胺之 N-乙烯胺水解產物、及其鹽及四級銨鹽。n，N-二烷基胺基 烧基之丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯、及其酸及四級敍鹽較 佳’其中丙烯酸N，N-二甲基胺基乙基酯之曱基四級銨氣化 物尤其佳。 適宜陰離子型乙烯系不飽和單體包含（但不限於）丙烯 酸、曱基丙烯酸、及其鹽；2-丙烯醯胺基-2-甲基-丙烷磺 酸酿；（曱基）丙烯酸磺乙基酯；乙烯基磺酸；苯乙烯續 酸；及馬來酸及其他二元酸及其鹽。丙烯酸、甲基丙烯酸 及其鹽較佳，其中，丙烯酸之鈉鹽及銨鹽尤其佳。 陽離子型聚合物絮凝劑通常會含有一或多種上述陽離子 型單體。以莫耳濃度計，陽離子型單體之總含量可介於約 1%至約99%、較佳約2%至約5〇%之間，且更佳地，陽離子 型單體係約5莫耳％至約40莫耳％，其餘單體為上述非離子 型單體中之一種。 138147.doc 201002908 :離子型聚合物絮凝劑通常會含有一或多種上述陰離子 型早體。卩莫耳濃度計’陰離子型單體之總含量可介於約 1〇/〇至約99%、較佳約2%至約5〇%之間，且更佳地，陰離子 型單體係約5莫耳％至約4G莫耳％，其餘單體為上述非 型單體中之一種。
兩性聚合物絮凝劑會含有一或多種所述陽離子型與陰離 子型單體之組合。假設使用至少一種陽離子型單體及至少 -種陰離子型單體’則可使用陽離子型單體與陰離子型單 體之任何組合。聚合物可含有過量陽離子型單體、過量陰 離子型單體、或等量之陽離子型單體與陰離子型單體。以 莫耳濃度計，離子型單體總含量，即陽離子型單體與陰離 子型單體之組合量可介於約1%至約99%、較佳約至約 80%之間，且更佳地，離子型單體係約5莫耳％至約莫耳 % ’其餘單體為上述非離子型單體中之—種。以活性聚合 物重量及紙漿乾燥重量計，可以約〇 〇1 lb/噸至約1〇旧噸 纖維素紙漿之比例使用絮凝劑。絮凝劑濃度更佳為約〇5 lb/嘲至約5 lb/嘲、且甚至更佳為約〇1齡頓至約1 lb/嘲紙聚。 除習用絮凝劑外，亦可使用無機或有機助濾劑，如本技 術中已知之微粒、微聚合物、有機微珠、或相關聚合物。 ，所用無機微粒包含選自由以下物質組成之群之任何材 料.以一氧化矽為主之粒子、二氧化矽微凝膠、膠體二氧 化矽、一氧化矽溶膠、二氧化矽凝膠、聚矽酸鹽、聚矽酸 鹽微凝膠、㈣酸鹽、聚㈣酸鹽、㈣酸鹽、聚领石夕酸 孤及沸石。無機微粒亦可為可膨脹黏土，包含（但不限於） I38147.doc 201002908 通常稱為以下物質之黏土：鐘姑 鋰豕脫石、綠土、蒙脫石、綠 專石、鋅蒙脫石、海泡石、綠坡缕石及海泡石。 微聚合物或有機微珠係交聯、陽離子型或陰離子型、聚 合、有機微粒’其未溶脹數量平均粒徑係小於約750太 米’且以存於聚合物中之罝 不 刃甲之早體皁兀計交聯劑含量大於約4 莫耳份數/百萬份數，且其通常心在該交聯劑存在下使 至少-種乙稀系不飽和陽離子型或陰離子型單體與（視需
要)至少-種非離子型共聚單體聚合而形成。微聚合物： 一個實例為Polyflex⑨(CIBA公司，丁⑽抑⑽，Νγ)。 可將用於本發明之相關聚合物闡述為水溶性共聚物組合 物，其中反向乳液陰離子型共聚物之相關性質係由選自: 嵌段及三嵌段聚合物表面活性劑之乳化表面活性劑來提 供。相關反向乳液陰離子型絲物含有至少一種非離子型 聚合物片段及至少一種陰離子型聚合物片段，且在〇〇ι Μ NaCl中測得其HUggins常數（ki)大於〇 75且在i 5重量。之活 性聚合物溶液中及在4·6 Hz下其儲能模量（Gi)大於175 &。 相關聚合物實例包含（但不限於）PerF〇rm⑧9232及PerF〇rm⑧ 7200(HerCules Incorporated，Wilmington，DE)。 澱粉增加了纖維素產品之強度性質，尤其藉由增加纖維 間結合增加乾強度。澱粉亦會影響排水性質。澱粉係含有 α-1，4鏈接之葡萄糖聚合物之通用名稱。澱粉為天然存在之 材料；該碳水化合物可見於大部分陸生植物之樹葉、莖、 根及果實中。澱粉之商業來源包含（但不限於）穀物之種子 (玉米、小麥、大米等等）、及某些根（馬鈐薯、木薯等 138147.doc -10· 201002908 等）。澱粉可藉由其植物來源來進行闡述；舉例而言可 提及玉米澱粉、馬鈴薯澱粉、木薯澱粉、大米澱粉、及小 麥澱粉。可將澱粉視為葡萄糖之縮合聚合物。 澱粉通常由如下兩類多糖之混合物組成：基本上為直鏈 聚合物之直鏈澱粉與為多支鏈聚合物之支鏈澱粉。直鏈澱 粉與支鏈澱粉之相對量隨來源而有所變化，直鏈澱粉與2 鏈澱粉之比率通常為：木薯為17:83、馬鈐薯為21:79、玉米 為28:72且糯玉米為〇: 1〇〇。雖然該等比率為所見之典型澱 粉比率，但本發明預計直鏈澱粉與支鏈澱粉之任—比率皆 可用於本發明巾。出於本發明之目的，糯玉米可視為—類 玉米澱粉。 殿粉係由植物合成且對於各植物而言積聚成不同的顆 粒。經由研磨及碾磨製程自植物分離澱粉顆粒。顆粒不溶 於冷水中且必3加熱至③於臨界溫度以便於各顆粒溶嚴及 破解，從而使該聚合物溶於溶液中。
可改良殿粉以在所選應用中提供特定價值性質。此包含 改良材料之物理及化學結構中之一者或二者。物理改良包 含降低分子量’此最常藉由水解來達成。該等改良材料通 常稱為衍生澱粉或澱粉衍生物。 本發明使用金屬石夕酸越夾汝$ & 興/敗I术改良％離子型或兩性多糖或多 糖衍生物。陽離子型或兩性客 土飞啕性夕糖或多糖衍生物較佳為陽離 子型或兩性澱粉或澱粉衍生物。 可用於本發明方法中 適宜澱粉包含彼等衍生 之澱粉包含陽離子型及兩性澱粉。 於玉米 '馬鈴箸、小麥、大米、木 138M7.doc 201002908 著、及諸如此類者。藉士 λ !ΤΒ Μ 籍由引入陽離子基團來賦予陽離子 !·生且藉由另外引入陰離子基團來賦予兩性。舉例而言， 陽離子型澱粉可藉由佶、挪φ、命你 J楮田便澱粉與第三胺或第四銨化合物（例 如’二甲胺基乙醇愈3_患9 *"5二《 氯_2-羥丙基三子基氯化銨）反應來 獲得。陽離子型澱粉較佳具有約001至約10、更佳約001 至約0_10、甚佳的„ 約〇·02至0·04之陽離子取代度（D.S·)-亦 即’每個脫水葡萄糖單位中由窥基基團取代之陽離子基團 的平均數量。 兩性澱粉可藉由將陰離子基團添加至陽離子型澱粉中來 提供。較佳兩性丨殿粉為彼等具有淨陽離子度者。舉例而 言，可經由使陽離子型殿粉與碟酸鹽或鱗酸根謎化劑反應 來將陰離子魏根基團引人陽離子型㈣中。若陽離子型 澱粉起始材料為澱粉二乙胺基乙基醚，則在改良中所使用 之Q S文孤忒劑的直應較佳係可提供約〇 1 8莫耳陰離子 基團/莫耳陽離子基團之量。 八他可用之兩性澱粉係彼等藉由將磺基丁二酸根基團引 入陽離子型殿粉中製得者。該改良係藉由將馬來酸半醋基 團添加至陽離子型澱粉中並使馬來酸根雙鍵與亞硫酸氫鈉 反應來達成。 亦可使用3-氯-2-磺基丙酸來對陽離子型澱粉實施醚化， 可藉由與乳乙酸納反應或藉由次氯酸鹽氧化將叛基引入澱 米刀中’且可使用丙烧續内醋來處理陽離子型殿粉以提供兩 性。 其他有用之兩性澱粉可藉由對二乙胺基乙基-及2_(羥丙 138147.doc 12 201002908 基）二甲基銨澱粉醚實施黃原酸化來獲得。此外，改良可 藉由通過用環氧乙烷或環氧丙烷實施處理來引入非離子或 經基烧基基團而加以擴展。 可使用在使用位置需要膠化或，，烹煮”之澱粉、或預膠 化、冷水分散澱粉。澱粉顆粒不溶於水。在高溫下膠化澱 粕可使得水滲透殿粉顆粒、破裂該顆粒並將澱粉分子釋放 至溶液中。將澱粉分子釋放至溶液中可導致溶液黏度增 加。藉由在50 C -98 C之溫度下將澱粉水溶液加熱i 〇_9〇分 鐘來對澱粉實施烹煮，直至獲得澄清的黏稠溶液。 Ο 在本發明一些實施例中，製備濃度通常介於1-5%之間之 澱粉水溶液。以紙漿之乾燥重量計，以約丨lb/噸至約1〇〇 lb/噸纖維素紙漿之比例將澱粉添加至纖維素紙漿中。澱粉 濃度更佳為約2.5 lb/噸至約50 lb/噸，且甚至更佳為約5 lb/ 噸至約25 lb/噸紙漿。該等重量並不包含用於改良澱粉之 金屬矽酸鹽的重量。在本發明中，澱粉或部分澱粉在添加 至纖維素紙漿中之前可藉由金屬矽酸鹽來改良。 在本發明方法中，以紙漿之乾燥重量計，金屬矽酸鹽較 佳以約0·1 lb/噸至約10 lb/噸纖維素紙漿之比例使用。金屬 矽酸鹽濃度更佳為約0.5丨b/噸至約5 lb/噸、且甚至更佳為 約1 lb/噸至約2 lb/噸紙聚。 陽離子型澱粉與金屬矽酸鹽（作為Si〇2)之重量比率可在 1:10-100:1 間變化 為約20:1至約2:1 或可在1.1〇: 1間變化。較佳重量比率 或 15:1 至 2:1、或 10:1 至 2:1、或 1〇:1至
138147.doc 13 201002908 其他多糖亦可適用於用金屬㈣鹽改良。該等多糖包含 (但不限於）瓜爾豆膠、纖維素衍生物（例如，經乙基纖維 素、經丙基纖維素、曱基纖維素）、殼多糖及諸如此類。 其他多糖可未經取代或經陽離子、陰離子、或經組合陽離 子或陰離子部分取代。以紙衆乾燥重量計，該等多糖之比 例為約1 lb/嘲至約10〇議纖維素紙聚，較佳為約Μ旧 嘲至約50 lb/嘲、且甚至更佳為約5 lb㈣至約25臟紙 漿。該等重量並不包含用於改良多糖之金屬矽酸鹽的重 量。
金屬矽酸鹽可為任一種通用鹼金屬矽酸鹽，舉例而言， 其包含矽酸鈉（亦稱作”水玻璃”）、矽酸鉀、及偏矽酸鈉或 該等金屬矽酸鹽之任一組合。矽酸鈉在Si〇2:Na2〇重量比 率上可有所變化，該重量比率在製造期間受兩種反應物之 比率的控制。市售矽酸鈉之Si〇2:Na2〇比率可在約3 22至約 2·0間有所變化。矽酸鉀之Si〇2:K2〇重量比率可在約丨.65至 約2.50間有所變化。金屬矽酸鹽可以水溶液或乾粉形式使 用°較佳金屬矽酸鹽係Si〇2:Na2〇比率為3.22:1之矽酸鈉溶 液。 在本發明中’藉由至少一種金屬矽酸鹽來改良多糖或衍 生多糖。然後將經至少一種金屬矽酸鹽改良之改良多糖或 衍生多糖添加至造紙製程中。 在本發明之一個實施例中，多糖或多糖衍生物為陽離子 型或兩性澱粉。可在將澱粉烹煮後，在澱粉仍為熱的（> 65°C)、已適度冷卻（30-651)或已冷卻至環境溫度（<3〇。〇 138147.doc 14 201002908 時將金屬矽酸鹽添加至陽離子型或兩性澱粉中。將金屬石夕 酸鹽添加至烹煮澱粉中可引起澱粉溶液之濁度及黏度增加 稍許。 亦可在烹煮澱粉之前將金屬矽酸鹽添加至水性殿粉聚液 中以便於金屬矽酸鹽存在下對澱粉顆粒實施膠化。在該實 •施例中’然後於金屬矽酸鹽存在下烹煮澱粉。與在不添加 -金屬石夕酸鹽之情況下烹煮的澱粉溶液相比，該製程亦產生 濁度更大、但黏度更小之澱粉溶液。 可將經金屬石夕酸鹽改良之澱粉添加至成漿池或混合池中 之濃衆中。或者，可將經金屬矽酸鹽改良之澱粉在任一典 型稀漿添加點（亦即，風扇式幫浦、清淤機、或篩）之前或 之後添加至稀漿中。 在本發明中，可將金屬矽酸鹽添加至所有澱粉中，或可 處理殿粉測流以改良部分澱粉。在較佳實施例中，將金屬 矽酸鹽添加至所有澱粉中。亦可在添加任何習用濕端添加 I) 劑、未處理澱粉、凝結劑、絮凝劑、施膠劑、助濾劑、填 充劑、及諸如此類的同時、之前或之後添加經金屬矽酸鹽 改良之澱粉。 現在將參照諸多具體實例來進一步闡述本發明，該等實 例應視為僅具有闡釋性而非限制本發明範圍。 實例 為評價本發明製程之效果，使用真空排水測試（VDT)來 實施—系列排水測試。該測試之結果顯示經金屬矽酸鹽改 良之澱粉能夠改善系統之排水性。裝置設置類似於如各種 138147.doc •15· 201002908 過慮#考曰中所闡述之布氏漏斗（Buchner funnei)測試，舉 例而。 > 見 Perry之 Chemical Engineers，Handbook，第 7 版 ’（McGraw-Hill，New York，1999)，第 18-78 頁。VDT涉 及300-ml磁力Gelman過濾漏斗、25〇_mi量筒、快速拆卸活 即頭（quick disconnect)、脫水器、及具有真空計及調整器 之真空幫浦。藉由首先將真空設置為1〇英吋Hg且將漏斗恰 . 當地置於筒上來實施VDT測試。接下來，將250 g 0.5重量 %之紙漿裝載入燒杯中且然後在用頂置式混合器攪拌時向 该漿料中添加根據處理程序需要之添加劑（例如，澱粉、 明礬、絮凝劑及助濾劑）。然後將漿料倒入過濾漏斗中且 開啟真空幫浦且同時啟動秒錶，將排水效能報告為獲得 230 ml渡液所需時間。 較低量之排水時間值代表較高程度之排水或脫水，此為 期望響應。所報告之值係兩次測試之平均值。 業内已知Britt罐滯留性測試（Paper Research Materials公 Q 司，Gig Harbor，WA)。在Britt罐滞留性測試中於動態條件 下混合特定體積之配料且經由罐之底部篩對一等份配料實 施排水，以便可量化滯留精細材料之量。用於本測試之 Britt罐在筒壁上配備有3個葉片以引導湍流混合，且在底 板上配備有7 6 μηι篩。 使用500 ml總固體》農度為〇 5%之合成配料來實施Britt罐 滯留性測試。在1，200 rpm下實施該測試，依序添加澱粉、 明攀、聚合物絮凝劑、助濾劑；將該等材料均混合指定間 隔時間。在已引入並混合助濾劑後，收集濾液。 138147.doc 16 201002908 所計算的滞留值係精細料滞留值，其中，首先藉由在混 合條件下用10升水洗務500 _料以去除所有精細粒子來 確定晴之總精細料含量’該等精細粒子定義為小於
BriU罐76㈣篩之粒子。然後藉由在所述添加順序後排出 ⑽ml遽液、然後經由預稱量之h5 _遽紙過_液來 確定每-處理之精細料滞留性。根據下列等式計算精切料 滯留性： %精細料滯留性，液重量_精細料重量v據液重量。 其中’遽液及精細料重量均標準化至⑽m卜所獲得滯 留值代表2次平行測試之平均值。 在一系列測試中所用配料係合成驗性配料。該配料係由 硬木及軟木乾燥市售漿板、及水及其他材料製得。首先在 實驗至Valley Beater (Voith，Applet〇n，版）中單獨精製硬 木及軟木乾燥市售漿板。然後將該等聚板添加至水性介質 中。在製備配料時所用水性介質包括當地自來水，且進一 步用無機鹽改良，該等無機鹽係以可為該介質提供卿 PP= m驗度（NaHC〇M 75(M_ gS/em之總溶液電等率 的里添加 <=為製備該配料’以約67%硬木及33%軟木之重 量比率將硬木及軟木分散於水性介質中。以紙毀之組合乾 燥重量計，以25重量％將碳酸鈣沉澱（Albacar® 597〇，
Minerals Technol〇gies，㈣―，pA)引入配料中以提供 包括嶋纖維及20% PCC填充劑之最終配料。該配料之稠 度為 Ο·50/0(〇.5 lb總固體 /1〇〇 ib水）。 本系統中所用改良澱粉示於h中。Stal〇k⑧4〇〇為陽離 138147.doc -17- 201002908 子型馬鈴薯澱粉（A. E. Staley，Decatur，III·)。金屬石夕酸鹽 為8丨^&16〇，一種具有3.22:1之8丨02以&20比率的液體梦酸 鈉（PQ公司，Valley Forge，PA);金屬矽酸鹽在所有實例中 之劑里均以活性S i Ο2計。明蓉為十八水合硫酸銘，可作為 50/ό 溶液使用（Delta Chemical 公司，Baltimore，Md )。
Perform® PC 8138為陽離子型乳化絮凝劑（Hercules • Incorporated，Wilmington，DE)。Perform® SP 7200係具有 命級結構之有機微粒（Hercules Incorporated，Wilmington DE)。 藉由將4克Stalok® 400陽離子型殿粉添加至I%克去離子 水中並將該澱粉加熱至951保持30分鐘直至產生澄清、黏 性溶液來製備2%之澱粉溶液。將該澱粉溶液冷卻至環境 溫度。 藉由將所示量之金屬矽酸鹽添加至烹煮澱粉溶液中來製 備所示比率之陽離子型澱粉與矽酸鈉的摻合物。舉例而 〇 言，10:1之澱粉：金屬矽酸鹽溶液係藉由將0.68克SiHcate 〇 (29%之活性矽酸鈉）添加至丨〇〇克2%澱粉之烹煮澱粉溶液 中來製得。 亦可藉由於金屬矽酸鹽存在下烹煮澱粉來製備溶液。在 . 肖實例中’ 10:1之烹煮溶液可藉由混合…克Silicate 〇 (挑之活性石夕酸鈉)與198·62克去離子水來製傷。添加4克
Stal〇k®400陽離子型澱粉並將溶液加熱至95^保持3〇分鐘 直至產生渾濁、黏性溶液。將該澱粉溶液冷卻至環境溫 度。 &兄/皿 138147.doc 18- 201002908 表1中之數據顯示本發明之滯留性及排水效果得以改 °其中，與未改良澱粉相比，經金屬矽酸鹽改良之澱粉 可提供更佳之排水性。數據進一步顯示，可在烹煮後將金 屬石夕酸鹽與殿粉摻合，或在烹煮之前將其添加至殿粉毁液 中0 表1 澱粉 »粉劑 JO. 4. 金屬矽酸鹽澱粉：金屬矽金屬發酸望 排水時 精細料滯 注釋 重为9 «a之比率 劑量*， 間，秒 留，％ m m Stalok 400 10 益 0 19.1 82.8 Stalok 400 10 Silicate 0 10:1 1 16.5 一起 烹煮 Stalok 400 10 Silicate 0 10:1 1 154 89.3 挣和 Stalok 400 10 Silicate 0 2:1 5 15.8 一起 烹煮 Stalok 400 10 Silicate 0 2:1 5 15.9 換和 澱粉在添加至液體漿中之前用金屬矽酸鹽加以改良。劑量 #表示澱粉及金屬矽酸鹽在實施改良及隨後添加至液體椠 中之前之單獨量。藉由計算澱粉劑量與金屬矽酸鹽劑量之 和來求得包含金屬矽酸鹽之改良澱粉之總#/τ。金屬矽酸 鹽劑量係量測為活性金屬矽酸鹽的劑量。 添加順序係如下，其中每一添加劑間之混合時間為1 〇 秒： 澱粉或改良澱粉； 明礬，劑量為5 lb·/噸；
Perform PC 8138，劑量為 〇.4 lb·/噸；
Perform SP 7200，劑量為 〇.4 lb"噸。 I38l47.doc • 19- 201002908 使用VDT ’對所示比率之澱粉與金屬矽酸鹽之摻合物實 施一系列排水測試，且數據示於表2中。材料、方法、及 添加順序如表1中所指定。表丨中之數據顯示，與未經金屬 矽酸鹽改良之澱粉相比，本發明製程之排水性得以改盖。 隨著金屬矽酸鹽含量增加，排水性得到明顯改善。 澱粉 澱粉劑量 *» #/τ 金屬矽酸鹽 澱粉:金屬矽酸 鹽之比率 金屬矽酸鹽劑 量* ， #/τ Stalok 400 10 無 〇 Stalok 400 10 Silicate 0 20:1 0.5 Stalok 400 10 Silicate 0 10:1 1 Stalok 400 10 Silicate 0 5:1 2 排水時 間，秒 21.6 18.1 15.9 14.4
澱粉在添加至液體漿中之前用金屬矽酸鹽改良。劑量#表 示澱粉及金屬矽酸鹽在實施改良及隨後添加至液體漿之前 的單獨里。藉由計算澱粉劑量與金屬矽酸鹽劑量之和來求 得包含金屬矽酸鹽之改良澱粉之總#/τ。金屬矽酸鹽劑量 係量測為活性金屬矽酸鹽的劑量。 使用VDT，對所示比率之澱㈣金屬料鹽之摻合物實 施系列排水測試，且數據示於表3中。Cato® 232為陽離 子型糯玉米澱粉（NationalStarch，汾峋隱如，nj)。 Stal〇k®3〇〇為陽離子型玉米殺粉（Α·Ε.滅y, Decatur， )材料方法、及添加順序係如表丨中所指定。表3中 康”頁不肖未經改良之澱粉相比，使用糯玉米及玉米 澱粉實例之本發明製程可改善排水。 138147.doc •20- 201002908 排水時 間，秒 20.4 16.9 15.7 13.7 19.2 17.3 17.0 13.7 ;殿粉在添加至液體漿中之前用金屬矽酸鹽改良。劑量#表 示殿粉及金屬妙酸鹽在實施改良及隨後添加至液體漿之前 的單獨量。藉由計算澱粉劑量與金屬矽酸鹽劑量之和來求 得包含金屬矽酸鹽之改良澱粉之總#/τ。 使用VDT ’對所示比率之澱粉與金屬矽酸鹽之摻合物來 實施一系列排水測試；數據示於表4中。Silicate為具有
表3 澱粉 澱粉劑量*， m 金屬矽酸鹽 澱粉:金屬矽酸鹽 之比率 金屬矽酸鹽 劑董* n Cato 232 10 無 0 Cato 232 10 Silicate 0 20:1 0.5 Cato 232 10 Silicate 0 10:1 1 Cato 232 10 Silicate 0 5:1 2 Stalok 300 10 無 0 Stalok 300 10 Silicate 0 20:1 0.5 Stalok 300 10 Silicate 0 10:1 1 Stalok 300 10 Silicate 0 5:1 2 3.22:1之Si02:Na2〇比率的石夕酸納’ silicate Μ為具有2.58:1 之Si02:Na20比率的矽酸鈉，且Silicate D為具有2.00:1之 Si02.Na2〇比率的石夕酸鈉（PQ公司，vaney Forge，PA)。材 料、方法、及添加順序係如表1中所指定，所示Perform⑧ SP 7200劑量除外。表4中之數據顯示，與未改良澱粉相 比，本發明製程可改善排水。具有各種Si〇2:Na2〇比率之 矽酸鈉可提供良好的排水活動。 138147.doc -21 - 201002908 表4 澱粉 澱粉劑量 *»#/τ 激粉烹煮 濃度 金屬矽酸鹽激粉:金屬矽 酸毚之比率 劑量 * * m SP7200 劑量， m 排水時 間，秒 Stalok 400 10 4 無 0 0.4 20.5 Stalok 400 10 4 Silicate D 2.5:1 4 0.4 19 Staiok 400 10 4 Silicate 0 2.5:1 4 0.4 15.6 Stalok 400 10 3 Silicate Μ 4:1 2.5 0.4 14.2 Staiok 400 10 4 Silicate D 10:1 1 0.4 17.6 Stalok 400 10 2 Silicate D 2.5:1 4 0.4 19.4 Stalok 400 10 · 2 Silicate 0 2.5:1 4 0.4 16.1 Stalok 400 10 2 Silicate D 10:1 1 0.4 18.7 Stalok 400 10 4 Silicate 0 10:1 1 0.4 15.8 Staiok 400 10 2 Silicate 0 10:1 1 0.4 15.1 澱粉添加至液體漿中之前用金屬矽酸鹽改良。劑量#表示 澱粉及金屬矽酸鹽在實施改良及隨後添加至液體衆之前的 單獨量。藉由計算澱粉劑量與金屬矽酸鹽劑量之和來求得 包含金屬矽酸鹽之改良澱粉之總#/丁。
使用VDT，對所示比率澱粉與金屬矽酸鹽之摻合物實施 另一系列排水測試，使用具有不同取代度之澱粉；數據示 於表5中。Stalok® 43〇為取代度為〇18之陽離子型玉米Ζ 粉；Stalok® 400為DS=〇·28之陽離子型馬鈐薯澱於.^ 如副梢為DS = 0.35之陽離子型馬鈐薯搬粉。H 驗^⑽叫肛）材料、方法、及添加順序如表所. 定：表5中之數據顯示，與未改良之殿粉相比，使用罝1 曰 不同取代度之搬粉之本發明製程可改善排水。 "、 138147.doc -22- 201002908 表5 澱粉 现粉 取代度 (DS) 澱粉劑量 *»#rr 金屬矽酸鹽 澱粉:金屬矽 酸鹽之比率 金屬矽酸 鹽齊丨量*， m 排水時 間，秒 Stalok 430 0.18 10 無 0 17.3 Stalok 430 0.18 10 Silicate 0 10:1 1 16.8 Stalok 400 0.28 10 益 <»»、 0 19.8 Stalok 400 0.28 10 Silicate 0 10:1 1 15.6 Stalok 410 0.35 10 無 0 21.4 Stalok 410 0.35 10 Silicate 0 10:1 1.0 15.5 澱粉在添加至液體漿中之前用金屬矽酸鹽改良。劑量#表 示澱粉及金屬矽酸鹽在實施改良及隨後添加至液體漿之前 的單獨量。藉由計算澱粉劑量與金屬碎酸鹽劑量之和來求 得包含金屬矽酸鹽之改良澱粉之總#/T。 使用VDT，利用以所示比率與金屬矽酸鹽摻和之陽離子 型瓜爾豆膠作為多糖來實施另一系列排水測試；數據示於 表6中。N-Hance 3 196為陽離子改良之瓜爾豆膠（Ashland Aqualon，Wilmington, DE)。材料、方法、及添力口順序如表 1中所指定。表6中之數據顯示，與未改良之陽離子型瓜爾 豆膠相比，本發明製程可改善排水。 表6 多糖 (PS) PS劑量*， m 金屬矽酸鹽 PS:金屬矽酸盥 之比率 金屬矽酸鹽劑量 *»m 排水時間 秒 N-Hance 10 無 0 39.2 N-Hance 10 Silicate 0 10:1 1 26.4 多糖在添加至液體漿中之前用金屬矽酸鹽改良。劑量#表 示澱粉及金屬矽酸鹽在實施改良及隨後添加至液體漿之前 138147.doc -23- 201002908 的單獨里。藉由計算多糖劑量與金屬矽酸鹽劑 得包含金屬矽酸_ 之和來求 氣之改良澱粉之總#/τ。 儘管已就本發明之特定實施例對本發明 然許多其他形式月朴* 閣返’但顯 丨及改良對彼等熟習此項技術者而言係顯而 右哕耸，*附申請專利範圍及本發明通常應理解為涵蓋所 ^ 發明真實範圍内之明顯形式及改良。 138147.doc -24·
Claims (1)
- 201002908 七、申請專利範圍： 1 ·—種造紙方法，其包括將至少一種多糖或多糖衍生物添 加至造紙漿液中，其中該多糖或多糖衍生物已經至少一 種金屬矽酸鹽改良，其中該至少一種多糖或多糖衍生物 係選自由以下物質組成之群：含有陽離子型含氮基團之 衍生多糖、陽離子型與陰離子型多糖之摻合物或其組 合0 2. 如請求項丨之方法，其中該至少一種多糖或多糖衍生物 包括至少一種澱粉。 3. 如請求項2之方法，其中該澱粉係選自由以下物質組成 之群：馬鈐著濺粉；玉米殿粉；小麥殿粉；木箸殿粉； 大米澱粉；其衍生物及其組合。 如蛸求項1之方法’其中该至少一種金屬矽酸鹽係選自 由以下物質組成之群：矽酸鈉、矽酸鉀、偏矽酸鈉或其 組合。 5.如請求項4之方法，其中該金屬矽酸鹽為矽酸鈉。 6_如請求項！之方法，其中多糖與金屬石夕酸鹽之比率為 1:10·10〇:1 〇 7·如請求項6之方法’纟中該多糖與金屬矽酸鹽之比率為 8. -種造紙方法，其包括將至少—種澱粉或澱粉衍生物添 加至造紙Ε液中’其中該殿粉或殿粉衍生物已經金屬碎 酸鹽改良’其中該至少一種澱粉或澱粉衍生物係選自由 以下物質組成之群：含有陽離子型含氮基團之衍生搬粉 138147.doc 201002908 或陽離子型與陰離子型澱粉之摻合物。 9_如明求項7之方法，其中該澱粉係選自由以下物質組成 之群，·馬鈴薯澱粉；玉米澱粉；小麥澱粉；木薯澱粉； 大米搬粉；其衍生物及其組合。 I 〇.如請求項7之方法，其中該金屬矽酸鹽係選自由以下物 質組成之群：石夕酸納、石夕酸钟、偏碎酸納及其組合。 II _如請求項7之方法，其中澱粉與金屬矽酸鹽之比率為 1:1〇-1〇0：1 〇 12.如請求項11之方法，其中該澱粉與金屬石夕知·鹽之比率為 HdOa。 138147.doc 201002908 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： f 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無）138147.doc
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