TWI624577B - 以含有胺之均聚物或共聚物對烯基琥珀酐行乳化作用 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種製備及使用用於處理造紙製程之乳液的方法。該乳液為以包含至少一種含有一級或二級胺之單體之聚合物乳化的烯基琥珀酐之水包油乳液。該方法包含添加水包油乳液至造紙製程中；其中該水包油乳液包含以包含至少一種含有一級或二級胺之單體之聚合物乳化的烯基琥珀酐；且其中該水包油乳液以足以改良由該造紙製程生產之紙之上漿的量添加。該一級或二級胺可為包含二烯丙胺之二級胺，且該聚合物可為二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物。

Description

以含有胺之均聚物或共聚物對烯基琥珀酐行乳化作用
本發明大體而言係關於一種用於改良紙及紙板生產之新穎組成物及方法。更特定言之，本發明係關於一種使用烯基琥珀酐與含有二烯丙胺之聚合物之組合作為造紙製程中之上漿乳液的組成物及方法。本發明與在上漿乳液組成物中應用該等化合物作為傳統聚合物之替代具有特定相關性。
對親水性液體(通常為水)穿透之抗性(稱為「上漿」)為造紙製程中與最終產品中之紙的重要特性。舉例而言，紙因生產期間在上漿壓榨(size press)下再潤濕而削弱的程度受其上漿程度所影響。另外，紙張之高度內部上漿促成在紙張可與液態水接觸之環境中紙張的結構穩定性。飲料及食品封裝為需要高度上漿之紙板及紙產品之用途的典型實例。
一般而言，藉由在造紙製程之濕部引入上漿劑來實現對水穿透之抗性。常用上漿劑為烯基琥珀酐(「alkenyl succinic anhydride；ASA」)。含有ASA之材料用於在生產期間賦予紙纖維一定程度之疏水性，且賦予成品紙產品對液體吸收之總體抗性。使用ASA作為上漿材料之缺點為ASA不溶於水且典型地必須以乳液形式均勻懸浮於紙漿中，以使得ASA可與纖維素纖維充分接觸且因此對最終產品產生所需效果。習知上漿程序揭示於Rende等人之美國專利第4,657,946號中，該專利之揭示內容藉此以全文引 用的方式併入。
本發明提供一種處理造紙製程之方法。該方法包含添加水包油乳液至造紙製程中。水包油乳液包含以包含含有至少一種一級或二級胺之單體之聚合物乳化的烯基琥珀酐。水包油乳液以足以改良由造紙製程生產之紙之上漿的量添加。
本發明替代地提供一種水包油乳液，其包含以包含含有至少一種一級或二級胺之單體之聚合物乳化的烯基琥珀酐。
如方法與組成物所涉及之水包油乳液可包含0.01重量%至40重量%烯基琥珀酐。水包油乳液可包含0.001重量%至20重量%聚合物。
雖然本文所述之具體實例可採用各種形式，但在下文中將描述目前較佳之具體實例，條件為本發明僅應視為範例且不欲將本發明限於所說明之特定具體實例。
應進一步瞭解，本說明書之此部分之標題，即「實施方式」，係針對美國專利局之要求，其既非暗示亦不應推斷為限制本文所揭示之主題。
本發明提供一種處理造紙製程之方法。該方法包含添加水包油乳液至造紙製程中。水包油乳液包含以包含含有至少一種一級或二級胺之單體之聚合物乳化的烯基琥珀酐。水包油乳液以足以改良由造紙製程生產之紙之上漿的量添加。
本發明替代地提供一種水包油乳液，其包含以包含含有至少一種一級或二級胺之單體之聚合物乳化的烯基琥珀酐。
如方法與組成物所涉及之水包油乳液可包含0.01重量%至40重量%烯基琥珀酐。水包油乳液可包含0.001重量%至20重量%聚合物。以下定義欲作闡明且不欲作限制。
如本發明所涉及之「造紙製程(papermaking process)」意謂一種自紙漿製造紙及紙板產品之方法，其包含形成水性纖維素造紙配料(視情況具有礦物填料，諸如碳酸鈣、黏土等)，將該配料濾水以形成紙張，及乾燥紙張。應瞭解，可使用任何適合配料。代表性配料包括例如原漿、再循環紙漿、牛皮紙漿(經漂白及未經漂白)、亞硫酸鹽紙漿、機械紙漿、聚合塑膠纖維、其類似物、前述紙漿之任何組合。可按一般為熟習此項技術者已知之任何方式進行形成造紙配料、濾水及乾燥之步驟。除本文所述之上漿乳液以外，可將其他造紙添加劑用作本發明之聚合物處理的佐劑。該等造紙添加劑包括例如阻留助劑(例如微粒、絮凝劑、聚合及無機凝結劑等)、濕強度及乾強度添加劑(例如陽離子澱粉、基於聚醯胺基胺表氯醇之聚合物)、其類似物及前述物質之組合。
如本發明所涉及之「紙(paper)」及「紙張(sheet)」可互換使用，意謂造紙製程之中間物或產物，其由已成形為層之水性纖維素造紙配料(視情況具有礦物填料，諸如碳酸鈣、黏土等)製成。視情形而定，紙或紙張可意謂造紙製程之中間物或產物。
除非特定情形指明意指一種物質，否則如本發明所涉及之「聚合物」意謂由鍵結重複「聚體(mer)」單元構成之均聚物、共聚物或任何有機化學組成。
本文揭示包含一級及/或二級胺之聚合物，其將充當與習知水溶性四級胺相比用於烯基琥珀酐之出人意料地有效之乳化劑。在某些具體實例中，聚合物為水溶性聚合物。雖然不希望受以下理論束縛，但咸信一級及/或二級胺以某種方式與ASA起反應，使得乳化之ASA表現為與習 知「小分子」漿料成對比之「聚合」漿料。
如先前所論述，適用於本文所揭示之水包油乳液中之聚合物包含以包含含有至少一種一級或二級胺之單體之聚合物乳化的烯基琥珀酐(「含有胺之聚合物」一詞在本文中可與「包含含有至少一種一級或二級胺之單體之聚合物」一詞互換使用)。在某些具體實例中，該等含有胺之聚合物具有大於10,000道爾頓(Dalton)，但較佳低於2,000,000道爾頓之分子量，其中聚合物之聚體含量之至少1莫耳%及至多99莫耳%為含有一級皮或二級胺之可聚合單體。在某些具體實例中，含有胺之聚合物具有200,000至1,500,000道爾頓之分子量。在某些具體實例中，聚體單元之至少10莫耳%及至多60莫耳%為含有胺之乙烯基或烯丙基單體。在某些具體實例中，聚合物中含有胺之單體為二烯丙胺。
在某些具體實例中，含有胺之聚合物包括具有衍生自以下結構中之至少一者之隨機分佈重複單體單元的聚合物：式I、式II及/或其鹽形式，及/或式III及/或其聚合後之水解形式，表示為式IIIA，其中x=z=0(若甲醯胺100%水解)：
其中R可為氫或烷基；R1、R2、R3、R4、R5、R6獨立地選自氫、烷基或烷氧基烷基。式I、II、III及IIIA獨立地可各自為0莫耳%。然而，在利用式I、II、III及/或IIIA中之至少一者的某些具體實例中，式I、II、III及/或IIIA之總和基於含有胺之聚合物或共聚物為1莫耳%至99莫耳%。
如先前所論述，在某些具體實例中，含有胺之聚合物為共聚物。多種共聚單體可適用，包括(但不限於)一或多種乙烯基加成單體，該等單體包括非離子型、陽離子型、陰離子型及兩性離子型，其中非離子型及陽離子型為較佳共聚單體。共聚單體較佳可溶於水或至少得到水溶性共聚物。
代表性非離子型共聚單體包括丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、N,N-二乙基丙烯醯胺、N-異丙基丙烯醯胺、N-乙烯基甲醯胺、N-乙烯基甲基乙醯胺、N-乙烯基吡咯啶酮、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、N-第三丁基丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇、類似單體及其組合。在某些具 體實例中，共聚單體為丙烯醯胺。
代表性陰離子型共聚單體包括丙烯酸及其鹽，包括(但不限於)丙烯酸鈉及丙烯酸銨；甲基丙烯酸及其鹽，包括(但不限於)甲基丙烯酸鈉及甲基丙烯酸銨；2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸(「AMPS」)；AMPS之鈉鹽；乙烯基磺酸鈉；苯乙烯磺酸鹽；順丁烯二酸及其鹽，包括(但不限於)鈉鹽、銨鹽、磺酸鹽、伊康酸鹽、磺丙基丙烯酸鹽或甲基丙烯酸鹽，或此等或其他可聚合羧酸或磺酸之其他水溶性形式；磺甲基化丙烯醯胺；烯丙基磺酸鹽；乙烯基磺酸鈉；伊康酸；丙烯醯胺基甲基丁酸；反丁烯二酸；乙烯基膦酸；乙烯基磺酸；烯丙基膦酸；磺甲基化丙烯醯胺；膦醯基甲基化丙烯醯胺；伊康酸酐；類似單體及其組合。
一級或二級胺之代表性陽離子型共聚單體或聚體單元包括丙烯酸二烷基胺基烷酯及甲基丙烯酸二烷基胺基烷酯及其四級鹽或酸鹽，包括(但不限於)丙烯酸二甲基胺基乙酯甲基氯四級鹽(「DMAEA．MCQ」)、丙烯酸二甲基胺基乙酯甲基硫酸鹽四級鹽、丙烯酸二甲基胺基乙酯苯甲基氯四級鹽、丙烯酸二甲基胺基乙酯硫酸鹽、丙烯酸二甲基胺基乙酯鹽酸鹽、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯甲基氯四級鹽、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯硫酸鹽四級鹽、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯苯甲基氯四級鹽、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯硫酸鹽、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯鹽酸鹽；二烷基胺基烷基丙烯醯胺或甲基丙烯醯基醯胺及其四級鹽或酸鹽，諸如氯化丙烯醯胺基丙基三甲基銨、二甲基胺基丙基丙烯醯胺甲基硫酸鹽四級鹽、二甲基胺基丙基丙烯醯胺硫酸鹽、二甲基胺基丙基丙烯醯胺鹽酸鹽、氯化甲基丙烯醯胺基丙基三甲基銨、二甲基胺基丙基甲基丙烯醯胺甲基硫酸鹽四級鹽、二甲基胺基丙基甲基丙烯醯胺硫酸鹽、二甲基胺基丙基甲基丙烯醯胺鹽酸鹽、丙烯酸二乙基胺基乙酯、甲基丙烯酸二乙基胺基乙酯、氯化二烯丙基二乙基銨及氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、類似單體及其組合。當 存在時，烷基一般為C1至C4烷基。
代表性兩性離子型共聚單體包括N,N-二甲基-N-丙烯醯氧基乙基-N-(3-磺丙基)-銨甜菜鹼；N,N-二甲基-N-丙烯醯胺基丙基-N-(2-羧甲基)-銨甜菜鹼；N,N-二甲基-N-丙烯醯胺基丙基-N-(3-磺丙基)-銨甜菜鹼；N,N-二甲基-N-丙烯醯胺基丙基-N-(2-羧甲基)銨甜菜鹼；2-(甲硫基)乙基甲基丙烯醯基-S-(磺丙基)-鋶甜菜鹼；磷酸2-[(2-丙烯醯基乙基)二甲基銨基]乙酯2-甲酯；磷酸2-(丙烯醯氧基乙基)-2'-(三甲基銨)乙酯；[(2-丙烯醯基乙基)二甲基銨基]甲基膦酸；2-甲基丙烯醯氧基乙基磷酸膽鹼(「MPC」)；磷酸2-[(3-丙烯醯胺基丙基)二甲基銨基]乙酯2'-異丙酯(「AAPI」)；氫氧化1-乙烯基-3-(3-磺丙基)咪唑鎓；氯化(2-丙烯醯氧基乙基)羧甲基甲基鋶；1-(3-磺丙基)-2-乙烯基吡啶鎓甜菜鹼；N-(4-磺丁基)-N-甲基-N,N-二烯丙胺銨甜菜鹼(「MDABS」)；N,N-二烯丙基-N-甲基-N-(2-磺乙基)銨甜菜鹼；類似單體及其組合。
一般而言，用於本發明之含有胺之聚合物可採用油包水乳液、乾粉末、分散液或水溶液之形式。在某些具體實例中，可經由自由基聚合技術在水中使用自由基引發來製備含有胺之聚合物。
通常藉由順丁烯二酸酐(「MA」)及長鏈內烯烴之高溫反應產生ASA，其中烯烴與MA之比通常大於1。用於產生ASA之烯烴的類型可對產物效能具有顯著影響。在商業ASA漿料中採用之烯烴典型地含有16-18之碳鏈長度。然而，應瞭解，可自不同碳鏈長度之烯烴製備適用於本文所述之水包油乳液中的ASA。
自MA及各種內烯烴製備之ASA化合物揭示於美國專利第3,821,069號中。自MA及烯烴(包括內烯烴)混合物製備之ASA化合物亦揭示於美國專利第6,348,132號中。藉由複分解反應製備內烯烴及在ASA化合物之製備中利用經複分解之烯烴揭示於美國專利申請公開案第 2003/0224945號中。此等參考文獻中之每一者之揭示內容以引用的方式併入本文中。
可一般使用膠體科學(例如S.E.Friberg及S.Jones,「Emulsions」,Encyclopedia of Chemical Technology，第9卷(第4版)，其揭示內容以引用的方式併入本文中)中教示之程序製備本發明之穩定漿料乳液，諸如水包油乳液。一般概念由以下組成：在穩定劑存在下將能量賦予疏水性材料(在此種狀況下為漿料)與水之混合物，其得到懸浮於水相中之疏水性材料之「小」液滴或粒子，從而產生水包油乳液。混合可按多種方式實現，其中混合方法對應用並不重要，只要達成所需結果即可。
所需結果通常係指平均粒度及粒度分佈。用於乳化之機械構件例如可包括高速攪拌器、機械均質機或渦輪泵。後者頻繁用於製備穩定漿料乳液。設備必須能夠製備粒度一般在約0.01微米與約10微米之間的範圍內之乳液。較佳粒度在約0.5微米至3微米之間。此處，乳液粒度係指使用可獲自Malvern Instruments有限公司(Malvern,U.K.)之Malvern Mastersizer雷射繞射儀器獲得之體積百分比分佈的中值直徑。中值定義為50%粒子大於此值且50%小於該值之直徑。乳液粒度可由能量及所添加之穩定劑之量來控制。通常，將自漿料、聚合穩定劑及足以達成所需稀釋之水的混合物製備乳液。如在例如美國專利第4,657,946號及第7,455,751號(該等專利之揭示內容以引用的方式併入本文中)中所指出，可添加其中所鑑別之種類的界面活性劑以增強乳化作用。
本發明之水包油乳液或ASA可用作內部漿料或表面漿料。通常在上漿壓榨機中或在砑光輥組中將表面漿料以液體溶液或分散液形式塗覆至乾紙張上。舉例而言，在單一槽式上漿壓榨機中，紙張穿過上漿溶液之池或槽且進入兩個壓榨輥之間形成的輥隙中。或者，可將漿料溶液噴射至紙張之各面上之輥隙中且輥隙迫使上漿溶液進入紙張中。
典型地在流漿箱(headbox)及脫水製程開始之前添加內部漿料至造紙機之濕部中之造紙配料中。經由使用漿料之乳化作用聚合物及/或典型阻留及濾水添加劑(如凝結劑、絮凝劑及/或微粒)使漿料阻留於紙張中。在致力於使通常與ASA相關之沈積問題最小化方面，通常儘可能接近成形區段添加內部漿料。
亦可在形成濕紙幅之後，例如使用具有橫跨造紙機之寬度適當置放之噴嘴的噴桿將內部漿料噴射於紙張之表面上。噴射噴嘴應經設計且間隔開以確保化合物在紙張上均勻分佈而不破壞纖維墊。噴桿在機器上之置放點可為沿著發生重力及真空脫水之成形區之長度或緊靠在壓榨機區段或乾燥器區段之前的任何位置。將化學添加劑噴射至紙張上之常用位置在弗德林尼爾式造紙機(Fourdrinier-type papermachine)之濕線與伏輥之間。濕線為濕紙幅之外觀自有光澤反射表面變為乾燥無光澤表面的位置。
在某些具體實例中，本發明之水包油乳液可視情況與一或多種性質上為陽離子的或能夠以產生一或多種陽離子或其他帶正電荷部分之方式電離或解離之材料組合使用。已發現該等陽離子試劑適用作輔助上漿組成物阻留於紙中之手段，且熟習此項技術者通常將此等試劑稱作阻留劑、助劑、包裝及其類似物。可用作上漿製程中之陽離子試劑之材料有例如礬、氯化鋁、聚氯化鋁、長鏈脂肪胺、鋁酸鈉、經取代之聚丙烯醯胺、硫酸鉻、動物膠、陽離子熱固性樹脂及聚醯胺聚合物。尤其適合之陽離子試劑包括例如陽離子澱粉衍生物，包括一級、二級、三級或四級胺澱粉衍生物及其他經氮取代之陽離子澱粉衍生物。該等衍生物可自所有類型之澱粉製備，包括玉米、木薯、馬鈴薯、糯玉米、小麥及稻米。此外，該等衍生物可為其原始顆粒形式或可轉化為預膠凝化、冷水溶性產物及/或以液體形式採用。
可在添加水包油乳液之前、與其一起或在其之後添加陽離子 試劑至原料(亦即紙漿漿液)中。為達到最大分佈，在水包油乳液之後或與水包油乳液組合添加陽離子試劑可較佳。添加水包油乳液及/或陽離子試劑至原料中可在造紙製程中在濕紙漿最終轉化為乾紙幅或紙張之前的任何點處進行。因此，舉例而言，可在紙漿在流漿箱、打漿機、水力碎漿機及/或儲料槽中時添加本發明上漿組成物至紙漿中。
為獲得有利上漿，一般需要將上漿劑以儘可能小之粒度(在某些具體實例中小於2微米)均勻分散於整個纖維漿液中。此可例如藉由在添加至原料中之前將上漿組成物乳化來實現。典型地使用機械構件，諸如高速攪拌器、機械均質機及/或經由添加適合乳化劑來進行乳化作用。
本發明者已發現，在造紙製程中採用包含以含有胺之聚合物(特定言之，二烯丙胺(「DAA」))乳化之ASA的水包油乳液出人意料地提供上漿效能之突出改良而不顯著影響粒度分佈參數。在某些具體實例中，含有胺之聚合物為二烯丙胺-丙烯醯胺(「DAA-AcAm」)共聚物。
水包油乳液適用於自所有類型之纖維素纖維及纖維素纖維與非纖維素纖維之組合製備之紙的上漿。可使用之纖維素纖維包括例如硫酸鹽(亦稱為牛皮紙)、亞硫酸鹽、鈉鹼、中性亞硫酸鹽半化學品(「NSSC」)、熱機械品(「TMP」)、化學-熱機械品(「CTMP」)、磨木漿(「GWD」)及此等纖維之任何組合。前述纖維素纖維中之任一者可經漂白或未經漂白。此等名稱係指已藉由典型地用於紙漿及造紙工業中之多種製程中之任一者製備的木漿纖維。另外，可使用黏液嫘縈或再生纖維素類型之合成纖維。
可添加各種類型之顏料及填料至欲使用本發明之方法及組成物處理之紙中。該等材料包括例如黏土、滑石、二氧化鈦、碳酸鈣、硫酸鈣及矽藻土。本發明方法及組成物中亦可包括其他添加劑，包括例如礬以及其他上漿劑。
可投加至造紙製程中之水包油乳液之量可視例如所採用之 特定上漿組成物、所涉及之特定紙漿、具體操作條件、紙之預期最終用途及其類似者而變化。基於成品紙張或紙幅中之紙漿之乾重，上漿組成物之典型濃度可在每噸乾纖維0.01磅至100磅水包油乳液(磅/噸)(每公噸乾纖維5公克至50公斤)之範圍內，更佳在每噸乾纖維0.25至20磅(每公噸乾纖維125公克至10公斤)之範圍內。在某些具體實例中，上漿乳液可依0.5至5磅/噸乾纖維(每公噸乾纖維250公克至2.5公斤)之劑量採用，其中1至4磅/噸乾纖維(每公噸乾纖維500公克至2公斤)為較佳劑量範圍。
如先前所論述，在某些具體實例中，以含有DAA之聚合物作為乳化劑對水包油乳液進行乳化。聚合物可為DAA均聚物、DAA共聚物，或至少部分包含DAA之任何聚合物。聚合物之濃度可視例如所採用之特定上漿組成物、所涉及之特定紙漿、具體操作條件、紙之預期最終用途及其類似者而變化。典型濃度在每10重量份ASA 1至5重量份聚合物之範圍內，包括每10重量份ASA 1至4重量份聚合物。
含有胺之聚合物中DAA之莫耳百分比亦為根據本發明處理紙時的一個重要變數。在某些具體實例中，含有胺之聚合物為二烯丙胺均聚物。在其他具體實例中，含有胺之聚合物為DAA/AcAm共聚物。在其他具體實例中，含有胺之聚合物為DAA均聚物與DAA/AcAm共聚物之混合物。可預期由DAA組成或基本上由DAA組成之含有胺之聚合物(DAA均聚物或基本上為DAA均聚物)的表現至少與DAA/AcAm共聚物一般好，因為當採用較大DAA莫耳百分比時乳液之上漿效能對於DAA/AcAm共聚物而言已得到顯著改良。
在採用DAA/AcAm共聚物具體實例之彼等具體實例中，DAA/AcAm共聚物中DAA之莫耳百分比可在1%至99%之範圍內。DAA/AcAm共聚物可主要由DAA構成，亦即可包含多於AcAm單體單元之DAA單體單元。在就水包油乳液之組成而言成本為決定性因素之彼等具體 實例中，含有胺之聚合物中DAA之更佳莫耳百分比可為10至60，且包括10至40。
在某些具體實例中，水包油乳液包含0.01-40重量% ASA。在其他具體實例中，水包油乳液包含1-20重量% ASA。
在某些具體實例中，水包油乳液包含0.001-20重量%含有胺之聚合物。在其他具體實例中，水包油乳液包含0.1-10重量%含有胺之聚合物。在某些具體實例中，含有胺之聚合物為以0.001-20重量%之量存在之DAA/AcAm共聚物。
在某些具體實例中，水包油乳液包含8-12重量% ASA。在某些具體實例中，水包油乳液包含1-5重量%聚合物。在某些具體實例中，水包油乳液包含8-12重量% ASA及1-5重量%聚合物。在某些具體實例中，水包油乳液中聚合物比ASA之重量百分比為10%-40%。在一個較佳具體實例中，聚合物比ASA之重量百分比為28%-32%。舉例而言，聚合物比ASA之30%重量百分比將為每1公克ASA具有0.3公克聚合物。換言之，聚合物比ASA之30%重量百分比與0.3之聚合物比ASA重量比相同。
在某些具體實例中，在選自由以下組成之群的點處添加水包油乳液至造紙製程中：濕部；在流漿箱之前；在流漿箱中；直接添加至紙中；在加漿壓榨機中；及其任何組合。
在某些具體實例中，使用混合室將水包油乳液引入造紙製程中。該等混合室之實例揭示於美國專利第7,550,060號、第7,785,442號、第7,938,934號及第7,981,251號中(該等專利中之每一者之揭示內容以引用的方式併入本文中)(例如可獲自Nalco公司，1601 West Diehl Road,Naperville,IL 60563之PARETO Mixing Technology)，及型號UTI-25之Ultra Turax(可獲自IKA®Works有限公司，Wilmington,NC)。預想任何適合之反應器或混合器件/腔室均可用於本文所揭示之方法中以引入水包油乳液。
可參考以下實施例更好地理解前述內容，該等實施例欲用於說明之目的且不欲限制本發明之範疇。
實施例：
在實驗室手抄紙研究中使用波紋卡紙板配料研究以DAA/AcAm共聚物乳化ASA之效果。該研究集中於回答以下問題：
1.以DAA/AcAm共聚物對ASA進行乳化作用相對於典型乳化劑是否產生不同粒度分佈？
2.以DAA/AcAm共聚物對ASA進行乳化作用相對於典型乳化劑是否提高上漿反應？
3. DAA/AcAm：ASA比是否影響上漿反應？
在實驗室小型摻合機中製備具有10重量% ASA之乳液。依序添加水、乳化劑及ASA且混合120秒。在120秒時提取樣品(對於對照樣品為90秒)且使用光散射技術獲得粒度分佈量測值。將在120秒混合之後獲得的包含DAA/AcAm共聚物之乳液進一步稀釋且用於手抄紙。對照樣品(亦即實施例1-3)採用丙烯醯胺/甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯甲基氯四級共聚物作為其乳化劑。根據本發明之實施例(亦即實施例4-15)使用DAA/AcAm共聚物作為其乳化劑。測試具有不同DAA莫耳百分比之兩種DAA/AcAm共聚物且在表1中表示為DAA/AcAm-1及DAA/AcAm-2。DAA/AcAm-1含有15莫耳% DAA，且DAA/AcAm-2含有35莫耳% DAA。
手抄紙之目標基重為80g/m2。對於各實驗條件製備三份複製紙張。在動態濾水儀(Dynamic Drainage Jar)中以800rpm混合各手抄紙之0.6%薄原料。以15秒時間間隔添加所需量之ASA乳液、聚氯化鋁添加劑及陽離子絮凝劑。混合之後，使用80目篩在手抄紙模具中形成基紙(basesheet)，在靜態壓榨機中在0.5MPa下壓榨5分鐘，且藉由在約210℉下使紙張通過轉鼓乾燥器一分鐘使其乾燥。
使用赫爾克里斯上漿測試(Hercules Sizing Test)在80%反射率下以25%甲酸之萘酚綠染料溶液測定對液體穿透之抗性。下表1中列出條件及結果。
如自表1中之數據可見，使用含有胺之聚合物使得對液體穿透之抗性改良，如藉由自實施例4-15中之赫爾克里斯上漿測試所獲得之與對照相比較高的結果所證實。此外，使用較高量之含有胺之聚合物：ASA提供對液體穿透之抗性的進一步改良，其說明於實施例10-15中。
本文所引用之所有專利均藉此以引用的方式併入本文中，不論在本發明之正文中是否特定提及。
就術語「包括(include)」用於本說明書或申請專利範圍中而言，其欲以類似於術語「包含(comprise)」之方式為包括性的，因為彼術語在使用時在申請專利範圍中解釋為過渡詞語。另外，就採用術語「或(or)」(例如A或B)而言，其欲意謂「A或B或A與B」。當本申請者欲 指示「僅A或B而非二者」時，則將採用術語「僅A或B而非二者」。因此，本文中術語「或」的使用為包括性的，而非排他性的使用。參見Bryan A.Garner,A Dictionary of Modern Legal Usage 624(第2版1995)。此外，就術語「在……中(in)」或「至……中(into)」用於本說明書或申請專利範圍中而言，其欲另外意謂「在……上(on)」或「至……上(onto)」。此外，就術語「連接(connect)」用於本說明書或申請專利範圍中而言，其欲不僅意謂「直接連接至」，而且意謂「間接連接至」，諸如經另外一或多個組件連接。在本發明中，詞語「一(a/an)」包括單數及複數。反之，對複數項目之任何引用在適當時應包括單數。
本文所揭示之所有範圍及參數應理解為涵蓋其中呈現及包含之任何及所有子範圍及在端點之間的每個數字。舉例而言，「1至10」之規定範圍應視為包括介於最小值1與最大值10之間(且包括端點)的任何及所有子範圍；亦即，所有子範圍以最小值1或大於1開始(例如1至6.1)且以最大值10或小於10結束(例如2.3至9.4、3至8、4至7)，且最終至該範圍內所含之各數字1、2、3、4、5、6、7、8、9及10。
雖然已藉由描述本發明之具體實例來說明本發明，且雖然已相當詳細地描述該等具體實例，但本申請者不欲將所附申請專利範圍之範疇約束或以任何方式限制於該細節。其他優點及修改對於熟習此項技術者將顯而易見。因此，本發明在其較廣泛態樣中並不限於所顯示及描述之特定細節、代表性裝置或說明性實施例。相應地，可在不偏離本申請者之一般發明概念之精神或範疇的情況下偏離該等細節。

Claims (39)

  1. 一種將由造紙製程生產之紙上漿之方法，該方法包含：添加水包油乳液至該造紙製程中；其中該水包油乳液包含以包含含有至少一種一級或二級胺之烯丙基單體之均聚物或共聚物乳化的烯基琥珀酐。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一種一級或二級胺為包含二烯丙胺之二級胺。
  3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該共聚物為二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物。
  4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該水包油乳液包含0.01重量%至40重量%之該烯基琥珀酐。
  5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該水包油乳液包含0.001重量%至20重量%之該共聚物。
  6. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該水包油乳液包含8-12重量%之該烯基琥珀酐及1-5重量%之該共聚物。
  7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該添加在該造紙製程中在選自由以下組成之群的點處進行：濕部；在流漿箱之前；在該流漿箱中；直接添加至該紙中；在上漿壓榨機中；及其任何組合。
  8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該添加以每噸乾纖維0.01磅至100磅該水包油乳液之劑量率進行。
  9. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物具有自約1%至約99%之二烯丙胺莫耳百分比。
  10. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物具有自約10%至約40%之二烯丙胺莫耳百分比。
  11. 一種水包油乳液，其包含以包含含有至少一種一級或二級胺之烯丙基單體之均聚物或共聚物乳化的烯基琥珀酐。
  12. 根據申請專利範圍第11項之水包油乳液，其中該一級或二級胺包含二烯丙胺。
  13. 根據申請專利範圍第11項之水包油乳液，其中該共聚物為二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物。
  14. 根據申請專利範圍第11項之水包油乳液，其中該水包油乳液包含0.01重量%至40重量%之該烯基琥珀酐。
  15. 根據申請專利範圍第13項之水包油乳液，其中該水包油乳液包含0.001重量%至20重量%之該二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物。
  16. 根據申請專利範圍第13項之水包油乳液，其中該水包油乳液包含8-12重量%之該烯基琥珀酐及1-5重量%之該二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物。
  17. 根據申請專利範圍第12項之水包油乳液，其中該二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物具有範圍在1%至99%範圍內之二烯丙胺莫耳百分比。
  18. 根據申請專利範圍第12項之水包油乳液，其中該二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物具有範圍在10%至40%範圍內之二烯丙胺莫耳百分比。
  19. 一種處理造紙製程之方法，該方法包含：添加水包油乳液至該造紙製程中；其中該水包油乳液包含以二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物乳化的烯基琥珀酐；其中該水包油乳液以足以將該造紙製程生產之紙上漿的量添加；其中該水包油乳液包含0.01重量%至40重量%之烯基琥珀酐及0.001重量%至20重量%之二烯丙胺-丙烯醯胺共聚物。
  20. 一種將由造紙製程生產之紙上漿之方法，該方法包含：添加水包油乳液至該造紙製程中；其中該水包油乳液包含以包含自10至60莫耳百分比之至少一種含有胺之乙烯基或烯丙基單體之聚合物乳化的烯基琥珀酐，且該聚合物的剩餘部分包含選自由以下所組成之群之非離子型單體：丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、N,N-二乙基丙烯醯胺、N-異丙基丙烯醯胺、N-乙烯基甲醯胺、N-乙烯基甲基乙醯胺、N-乙烯基吡咯啶酮、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、N-第三丁基丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇及其組合；其中該水包油乳液具有範圍在約0.01至約10微米之乳液粒度且以足以改良由該造紙製程生產之紙之上漿的量添加。
  21. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該至少一種含有胺之乙烯基或烯丙基單體係酸或鹽形式且具有選自由以下所組成之群之結構：
    Figure TWI624577B_C0001
    其中R可為氫或烷基；R1、R2、R3、R4、R5、R6獨立地選自由氫、烷基及烷氧基烷基所組成之群組。
  22. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該聚合物經水解。
  23. 根據申請專利範圍第22項之方法，其中該經水解聚合物具有以下結構：
    Figure TWI624577B_C0002
    其中每一R1獨立地選自由氫、烷基及烷氧基烷基所組成之群組，且為相同或不同；及x、y及z經選擇以提供10,000道爾頓(Dalton)至2,000,000道爾頓之分子量。
  24. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該聚合物及烯基琥珀酐以每10重量份烯基琥珀酐範圍在1至5重量份聚合物之重量比存在於該水包油乳液。
  25. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該聚合物及烯基琥珀酐以每100重量份烯基琥珀酐範圍在28至32重量份聚合物之聚合物對烯基琥珀酐比存在於該水包油乳液。
  26. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該水包油乳液以每噸乾纖維範圍在0.01磅至100磅水包油乳液之比率被注入至該造紙製程中。
  27. 根據申請專利範圍第20項之方法，其進一步包含添加陽離子試劑至該造紙製程。
  28. 根據申請專利範圍第27項之方法，其中該陽離子試劑係選自由以下所組成之群組：礬、氯化鋁、聚氯化鋁、長鏈脂肪胺、鋁酸鈉、經取代之聚丙烯醯胺、硫酸鉻、動物膠、陽離子熱固性樹脂、聚醯胺聚合物、含胺澱粉衍生物及其組合。
  29. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該水包油乳液經由混合室被添加至該造紙製程。
  30. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該水包油乳液以每噸乾纖維範圍在0.25磅至20磅水包油乳液之比率被注入至該造紙製程中。
  31. 根據申請專利範圍第20項之方法，其中該水包油乳液以每噸乾纖維範圍在1磅至4磅水包油乳液之比率被注入至該造紙製程中。
  32. 一種水包油乳液，其包含以一種聚合物乳化之烯基琥珀酐，該聚合物係由自10至60莫耳百分比之二烯丙胺與選自由以下所組成之群之非離子型單體所組成：丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、N,N-二乙基丙烯醯胺、N-異丙基丙烯醯胺、N-乙烯基甲醯胺、N-乙烯基甲基乙醯胺、N-乙烯基吡咯啶酮、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、N-第三丁基丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇及其組合；其中該水包油乳液具有範圍在約0.01至約10微米之乳液粒度。
  33. 根據申請專利範圍第32項之水包油乳液，其中每10重量份烯基琥珀酐1至5重量份聚合物存在於該水包油乳液。
  34. 根據申請專利範圍第32項之水包油乳液，其中該水包油乳液包含8-12重量%之該烯基琥珀酐。
  35. 根據申請專利範圍第32項之水包油乳液，其中該水包油乳液包含1-5重量%之聚合物。
  36. 根據申請專利範圍第32項之水包油乳液，其中該水包油乳液包含8-12重量%之該烯基琥珀酐及1-5重量%之聚合物。
  37. 一種將由造紙製程生產之紙上漿之方法，該方法包含：添加根據申請專利範圍第32項之水包油乳液至該造紙製程中；其中該水包油乳液以足以使由該造紙製程生產之紙上漿的量添加。
  38. 根據申請專利範圍第37項之方法，其中該造紙製程生產適用作為飲料容器之產品。
  39. 根據申請專利範圍第37項之方法，其中該水包油乳液經由混合室被添加至該造紙製程。
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