專利名稱：用于改善紙張強(qiáng)度的聚合物及聚合物混合物的表面涂敷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于紙張表面涂敷的強(qiáng)度添加劑以及制備所述添加劑的方法。尤其是，本發(fā)明涉及聚合物組合物，所述組合物包括幾乎中性的丙烯酰胺聚合物與陽離子聚合物的共混物。這些添加劑與表面涂敷淀粉一起為紙張?zhí)峁┏錾钠屏?bursting)強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度以及其它類似的性能。
背景技術(shù)：
經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境上的要求驅(qū)使造紙工業(yè)增加再生纖維的使用。使用再生紙張的優(yōu)勢(shì)包括節(jié)省費(fèi)用、均漿(refinement)較少、容易的可獲取性、以及環(huán)境的可持續(xù)性。然而，經(jīng)過再生過程的次數(shù)的增加使再生纖維變得越來越短、越來越硬，導(dǎo)致紙漿強(qiáng)度及纖維-纖維間粘合強(qiáng)度降低。強(qiáng)度是包裝級(jí)紙張的綜合參數(shù)。恢復(fù)再生方法過程中損失的強(qiáng)度的一 個(gè)方法是進(jìn)一步進(jìn)行均漿，但在再生纖維的情況下，均漿方法的窗口非常有限。另外的方法是在造紙過程中使用強(qiáng)度化學(xué)品。然而，與再生添加劑的沖突、均勻的紙張形成、濾水、和生產(chǎn)效率是需要考慮的主要因素。添加劑在紙片形成之前被加入紙漿漿液中，以改善機(jī)器運(yùn)行性能、生產(chǎn)效率和紙張性能。這些添加劑包括濕強(qiáng)劑和干強(qiáng)劑(如陽離子和陰離子型聚丙烯酰胺、含表鹵代醇的官能化聚酰胺、聚乙烯胺)、助留劑和助濾劑(例如明礬、聚乙烯亞胺)、消泡劑、控制樹脂和膠粘物的填料。還可以加入各種施膠劑，如能夠賦予疏水性能的松香、烷基烯酮二聚物(AKD)、或烷基琥珀酸酐(ASA)。用于提高成品紙片干強(qiáng)度的常見濕部(wet end)添加劑為淀粉或瓜爾膠。淀粉改性改善其性能有好的文獻(xiàn)記載。用于強(qiáng)度涂敷的淀粉的選擇和類型在地區(qū)間變化，并取決于其成本和可利用性。(參見 R. L. Kearney 和 H. ff. Maurer, “Starch and Starch Productsin Paper Coating” 1990 版)。已利用交聯(lián)淀粉以改善其強(qiáng)度增強(qiáng)性能。例如，Huang等描述了在紙張生產(chǎn)過程中利用含硼的化合物交聯(lián)淀粉，可導(dǎo)致物理和機(jī)械性能的改善(W0 2004/027，149A1)。交聯(lián)的淀粉組合物包括在膠凝化過程中由淀粉漿料與硼酸或硼酸鋅反應(yīng)所形成的反應(yīng)產(chǎn)物。授與Floyd等的US 6，303，000公開了與乙二醛樹脂交聯(lián)的膠凝化的淀粉組合物，及其在造紙中的應(yīng)用。在淀粉膠凝化過程中，淀粉與封端(blocked)的乙二醛反應(yīng)，從而導(dǎo)致淀粉交聯(lián)，再將此混合物在紙片形成前加入紙漿漿液中。這些特定的淀粉交聯(lián)化合物的局限性在于雖然可改善壓縮強(qiáng)度，抗穿刺性能卻易于受到損害。加入濕部以改善紙張強(qiáng)度，特別是加入再生纖維制造的紙張中的強(qiáng)度添加劑包括基于兩性丙烯酰胺的聚合物以及凝聚層(coacervate)技術(shù)。前者的實(shí)例見述于授予Oguni的US 5，698，627，其教導(dǎo)了可改善再生瓦楞原紙的游離度、保留性能和干強(qiáng)度的基于丙烯酰胺的兩性共聚物的合成。凝聚層技術(shù)的實(shí)例見述于US 6，294，645。該濕部干強(qiáng)系統(tǒng)包括低電荷聚酰胺胺-表氯醇和陰離子型聚丙烯酰胺，順序加入到紙漿漿液中。聚乙烯胺已經(jīng)在造紙工藝中用作干強(qiáng)劑和濕強(qiáng)劑及助留和助濾劑。由于胺官能團(tuán)的密度高，該聚合物有更高的電荷密度，最終增強(qiáng)了纖維素纖維和聚合物鏈之間的氫鍵合。Weisgerber等在US 2，721，140中公開了使用聚乙烯胺作為用于紙張生產(chǎn)的濕強(qiáng)添加劑，所述聚乙烯胺通過聚乙烯基N-鄰苯二甲酰亞胺水解制備。授予給Luu等的US 5，961，782公開了使用聚乙烯胺制造可交聯(lián)的起皺粘合劑配制物。Niessner等在US6, 159，340中公開了在紙張和紙板生產(chǎn)中使用聚乙烯胺作為干強(qiáng)添加劑和濕強(qiáng)添加劑。US 4，421，602、6，616，807和6，797，785公開了使用聚乙烯胺在紙張生產(chǎn)方法中作為助濾劑、絮凝劑、和助留劑。與經(jīng)再生過程產(chǎn)生的剩余陰離子廢料的抵觸、連同差的纖維質(zhì)量要求明顯增加添加劑含量。除了成本高，濕部添加劑也達(dá)到了性能平臺(tái)，也即，進(jìn)一步的化學(xué)藥劑不能提供增加的性能。造紙從業(yè)者在紙張形成后施加添加劑，克服了這些限制。使用的方法包括計(jì)量施膠機(jī)、蓄液(puddle)施膠機(jī)、噴霧、輥式涂布機(jī)、刮刀涂布機(jī)、和氣刀涂布機(jī)。通常使用的涂敷或表面施膠添加劑為具有各種粒徑的聚丙烯酸乳液、苯乙烯-丁二烯共聚物乳液、聚(乙酸乙烯酯)、和聚乙烯醇。因?yàn)檫@些添加劑具有良好的成膜性能，它們典型地用來賦予一定量的抗各種液體的性能。EP1，824，937中提供了該方法的實(shí)例。 最常見涂敷的表面添加劑是淀粉。過量使用淀粉對(duì)其它的紙張性能可能有負(fù)面影響，如折裂(cracking)，以及生產(chǎn)效率，例如更高的干燥能量。由于施膠機(jī)涂敷淀粉是機(jī)器在線操作，對(duì)施膠機(jī)操作有干擾的任何問題都有干擾整個(gè)造紙機(jī)操作的潛在可能。在施膠處理紙片過程中可以涂敷的淀粉的量(即，紙片的濕涂層量(wet pickup))取決于施膠條件、淀粉溶液的粘度和淀粉溶液對(duì)紙片的穿透能力(授予給Prior的US4，191，610)。施膠淀粉的改性通常向淀粉分子引入官能團(tuán)，并可降低其粘度。施膠處理過程中可以經(jīng)濟(jì)并實(shí)際涂敷的改性淀粉的最高量為約10g/m2，對(duì)于未改性的或天然的或高粘度的淀粉，該最大值為5g/m2。US 5，242，545公開了在更高的溫度下運(yùn)行施膠處理，以及提高施膠機(jī)輥隙(nip)壓力，淀粉載量可以增加到17 20g/m2。進(jìn)一步，W02006/027，632A2教導(dǎo)，在典型的制漿方法的黑液廢液中所含的木質(zhì)素磺酸鹽可以與淀粉混合，以降低施膠劑溶液的粘度，并在施膠處理過程中使得能在紙張上涂敷更高的固含量，這有助于在紙片干燥方法過程中節(jié)約能源。US 7，217，316教導(dǎo)了氧化源自植物的蛋白質(zhì)粉的方法，以制得用于改善紙張強(qiáng)度的涂料組合物。所公開的組合物的強(qiáng)度性能比淀粉或氧化淀粉顯示出改善的效率時(shí)，達(dá)到所說效果的所述涂料組合物的含量為6 12g/m2。授予給Smigo的US 5，281，307公開了使用乙烯醇和乙烯胺共聚物用于干部(dryend)涂敷，所述共聚物用乙二醛交聯(lián)。Whatman濾紙?jiān)诰酆衔锶芤褐薪莶⑶译S后干燥表現(xiàn)出紙張性能的改善。發(fā)現(xiàn)上述濕部強(qiáng)度添加劑中的許多可應(yīng)用于干部。鑒于濕部強(qiáng)度體系的組分順序加入紙漿漿液中，可緩和組分間潛在的不相容，表面涂敷的強(qiáng)度添加劑體系的每種組分需要組合成單一的穩(wěn)定溶液。由于淀粉通?？偸歉蓮?qiáng)體系的組分，其它組分在與淀粉組合時(shí)需要表現(xiàn)出溶液穩(wěn)定性，即沒有沉淀，沒有形成凝膠，或粘度嚴(yán)重增加。乙二醛化學(xué)釋放劑和含乙二醛的聚合物預(yù)計(jì)能相容，因?yàn)樗鼈兊慕宦?lián)活化典型地要求直到造紙機(jī)的干燥部分才遇到溫度(US申請(qǐng)2005/0161182A1)。交聯(lián)干強(qiáng)劑的另一個(gè)實(shí)例在US申請(qǐng)2009/0020249中公開，其中描述了含無機(jī)物如氧化鋅的聚(丙烯酸)的表面涂敷。US申請(qǐng)2005/0287385公開了苯乙烯-丁二烯膠乳涂料組合物，所述組合物在涂敷到已經(jīng)形成的基本上干燥的紙張上時(shí)能提供增強(qiáng)的壓縮強(qiáng)度。US 7，482，417公開了由兩性丙烯酰胺共聚物組成的表面涂敷干強(qiáng)劑。當(dāng)表面涂敷淀粉為陰離子型時(shí)，其與高度陽離子的干強(qiáng)劑如聚乙烯胺組合時(shí)，可以形成沉淀物，或凝膠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及穩(wěn)定的干強(qiáng)組合物及其向已經(jīng)形成的紙張基底上的涂敷。具體地涂料組合物包括幾乎中性的聚丙烯酰胺組分A、由含胺官能團(tuán)的單體制備的陽離子聚合物的組分B、和淀粉組分C。幾乎中性的丙烯酰胺聚合物為共聚物，含低于5摩爾％的陰離子官 能團(tuán)，或低于5摩爾％的陽離子官能團(tuán)。陽離子聚合物由含胺官能團(tuán)的乙烯基單體或含初生(nascent)胺官能團(tuán)的乙烯基單體制備。該組合物的淀粉組分可以是天然的或者是改性的，并從多種天然的植物來源得到。還描述了使用所述涂料組合物制造具有改善的干強(qiáng)度的紙張的方法。組分B可以由含胺官能團(tuán)的乙烯基或烯丙基單體制備。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了組合物，所述組合物涂敷到形成的紙張基底上時(shí)可提高所述物品的干強(qiáng)度。該組合物包括一種或多種聚合物與淀粉的穩(wěn)定共混物，聚合物至少之一可以是帶電荷的聚合物。具體地，該組合物含有基于丙烯酰胺的幾乎中性的聚合物的組分A，由含胺官能團(tuán)的單體制備的陽離子聚合物的組分B，和組分C淀粉，該淀粉既可以是天然的也可以是衍生的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，組分B的陽離子聚合物由含胺官能團(tuán)的乙烯基單體制備。幾乎中性的丙烯酰胺聚合物的含義是從非離子到略微陰離子或略微陽離子的丙烯酰胺共聚物。該聚合物含有低于5摩爾％的陰離子單體，優(yōu)選低于3摩爾％，優(yōu)選低于2摩爾％，最優(yōu)選低于I摩爾％。根據(jù)聚合過程中加入的陰離子單體的量，或通過分析共聚物或通過聚丙烯酰胺部分水解，可以知道幾乎中性的丙烯酰胺中的陰離子官能團(tuán)的量。或者，基于丙烯酰胺的幾乎中性的聚合物含有低于5摩爾％的陽離子單體，優(yōu)選低于3摩爾％，更優(yōu)選低于2摩爾％，最優(yōu)選低于I摩爾％。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，幾乎中性的丙烯酰胺聚合物為陰離子型?；诒０返木畚锖团c官能乙烯基單體的共聚物的制備為本專業(yè)技術(shù)人員所熟知。通過使用產(chǎn)生自由基的引發(fā)體系的方法的丙烯酰胺自由基聚合已為大家所熟知，并且有文獻(xiàn)記錄。兩種類型常用的自由基聚合引發(fā)劑優(yōu)選用于制備所公開的組合物；熱均裂解離引發(fā)劑和還原-氧化引發(fā)劑。前一類別包括含偶氮或過氧化物的引發(fā)劑，例如2，2’ -偶氮雙(2-甲基丙脒)二氫氯化物、2，2’ -偶氮雙(2-甲基丙腈)、過氧苯甲酰、叔丁基氫過氧化物、和叔丁基過氧化物。后一類別包括氧化劑(過硫酸鹽、過氧化物、和過碳酸鹽)與適當(dāng)還原劑如亞鐵鹽或亞硫酸鹽的組合。獲得含分子量和多分散性適合用于本發(fā)明的聚合物和共聚物的丙烯酰胺的方法在例如US 5，543，446和US 6，939，443中公開。然而，這些參考文獻(xiàn)中公開的組合物的陰離子電荷太大，不適合用于本發(fā)明。用于組分A的幾乎中性的基于丙烯酰胺的合適聚合物包括分子量范圍500(Γ約500, 000道爾頓，優(yōu)選10，000 約300,000，優(yōu)選約30，000 約300,000道爾頓，優(yōu)選約30，000 約150，000道爾頓，優(yōu)選約50，000 約130，000道爾頓。所述幾乎中性的聚合物為基于丙烯酰胺的均聚物或部分水解的丙烯酰胺的均聚物，或與最多含5摩爾％陰離子官能團(tuán)的陰離子組分的共聚物，并且當(dāng)各種高度陽離子的干強(qiáng)劑與陰離子淀粉組合時(shí)，被選擇用來防止粘度累積或防止觀察到的膠凝化。雖然沒有解釋穩(wěn)定機(jī)制，不希望受理論束縛，提出某些幾乎中性的基于丙烯酰胺的聚合物可以在存在淀粉時(shí)與陽離子聚合物絡(luò)合。該絡(luò)合作用可以緩和陽離子聚合物與陰離子淀粉之間的氫鍵合和離子相互作用，否則會(huì)導(dǎo)致粘度積累。雖然紙張制造商已經(jīng)使用分開地在濕部加入陰離子淀粉和陽離子聚合物的方法來改善干強(qiáng)度，但是這些材料之間的相互作用會(huì)導(dǎo)致粘度積累，這會(huì)限制其在聚合物和淀粉濃度更高的干部體系中的應(yīng)用。本發(fā)明使所述體系可在造紙工藝的干部涂敷，為紙張制造商提供所有的相關(guān)優(yōu)勢(shì)。此外，不希望受制于理論，提出在干燥時(shí)，由于固含量增加，組分A和組分B會(huì)與組分C強(qiáng)烈地相互作用。適用于本發(fā)明的幾乎中性的聚合物可以通過上述任何方法制備。可以用來制備組分A的中性單體包括但不限于丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、 N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-異丙基(甲基)丙烯酰胺。聚酰胺為優(yōu)選的單體?？梢杂脕碇苽浣M分A的陰離子單體包括但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、4-苯乙烯磺酸、和4-乙烯基苯甲酸以及它們的鹽。丙烯酸及其鹽為優(yōu)選的單體?？梢允褂媚軌蛳蚍请x子或幾乎中性的基于丙烯酰胺的聚合物引入有益的交聯(lián)結(jié)構(gòu)的其它合適單體。這些包括但不限于乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、亞甲基雙丙烯酰胺、亞甲基-雙_(甲基)丙烯酰胺、亞乙基-雙_(甲基)丙烯酰胺、及六亞甲基-雙_(甲基)丙烯酰胺。這些使用時(shí)的量可以低于I摩爾％，優(yōu)選低于O. 3
摩爾％。用于組分B的合適的陽離子聚合物包括分子量范圍10，000"約1，000, 000道爾頓，優(yōu)選50, 000 約600，000，優(yōu)選50，000 約400，000道爾頓，更優(yōu)選200，000 約350，000
道爾頓的范圍。合適聚合物的陽離子度可以通過電荷密度方法來定義。本發(fā)明中的離子化聚合物的電荷密度(Mutek)在pH為8. O時(shí)使用膠體滴定法測(cè)得。電荷密度(meq/g)為每單位重量的陽離子電荷量，以每克產(chǎn)物固含量的毫當(dāng)量為單位。所述發(fā)明的陽離子聚合物的電荷密度，以固含量計(jì)，其范圍為I. 0(Tl2. 00meq/g,優(yōu)選3. 5(T8. 50meq/g,更優(yōu)選
5.50 8. 50meq/g。用于制備組分B的優(yōu)選的陽離子單體可以是含乙烯基或烯丙基官能團(tuán)的單體。這些包括但不限于二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、[2_(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化銨、[3-(甲基丙烯?；被?丙基]三甲基氯化銨、[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化銨、[3-(丙烯酰氧基)丙基]三甲基氯化銨、N，N-二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、二烷基二烯丙胺、二烯丙胺、二烷基烯丙胺、以及烯丙胺。非離子單體包括但不限于丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、以及N-異丙基(甲基)丙烯酰胺，可以與上述陽離子單體共聚，提供用于本發(fā)明的組分B的合適聚合物。
更優(yōu)選地，組分B為含乙烯胺的聚合物。用于制備組分B的含乙烯胺的聚合物的單體為在完全或部分水解時(shí)可以提供陽離子電荷的單體，其實(shí)例包括但不限于N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、以及乙烯基N-鄰苯二甲酰亞胺。在水解前，用于組分B的含乙烯胺的聚合物可以是共聚物，但是優(yōu)選均聚物。這類組分B的水解度為2(Γ100%，優(yōu)選25 85%，并且最優(yōu)選25 70%。另一類可用于本發(fā)明的含乙烯胺的聚合物可以衍生自聚丙烯酰胺的霍夫曼重排，例如，US申請(qǐng)2008/0196851所述。另一類適用于本發(fā)明的含乙烯胺的聚合物在US申請(qǐng)2009/0043051和2010/0193148中有描述。這些聚合物為用各種陽離子官能團(tuán)取代的聚(乙烯胺)?？梢允褂媚芟蚪M分B，即陽離子聚合物，引入有益的交聯(lián)結(jié)構(gòu)的其它合適單體。這些包括但不限于乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、亞甲基雙丙烯酰胺、亞甲基-雙_(甲基)丙烯酰胺、亞乙基-雙_(甲基)丙烯酰胺、以及六亞甲基-雙_(甲基)丙烯酰胺。這些單體使用時(shí)的量可以低于I摩爾％，優(yōu)選低于O. 3摩爾％。
組分C的淀粉選自以下組中玉米淀粉、大米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、和木薯淀粉。淀粉可以未經(jīng)改性或經(jīng)以下任何方式改性氧化、酶降解、和陽離子化。組分A和B優(yōu)選在加入淀粉之前預(yù)先混合。組分A和B的混合物優(yōu)選加入預(yù)煮的淀粉漿液中，或者可替代地在膠凝化前加入。用于本發(fā)明的優(yōu)選的淀粉類型為氧化淀粉?？梢约尤肫渌M分，以穩(wěn)定組合物并降低粘度積累?？捎玫牟牧蠟殛庪x子型、陽離子型、或中性的表面活性劑，如脂肪酸、氧乙基化的烷基酚、烷基胺氧化物、烷基磺基琥珀酸酯、木質(zhì)素磺酸酯、烷基硫酸酯。一些可用的粘度改性組分的實(shí)例包括尿素，和諸如硫酸鈉、氯化鈉、氯化鉀、碘化鉀的鹽。在一個(gè)實(shí)施方案中，紙張涂料組合物包括組分A(幾乎中性的聚丙烯酰胺)；組分Β(陽離子聚合物)；組分C(淀粉)，并且組分A為陰離子型的；組分A與組分B的比例為99: Γ80:20，優(yōu)選98:2 90:10，其中組分A加組分B與淀粉的比例為1:105 I: I，優(yōu)選1:20^1:7 ;其中組分B由含胺官能團(tuán)的乙烯基或者烯丙基單體制備，優(yōu)選乙烯基的；其中組分A的分子量為30，00(Γ約300，000道爾頓，優(yōu)選30，000^150, 000 ;其中組分B的分子量為50，00(Γ約600，000道爾頓，優(yōu)選50，00(Γ約400，000道爾頓，并且，其中所述組合物的粘度在溫度60° C下為低于1000厘泊，優(yōu)選低于500厘泊。本發(fā)明預(yù)期了制造具有改善干強(qiáng)度的紙張的方法。該方法包括向已經(jīng)形成的紙張涂敷本發(fā)明的組合物。所述組合物包括陰離子 中性的聚丙烯酰胺的組分Α、由含胺官能團(tuán)的單體制備的陽離子聚合物的組分B、和淀粉組分C。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，組分B由含胺官能團(tuán)的乙烯基單體制備。所述組合物通常涂敷在造紙機(jī)的干部。本發(fā)明可以用于能從增強(qiáng)的干強(qiáng)度中受益的各種牌號(hào)的任何紙張，包括袋子紙、箱板紙、復(fù)印紙、箱用紙板、瓦楞紙芯、文件夾、新聞紙、紙板、包裝板、印刷和書寫紙張、以及出版用紙。這些紙張牌號(hào)可以包括任何典型的紙漿纖維，包括紙漿木料、牛皮漿(Kraft)、硫酸鹽、機(jī)械和再生纖維。本發(fā)明可以通過任何的化學(xué)處理方法涂敷到已經(jīng)形成的紙張上，包括計(jì)量施膠機(jī)、蓄液施膠機(jī)、噴霧、輥式涂布機(jī)、刮刀涂布機(jī)、和氣刀涂布機(jī)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，組分Α、B、和C的每一種的用量應(yīng)充分考慮得到的紙張涂料組合物的性能和溶液穩(wěn)定性來確定。組分A: B的比例可以是99: Γ70:30，優(yōu)選98:2 85:15，甚至更優(yōu)選98:2、0:10。存在的組分A加組分B的總量與淀粉的比例可以是1:105 1:1，優(yōu)選1:52 1:2，并且更優(yōu)選1:20 1:7，并優(yōu)選1:15 1:7。組分A和B可以單獨(dú)加入淀粉中，或者如在優(yōu)選實(shí)施方案中，在加入淀粉中之前預(yù)先混合。含水組合物可通過組合組分C和組分A和B制備。優(yōu)選兩種聚合物在加入蒸煮的稀釋淀粉溶液之前徹底混合在一起。表面添加劑的總量應(yīng)為得到預(yù)期紙張強(qiáng)度性能所要求的最低量。聚合物和淀粉的典型涂布量可以是每平方米紙張廣10克、優(yōu)選2 8克、且優(yōu)選2飛克添加劑。對(duì)本發(fā)明功能很重要的是其溶液穩(wěn)定性，這是指沒有沉淀物、絮凝物或凝膠，這些可能會(huì)在使用期間導(dǎo)致在造紙機(jī)上的沉積。涂料組合物還要求其粘度能使其可以被泵送到造紙機(jī)上，并覆蓋到基底表面上。最終溶液的優(yōu)選粘度，在使用條件下為l(Tl000cP，優(yōu)選l(T500cP，并且更優(yōu)選l(T200cP。涂敷點(diǎn)的溫度為4(T80°C，優(yōu)選4(T70°C，更優(yōu)選50 65°C。優(yōu)選60°C下的粘度為低于lOOOcP，更優(yōu)選低于500cP，更優(yōu)選低于200cP。在本方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，組分B由含胺官能團(tuán)的乙烯基或者烯丙基單體 制備，優(yōu)選乙烯基的；組分A的分子量為30，00(Γ約300，000道爾頓，優(yōu)選30，000^150, 000 ；組分B的分子量為50，00(Γ約600，000道爾頓，優(yōu)選50，00(Γ約400，000 ;組合物的粘度在60° C的溫度下為低于1000厘泊，優(yōu)選低于500厘泊。為了適配紙張生產(chǎn)體系，紙張涂料組合物可以調(diào)節(jié)其pH。這可以用以下非限制性的任何化合物來改變鹽酸、硫酸、乙酸、檸檬酸、氫氧化銨、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、或氫氧化鉀。以下實(shí)施例用來進(jìn)一步說明本發(fā)明，并且舉例說明以上所述的組合物在涂敷到紙張底基上的添加時(shí)可提供明顯的干強(qiáng)度改善。以下介紹的實(shí)施例和數(shù)據(jù)更好地說明了要求權(quán)利的發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，其并無限定之意。實(shí)驗(yàn)紙張?zhí)幚淼囊话惴椒▽⒂烧糁?90°C，40min)改性的木薯淀粉和干強(qiáng)度產(chǎn)物組成的溶液加入以40psi壓一起的單個(gè)丁基橡膠輥和單個(gè)鋼輥之間的輥隙。使紙張片通過蓄液，提供均勻的涂層。使具有更高定量的紙片通過施膠機(jī)輥?zhàn)觾纱?，保證紙片均勻潤濕，達(dá)到所要求的淀粉和添加劑載量。試驗(yàn)樣品立即在轉(zhuǎn)筒型干燥器的氈和鋼之間干燥，其條件為能提供5 7%的最終紙片的水分含量。改變淀粉和干強(qiáng)劑的濃度，實(shí)現(xiàn)紙張涂層重量的每一目標(biāo)水平。然后調(diào)理處理后的紙張樣品(70° F，50%濕度，至少24小時(shí))，再進(jìn)行測(cè)試。紙張測(cè)試Mullen Burst (Mullen) (TAPPI T-403):該試驗(yàn)用來測(cè)定紙張樣品的破裂強(qiáng)度或抗穿刺性能。將預(yù)先調(diào)理的試驗(yàn)樣品牢固地夾緊在B. F. Perkins Model C Mullen Tester的兩個(gè)金屬環(huán)之間，完全覆蓋橡膠膜片。離合器桿處于前進(jìn)位置，施加液體靜壓力，膨脹橡膠膜片直到紙張?jiān)嚇悠屏?。試樣破裂時(shí)，將桿移到反轉(zhuǎn)位置，并以lb/in2為單位記錄破裂強(qiáng)度。Ring Crush Test (RCT) (TAPPI T-822):該試驗(yàn)用來測(cè)定紙張樣品的壓縮強(qiáng)度。使用Lorentzen Wettre Crush Tester來進(jìn)行該試驗(yàn)。使用?？?die)從處理的樣品切割出152. 4mm x 12. 7mm的條。將條滑入到樣品固定器中，使樣品保持環(huán)狀。將樣品固定器放置在下壓板上。以12. 5mm/min的恒定速度施加載荷,直到樣品失敗，以lbf/6in為單位記錄該載荷。每種樣品在橫向和縱向方向重復(fù)進(jìn)行5次。最終報(bào)告值為橫向和縱向值的幾何平均值。實(shí)施例I向氮?dú)獯祾叩膴A套樹脂釜中裝入727克的去離子水和I重量％的硫酸銅去離子水溶液(聚合物溶液中，硫酸銅的量調(diào)節(jié)到銅含量基于丙烯酰胺為30ppm)，所述樹脂釜配有機(jī)械攪拌器、水夾套冷凝器、氮?dú)馊肟?、熱電偶和兩個(gè)加料口。將反應(yīng)器內(nèi)含物用氮?dú)饷摎釯小時(shí)。單體和引發(fā)劑溶液單獨(dú)制備500g丙烯酰胺(50重量％水溶液)和O. 18g N，N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)的單體溶液，和30. Og過硫酸銨(I. O重量％的溶液)和30. Og焦亞硫酸鈉(O. 83重量％溶液)的引發(fā)劑溶液。在反應(yīng)器內(nèi)含物處于65°C時(shí)，將單體和引發(fā)劑溶液同時(shí)且獨(dú)立地在2小時(shí)的時(shí)間里加入到反應(yīng)器中。完全加入之后，將溫度保持在65°C，反應(yīng)再繼續(xù)進(jìn)行另外2小時(shí)。將釜冷卻到25°C以結(jié)束(quench)聚合。布氏粘度為697cP (LV裝置，#2轉(zhuǎn)軸，60rpm，25 °C，使用4盎斯的瓶)，比濃粘度(NH4C1中I重量%)為O. 74dL/g。分子量為71，500道爾頓，根據(jù)凝膠滲透色譜法測(cè)定。合成實(shí)施例1-2 1-7，其中改變引發(fā)劑的當(dāng)量，以實(shí)現(xiàn)分子量的改變。通過增加引發(fā)劑濃度，可以降低所得聚合物的分子量；該技 術(shù)為本專業(yè)技術(shù)人員所熟知。這些聚丙烯酰胺在表I中說明。表I :不同分子量和結(jié)構(gòu)的聚丙烯酰胺的性能(組分A)
權(quán)利要求
1.涂料組合物，其包括 組分A (幾乎中性的聚丙烯酰胺)， 組分B(陽離子聚合物)，和 組分C (淀粉)。
2.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分B由含胺官能團(tuán)的乙烯基或烯丙基單體制備。
3.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分A與組分B的比例為99:Γ80:20。
4.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分A加組分B與淀粉的比例為1:105^1:1。
5.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分A由其中至少一種單體選自以下組中的單體制備丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N，N- 二甲基(甲基)丙烯酰胺、和N-異丙基(甲基)丙烯酰胺。
6.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分A由其中至少一種單體選自以下組中的單體制備丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、4-苯乙烯磺酸、和4-乙烯基苯甲酸以及它們的鹽。
7.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分B由其中至少一種單體選自以下組中的單體制備二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯、[2_(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化銨、[3-(甲基丙烯?；被?丙基]三甲基氯化銨、[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化銨、[3_(丙烯酰氧基)丙基]三甲基氯化銨、N，N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、二烷基二烯丙胺、二烯丙胺、二烷基烯丙胺、以及烯丙胺。
8.權(quán)利要求7的涂料組合物，其中組分B另外由至少一種選自以下組中的單體制備丙烯酰胺、(甲基)丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、和N-異丙基(甲基)丙烯酰胺。
9.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分B包括由至少一種選自以下組中的單體制備的聚合物的水解產(chǎn)物N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、和乙烯基N-鄰苯二甲酰亞胺。
10.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分B包括含乙烯胺的聚合物。
11.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分A與選自以下組中的單體交聯(lián)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、亞甲基雙丙烯酰胺、亞甲基-雙_(甲基)丙烯酰胺、亞乙基-雙_(甲基)丙烯酰胺、以及六亞甲基-雙_(甲基)丙烯酰胺。
12.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分B與選自以下組中的單體交聯(lián)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、亞甲基雙丙烯酰胺、亞甲基-雙_(甲基)丙烯酰胺、亞乙基-雙_(甲基)丙烯酰胺、以及六亞甲基-雙_(甲基)丙烯酰胺。
13.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分A的分子量為30，00(Γ約300，000道爾頓。
14.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分B的分子量為50，00(Γ約600，000道爾頓。
15.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中組分C淀粉選自以下組中未改性或改性的玉米淀粉、大米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、和木薯淀粉。
16.權(quán)利要求I的涂料組合物，其中所述組合物的粘度在60°C的溫度下為低于1000厘泊。
17.紙張涂料組合物，其包括 組分A，幾乎中性的聚丙烯酰胺，組分B，陽離子聚合物， 組分C，淀粉，并且 其中組分A為陰離子型的， 其中組分A與組分B的比例為99:廣80:20， 其中組分A加組分B與淀粉的比例為1:105^1: 1， 其中組分B由含胺官能團(tuán)的乙烯基或烯丙基單體制備， 其中組分A的分子量為30，00(Γ約300，000道爾頓， 其中組分B的分子量為50，00(Γ約600，000道爾頓，并且 其中所述組合物的粘度在60°C的溫度下為低于1000厘泊。
18.制造具有改善的干強(qiáng)度的紙張的方法，所述方法包括將組合物涂敷到已經(jīng)形成的紙張上，該組合物包括 組分A (中性的聚丙烯酰胺)， 組分B (陽離子聚合物)， 和C (淀粉)。
19.權(quán)利要求18的方法，其中組分B由含胺官能團(tuán)的乙烯基或烯丙基單體制備，其中組分A的分子量為30，00(Γ約300，000道爾頓，其中組分B的分子量為50，00(Γ約600，000道爾頓，并且其中所述組合物的粘度在60°C的溫度下為低于1000厘泊。
20.權(quán)利要求19的方法，其中組分B包括含乙烯胺的聚合物，并且其中組分A為陰離子型的。
全文摘要
公開了可用于提高紙張干強(qiáng)度的穩(wěn)定的涂料組合物。組合物包括幾乎中性的聚合物、陽離子聚合物和淀粉的水溶液。還公開了使用涂料組合物改善紙張干強(qiáng)度的方法。
文檔編號(hào)C09D133/14GK102648254SQ201080050090
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者M·C·皮特曼, S·伯卡爾 申請(qǐng)人:赫爾克里士公司