專利名稱：提高紙強(qiáng)度的方法
提高紙強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備強(qiáng)度提高的紙或紙板的方法并涉及可通過該方 法獲得的紙或紙4反。
當(dāng)今用于制備紙的機(jī)器由濕端部分、壓榨部分、干燥器部分和計
時部分組成。在濕端部分中，約3%纖維/水的稠漿料用水或循環(huán)水(白 水)稀釋，通常在風(fēng)扇式泵的進(jìn)口處，形成約1%纖維的稀漿料，該漿 料通過壓頭箱裝載到一條或多條金屬絲上，在其中形成網(wǎng)，并收集排 出的水(白水)。在濕端部分的各加入點可將各種化學(xué)品加入到纖維中， 以改善最終紙的性質(zhì)或紙制備的方法。
例如，干強(qiáng)度劑例如淀粉可加入到濕端部分中，以改善最終紙的 強(qiáng)度。通常將陽離子淀粉加入到稠漿料中和/或?qū)⑻烊坏矸蹏姷叫纬傻?網(wǎng)上。在濕端部分中加入淀粉的一個缺點是，所收集的白水含有淀粉。 白水中淀粉的存在可導(dǎo)致細(xì)菌的過量生長和粘液的形成，而白水必須 要么作為昂貴的廢棄物棄去要么在可能循環(huán)前用大量生物殺滅劑處 理。通過噴在形成的網(wǎng)上施加淀粉的另一個缺點是，由于用于噴淀粉
的噴嘴容易堵塞，機(jī)器經(jīng)常出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)能力問題。
濕網(wǎng)強(qiáng)度涉及造紙過程期間濕紙的強(qiáng)度。濕網(wǎng)的強(qiáng)度越強(qiáng)，將紙 從金屬絲導(dǎo)入壓榨部分進(jìn)而從壓榨部分導(dǎo)入千燥器部分就越容易。因 此，濕網(wǎng)強(qiáng)度的增加導(dǎo)致造紙機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)能力更好。濕網(wǎng)強(qiáng)度對各部 分之間不具有足夠的引導(dǎo)的造紙機(jī)器，例如具有開式牽引的機(jī)器尤其 重要。
本發(fā)明的目的是提供用于制備強(qiáng)度提高的，特別是內(nèi)部粘合強(qiáng)度 以及濕網(wǎng)強(qiáng)度提高的紙或紙板的方法。另外，該方法將顯示良好的保 持和形成。
3權(quán)利要求1的方法和權(quán)利要求7的紙
用于制備紙或紙板的本發(fā)明方法包括步驟
i) 提供纖維素的稠漿料，
ii) 將步驟i)的稠漿料稀釋形成稀漿料，
iii) 將步驟ii)的稀漿料在金屬絲上排水形成網(wǎng)，及
iv) 將步驟iii)的網(wǎng)干燥形成紙或紙板，
其中步驟(i)的纖維素稠漿料包含有機(jī)聚合物微粒。 有機(jī)聚合物微?？梢允欠请x子的、陽離子的或陰離子的。優(yōu)選， 有機(jī)聚合物微粒是陽離子的或陰離子的。更優(yōu)選，有機(jī)聚合物微粒是 陰離子的。有機(jī)聚合物微?；旧鲜撬蝗苄缘?。在未溶漲的狀態(tài)下， 有機(jī)聚合物微粒的數(shù)均顆粒直徑可小于1000 nm，優(yōu)選小于750nm, 更優(yōu)選小于300 nm。
優(yōu)選，有機(jī)聚合物微粒由烯屬不飽和單體形成。 烯屬不飽和單體的實例有丙烯酸單體例如(甲基)丙烯酸及其鹽、 2-丙烯酰胺基-2-曱基-l-丙磺酸及其鹽、(甲基)丙烯酰胺、N-Q—4-烷基
(曱基)丙烯酰胺、N，N-二(CM-烷基)(甲基)丙烯酰胺、Q-4-烷基(曱基)
丙烯酸酯、[N，N-二(d-4-烷基)氨基]Q-6-烷基(曱基)丙烯酸酯及其CM-烷基囟化物加合物、[N,N-二(d-4-烷基)氨基]d-6-烷基(曱基)丙烯酰胺 及其Q-4-烷基鹵化物加合物或丙烯腈、苯乙烯單體例如苯乙烯或4-苯乙烯磺酸及其鹽、乙烯基單體例如乙酸乙烯酯或N-乙烯基吡咯烷 酮、烯丙基單體例如氯化二烯丙基二甲基銨或氯化四烯丙基銨、烯烴 單體例如乙烯、丙烯或丁二烯，及馬來酸單體例如馬來酸及其鹽、馬 來酸酐或馬來酰亞胺。各酸的鹽可以是例如銨鹽或堿金屬鹽例如鈉 鹽。
非離子有機(jī)聚合物微粒可以僅由非離子烯屬不飽和單體形成或 由非離子、陰離子和陽離子烯屬不飽和單體形成或由陰離子和陽離子 烯屬不飽和單體形成，條件是總的陽離子電荷為零。陽離子有機(jī)聚合 物微粒可以由陽離子及任選非離子和/或陰離子單體形成，條件是總電荷為正。陰離子有機(jī)聚合物孩i?？梢杂申庪x子及任選非離子和/或陽離 子單體形成，條件是總電荷為負(fù)。優(yōu)選，陰離子有機(jī)聚合物微粒由陰 離子和非離子烯屬不飽和單體形成。
更優(yōu)選，有機(jī)聚合物微粒由丙烯酸單體形成，最優(yōu)選，由包含至 少一種丙烯酸陰離子單體和至少一種丙烯酸非離子單體的丙烯酸單 體形成。
丙蹄酸陰離子單體的實例有(曱基)丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-曱基
-l-丙磺酸及其鹽。優(yōu)選的丙烯酸陰離子單體是(曱基)丙烯酸及其鹽。 更優(yōu)選的陰離子單體是丙烯酸及其鹽。
丙烯酸非離子單體的實例有(曱基)丙烯酰胺、N-C!-4-烷基(曱基)
丙烯酰胺例如N-曱基(曱基)丙烯酰胺、N,N-二(d-4-烷基)(曱基)丙烯酰 胺例如N,N-二曱基(甲基)丙烯酰胺、CM-烷基(曱基)丙烯酸酯例如(曱 基)丙烯酸甲酯和丙烯腈。優(yōu)選，丙烯酸非離子單體是(曱基)丙烯酰胺。 更優(yōu)選，它是丙烯酰胺。
丙烯酸陰離子單體/丙烯酸非離子單體的重量比可以是99/1 -1/99。優(yōu)選，它是90/10-10/90,更優(yōu)選80/20-20/80,及最優(yōu)選 70/30-50/50。
優(yōu)選，聚合物微粒在交聯(lián)劑的存在下形成。優(yōu)選，使用基于單體 的至少4摩爾ppm交聯(lián)劑。交聯(lián)劑的量優(yōu)選在4-6000摩爾ppm之間， 更優(yōu)選，在10-2000摩爾ppm之間，及更優(yōu)選，在20-500摩爾ppm 之間。交聯(lián)劑的實例有N，N-亞曱基雙丙烯酰胺、聚(乙二醇)-二甲基丙 烯酸酯、四烯丙基氯化銨及鄰苯二甲酸二烯丙酯。優(yōu)選的交聯(lián)劑是 N,N-亞曱基雙丙烯酰胺。
有機(jī)聚合物微粒的溶液粘度可以是1.0-2.0 mPas。 有機(jī)聚合物微粒可以用本領(lǐng)域已知的技術(shù)通過單體的微乳液聚 合制備。例如，有機(jī)聚合物微?？梢酝ㄟ^一種方法制備，該方法包括 (i)將包含單體水溶液的水相加入到包含烴類液體和表面活性劑或表面 活性劑混合物的油相中，形成小水滴在該油相中的反相(inverse)微乳液，及(ii)在引發(fā)劑或引發(fā)劑混合物的存在下將單體聚合，形成包含聚合物微粒的微乳液。
該水相可包含其他添加劑例如交聯(lián)劑、螯合劑例如二亞乙基三胺五乙酸、五鈉鹽或pH調(diào)節(jié)劑例如無才幾或有4幾酸或》威。水相也可包含引發(fā)劑或引發(fā)劑混合物(或部分)。
烴類液體可由一種或多種液體經(jīng)組成，例如曱苯、己烷、石蠟油或礦物油。水相/油相的重量比通常在1/4-4/1的范圍內(nèi)，優(yōu)選在1/2-2/1的范圍內(nèi)。
通常選擇一種或多種表面活性劑以獲得范圍在8-約11的HLB(親水親油平衡)值。除了適當(dāng)?shù)腍LB值外，表面活性劑的濃度也必須小心地選擇以獲得反相微乳液。典型的表面活性劑有倍半油酸脫水山梨醇酯和六油酸聚氧化乙烯山梨醇酯。
通常在與油相混合之前將引發(fā)劑或引發(fā)劑混合物加入到水相中。或者，可將部分引發(fā)劑加入到水相中及將部分引發(fā)劑加入到在將水相與油相混合之后獲得的微乳液中。引發(fā)劑可以是過氧化物例如過氧化氬或叔丁基氫過氧化物、過硫酸鹽例如過硫酸鉀、偶氮化合物例如2，2-偶氮二異丁腈或由氧化劑和還原劑組成的氧化還原對。氧化劑的實例
有過氧化物和過硫酸鹽。還原劑的實例有二氧化硫和硫酸亞鐵銨。任選在聚合反應(yīng)期間可存在鏈轉(zhuǎn)移劑例如巰基乙酸、次磷酸鈉、
2-巰基乙醇或N-十二烷基^5危醇。
任選，有機(jī)聚合物微?？赏ㄟ^汽提從微乳液中分離。另外，有機(jī)
聚合物微粒可任選分離后干燥。有機(jī)聚合物微?？梢栽俜稚⒃谒杏?br> 于造紙。
或者，也可將包含聚合物微粒的微乳液直接分散在水中。取決于用于微乳液中的表面活性劑的類型和量，在水中分散可能需要使用具有高HLB值的表面活性劑。
纖維素稠漿料可以由木質(zhì)紙漿制備，該木質(zhì)紙漿一般來自軟木樹例如云杉、松樹、批樹、落葉松和鐵杉，但是也可來自某些硬木樹例
6如桉樹和樺樹。木質(zhì)紙漿可以是化學(xué)紙漿例如牛皮紙紙漿(硫酸鹽紙漿)、機(jī)械紙漿例如研磨木材、熱機(jī)械或化學(xué)熱-機(jī)械紙漿或回收紙漿。紙漿也可以是化學(xué)、機(jī)械和/或回收紙漿的混合物。紙漿可以用氧、臭氧或過氧化氫漂白。
稠漿料的固體含量通常在0.5-5%的范圍內(nèi)，優(yōu)選，1.0-4%，更優(yōu)選，1.5-3.5%重量，最優(yōu)選2.5-3.5%重量。
稀漿料通過用水稀釋稠漿料形成并且固體含量的范圍通常在0.1-2%,優(yōu)選，0.3-1.5%,更優(yōu)選，0.5-1.5%重量。
各種添加劑例如填料、陽離子凝結(jié)劑、干強(qiáng)度劑、保持助劑、膠粘劑、熒光增白劑及干固定劑可以加入到濕端部分的漿料中。加入的順序和特定的加入點取決于具體的應(yīng)用，并且是普通造紙實踐。
填料的實例有礦物硅酸鹽例如滑石、云母和粘土例如高嶺土，碳酸4丐例如磨細(xì)的碳酸4丐(GCC)和沉淀碳酸鉀(PCC),及二氧化鈥。所添加的填料的量可基于最終紙千重最大到60%重量。通常將填料加入到稠漿料中。
陽離子凝結(jié)劑是具有相對高陽離子電荷的水溶性低分子量化合物。陽離子凝結(jié)劑可以是無機(jī)化合物例如硫酸鋁、硫酸鋁鉀(明礬)或聚氯化鋁(PAC)或有機(jī)聚合物例如聚二烯丙基二甲基氯化銨、聚酰胺基胺/表氯醇縮合物或聚乙烯亞胺。陽離子凝結(jié)劑也通常加入到稠漿料中并起固定樹脂(pitch)和/或粘性作用。
陽離子凝結(jié)劑，它們是有機(jī)聚合物，也可以加入以中和漿料的電荷，它們可能是需要的，例如在相對高分子量的陰離子保持助劑隨后加入到稀漿料中時。在該情況下，陽離子凝結(jié)劑通常非常接近于稀釋點加入使稠漿料制成稀漿料。
干強(qiáng)度劑的實例有相對低分子量(通常在1百萬克/摩爾以下)的丙烯酰胺與相對高分子量的多糖的水溶性陰離子共聚物。丙烯酰胺的陰離子共聚物的實例有由丙烯酰胺和陰離子單體例如丙烯酸衍生的共聚物。通常將丙烯酰胺的陰離子共聚物加入到稀漿料中。多糖的實例有羧甲基纖維素、瓜爾膠衍生物和淀粉。陽離子淀粉、羧甲基纖維素和瓜爾膠衍生物通常加入到稠漿料中，而未煮過的天然淀粉可以噴到形成的網(wǎng)上。
優(yōu)選，將保持助劑加入到濕端部分中，以改善細(xì)料、填料和纖維在網(wǎng)上的保持。保持助劑的實例有水溶性聚合物、陰離子無機(jī)微粒、聚合物有機(jī)微粒及其組合(保持系統(tǒng))。在風(fēng)扇式泵之后，保持助劑通常加入到稀漿料中。
用作保持助劑的水溶性聚合物可以是非離子的、陽離子的或陰離子的。非離子聚合物的實例有聚環(huán)氧乙烷和聚丙烯酰胺。陽離子聚合物的實例有衍生自丙烯酰胺和陽離子單體例如N,N-二烷基氨基烷基
(甲基)丙烯酸酯的烷基囟化物加合物，例如N，N-二甲基-氨基乙基丙烯酸酯曱基氯化物的共聚物。陰離子聚合物的實例有衍生自丙烯酰胺和陰離子單體例如丙烯酸或2-丙烯酰胺基-2-甲基-l-丙磺酸的共聚物。優(yōu)選，用作保持助劑的陰離子聚合物是相對高分子量的(通常在1百萬克/摩爾以上)。
陰離子無機(jī)微粒的實例有膠體二氧化硅和膨脹粘土例如膨潤土。聚合物有機(jī)微粒的實例如上所述。
可以將兩種或多種保持助劑組合形成保持系統(tǒng)。
保持系統(tǒng)的實例有陰離子水溶性聚合物和陰離子無機(jī)微粒的組合及陽離子水溶性聚合物、陰離子水溶性聚合物和陰離子無機(jī)孩么粒的組合。當(dāng)陰離子水溶性聚合物與陰離子無機(jī)^:粒組合加入時，這兩種組分可以同時加入，或者先加入陰離子無機(jī)孩i粒，接著加入聚合物。當(dāng)保持系統(tǒng)也包含陽離子水溶性聚合物時，該陽離子聚合物通常在加入陰離子水溶性聚合物和陰離子無機(jī)微粒之前加入。
保持系統(tǒng)的其他實例有陽離子水溶性聚合物與聚合物有機(jī)微粒的組合及陽離子水溶性聚合物、陰離子水溶性聚合物和聚合物有機(jī)微粒的組合。
優(yōu)選，保持助劑是陽離子水溶性聚合物或者是包含陽離子水溶性
8聚合物的保持系統(tǒng)。
膠粘劑的實例有天然膠粘劑例如松香和合成膠粘劑例如烯基琥
珀酸酐(ASA)和烷基烯酮二聚體(AKD)。焚光增白劑的實例有例如以商品名Ciba⑧Tinopal⑧CBS-X銷售的1，2-二苯乙烯衍生物。
在加入其他稠漿料添加劑之前或之后或之間，可以將有機(jī)聚合物微粒加入到稠漿料中。
有機(jī)聚合物微?？梢砸怨腆w形式或作為水性分散體加入。通常，有機(jī)聚合物微粒以固體含量在1%以下(重量)的水性分散體加入。
通常，加到稠漿料中的有機(jī)聚合物微粒的量為基于該漿料千重的50 -5000ppm，優(yōu)選100-3000 ppm,更優(yōu)選300-2000 ppm,及最優(yōu)選400-1000 ppm(重量)。
當(dāng)有機(jī)聚合物微粒作為保持助劑另外加入到稀漿料中時，加入到稀漿料中的有機(jī)聚合物微粒的量的范圍為基于該漿料干重的50 - 5000ppm,優(yōu)選100-3000 ppm，更優(yōu)選300-2000 ppm，及最優(yōu)選300-1000ppm (重量)。
本發(fā)明的另 一部分是可通過本發(fā)明的方法獲得的紙或紙板。本發(fā)明的另 一部分是用于提高紙或紙板的強(qiáng)度，特別是內(nèi)部粘合
強(qiáng)度以及濕網(wǎng)強(qiáng)度的方法，該方法包括將有機(jī)聚合物微粒加入到稠漿料中。
本發(fā)明制備紙或紙板的方法的優(yōu)勢是，將有機(jī)聚合物微粒加入到稠漿料中顯著地改善了濕網(wǎng)強(qiáng)度，因此相應(yīng)地改善了壓榨部分和干燥器部分機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)能力。
本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)勢是，為了獲得高干強(qiáng)度，特別是高內(nèi)部粘合強(qiáng)度的紙，在濕端部分中不加入淀粉或僅加入少量淀粉是必需的。因此，由于需要更少的加入步驟，因此整個方法更容易。特別是現(xiàn)在可以避免將淀粉噴在網(wǎng)上，那通常導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)能力問題。另外，濕端部分中收集的白水不含淀粉或者僅含少量淀粉。由于白水中淀粉的存在通常導(dǎo)致細(xì)菌的過量生長和粘液的形成，這需要加入大量的生物殺滅劑，不存在淀粉或少量淀粉的存在意味著粘液形成的減少及僅需要少量生物殺滅劑。
圖l概述了用于在造紙廠制備紙或紙板的本發(fā)明方法。
實施例
實施例1
有機(jī)聚合物微粒的制備
有機(jī)聚合物孩i粒由重量比為40/60的丙烯酰胺/丙烯酸(為48%重量的丙烯酸銨)，在基于所有單體的53摩爾ppm亞曱基雙丙烯酰胺的存在下，根據(jù)EP 0 462 365 Al中第9頁第14-38行的"制備陰離子微乳液的方法"的類似方法制備，不同之處在于氫氧化鈉由氫氧化銨代替。
實施例2
以接近320 m/min的速度，用制備10-11 t/h紙的長網(wǎng)造紙機(jī)制備100 g/n^的包裝板。
濕端部分見

圖1中所示，進(jìn)一步的解釋如下制備含3.2%重量纖維(12。/。針法漂白的(Needle Bleached)牛皮紙漿和88%葉法漂白的(Leaf Bleached)牛皮紙漿)的稠漿料，并攪打到390-420 ml加拿大標(biāo)準(zhǔn)，即基于纖維干重的20。/。重量沉淀碳酸鉤(PCC)。向該含有纖維和填料及固體含量為3.2%重量的稠漿料中，加入711 ppm(重量)實施例1中的有機(jī)聚合物微粒、0.45。/。重量熒光增白劑(OB)、 0.9%重量烯基烯酮二聚體(AKD)和0.015。/。重量聚氯化鋁(PAC),全部基于纖維干重。在風(fēng)扇式泵之前，用白水將該稠漿料稀釋到0.6-0.7%重量固體含量，形成稀漿料。通過機(jī)器篩網(wǎng)、最后高剪切的步驟后，再加入633ppm(重量)實施例1的有機(jī)聚合物微粒。然后將該稀漿料通過壓頭箱裝載到金屬絲上。
第 一遍保持(retention)是82.3,灰分第 一遍保持是66.0。比較實施例1
重復(fù)實施例1的方法，但是不將有機(jī)聚合物微粒加入到稠漿料中，
而且是1200，而不是633 ppm(重量)聚合物微粒在壓頭箱前不久加入到稀漿料中。另外，將0.8Q/o重量Ciba⑧Raisamyl⑧40041(—種陽離子淀粉)加入到該稠漿料中，在形成板之后不久，將0.6%重量天然淀粉噴到濕網(wǎng)上，該濕網(wǎng)為第一個排水元件，在尖的向上拋物線型噴淋器中。淀粉以基于所有造紙原料的干重計的％重量給出。
測試結(jié)果
紙或紙板的內(nèi)部粘合強(qiáng)度是當(dāng)通過紙的厚度即在紙片的Z方向上施加拉伸載荷時，該產(chǎn)品抵抗裂開的能力，是該紙或紙板的內(nèi)部強(qiáng)度的度量。實施例1中獲得的包裝板和比較實施例1中獲得的包裝板的內(nèi)部粘合強(qiáng)度用Scott粘合力試驗儀測定。
加到稠漿 料中的淀 粉[%:1噴到網(wǎng)上 的淀粉 [%]加到稠漿 料中的 OPM1 [ppm]壓頭箱前 力口入的 OPM1 [ppm3內(nèi)部粘合 強(qiáng)度 [J/m2]形成
實施例200711633194.886.2
比較實施 例10.50.601200175.089.
表1 有機(jī)聚合物微粒
從表l中可以看出，當(dāng)有機(jī)聚合物微粒不僅僅在最后剪切步驟之后和在壓頭箱之前加入，而是部分有機(jī)聚合物微粒也加到稠漿料中時，內(nèi)部粘合強(qiáng)度及因此導(dǎo)致的紙內(nèi)部粘合強(qiáng)度增加。甚至更意外的是，分開加入有機(jī)聚合物微粒允許完全省略淀粉。兩種方法中的形成類似。
另外，與比較實施例1的方法相比，實施例2的方法中的濕網(wǎng)強(qiáng)度顯著增加。
ii
權(quán)利要求
1.一種制備紙或紙板的方法，所述方法包括步驟i)提供纖維素的稠漿料，ii)將步驟i)的稠漿料稀釋形成稀漿料，iii)將步驟ii)的稀漿料在金屬絲上排水形成網(wǎng)，及iv)將步驟iii)的網(wǎng)干燥形成紙或紙板，其中步驟(i)的纖維素稠漿料包含有機(jī)聚合物微粒。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中所述有機(jī)聚合物微粒是陽離子的或陰 離子的。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，其中所述有機(jī)聚合物微粒是陰離子的。
4. 權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中微粒由烯屬不飽和單體形成。
5. 權(quán)利要求1-4中任一項的方法，其中所述有機(jī)聚合物微粒由丙 烯酸單體形成。
6. 權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中所述聚合物微粒在交聯(lián)劑 的存在下形成。
7. 紙，所述紙可通過權(quán)利要求1-6中任一項的方法獲得。
8. —種提高紙或紙板的強(qiáng)度，特別是內(nèi)部粘合強(qiáng)度和濕網(wǎng)強(qiáng)度的 方法，所述方法涉及將有機(jī)聚合物微粒加入到稠漿料中。
全文摘要
本發(fā)明提供了制備強(qiáng)度提高了的紙或紙板的方法，該方法包括步驟i)提供纖維素的稠漿料，ii)將步驟i)的稠漿料稀釋形成稀漿料，iii)將步驟ii)的稀漿料在金屬絲上排水形成網(wǎng)，及iv)將步驟iii)的網(wǎng)干燥形成紙或紙板，其中步驟(i)的纖維素稠漿料包含有機(jī)聚合物微粒，以及可由上述方法獲得的紙。
文檔編號D21H23/14GK101529021SQ200780039481
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者G·雷迪豪格, J·M·L·多格, S·巴沃諾 申請人:西巴控股有限公司