專利名稱：用于從水分散體中除去顆粒的改性陽離子淀粉組合物的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明涉及通過將陽離子或兩性淀粉和陽離子、陰離子、非離子或兩性聚丙烯酰胺一起蒸煮所獲得的組合物。所得到的改性淀粉組合物具有作為澄清助劑從水分散體中除去固體物的一般用途，和具有在紙張制造中作為助留劑的特殊用途。
現(xiàn)有技術背景紙張制造方法包括形成主要由纖維素纖維和無機填料組成的紙幅并使之脫水。該紙幅是通過以下方法形成的將含有纖維素纖維和無機填料的水懸浮液鋪展在金屬絲網(wǎng)或編網(wǎng)上，然后除去水以形成纖維幅或紙頁。水懸浮液在商業(yè)領域被稱作“紙漿配料”，而分出的水被稱作“白水”。
長期以來，工業(yè)上一直在尋找各種途徑來降低體積小的纖維素纖維和填料顆粒的百分數(shù)，兩者在形成紙幅時隨著白水一起被除去。不僅這意味著損失了原料，而且會在白水中積聚著已知為“陰離子廢物”的原料，后者會妨礙設備的高效操作。因此，小顆粒的改進留著不僅使水的除去變得容易，而且改進了造紙工藝中的收率和生產(chǎn)率。
在現(xiàn)有技術中許多添加劑被建議來改進細顆粒物(fines)的留著和濕部脫水效果。陽離子淀粉通常用于此目的，特別是較昂貴的陽離子馬鈴薯和蠟狀玉米淀粉。曾經(jīng)也使用過不太昂貴的陽離子玉米淀粉，但一般無法提供足夠的細顆粒物留著效果和濕部脫水效果。
現(xiàn)有技術中提出了許多牽涉到改進用于此目的的陽離子淀粉的效率的建議。PCT申請WO91/07543(1991年5月30日出版)建議將陽離子淀粉，陽離子聚丙烯酰胺，和聚合硅酸加入到纖維素懸浮液中以改進細顆粒物的留著和脫水。然而較大量聚丙烯酰胺的添加不僅使造紙工藝增大成本，而且使紙漿配料過分絮凝，導致較差的紙張成形。
因此，仍然需求一種添加劑來改進紙張制造中細顆粒物的留著效果和濕部脫水效果。
發(fā)明概述現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果兩性和陽離子淀粉與陽離子、陰離子、非離子或兩性聚丙烯酰胺一起蒸煮并添加到含有某種鋁化合物的紙漿中的話，兩性和陽離子淀粉在紙張制造中用作留著助劑將顯示出改進的性能。因此，本發(fā)明提供一種紙漿配料，它含有(a)可溶性鋁化合物，其存在量為大約0.005-2.5公斤Al2O3/公噸的干紙，和(b)改性淀粉，通過將至少一種取代度在約0.01-0.2之間的兩性或陽離子淀粉的水溶液與取代度在1wt％-80wt％之間、分子量至少500,000的至少一種非離子或兩性聚丙烯酰胺，或陽離子或陰離子聚丙烯酰胺一起蒸煮而制得，前提條件是(i)對于選擇陽離子或非離子聚丙烯酰胺的情況，蒸煮在高于7.0的pH下進行；(ii)對于選擇兩性或陰離子聚丙烯酰胺的情況，蒸煮不會使陽離子淀粉中和掉75％以上；和(iii)淀粉與聚丙烯酰胺的重量比高于約2∶1。
優(yōu)選實施方案的詳細敘述改性淀粉改進了造紙工藝中細顆粒物的留著效果和濕部脫水效果，同時可選擇不太昂貴的或減少用量的某些添加劑。更具體地說，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當與陽離子、陰離子、非離子或兩性聚丙烯酰胺一起蒸煮時，陽離子或兩性淀粉改進了細顆粒物的留著效果，當與某種鋁化合物結合使用時，效果超過了在造紙工藝中單獨將淀粉和聚丙烯酰胺加入所達到的效果。
淀粉陽離子淀粉可以是任何以前用于造紙的那些產(chǎn)品。陽離子淀粉可從任何常見的淀粉產(chǎn)生原料如玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、蠟狀玉米淀粉和小麥淀粉得到。由工業(yè)上已知的任何一種方法實現(xiàn)陽離子化，如添加3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨來獲得具有各種氮取代度的陽離子淀粉。淀粉上的陽離子取代度(wt％氮/淀粉)能夠在約0.01-約0.2范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.02-0.15之間。也可選擇自然界存在的兩性淀粉如馬鈴薯淀粉，或合成兩性淀粉。
聚丙烯酰胺(PAM)PAM是非離子、兩性、陰離子型或優(yōu)選陽離子型的，分子量至少500,000，優(yōu)選至少1,000,000。
陽離子和兩性PAM具有陽離子取代度(按wt計)為1％-約80％，優(yōu)選10％-約40％?！叭〈取笔侵妇酆衔锖袔Щ瘜W官能團的無規(guī)重復單體單元，當溶于水中時該官能團帶陽離子電荷。這些單體單元包括但不限于胺之類的基團。PAM可以是固體，粉末形式，微珠形式，油包水型乳液或任何其它工業(yè)上已知形式。合適的PAM能夠從AlliedColloids，Suffolk VA，和從Nalco，Naperville IL，以及其它來源獲得。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，陰離子PAM應該具有500,000-20,000,000、更優(yōu)選1,000,000-15,000,000的分子量。陰離子PAM應該具有約1-80wt％和更優(yōu)選2-70wt％的陰離子化度。一般，低的陰離子化度PAM通過在淀粉電荷的中和量超過75％之前使更多的PAM與淀粉一起蒸煮而獲得更高水平的灰分留著率。還發(fā)現(xiàn)一般較高分子量PAM將獲得較高水平的灰分留著率。
陰離子PAM含有羧酸根，磺酸根，或其它普通陰離子基團，代替陽離子PAM中所含有的胺或其它陽離子基團。作為一個例子，其中丙烯酰胺/丙烯酸單體重量比為90/10的丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物具有10％的取代度。PAM可以是固體，粉末形式，微珠形式，油包水型乳液或任何其它工業(yè)上已知的形式。合適的PAM能夠從Allied Colloids，Suffolk，Virginia和從Nalco，Naperville Illinois，以及其它來源獲得。
蒸煮淀粉和PAM可以在蒸煮之前一起干混或作為在水中的淤漿形式摻混，或它們在淀粉蒸煮過程中摻混。若不是干混或已制成淤漿的PAM，該PAM也可以在與淀粉摻混和蒸煮之前進行預水合。若不是干混或已制成淤漿的淀粉，該淀粉也可以進行蒸煮，與PAM摻混和然后再蒸煮。
蒸煮可方便地在造紙廠內(nèi)使用淀粉蒸煮器來完成?？蛇x擇間歇蒸煮器或連續(xù)蒸煮器如噴流(jet)蒸煮器。連續(xù)噴流蒸煮典型在約80-130℃的溫度下在1個大氣壓或更高壓力下進行。在蒸煮過程中固體含量一般低于15％，但是，如果能夠實現(xiàn)充分的混合，則也可以使用更高的固體濃度。
所選擇的蒸煮時間和溫度將隨組成和設備來改變。蒸煮條件必須足以使淀粉凝膠化并使PAM至少部分水合并與淀粉反應。為此目的，典型地選擇高于65℃，優(yōu)選80-100℃的高溫，雖然對于一些組成和蒸煮設備也可以選擇低于65℃的溫度。例如，本發(fā)明的優(yōu)點已經(jīng)在低至60℃的蒸煮溫度下觀察到。如果防止了淀粉和PAM的分解，則可以選擇高于100℃的溫度。因此，在實施本發(fā)明時能夠選擇間歇蒸煮，在高于一個大氣壓的壓力下，使用高于100℃和高達130℃或更高的蒸煮溫度。所選擇的蒸煮時間典型地在幾分鐘至小于1小時。對于較低的蒸煮溫度一般需要更長的蒸煮時間。
當使用陽離子或非離子PAM時，如果淀粉/PAM混合物在高于7的pH值下蒸煮可獲得最佳結果，盡管在低于7的pH值下也發(fā)現(xiàn)在灰分留著率上的一些改進。陽離子或非離子PAM和淀粉各自的優(yōu)選蒸煮用pH是約8-約10.5。當選擇陰離子或兩性PAM時，pH值不是關鍵的，但典型地在3-11范圍內(nèi)。
蒸煮pH可用常規(guī)的酸、堿或鹽來調(diào)節(jié)。堿性鋁化合物如鋁酸鈉和鉀的使用已被發(fā)現(xiàn)對于該目的是特別有用的，因為這些化合物還增強了留著性能，這將在實施例6中進行說明。令人驚奇地，留著性能甚至在酸性紙漿配料中也得到改進。此外，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在蒸煮液中包含堿性鋁化合物將得到改性的淀粉，使得可以在酸性紙漿配料中使用非鋁化的微粒狀助留劑，進一步改進留著性能，而這些非鋁化的助留劑通常在酸性紙漿中發(fā)揮不了它的作用。
PAM與淀粉的重量比將隨所選擇成分以及在細顆粒物留著和濕部脫水方面改進的程度而變化。例如，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，性能差的玉米淀粉可以改進到等于或優(yōu)越于更昂貴馬鈴薯淀粉的程度，這是通過將玉米淀粉與小至1wt％的PAM一起蒸煮來實現(xiàn)的。典型地，所選擇的淀粉與PAM的重量比將高于2∶1，優(yōu)選5∶1。添加到淀粉中的PAM的量應該限制到低于引起淀粉沉淀的量，它隨所選擇成分和蒸煮方法來變化。如果選擇陰離子或兩性PAM，十分關鍵的是蒸煮條件(即PAM陰離子化度，PAM與淀粉的比率，淀粉的陽離子化度)將限制在使得不超過75％的淀粉電荷被中和。否則性能將受到損害。
造紙蒸煮過的淀粉/PAM組合物可作為助留劑加入到任何合適的紙漿配料中以改進細顆粒物留著效果和濕部排水效果。紙漿配料含有各種木漿和無機填料，典型地具有約4-10的pH值。因此漂白的牛皮紙漿，熱磨機械漿，化學熱磨機械漿和磨木漿可與粘土、沉淀或重質碳酸鈣、二氧化鈦和其它無機填料一起使用，如果希望的話。該填料典型地以15％-20％用量(按照總紙張重量的重量百分數(shù))使用，但對于一些特殊應用來說可以達到高至30％或更高的量。
根據(jù)本發(fā)明，蒸煮過的PAM/淀粉組合物被加入到含有某種鋁化合物的紙漿配料中，或加入到隨后要添加這些鋁化合物的紙漿配料中。鋁化合物增強了蒸煮PAM/淀粉的性能。鋁化合物一般以溶解形式存在于紙漿配料中，并可作為溶液或粒狀固體添加。優(yōu)選地，首先添加鋁化合物，然后添加蒸煮過的PAM/淀粉組合物。
硫酸鋁，鋁酸鹽(例如鋁酸鈉或鉀)，硝酸鋁，聚氯化鋁，或聚硫酸鋁都是比較理想的選擇。也可選擇可溶于紙漿中的其它鋁化合物。劑量典型地是在0.01-約5磅Al2O3/噸干紙(0.005-2.5公斤/公噸)。
當紙漿配料也含有造紙工業(yè)中常用的陰離子無機膠體時，獲得了特別理想的效果。因此，紙漿配料可以含有例如蒙脫石，膨潤土，硅膠，鋁改性硅膠，硅酸鋁溶膠，聚硅酸，聚硅酸鹽微凝膠和聚硅鋁酸鹽微凝膠，單獨或混合使用。
該紙漿配料也可含有其它典型的添加劑，如施膠劑，陽離子聚合物(助留劑和絮凝劑)，陰離子聚合物，和/或單獨添加淀粉。盡管上述成分按任何順序添加都有良好效果，但優(yōu)選的添加順序是首先添加鋁化合物，接著添加蒸煮過的淀粉/PAM，然后添加無機陰離子膠體。
盡管本發(fā)明對于造紙已詳細地進行了描述，應該認識到組合物也可用作澄清劑以便有利于從水懸浮液中除去固體物。
本發(fā)明由下面的實施例來舉例說明，但不對本發(fā)明構成限定。
為了一致性，在所有實施例中測試溶液的性能是以5g助留劑/L的由35％漂白硫酸鹽硬木漿，35％漂白硫酸鹽軟木漿，和30％沉淀碳酸鈣(PCC)組成的紙漿配料來測量的。紙漿配料在裝有50R篩(100目)的Britt Jar中在750RPM下混合。按照Tappi標準T-261，從白水樣品測定灰分留著率。
實施例1該實施例說明了如何將陽離子淀粉和陽離子PAM一起蒸煮以獲得比同樣兩種化學品單獨但同時添加到紙漿配料中更好的留著率。通過將3.0g購自Staley Starch的Stalok 300陽離子玉米淀粉與0.04g分子量約4,000,000和取代度為22wt％的陽離子PAM“A”混合來制備干摻混物。該摻混物被加入到497g去離子水中，用氫氧化鈉將pH調(diào)節(jié)至8.5。該溶液在熱板攪拌器上加熱30分鐘，在大約15分鐘時開始沸騰而進入蒸煮周期。在蒸煮之后從熱板上取下溶液，讓其冷卻。該溶液重新稱重，并補償所揮發(fā)的任何水。
通過將3.0g購自Akzo Nobel的BMB-40陽離子馬鈴薯淀粉與0.04gPAM“A”混合來制備第二種干摻混物。向該摻混物中添加497g去離子水和調(diào)節(jié)pH值至8.5，按照前面所述的方法進行蒸煮。
作為對比物，按照以上所述的方法，Stalok 300玉米淀粉和BMB-40馬鈴薯淀粉兩者作為0.5wt％溶液形式來制備。這些淀粉溶液的pH值不進行調(diào)節(jié)。通過將1g PAM“A”加入到799g去離子水和然后將所得到的溶液混合1小時來單獨制備PAM“A”的0.125wt％樣品。
淀粉和PAM分別以15磅/噸(7.5公斤/公噸)和0.25磅/噸(0.125公斤/公噸)的劑量加入到紙漿配料中。在該實施例和下面實施例中，在一些試驗中，按照US5,482,693所制得的聚硅鋁酸鹽微凝膠溶液(PAS)被加入到紙漿配料中?；瘜W品的添加順序是
灰分留著效果示于表1中。
表1％灰分留著率vs添加程序和PAS劑量
結果清楚地表明，在將陽離子淀粉和陽離子PAM兩種化學品加入到紙漿配料中之前將兩者一起蒸煮能夠顯著地改進灰分留著率，灰分留著率隨PAS劑量的提高而提高。尤其從成分-成本觀點體現(xiàn)出來，當一起蒸煮時玉米淀粉和PAM的性能基本上等同于現(xiàn)有技術中單獨添加的更加昂貴馬鈴薯淀粉/PAM結合物的性能。
實施例2該實施例說明了將陽離子淀粉和陽離子PAM一起蒸煮而不是將它們簡單地在低溫下混合的必要性。
通過混合3.0g Stalok 300與497g去離子水和然后調(diào)節(jié)pH值至8.5來制備樣品A。該溶液通過使用實施例1中所述的蒸煮程序進行蒸煮。在樣品冷卻至35℃后，添加0.04g的PAM“A”，所得到的溶液在試驗前被混合1小時。
通過混合3.0g Stalok 300與497g去離子水和然后調(diào)節(jié)pH值至8.5來制備樣品B。該溶液通過使用實施例1中所述的蒸煮程序進行蒸煮。在樣品冷卻至95℃后，添加0.04g的PAM“A”，所得到的溶液在試驗前被混合1小時。
通過混合3.0g Stalok 300與0.04g的PAM“A”，然后添加497g去離子水和然后調(diào)節(jié)pH值至8.5來制備樣品C。該溶液通過使用實施例1中所述的蒸煮程序進行蒸煮。
下表2示出了灰分留著效果。在該表中，淀粉溶液或淀粉/PAM溶液在蒸煮之前的pH值被標為“apH”。也測量在蒸煮之后的pH值，并標為“bpH”。
表2％灰分留著率vs蒸煮/混合程序和PAS劑量
>結果還表明，在pH高于8.5下單獨蒸煮陽離子淀粉，然后在35℃(混合樣品A)或95℃(混合樣品B)下與PAM混合沒有充分有效地改進灰分留著率，與根據(jù)本發(fā)明的方法將它們一起蒸煮相比而言(蒸煮樣品C)。
實施例3該實施例說明了當一起蒸煮陽離子淀粉和陽離子PAM時pH值對于改進的留著率有重要作用。首先，3.0g的Stalok 300玉米淀粉樣品與0.04g各種類型的陽離子PAM干法摻混，然后分散在497g去離子水中。陽離子PAM“B”具有大約7,000,000的分子量和22wt％的取代度。陽離子(液體)PAM“C”具有大約4,000,000的分子量和22wt％的取代度。由于PAM“C”具有50％的活性成分含量，在這種情況下添加0.08g。淀粉/PAM溶液的pH值然后被調(diào)節(jié)至表3中所示的值(標為a∶pH)，并按實施例1中所述的蒸煮程序進行蒸煮。NA是指pH沒有調(diào)節(jié)。測量蒸煮后的pH，并標為“b∶pH”。
與前面一樣，上述溶液作為助留劑被測試性能。淀粉和PAM分別以15磅/噸(7.5公斤/公噸)和0.25磅(0.125公斤/公噸)的劑量加入到紙漿中。在一些試驗中，按實施例1制得的PAS被加入到紙漿中?；瘜W品的添加順序與實施例1中相同。結果示于表3中。
表3％灰分留著率vspH調(diào)節(jié)和PAS劑量<
<
結果清楚地表明在高于5.5的pH值下通過將陽離子淀粉和陽離子PAM一起蒸煮明顯地改進了留率。
實施例4該實施例用來說明與預先水合的陽離子PAM摻混并在pH8.5下蒸煮的陽離子淀粉也改進留著率。通過向799g去離子水中添加1.0g PAM“B”可制備0.125％陽離子PAM的樣品。讓該溶液發(fā)生水合作用達1小時。然后將33.3g的該0.125％PAM溶液與464g的去離子水和3.0g的Stalok 300混合。pH被調(diào)節(jié)至8.5，按照實施例1中所述的程序將溶液進行蒸煮。通過將0.04g的PAM“B”與3g的Stalok 300干法摻混和然后將干的摻混物加入到497g去離子水中來制備第二種淀粉/PAM摻混物。pH被調(diào)節(jié)至8.5，按照實施例1中所述程序進行蒸煮。
與前面一樣，上述溶液作為助留劑被測試性能。分別以15磅/噸(7.5公斤/公噸)和0.25磅(0.125公斤/公噸)的劑量將淀粉和PAM加入到紙漿配料中。在一些試驗中，將實施例1中制得的PAS加入到紙漿中。化學品的添加順序與實施例1中一樣。對于Stalok 300陽離子玉米淀粉和預水合PAM“B”被單獨和同時加入到紙漿中的情況，也進行試驗。
表4％灰分留著率vs PAM水合和PAS劑量
表4中所示的結果清楚地表明，陽離子淀粉與預水合PAM在pH8.5下蒸煮提供了與蒸煮該干法摻混的淀粉和PAM同樣水平的留著率。將相同化學品單獨加入到紙漿中，兩方法都提供了優(yōu)異的結果。
實施例5該實施例說明了向造紙配料中添加鋁化合物增強了陽離子淀粉/陽離子PAM摻混物的性能。通過將3.0g購自Staley Starch的Stalok 300陽離子玉米淀粉與0.04g陽離子PAM“A”混合來制備干摻混物。向該摻混物中添加497g去離子水。pH被調(diào)節(jié)至8.6。溶液在熱板攪拌器上加熱30分鐘，開始沸騰約15分鐘而進入蒸煮周期。在蒸煮之后溶液重新稱重并補償所揮發(fā)的任何水。溶液的最終pH值是7.1。
與前面一樣，上述溶液作為助留劑被測試性能。分別以15磅/噸(7.5公斤/公噸)和0.25磅(0.125公斤/公噸)的劑量將淀粉和PAM加入到紙漿配料中。按實施例1制得的PAS以2鎊/噸(1公斤/公噸)被加入到紙漿中。在一些試驗中，將造紙用明礬和鋁酸鈉也加入到紙漿中。添加順序是<
表5％灰分留著率vs鋁添加步驟
結果表明通過向紙漿配料中添加鋁化合物進一步改進了留著率。
實施例6該實施例說明了如何在蒸煮之前通過使用堿性鋁化合物調(diào)節(jié)陽離子淀粉/陽離子PAM至pH7以上來增強摻混物作為助留劑的效能。通過將3.0g Stalok 300陽離子玉米淀粉與0.04g的PAM“B”和各種量(如表7中對于實施例D至G所列)的鋁酸鈉混合來制備干摻混物。向這些摻混物中添加497g去離子水。不含鋁酸鈉的摻混物的pH被調(diào)節(jié)至8.5。含有鋁酸鈉的摻混物的pH被測量但沒有調(diào)節(jié)，并標為“a∶pH”。該溶液在熱板攪拌器上加熱30分鐘并開始沸騰15分鐘而進入蒸煮周期。在蒸煮之后，溶液被重新稱重，并補償所揮發(fā)的任何水。再次測量溶液的pH并標為“b∶pH”。
按前面一樣，上述溶液作為助留劑被測試性能。分別以15磅/噸(7.5公斤/公噸)和0.25磅(0.125公斤/公噸)的劑量將淀粉和PAM加入到紙漿配料中。在一些試驗中，按實施例1制得的PAS被加入到紙漿配料中?；瘜W品添加順序與實施例1中相同。
表6％灰分留著率vs蒸煮程序和PAS劑量
結果清楚地顯示出了使用堿性鋁化合物調(diào)節(jié)陽離子淀粉/陽離子PAM摻混物的pH的有益效果。
實施例7該實施例說明了如何將陽離子淀粉和陰離子PAM一起在pH 10下蒸煮獲得了比將同樣兩種化學品單獨但同時加入到紙漿配料中更好的留著率。通過將3.0g購自Staley Starch的Stalok 300陽離子玉米淀粉與0.04g的分子量約14,000,000的非離子PAM“D”混合來制備干燥摻混物。向該摻混物中加入497g去離子水。pH被調(diào)節(jié)至10.1。該溶液在熱板攪拌器上加熱30分鐘并開始沸騰約15分鐘而進入蒸煮周期。在蒸煮之后，溶液被重新稱重并補償所揮發(fā)的任何水。溶液的最終pH是9.9。
作為對比，按照以上所述的方法，以0.5wt％溶液形式來制備Stalok300的樣品。溶液的pH值被測得為7.5且不進行調(diào)節(jié)。
通過向799g去離子水中添加1g PAM“D”并與所得到的溶液混合1小時來制備PAM“D”的0.125wt％溶液。溶液pH被測得為4.4且不調(diào)節(jié)。
與前面一樣，上述溶液作為助留劑被測試性能。
分別以15磅/噸(7.5公斤/公噸)和0.25磅(0.125公斤/公噸)的劑量將淀粉和PAM加入到紙漿配料中。在一些試驗中，按實施例1制得的PAS被加入到紙漿中。化學品添加順序與實施例1中相同。
表7％灰分留著率vs蒸煮程序和PAS劑量
結果清楚地表明，在將陽離子淀粉和非離子PAM加入到紙漿配料中之前，通過將兩種化學品一起蒸煮而改進了留著率。
實施例8-12在下面的實施例8-12中，使用Rank Brothers Charge AnalyserII(英國劍橋)流動電流檢測儀來測定陽離子淀粉/陰離子PAM摻混物的電荷需要量。堿性陽離子淀粉和陽離子淀粉/PAM摻混物的電荷需要量是在pH8下通過用0.001N聚(乙烯基磺酸，鈉鹽)溶液在225ml去離子水中滴定1.25g淀粉/PAM摻混物而測定的。如果在淀粉/PAM摻混物上的電荷被測定是陰離子，則淀粉的電荷中和百分率被記錄為高于100％。
實施例8該實施例是用含有造紙用明礬溶液[Al2(SO4)3·18H2O]或鋁酸鈉的紙漿配料進行的。該實施例說明，當陽離子馬鈴薯淀粉與高分子量(MW)陰離子PAM一起蒸煮時，陰離子PAM必須中和低于約50％的陽離子淀粉的電荷，使蒸煮過的淀粉/PAM溶液的性能超過將同樣化學品單獨加入到紙漿配料中所顯示出的性能。
通過將2.5g的取代度為0.042的Stalok 410陽離子馬鈴薯淀粉(購自Staley Starches)與分子量大約8,000,000和具有12％陰離子化度的商品陰離子PAM在去離子水中一起蒸煮來制備陽離子淀粉/陰離子PAM摻混物。淀粉/PAM溶液的總質量是500g。在與陽離子淀粉和附加水混合和一起蒸煮之前，陰離子PM以0.125wt％(按活性物質計)進行預水合。淀粉/PAM摻混物在磁力攪拌的熱板上加熱30分鐘，開始沸騰約20分鐘而進入蒸煮周期。
通過使用15磅/噸陽離子馬鈴薯淀粉和各種劑量的陰離子PAM進行留著率試驗。在陽離子淀粉和陰離子PAM的同時添加之后的10秒鐘，添加2磅/噸(按SiO2計)的4nm膠體狀硅膠(購自Nalco)。
結果表明，陽離子淀粉和高MW陰離子PAM的一起蒸煮在含氧化鋁的紙漿配料中產(chǎn)生了優(yōu)異的灰分留著效果，僅僅當?shù)陀诩s50％的淀粉電荷被陰離子PAM中和時與單獨添加同樣化學品相比而言。結果記錄在表8中。
表8％灰分留著率vsPAM劑量和鋁類型
實施例9用含有0.5磅/噸Al2O3(作為造紙用明礬溶液)的紙漿配料進行該實施例。實施例說明了當陽離子馬鈴薯淀粉與低分子量(MW)陰離子PAM一起蒸煮時，陰離子PAM能夠中和高達約75％并且仍提供了優(yōu)異的灰分留著效果，與向紙漿配料中單獨添加同樣化學品所顯示的效果相比。
將2.5g的取代度為0.04的BMB-40陽離子馬鈴薯淀粉與具有分子量約1,000,000和8wt％陰離子化度的商品陰離子PAM一起在去離子水中蒸煮來制備陽離子淀粉/陰離子PAM摻混物。淀粉/PAM溶液總質量是500g。陽離子淀粉和陰離子PAM作為干粉被加入到去離子水中，然后在磁力攪拌熱板上加熱30分鐘。溶液沸騰大約20分鐘而進入蒸煮周期。
通過使用20磅/噸陽離子馬鈴薯淀粉和各種劑量的陰離子PAM進行留著率試驗。在陽離子淀粉和陰離子PAM的同時添加之后的15秒鐘，添加2磅/噸(按SiO2計)的4nm膠體狀硅膠(購自Nalco)。
結果表明，陽離子淀粉和低MW陰離子PAM的一起蒸煮在含氧化鋁的紙漿配料中產(chǎn)生了優(yōu)異的灰分留著效果，僅僅當?shù)陀诩s75％的淀粉電荷被陰離子PAM中和時與單獨添加同樣化學品相比而言。結果記錄在表9中。
表9％灰分留著率vs低MW PAM劑量
實施例10用含有0.5磅/噸Al2O3(作為造紙用明礬溶液)的紙漿配料進行該實施例。實施例說明了低“S值”硅溶膠與陽離子馬鈴薯淀粉的使用，后者與高分子量(MW)陰離子PAM一起蒸煮。
將2.5g的Stalok 410陽離子馬鈴薯淀粉與具有分子量約1,000,000和40wt％陰離子化度的商品陰離子PAM一起在去離子水中蒸煮來制備陽離子淀粉/陰離子PAM摻混物。淀粉/PAM溶液總質量是500g。在與陽離子淀粉和附加水一起混合和蒸煮之前，陰離子PAM在0.125wt％(按活性物質計)下預水合。淀粉/PAM摻混物在磁力攪拌熱板上加熱30分鐘，開始沸騰大約20分鐘而進入蒸煮周期。
通過使用20磅/噸陽離子馬鈴薯淀粉和各種劑量的陰離子PAM進行留著率試驗。在陽離子淀粉和陰離子PAM同時添加之后的15秒鐘，添加1磅/噸(按SiO2計)的BMA-670硅溶膠(購自Akzo Nobel)或0.5磅/噸(按SiO2計)的Particol BX硅溶膠(購自Allied Colloids)。
結果表明，陽離子淀粉和高MW陰離子PAM的一起蒸煮在含氧化鋁的紙漿配料中產(chǎn)生了優(yōu)異的灰分留著效果，僅僅當?shù)陀诩s50％的淀粉電荷被陰離子PAM中和時與單獨添加同樣化學品相比而言。結果記錄在表10中。
表10％灰分留著率vs高MWPAM劑量與低S值硅溶膠
實施例11用含有0.5磅/噸Al2O3(作為聚氯化鋁溶液添加)的紙漿配料進行該實施例。該實施例說明了膠體硅溶膠和水合的膨潤土的使用，后者與高分子量(MW)陰離子PAM一起蒸煮。
通過將取代度為0.036的Stalok 300陽離子玉米淀粉與具有分子量約8,000,000和5wt％陰離子化度的商品陰離子PAM一起在去離子水中蒸煮來制備陽離子淀粉/陰離子PAM摻混物。淀粉/PAM溶液總質量是500g。在與陽離子淀粉和附加水混合和蒸煮之前，陰離子PAM在0.125wt％(按活性物質計)下預水合。淀粉/PAM摻混物在磁力攪拌熱板上加熱40分鐘，開始沸騰大約20分鐘而進入蒸煮周期。
通過使用20磅/噸陽離子玉米淀粉和各種劑量的陰離子PAM進行留著率試驗。在陽離子淀粉和陰離子PAM的同時添加之后的15秒鐘，添加2磅/噸(按SiO2計)的4nm膠體狀硅膠或5磅/噸水合膨潤土(購自Allied Colloids)。
結果表明，陽離子淀粉和高MW陰離子PAM的一起蒸煮在含氧化鋁的紙漿配料中產(chǎn)生了優(yōu)異的灰分留著效果，與單獨添加同樣化學品至所進行實驗的極限相比而言(34％的淀粉電荷被陰離子PAM中和)。結果記錄在表11中。
表11％灰分留著率vs高MWPAM劑量和陰離子無機膠體<
實施例12在由40％漂白硫酸鹽硬木漿，40％漂白硫酸鹽軟木漿，和20％粘土組成的酸性紙漿配料中進行該實施例。紙漿pH被調(diào)節(jié)至4.0。將2磅/噸Al2O3作為造紙明礬溶液加入到紙漿配料中。該實施例表明如何讓堿性鋁化合物與陽離子淀粉和陰離子PAM一起蒸煮來進一步改進灰分留著率。
通過將2.5g的Stalok 410陽離子馬鈴薯淀粉與0.083g的具有約8,000,000的分子量和12wt％陰離子化度的商品陰離子PAM和0.69g的Al2O3(作為鋁酸鈉)一起在去離子水中蒸煮來制備陽離子淀粉/陰離子PAM/堿性氧化鋁摻混物。在與陽離子淀粉和附加水混合和蒸煮之前，(按活性物質計)的總質量。淀粉/PAM摻混物在磁力攪拌熱板上加熱40分鐘，開始沸騰大約20分鐘而進入蒸煮周期。僅陽離子淀粉/陰離子PAM(沒有Al2O3)的蒸煮摻混物被發(fā)現(xiàn)具有被中和16％的陽離子淀粉電荷。
通過使用20磅/噸陽離子玉米淀粉，0.67磅/噸陰離子PAM和0.55磅/噸Al2O3(作為鋁酸鈉)進行留著率試驗。在陽離子淀粉，陰離子PAM和鋁酸鈉的同時添加之后的15秒鐘，添加2磅/噸(按SiO2計)的表面鋁酸鹽化的5nm膠體狀硅溶膠(購自Akzo Nobel的BMA-9)。
結果表明，陽離子淀粉/陰離子PAM/堿性氧化鋁的一起蒸煮產(chǎn)生了優(yōu)異的灰分留著效果，與單獨添加同樣化學品相比而言。結果記錄在表12中。
表12％灰分留著率與合并的蒸煮
權利要求
1.一種紙漿配料，含有(a)可溶性鋁化合物，其存在量為大約0.005-2.5公斤Al2O3/公噸的干紙，和(b)改性淀粉，通過將至少一種取代度在約0.01-0.2之間的兩性或陽離子淀粉的水溶液與取代度在1wt％-80wt％之間、分子量至少500,000的至少一種非離子或兩性聚丙烯酰胺，或陽離子或陰離子聚丙烯酰胺一起蒸煮而制得，前提條件是(i)對于選擇陽離子或非離子聚丙烯酰胺的情況，蒸煮在高于7.0的pH下進行；(ii)對于選擇兩性或陰離子聚丙烯酰胺的情況，蒸煮不會使陽離子淀粉中和掉75％以上；和(iii)淀粉與聚丙烯酰胺的重量比高于約2∶1。
2.權利要求1的紙漿配料，其中陽離子淀粉與陽離子丙烯酰胺一起蒸煮。
3.權利要求1的紙漿配料，其中陽離子淀粉與陰離子丙烯酰胺一起蒸煮。
4.權利要求1、2或3的紙漿配料，其中在添加改性淀粉之前，將可溶性鋁化合物加入到紙漿中。
5.權利要求1、2或3的紙漿配料，其中淀粉選自玉米淀粉，馬鈴薯淀粉和蠟狀玉米淀粉。
6.權利要求1、2或3的紙漿，其中也存在膠體硅石。
7.權利要求1、2或3的紙漿，其中也存在陰離子無機膠體。
8.權利要求1、2或3的紙漿，其中可溶性鋁化合物選自硫酸鋁，鋁酸鹽，硝酸鋁，聚氯化鋁和聚硫酸鋁。
全文摘要
如果存在可溶性鋁化合物的話,由兩性或陽離子淀粉和某種聚丙烯酰胺一起蒸煮所制得的改性淀粉在造紙中具有改進的性能。
文檔編號D21H17/65GK1278282SQ98810823
公開日2000年12月27日 申請日期1998年10月23日 優(yōu)先權日1997年10月30日
發(fā)明者R·H·莫菲特 申請人:納幕爾杜邦公司