本申請(qǐng)要求于2014年10月6日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/507,208的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

關(guān)于聯(lián)邦資助研究或開發(fā)的聲明

不適用。

背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及用于在造紙工藝中提高紙的濕強(qiáng)度、塊體強(qiáng)度和干強(qiáng)度的組合物、方法和裝置。典型的造紙工藝包括以下步驟：1)對(duì)木材或造紙纖維的一些其他來(lái)源進(jìn)行制漿；2)由紙漿產(chǎn)生紙墊，所述紙墊是纖維素纖維的水性漿料，所述水性漿料還可包含添加劑，例如無(wú)機(jī)礦物填料或顏料；3)使這種漿料沉積在移動(dòng)的造紙網(wǎng)或織物上；4)通過(guò)將水排出由漿料的固體組分形成紙張；5)壓榨并干燥紙張以進(jìn)一步除去水；以及6)通過(guò)使干紙張經(jīng)過(guò)施膠壓榨機(jī)潛在地將其再潤(rùn)濕并進(jìn)一步使其干燥以形成紙產(chǎn)品。

當(dāng)進(jìn)行造紙工藝時(shí)，需要考慮許多問(wèn)題以確保所得紙產(chǎn)品的品質(zhì)。例如，當(dāng)從漿料中排水時(shí)，盡可能多的纖維和化學(xué)添加劑應(yīng)該被保留而不與水一起流出。類似地，所得紙張應(yīng)具有足夠的濕強(qiáng)度和干強(qiáng)度。

如例如在美國(guó)專利8,465,623、7,125,469、7,615,135和7,641,776中所述，多種材料作為有效的干強(qiáng)度劑起作用?？梢韵驖{料中添加這些試劑以增加所得紙張的強(qiáng)度特性。然而，這些試劑必須既允許水從漿料中自由排出，又必須不干擾或以另外方式降低所得紙產(chǎn)品中存在的其他添加劑的效力。

如例如美國(guó)專利8,414,739和8,382,947中所述，表面強(qiáng)度劑是增加所得紙產(chǎn)品對(duì)磨蝕力的抗性的材料。表面強(qiáng)度劑通常在施膠壓榨機(jī)處作為涂料施用在所形成的紙張上。特別重要的是，這樣的試劑與涂料中存在的其他項(xiàng)目如施膠劑和光學(xué)增亮劑相容。此外，期望的表面強(qiáng)度劑必須不能過(guò)度損害所得紙產(chǎn)品的柔性。

由于難以增加干強(qiáng)度、表面強(qiáng)度和/或排水留著性而同時(shí)不抑制紙或其中的添加劑的其他屬性，因此持續(xù)需要改善干強(qiáng)度、表面強(qiáng)度和/或排水留著性的改進(jìn)方法。

本部分中描述的技術(shù)不旨在構(gòu)成對(duì)本文提及的任何專利、公開或其他信息是關(guān)于本發(fā)明的“現(xiàn)有技術(shù)”的承認(rèn)，除非特別地如此指出。此外，本部分不應(yīng)解釋為意味著已進(jìn)行了檢索或者不存在如37CFR§1.56(a)中限定的其他相關(guān)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了滿足以上確定的長(zhǎng)期存在但尚未解決的需求，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案涉及一種增強(qiáng)紙的方法。所述方法包括在造紙工藝的干部中使紙張與組合物接觸的步驟，所述組合物包含含胺聚合物。所述組合物可在所述紙張進(jìn)入施膠壓榨裝置5分鐘之內(nèi)添加。含胺聚合物可包括DAA/AcAm聚合物。所述方法還可包括向紙張中添加淀粉。所得到的通過(guò)造紙工藝生產(chǎn)的紙的強(qiáng)度可大于在沒(méi)有添加含胺聚合物但已添加更大量的淀粉情況下所生產(chǎn)的紙的強(qiáng)度。淀粉和含胺聚合物中的至少一些可在其接觸紙張之前通過(guò)快速混合設(shè)備混合到一起。淀粉和含胺聚合物中的至少一些可僅在其已接觸紙張之后才彼此接觸。含胺聚合物可以以0.1gm/噸絕干紙張至100,000gm/噸絕干紙張的基于活性物質(zhì)劑量添加。所述淀粉可以以0.1gm/噸絕干紙張至100,000gm/噸絕干紙張的基于活性物質(zhì)劑量添加。紙張的絕干質(zhì)量的至少10％可以是填料顆粒，并且所述紙的強(qiáng)度可以大于填料顆粒量低至少2％的不含含胺聚合物的類似紙張。紙張的絕干質(zhì)量的至少10％可以是填料顆粒，并且所述紙的強(qiáng)度可以大于填料顆粒量大至少2％的不含含胺聚合物的類似紙張。

本文描述了另外的特征和優(yōu)點(diǎn)，并且將由以下具體實(shí)施方式變得顯而易見(jiàn)。

具體實(shí)施方式

提供下列定義以確定本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)、特別是權(quán)利要求如何解釋。定義的組織僅為了方便，而不旨在將任何定義限制于任何特定類別。

“凝結(jié)劑”是指這樣的水處理化學(xué)品，其通常用于固液分離階段以中和懸浮固體/顆粒的電荷使得其凝聚，凝結(jié)劑通常被分類為無(wú)機(jī)凝結(jié)劑、有機(jī)凝結(jié)劑，以及無(wú)機(jī)凝結(jié)劑和有機(jī)凝結(jié)劑的共混物，無(wú)機(jī)凝結(jié)劑通常包括或包含鋁鹽或鐵鹽如硫酸鋁/氯化鋁、氯化鐵/硫酸鐵、聚氯化鋁和/或氯化鋁水合物，有機(jī)凝結(jié)劑通常是具有低分子量的帶正電荷的聚合物，包括但不限于聚胺、聚季銨、聚DADMAC、Epi-DMA，凝結(jié)劑通常具有比絮凝劑更高的電荷密度和更低的分子量，通常當(dāng)將凝結(jié)劑添加到含有細(xì)微分散的懸浮顆粒的液體中時(shí)，其通過(guò)離子電荷中和機(jī)理使固體不穩(wěn)定并聚集，凝結(jié)劑的另外特性和實(shí)例記載于Kirk-Othmer Encyclopedia of ChemicalTechnology，第5版，(2005)(Wiley，John&Sons，Inc.出版)。

“DADMAC”是指二烯丙基二甲基氯化銨的單體單元，DADMAC可以存在于均聚物或包含其他單體單元的共聚物中。

“干部”意指造紙工藝中包括壓榨部和壓榨部之后的部分，其中液體介質(zhì)如水通常占少于45％的基質(zhì)(substrate)質(zhì)量，干部包括但不限于造紙工藝的施膠壓榨部，在干部中添加的添加劑通常保留在漿料外的不同涂層中。

“干強(qiáng)度”意指紙基質(zhì)抵抗由于剪切力所致的損害的傾向，所述干強(qiáng)度包括但不限于表面強(qiáng)度。

“絮凝劑”意指這樣的物質(zhì)組合物，在將所述物質(zhì)組合物添加到某些顆粒熱力學(xué)上傾向于分散在其內(nèi)的液體載體相中時(shí)，由于弱的物理力如表面張力和吸附而引發(fā)形成那些顆粒的聚集體，絮凝通常涉及形成離散的顆粒小球，所述顆粒小球與介入所聚集的小球之間的液體載體膜一起聚集，如本文使用的絮凝包括ASTME20-85中記載的那些說(shuō)明，以及Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，第5版，(2005)(Wiley，John&Sons，Inc.出版)中所記載的那些，絮凝劑通常具有低電荷密度和高分子量(超過(guò)1,000,000)，當(dāng)將其添加到含有細(xì)微分散的懸浮顆粒的液體中時(shí)，通過(guò)顆粒間橋接機(jī)理使固體不穩(wěn)定并聚集。

“絮凝試劑”意指這樣的物質(zhì)組合物，當(dāng)添加到液體中時(shí)，其使液體中的膠體狀且細(xì)微分散的懸浮顆粒不穩(wěn)定并聚集，絮凝劑和凝結(jié)劑可以是絮凝試劑。

“GCC”意指通過(guò)研磨天然存在的含碳酸鈣的巖石而制造的研磨碳酸鈣填料顆粒。

“GPAM”意指乙醛酸化的聚丙烯酰胺，其是由聚合的丙烯酰胺單體制成的聚合物(其也可以是或可以不是包含一種或更多種其他單體的共聚物)，并且其中丙烯酰胺聚合單元已經(jīng)與乙二醛基團(tuán)反應(yīng)，美國(guó)公開專利申請(qǐng)2009/0165978中描述了GPAM的代表性實(shí)例。

“HLB”意指材料的親水-親油平衡，其為材料親水或親油的程度的量度，可以通過(guò)以下方程式來(lái)確定：

HLB＝20*Mh/M

其中Mh是分子的親水部分的分子質(zhì)量，并且M是整個(gè)分子的分子質(zhì)量，給出0至20范圍的結(jié)果。HLB值為0對(duì)應(yīng)于完全親油/疏水的材料，而值20對(duì)應(yīng)于完全親水/疏油的材料。HLB值的特征如下：

HLB＜10：脂溶性(水不溶性)

HLB＞10：水溶性(脂不溶性)

HLB為4至8表示消泡劑

HLB為7至11表示W(wǎng)/O(油包水)乳化劑

HLB為12至16表示O/W(水包油)乳化劑

HLB為11至14表示潤(rùn)濕劑

HLB為12至15表示清潔劑

HLB為16至20表示增溶劑或水溶劑。

“紙產(chǎn)品”意指造紙工藝的最終產(chǎn)品，其包括但不限于書寫紙、打印紙、薄紙、卡紙板、紙板和包裝紙。

“造紙工藝”意指由紙漿制造紙產(chǎn)品的方法的任意部分，包括形成含水纖維素造紙配料，對(duì)所述配料排水以形成紙張并干燥所述紙張。形成造紙配料、排水和干燥的步驟可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員通常已知的任意常規(guī)方式進(jìn)行。造紙工藝還可以包括制漿階段(即由木質(zhì)纖維素原料制備紙漿)和漂白階段(即對(duì)紙漿的用于改善亮度的化學(xué)處理)，造紙還一般性地描述于參考文獻(xiàn)Gary A.Smook的Handbook for Pulp and PaperTecnologists，第3版，Angus Wilde Publications Inc.，(2002)以及Daniel Flynn的The Nalco Water Handbook(第3版)，McGraw Hill(2009)并且特別是第32.1至32.44頁(yè)中。

“RSV”是降低的比粘度，為聚合物鏈長(zhǎng)度和平均分子量的指示。在給定的聚合物濃度和溫度下測(cè)量RSV，并如下計(jì)算：

其中η＝聚合物溶液的粘度；η₀＝相同溫度下溶劑的粘度；c＝溶液中聚合物的濃度。如本文所使用的，濃度“c”的單位為(克/100ml或g/分升)。因此，RSV的單位是dl/g。在30攝氏度下測(cè)量RSV。粘度η和η₀使用尺寸為75的坎農(nóng)-厄布洛德(Cannon-Ubbelohde)半微量稀釋粘度計(jì)測(cè)量。將粘度計(jì)安裝在調(diào)節(jié)至30±0.02攝氏度的恒溫浴中的完全豎直的位置。計(jì)算RSV中固有的誤差約為2dl/g。測(cè)量相同或非常相似組合物的兩種線型聚合物的類似RSV是聚合物具有相似分子量的一個(gè)指示，條件是聚合物樣品被相同地處理，并且在相同條件下測(cè)量RSV。

“漿料”意指包含液體介質(zhì)例如水的混合物，在所述液體介質(zhì)中分散或懸浮有固體例如纖維(例如纖維素纖維)和任選的填料，使得漿料的＞99質(zhì)量％至45質(zhì)量％是液體介質(zhì)。

“S值”意指膠體狀物質(zhì)的微聚集程度的度量，其可以通過(guò)測(cè)量膠體體系的粘度獲得，并且通常與膠體狀最終產(chǎn)品的性能有關(guān)，用于測(cè)量S值的其精確邊界和界限和方案在Ralph K.Iller的The Chemistry of Silica：Solubility，Polymerization，Colloid and Surface Properties andBiochemistry of Silica，John Wiley and Sons，Inc.，(1979)中有說(shuō)明。

“施膠壓榨機(jī)”意指造紙機(jī)的一部分，在其中通過(guò)施用包含表面添加劑如淀粉、施膠劑和光學(xué)增亮劑的水基制劑使干紙?jiān)贊?rùn)濕，施膠壓榨機(jī)的更詳細(xì)的說(shuō)明在參考文獻(xiàn)Gary A.Smook的Handbook for Pulp and PaperTechnologists，第3版，Angus Wilde Publications Inc.，(2002)中有述。

“穩(wěn)定乳液”意指這樣的乳液，其中否則會(huì)融合形成兩個(gè)或更多個(gè)相層的分散于載體流體中的物質(zhì)的液滴通過(guò)能量勢(shì)壘彼此排斥，能量勢(shì)壘可以為至少為20kT、更多或更少，排斥的半衰期可以是至少幾年。對(duì)乳液和穩(wěn)定乳液的使能性說(shuō)明一般在Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，第四版，第9卷，特別是第397至403頁(yè)中陳述。

“STFI”意指短跨度壓縮試驗(yàn)，一種測(cè)量紙的抗壓縮力的方法，其在TAPPI方法T826以及Joseph J.Batelka的文章“The comparativeresponse of Ring Crush Test and STFI Short Span Crush Test to papermill process variable changes”，Corrugating International(2000年10月)中定義。

“基質(zhì)”意指正經(jīng)歷或已經(jīng)歷造紙工藝的包含紙纖維的物質(zhì)，基質(zhì)包括濕紙幅、紙墊、漿料、紙張和紙產(chǎn)品。

“表面強(qiáng)度”意指紙基質(zhì)抵抗由于磨蝕力所致的損害的傾向。

“表面活性劑”是廣義術(shù)語(yǔ)，其包括陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、陽(yáng)離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑。對(duì)表面活性劑的使能性說(shuō)明在Kirk-Othmer，Encyclopedia of Chemical Technology，第3版，第8卷，第900-912頁(yè)以及McCutcheon′s Emulsifiers and Detergents中有述，二者均通過(guò)引用并入本文。

“水溶性”意指在25℃下在水中溶解到至少3重量％的物質(zhì)。

“濕部”意指造紙工藝的壓榨部之前的部分，其中液體介質(zhì)如水通常占多于45％的基質(zhì)質(zhì)量，在濕部中添加的添加劑通常滲透并分布在漿料內(nèi)。

“濕強(qiáng)度”意指紙基質(zhì)在再潤(rùn)濕時(shí)抵抗由于剪切力所致的損害的傾向。

“濕紙幅強(qiáng)度”意指紙基質(zhì)在所述基質(zhì)仍然濕潤(rùn)時(shí)抵抗剪切力的傾向。

在上述定義或本申請(qǐng)中其他地方陳述的說(shuō)明與通常使用的、字典中的或通過(guò)引用并入本申請(qǐng)的來(lái)源中所陳述的含義(明確或隱含)不一致的情況下，本申請(qǐng)和權(quán)利要求的術(shù)語(yǔ)特別地應(yīng)理解為根據(jù)本申請(qǐng)中的定義或描述來(lái)解釋，而不是根據(jù)常用定義、字典定義或通過(guò)引用并入的定義來(lái)解釋。鑒于以上內(nèi)容，在術(shù)語(yǔ)僅當(dāng)通過(guò)字典解釋才能被理解的情況下，如果術(shù)語(yǔ)通過(guò)Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，第5版，(2005)，(Wiley，John&Sons，Inc.出版)定義，則該定義將決定術(shù)語(yǔ)在權(quán)利要求中如何定義。所有說(shuō)明的化學(xué)結(jié)構(gòu)還包括所有可能的立體異構(gòu)體替代物。

本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案涉及通過(guò)在造紙工藝中的一個(gè)或更多個(gè)位置使用含胺聚合物來(lái)提高紙產(chǎn)品的強(qiáng)度?？紤]的實(shí)施方案包括但不限于在造紙工藝的濕部中添加含胺聚合物和/或添加含胺聚合物作為施用于造紙工藝的施膠壓榨位置的表面化學(xué)品。

如已公開的美國(guó)專利申請(qǐng)2014/0130994中所述，代表性的含胺聚合物的分子量可大于10,000道爾頓，但優(yōu)選低于2,000,000道爾頓，其中所述聚合物的聚體(mer)含量的至少1摩爾％至多達(dá)99摩爾％是可聚合的含伯胺和/或仲胺的單體。在某些實(shí)施方案中，含胺聚合物的分子量為200,000至1,500,000道爾頓。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，聚體單元的至少10摩爾％至多達(dá)60摩爾％是含乙烯基或烯丙基單體的胺。在某些實(shí)施方案中，聚合物中的含胺單體是二烯丙基胺。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，含胺聚合物包括具有隨機(jī)分布的重復(fù)單體單元的聚合物，所述單體單元衍生自以下結(jié)構(gòu)中的至少一種：式I、式II和/或其鹽形式，和/或式III和/或其聚合后的水解形式，表示為式IIIA，其中如果甲酰胺是100％水解的話，則x＝z＝0：

其中R可以是氫或烷基；R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆獨(dú)立地選自氫、烷基或烷氧基烷基。式I、式II、式III和式IIIA可各自獨(dú)立地為0摩爾％。然而，在使用式I、式II、式III和/或式IIIA中的至少之一的某些實(shí)施方案中，基于含胺聚合物或共聚物，式I、式II、式III和/或式IIIA的總和為1摩爾％至多達(dá)99摩爾％。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，含胺聚合物是共聚物。多種共聚單體可以是有用的，包括但不限于一種或更多種包括非離子、陽(yáng)離子、陰離子和兩性離子的乙烯基加成單體，其中非離子和陽(yáng)離子是優(yōu)選的共聚單體。共聚單體優(yōu)選是水溶性的或者至少得到水溶性共聚物。

代表性的非離子共聚單體包括：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基甲基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、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-叔丁基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、乙烯醇、類似的單體及其組合。在某些實(shí)施方案中，共聚單體是丙烯酰胺。

代表性的陰離子共聚單體包括：丙烯酸及其鹽，包括但不限于丙烯酸鈉和丙烯酸銨；甲基丙烯酸及其鹽，包括但不限于甲基丙烯酸鈉和甲基丙烯酸銨；2-丙烯酰氨基-2甲基丙磺酸(“AMPS”)；AMPS的鈉鹽；乙烯基磺酸鈉；苯乙烯磺酸鹽；馬來(lái)酸及其鹽，包括但不限于鈉鹽、銨鹽；磺酸酯、衣康酸酯、丙烯酸磺丙基酯或甲基丙烯酸磺丙基酯，或者這些的其他水溶性形式，或者其他可聚合羧酸或磺酸；磺甲基化丙烯酰胺；烯丙基磺酸酯、乙烯基磺酸鈉；衣康酸；丙烯酰氨基甲基丁酸；富馬酸；乙烯基膦酸；乙烯基磺酸；烯丙基膦酸；磺甲基化丙烯酰胺；膦?；谆０罚灰驴邓狒?、類似的單體及其組合。

代表性的陽(yáng)離子共聚單體或者伯胺或仲胺的聚體單元包括：丙烯酸二烷基氨基烷基酯和甲基丙烯酸二烷基氨基烷基酯及其季鹽或酸鹽，包括但不限于丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯化季鹽(“DMAEA·MCQ”)、丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基硫酸季鹽、丙烯酸二甲基氨基乙酯芐基氯化季鹽、丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸鹽、丙烯酸二甲基氨基乙酯鹽酸鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基氯化季鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯甲基硫酸季鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯芐基氯化季鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯鹽酸鹽；二烷基氨基烷基丙烯酰胺或二烷基氨基烷基甲基丙烯酰胺及其季鹽或酸鹽，例如丙烯酰氨基丙基三甲基氯化銨、二甲基氨基丙基丙烯酰胺甲基硫酸季鹽、二甲基氨基丙基丙烯酰胺硫酸鹽、二甲基氨基丙基丙烯酰胺鹽酸鹽、甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化銨、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺甲基硫酸季鹽、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺硫酸鹽、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺鹽酸鹽、二乙基氨基乙基丙烯酸酯、二乙基氨基乙基甲基丙烯酸酯、二烯丙基二乙基氯化銨和二烯丙基二甲基氯化銨(“DADMAC”)，類似的單體及其組合。當(dāng)存在烷基時(shí)，烷基通常為C₁至C₄烷基。

代表性的兩性離子共聚單體包括N，N-二甲基-N-丙烯酰氧基乙基-N-(3-磺丙基)-銨甜菜堿、N，N-二甲基-N-丙烯酰胺基丙基-N-(2-羧甲基)-銨甜菜堿、N，N-二甲基-N-丙烯酰胺基丙基-N-(3-磺丙基)-銨甜菜堿、N，N-二甲基-N-丙烯酰胺基丙基-N-(2-羧甲基)-銨甜菜堿、2-(甲硫基)乙基甲基丙烯?；?S-(磺丙基)-锍甜菜堿、2-[(2-丙烯?；一?二甲基銨基]乙基-2-甲基磷酸酯、2-(丙烯酰氧基乙基)-2′-(三甲基銨)乙基磷酸酯、[(2-丙烯?；一?二甲基銨基]甲基膦酸、2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰膽堿(“MPC”)、2-[(3-丙烯酰胺基丙基)二甲基銨基]乙基-2′-異丙基磷酸酯(“AAPI”)、1-乙烯基-3-(3-磺丙基)咪唑氫氧化物、(2-丙烯酰氧基乙基)羧甲基甲基锍氯化物、1-(3-磺丙基)-2-乙烯基吡啶甜菜堿、N-(4-磺丁基)-N-甲基-N，N-二烯丙基胺銨甜菜堿(“MDABS”)、N，N-二烯丙基-N-甲基-N-(2-磺乙基)銨甜菜堿、類似的單體及其組合。

通常，本公開中使用的含胺聚合物可以采取油包水乳液、干粉、分散體或水溶液的形式。在某些實(shí)施方案中，含胺聚合物可以通過(guò)使用自由基引發(fā)的水中自由基聚合技術(shù)來(lái)制備。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，含胺聚合物是二烯丙基胺-丙烯酰胺(“DAA/AcAm”)共聚物。當(dāng)根據(jù)本公開內(nèi)容處理紙時(shí)，含胺聚合物中DAA的摩爾百分?jǐn)?shù)可以是重要的變量。在某些實(shí)施方案中，含胺聚合物是二烯丙基胺均聚物。在另一些實(shí)施方案中，含胺聚合物是DAA/AcAm共聚物。在另一些實(shí)施方案中，含胺聚合物是DAA均聚物和DAA/AcAm共聚物的混合物。其也可包含有另一些聚合物亞單元。

在使用DAA/AcAm共聚物實(shí)施方案的那些實(shí)施方案中，DAA/AcAm共聚物中DAA的摩爾百分?jǐn)?shù)可以是1％至99％。DAA/AcAm共聚物可以主要由DAA組成，即可以包含比AcAm單體單元更多的DAA單體單元。在成本是水包油乳液組成的決定因素的那些實(shí)施方案中，含胺聚合物中DAA的更優(yōu)選的摩爾百分?jǐn)?shù)可以是10％至60％，并且包括10％至40％。

本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案部分地或全部地針對(duì)美國(guó)專利申請(qǐng)13/677,546、美國(guó)專利申請(qǐng)12/938,017和/或美國(guó)專利8,709,207和美國(guó)專利8,852,400中一個(gè)、一些或全部的方法、組合物和/或設(shè)備中的一個(gè)、一些或全部。

可以將含胺聚合物獨(dú)立地或與GPAM聚合物一起添加到濕部(例如紙料，即紙漿漿料)中。因此，例如，可以將含胺聚合物添加到紙漿中，而紙漿位于流漿箱、攪拌器、水力碎漿機(jī)和/或紙料槽中。GPAM聚合物的代表性實(shí)例、其制備方法和/或可以與其一起使用的條件和材料包括美國(guó)專利：7,897,013、7,875,676、7,897,013、6,824,659和8,636,875以及公開的美國(guó)專利申請(qǐng)2013/0192782所述的那些中的一個(gè)或更多個(gè)。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，GPAM聚合物是包含一個(gè)或更多個(gè)根據(jù)結(jié)構(gòu)IV的重復(fù)聚合物亞單元的聚合物：

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，GPAM聚合物是已經(jīng)經(jīng)歷乙二醛化反應(yīng)的帶有聚丙烯酰胺的聚合物的反應(yīng)產(chǎn)物。在合適的條件(包括但不限于pH在7.2至10.0范圍中)下，乙二醛(CHOCHO)與聚丙烯酰胺主鏈上的側(cè)酰胺基反應(yīng)以產(chǎn)生經(jīng)改性的聚丙烯酰胺。經(jīng)改性聚丙烯酰胺可需要進(jìn)一步反應(yīng)以形成醛部分。這可以通過(guò)隨后的經(jīng)改性的聚合物與另一種酰胺基團(tuán)的反應(yīng)來(lái)完成。

GPAM聚合物可以衍生自具有任意合適的摩爾％的DADMAC單體的DADMAC-丙烯酰胺主鏈。在某些實(shí)施方案中，GPAM聚合物衍生自具有1摩爾％至50摩爾％DADMAC單體含量、2摩爾％至30摩爾％DADMAC單體含量、3摩爾％至25摩爾％DADMAC單體含量、4摩爾％至20摩爾％DADMAC單體含量、5摩爾％至15摩爾％DADMAC單體含量、6摩爾％至14摩爾％DADMAC單體含量、7摩爾％至13摩爾％DADMAC單體含量或者8摩爾％至12摩爾％DADMAC單體含量的DADMAC-丙烯酰胺主鏈。在某些實(shí)施方案中，GPAM聚合物衍生自具有1摩爾％DADMAC單體含量、2摩爾％DADMAC單體含量、3摩爾％DADMAC單體含量、4摩爾％DADMAC單體含量、5摩爾％DADMAC單體含量、6摩爾％DADMAC單體含量、7摩爾％DADMAC單體含量、8摩爾％DADMAC單體含量、9摩爾％DADMAC單體含量、10摩爾％DADMAC單體含量、11摩爾％DADMAC單體含量、12摩爾％DADMAC單體含量、13摩爾％DADMAC單體含量、14摩爾％DADMAC單體含量、15摩爾％DADMAC單體含量、16摩爾％DADMAC單體含量、17摩爾％DADMAC單體含量、18摩爾％DADMAC單體含量、19摩爾％DADMAC單體含量、20摩爾％DADMAC單體含量、21摩爾％DADMAC單體含量、22摩爾％DADMAC單體含量、23摩爾％DADMAC單體含量、24摩爾％DADMAC單體含量、25摩爾％DADMAC單體含量、26摩爾％DADMAC單體含量、27摩爾％DADMAC單體含量、28摩爾％DADMAC單體含量、29摩爾％DADMAC單體含量或30摩爾％DADMAC單體含量的DADMAC-丙烯酰胺主鏈。在某些實(shí)施方案中、GPAM是具有12摩爾％DADMAC單體含量的醛官能化聚(DADMAC)/AcAm聚合物。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，GPAM聚合物組合物還包含一種或更多種鹽。GPAM聚合物包含的合適的鹽包括但不限于硫酸鎂、一水硫酸鎂、四水硫酸鎂、五水硫酸鎂、六水硫酸鎂和七水硫酸鎂。在某些實(shí)施方案中，GPAM是具有5摩爾％DADMAC單體含量的醛官能化聚(DADMAC)/AcAm聚合物，所述聚合物組合物還包含MgSO₄·7H₂O。在某些實(shí)施方案中，GPAM是具有12摩爾％DADMAC單體含量的醛官能化聚(DADMAC)/AcAm聚合物，所述聚合物組合物還包含MgSO₄·7H₂O，基于組合物的總重量?jī)?yōu)選濃度為約0.5重量％至約10重量％。在某些實(shí)施方案中，基于組合物的總重量，MgSO₄·7H₂O以1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％或15重量％存在于組合物中。

在引入濕部之前，可以將含胺聚合物和GPAM共同進(jìn)料(在相同添加點(diǎn)添加，但之前不混合)或預(yù)混合(在添加之前混合到一起一段給定的時(shí)間)。如將在實(shí)施例中更詳細(xì)地描述的，這兩種材料都存在的結(jié)果產(chǎn)生了優(yōu)于任一者單獨(dú)提供的性能或者由其組合的總和預(yù)期的優(yōu)異性能。兩者的組合提供了增強(qiáng)的強(qiáng)度效果和增強(qiáng)的留著排水效果。

不受限于特定理論或者本發(fā)明或構(gòu)建權(quán)利要求所賦予的范圍的設(shè)計(jì)，據(jù)信含胺聚合物的存在通過(guò)改變GPAM與具有纖維素的纖維相互作用的機(jī)制而引發(fā)協(xié)同作用。已知GPAM作為干強(qiáng)度劑、助濾助留劑和壓榨脫水助劑。不幸的是，GPAM提高壓榨脫水的能力具有最大的閾值，在此之后，更高用量的GPAM不能進(jìn)一步提高除水效果。然而，含胺聚合物的存在提高了GPAM超過(guò)其本身閾值的增強(qiáng)除水的能力。

協(xié)同作用可以是GPAM聚合物中的官能團(tuán)與含胺聚合物交聯(lián)從而形成更有助于留著排水效果和強(qiáng)度效果的獨(dú)特3D聚合物幾何形狀的結(jié)果。

協(xié)同作用是相當(dāng)預(yù)料不到的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，含胺聚合物單獨(dú)賦予的干強(qiáng)度益處為單獨(dú)的GPAM聚合物的兩倍。因此，預(yù)期GPAM-含胺聚合物組合將比單獨(dú)的含胺聚合物具有更低的強(qiáng)度增強(qiáng)效果，但是發(fā)生相反的情況，所述組合產(chǎn)生更高的所得干強(qiáng)度。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)使用快速混合設(shè)備將GPAM聚合物和含胺聚合物在引入造紙工藝之前進(jìn)行混合。這種快速混合設(shè)備的代表性實(shí)例包括但不限于美國(guó)專利申請(qǐng)13/645,671(公開為2014/0096971)以及美國(guó)專利7,550,060、7,785,442、7,938,934、8,440,052和7,981,251中所述的那些。這種快速混合設(shè)備的代表性實(shí)例是由Nalco Company，Naperville，IL生產(chǎn)的PARETO裝置。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，將含胺聚合物(具有或不具有GPAM聚合物)加入到造紙配料或漿料中提高濕強(qiáng)度。如美國(guó)專利8,172,983中所述，期望紙中的高度的濕強(qiáng)度，以允許向紙中添加更多的填料(例如PCC或GCC)。提高填料含量導(dǎo)致優(yōu)異的光學(xué)特性和成本節(jié)省(填料比纖維便宜)。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，將含胺聚合物(具有或不具有GPAM聚合物)添加到完全或部分干燥的紙張的表面。這可以通過(guò)添加聚合物作為涂層或者作為涂層的一部分或表面化學(xué)施用來(lái)實(shí)現(xiàn)。其可添加到單元操作中，例如施膠壓榨機(jī)、水箱或另一些類型的涂覆單元。含胺聚合物可以在施膠壓榨操作器件作為施用的涂層添加，并可與淀粉、施膠劑或施膠壓榨期間加入的任意其他添加劑一起添加。

長(zhǎng)期以來(lái)，期望增加填料顆粒(例如無(wú)機(jī)填料顆粒如PCC和/或GCC)的量，同時(shí)保持木紙漿(uncoated freesheet)的紙張定量以在光學(xué)特性中吸收增益并節(jié)省原材料(木材)成本。然而，已證明這是困難的，因?yàn)檫^(guò)量的填料含量常常導(dǎo)致紙張強(qiáng)度的凈損失。

這個(gè)問(wèn)題的原因和影響表明添加絮凝劑或凝結(jié)劑聚合物將會(huì)使紙的強(qiáng)度變差。在紙張排水期間提高材料留著率的試劑的使用增加了紙張中填料顆粒的總體百分?jǐn)?shù)。如科技論文David Castro等的Reducing the Dustingin Xeroxgraphic Paper through Novel Chemistry Application at the SizePress，PaperCon Conference，第2219頁(yè)(2013)中所述，這種強(qiáng)度損失表現(xiàn)為導(dǎo)致大量的紙粉塵的表面強(qiáng)度損失。如果只在濕部添加則不起作用，然而，在干部使用含胺聚合物克服了這種現(xiàn)象。

當(dāng)在濕部時(shí)，由于其高的暴露的表面積，含胺聚合物與自由漂浮的填料顆粒相互作用，因此不能影響所需的許多纖維-纖維相互作用。在干部，特別是在施膠壓榨機(jī)中，減少的水的存在使得含胺聚合物與纖維和紙表面更多地相互作用。這些相互作用導(dǎo)致更大的強(qiáng)度和更少的粉塵。另外，因?yàn)樵诟刹刻盍?纖維排布為比濕部自由流動(dòng)的漿料更加剛性的結(jié)構(gòu)，其移動(dòng)較少，這使得發(fā)生比在濕部的情況更大的纖維-纖維相互作用。

上述優(yōu)點(diǎn)不限于含有填料的等級(jí)。任何需要提高強(qiáng)度的紙等級(jí)都將受益于這種應(yīng)用方法，因?yàn)檫@種添加方法避免了與可能存在于濕部中的其他干擾物質(zhì)相接觸。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，將含胺聚合物與GPAM、淀粉、烯基琥珀酸酐、施膠劑、光學(xué)增白劑和/或任意其他干部添加劑中的一種或更多種預(yù)混合，并且可以在造紙工藝中的任意點(diǎn)添加。這些聚合物-添加劑組合可以通過(guò)一種或更多種上述快速混合設(shè)備混合并引入到紙張中。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，使用GPAM聚合物和含胺聚合物組合(在濕部和/或干部)以減少填料增強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)的量。如美國(guó)專利申請(qǐng)13/399,253、13/731,311、14/157,437和14/330,839以及美國(guó)專利8,172,983、8,088,213、8,747,617、8,088,250、8,382,950、8,465,632、8,709,208、8,778,140和8,647,472中所描述的，可使用許多方法提高包含諸如PCC和/或GCC的無(wú)機(jī)填料顆粒的紙的留著率和所得強(qiáng)度。其中描述的一種、一些或全部方法可以與GPAM-含胺聚合物組合結(jié)合使用。此外，由于GPAM-含胺聚合物組合提高排水留著率和強(qiáng)度，所以其與更少量的填料增強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)一起使用可用于獲得具有強(qiáng)度和填料含量的紙等級(jí)，這在該劑量的填料增強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)不含GPAM-含胺聚合物組合情況下是不可能的。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明與代理人檔案號(hào)為PT10386US01且標(biāo)題為“METHOD OF INCREASING PAPER STRENGTH”的美國(guó)專利申請(qǐng)中描述的方法、組合物和設(shè)備一起實(shí)施。

實(shí)施例

參照以下實(shí)施例可更好地理解上述內(nèi)容，示出所述實(shí)施例的目的在于舉例說(shuō)明，而不旨在限制本發(fā)明的范圍。特別地，所述實(shí)施例示出了本發(fā)明固有原理的代表性實(shí)例并且這些原理并不嚴(yán)格限于這些實(shí)施例中所述的具體條件。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明涵蓋本文所述實(shí)施例的各種改變和修改，并且這樣的改變和修改可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍并且不減少其預(yù)期優(yōu)點(diǎn)的情況下做出。因此，這樣的改變和修改旨在由所附權(quán)利要求所涵蓋。

將多種化學(xué)添加劑樣品引入造紙工藝的漿料中，以評(píng)估其對(duì)干強(qiáng)度的影響。當(dāng)機(jī)器全速運(yùn)行時(shí)，將樣品引入制造紙板的造紙機(jī)中。源自紙漿的漿料通過(guò)厚的紙料線，然后通入OCC(舊瓦楞紙板)引入點(diǎn)。所得紙由原漿和回收的OCC的組合制成。使用DAA/AcAm作為所有上述含胺聚合物的代表性實(shí)例。在漿料行進(jìn)通過(guò)厚紙料線時(shí)，引入全部DAA/AcAm共聚物。在一些情況下，將GPAM與DAA/AcAm預(yù)先混合并共同進(jìn)料，并且在一些情況下，隨后將GPAM進(jìn)料到OCC引入點(diǎn)。所得干強(qiáng)度使用根據(jù)TAPPI T824方案的Concora Crush試驗(yàn)(其測(cè)量有凹槽的介質(zhì)的沿邊壓縮性能，所述性能決定了介質(zhì)對(duì)整個(gè)容器的壓縮強(qiáng)度的貢獻(xiàn))測(cè)量。干強(qiáng)度也使用環(huán)形破碎試驗(yàn)測(cè)量，該試驗(yàn)根據(jù)ISO 12192和TAPPI T 822方案在機(jī)器方向和垂直于其的方向二者上測(cè)試襯墊或凹槽的強(qiáng)度。所有生產(chǎn)的紙都具有相同的紙張定量。

表1匯總了結(jié)果。

表1.GPAM-DAA/AcAM對(duì)干強(qiáng)度的影響

數(shù)據(jù)表明，GPAM與含胺聚合物的有效共混合賦予所得紙的干強(qiáng)度的顯著提高。特別地，干強(qiáng)度Concora測(cè)量示出了干強(qiáng)度的改善。與當(dāng)兩者單獨(dú)混合時(shí)形成的組合相比，預(yù)混合的GPAM-含胺聚合物的更好性能意味著，強(qiáng)度提高是兩者混合程度以及允許兩者彼此相互作用以形成有效的3D復(fù)合物/交聯(lián)排布程度的函數(shù)。

還進(jìn)行了研究以測(cè)量在造紙工藝的干部期間添加的含胺聚合物的影響。使用含有多種化學(xué)物質(zhì)的溶液使用水位下降法涂覆基礎(chǔ)紙張的兩面。溶液包含低電荷(小于或等于5000個(gè)官能團(tuán)等效重量的離子基團(tuán))DAA/AcAm聚合物強(qiáng)度助劑、高電荷(超過(guò)5000個(gè)官能團(tuán)等效重量的離子基團(tuán))DAA/AcAm聚合物強(qiáng)度助劑，或沒(méi)有強(qiáng)度助劑。DAA/AcAm聚合物強(qiáng)度助劑是含胺聚合物的代表。紙含有不同量的填料顆粒，并且沒(méi)有通過(guò)施膠壓榨設(shè)備。在每次涂覆之前和之后稱重紙，以測(cè)定仍然附在紙張上的具體化學(xué)劑量。在第二次涂覆之后，使用總線壓力為5psi的榨干機(jī)壓制紙，并經(jīng)由使其通過(guò)約95℃下的鼓式干燥器一次來(lái)干燥，在測(cè)試強(qiáng)度之前，使樣品在23℃下靜置平衡并且保持至少12小時(shí)。

表2.淀粉-DAA/AcAM對(duì)抗張強(qiáng)度的影響

結(jié)果示出了多個(gè)項(xiàng)目。沒(méi)有強(qiáng)度助劑的單獨(dú)淀粉提供了增加量的抗張強(qiáng)度和拉伸能量吸收(TEA)。對(duì)于樣品A-C，針對(duì)16％填料等級(jí)，單獨(dú)的淀粉的抗張強(qiáng)度指數(shù)增加為0.44N·m/g/磅/噸。

實(shí)施例D和E表明，針對(duì)22％的填料等級(jí)，單獨(dú)的淀粉賦予了0.15N·m/g/磅/噸的抗張強(qiáng)度指數(shù)增加。然而，淀粉與含胺聚合物的組合將所述增加提高到約1N·m/g/磅/噸，這表明含胺聚合物將抗張強(qiáng)度提高了6至7倍。

進(jìn)行另一個(gè)測(cè)試，證明了在不同種類的紙材料、100％OCC(舊/回收的瓦楞紙板)紙上共同進(jìn)料GPAM與含胺聚合物的效力。使用DAA/AcAm聚合物作為所有類別含胺聚合物的代表。紙產(chǎn)品由僅添加GPAM、僅添加含胺聚合物，或者在相同時(shí)間和位置添加兩者但在添加之前未進(jìn)行預(yù)混合的批次形成。表3列出了結(jié)果，其證明與單獨(dú)的GPAM和含胺聚合物相比提高了強(qiáng)度，但是當(dāng)共同進(jìn)料時(shí)，其將強(qiáng)度如干強(qiáng)度和STFI強(qiáng)度顯著提高到超過(guò)最大可能的GPAM強(qiáng)度的水平。表3中的所有劑量均為活性基礎(chǔ)聚合物磅數(shù)/噸經(jīng)干燥的紙。

表3.GPAM和DAA/AcAm對(duì)OCC強(qiáng)度的影響

雖然本發(fā)明可以以多種不同的形式來(lái)實(shí)施，但是本文中詳細(xì)描述了本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí)施方案。本公開內(nèi)容是本發(fā)明原理的示例，并且不旨在將本發(fā)明限制于所舉例說(shuō)明的特定實(shí)施方案。本文提及的所有專利、專利申請(qǐng)、科技論文和任何其他參考資料都通過(guò)引用整體并入本文。此外，本發(fā)明涵蓋本文提及、本文所述和/或并入本文的多個(gè)實(shí)施方案中的一些或全部的任意可能組合。此外，本發(fā)明涵蓋具體排除本文提及、本文所述和/或并入本文的多個(gè)實(shí)施方案中任意一個(gè)或一些的任意可能組合。

以上公開內(nèi)容旨在說(shuō)明而非窮舉。本說(shuō)明書向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提出了多種變化和替代方案。所有的這些替代方案和變化方案旨在包括于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，其中術(shù)語(yǔ)“包括”意指“包括但不限于”。熟悉本領(lǐng)域的人員可認(rèn)識(shí)到本文所述具體實(shí)施方案的其他等同方案，所述等同方案也旨在涵蓋于權(quán)利要求中。

本文所公開的所有范圍和參數(shù)都應(yīng)理解為涵蓋其中包括的任何和所有子范圍，以及端點(diǎn)之間的每個(gè)數(shù)。例如，所述范圍“1至10”應(yīng)認(rèn)為包括最小值1與最大值10之間的任何和所有子范圍(包括最小值1和最大值10)；即，開始于最小值1或更大(例如，1至6.1)并且結(jié)束于最大值10或更小的所有子范圍(例如，2.3至9.4、3至8、4至7)，最后，每個(gè)數(shù)1、2、3、4、5、6、7、8、9和10均包括在該范圍內(nèi)。除非另外指出，否則本文中所有的百分?jǐn)?shù)、比率和比例為按重量計(jì)。

這完成了對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案和替代實(shí)施方案的描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到本文所述具體實(shí)施方案的其他等同方案，所述等同方案旨在涵蓋于本文所附的權(quán)利要求中。