專利名稱：造紙方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種造紙方法(也包括制備紙板)，特別是涉及由淀粉增強的紙張的制備方法。
通過如下方法造紙是標準的做法，所述方法包括通過添加高分子量的聚合留著助劑而使纖維素懸浮液絮凝；通過成形網(wǎng)使絮凝的懸浮液脫水形成濕紙頁；以及對紙頁進行干燥。
一種特殊的造紙方法是微顆粒法，其中，利用聚合留著助劑的絮凝作用后接在借助攪拌使絮凝物降解以及借助添加微顆粒材料如膨潤土再絮凝。
通過在濃漿階段或隨后階段的添加，而使低分子量陽離子聚合物包括在懸浮液中是熟知的。另外還熟知的有就不同的用途包括無機絮凝劑，如聚合氯化鋁或明礬。為說明各種方法，特別是以商品名Hydrocol出售的微顆粒法，現(xiàn)參考例如US 4,913,775。
已知可以將陽離子淀粉作為增強助劑添加至造紙過程中的纖維素懸浮液中，并且在一些方法中，還有助于留著率。另外，也已描述一些方法，它包括向纖維素懸浮液中添加未處理過的原淀粉。其中將淀粉添加至纖維素懸浮液中的方法通常具有如下缺點必須十分小心以便保證淀粉良好的留著率，以致使在通過成形網(wǎng)濾出的白水中沒有大量溶解的或未溶解的淀粉。例如參見WO 95/33096。
在GB 2,292,394中描述了一些方法，其中，將能氫鍵合至纖維素上的陰離子淀粉，羧甲基纖維素或其它聚合粘合劑添加至含有陽離子聚合物的稀漿中，所述陽離子聚合物的分子量大于150,000，優(yōu)選為一百萬或更大，并且所述陽離子聚合物不溶解陰離子粘合劑。另外還能添加陽離子淀粉。
在WO 93/01353中描述了一些方法，其中，將基于淀粉的陰離子留著助劑，纖維素衍生物或不含陽離子基團的瓜耳樹膠和鋁化合物添加至懸浮液中。其中將陰離子化合物和低分子量陽離子聚合物添加至懸浮液中的這些方法的另一出版物是JP-A-03193996。
盡管可以使各種已知的方法最佳化而在干紙頁中得到有用的強度，得到令人滿意的短脫水時間和/或纖維和/或粘合劑良好的留著率，但是，仍希望能提供一種方法，該方法能最佳地利用紙頁中的粘合劑(并因此有最佳的強度)，以及粘合劑，纖維素懸浮液中纖維和細小纖維良好的留著率，和良好的脫水性能。
通過將高分子量陽離子聚合留著助劑添加至懸浮液中對GB2,292,394中所述的方法進行改進，認為可以實現(xiàn)這些目的，但我們發(fā)現(xiàn)，這不能得到任何明顯或有用的改進。
根據(jù)本發(fā)明，造紙(包括紙板)方法包括提供纖維素纖維的稀漿懸浮液，將選自特性粘度不大于3dl/g的水溶性有機聚合絮凝劑和無機絮凝劑的(a)水溶性陰離子或非離子聚合粘合劑和(b)水溶性陽離子物質(zhì)混入所述懸浮液中，然后，通過將陰離子留著助劑混入懸浮液中而使其發(fā)生絮凝(所述留著助劑可以是微顆粒陰離子留著助劑)，使絮凝的懸浮液脫水形成一濕紙頁，和對濕紙頁進行干燥。
我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，替代傳統(tǒng)的陽離子聚合絮凝劑而添加陰離子留著助劑，在添加粘合劑和陽離子聚合絮凝劑之后，將使懸浮液發(fā)生良好的絮凝并隨后使脫水速率發(fā)生明顯的改善和使纖維及細小纖維有良好的留著率。此外，在粘合劑留著率方面不會造成任何明顯的損害，并使粘合劑有良好的留著率。
所述纖維素懸浮液可以是由任何常規(guī)纖維素原料，包括回用原料形成的任何常規(guī)的稀漿。所述稀漿可以是基本上末填充的(即沒有有意添加大量的填料)或可以是填充的。
粘合劑是能與纖維素進行氫鍵合的水溶性物質(zhì)。即，所述粘合劑能與紙漿中的纖維素纖維粘結(jié)，例如粘結(jié)劑量至少為1或2％(以干漿計的干粘合劑)，所述粘合劑的留著率常常至少約60或70％，甚至80％。由于如果粘合劑是陽離子的話，粘合劑與纖維素纖維的粘結(jié)主要將是由陽離子基團造成的而不是由氫鍵造成的，因此，實際上粘合劑需要的是非離子或陰離子粘合劑。為了使氫鍵占主導地位，非離子或陰離子粘合劑通常將是多羥基物質(zhì)。為了在最終紙頁中起粘合劑作用，借此增加紙頁的強度，粘合劑必須是聚合的和高分子量的。因此，分子量通常超過5,000，并且經(jīng)常超過50,000，通常在100,000之上。
實際上，聚合粘合劑通常是纖維素化合物，天然樹膠或淀粉，但它也可以是合成聚合物如聚乙烯醇。天然聚合物和改性的天然聚合物包括纖維素，樹膠和淀粉，例如羧甲基纖維素、黃原酸膠、瓜耳樹膠、甘露半露聚糖，優(yōu)選的是陰離子淀粉。該粘合劑優(yōu)選有可離子化的側(cè)基，所述側(cè)基通常是硫酸鹽，羧酸鹽或磷酸鹽。合適的淀粉包括氧化淀粉，磷酸鹽淀粉和羧甲基化淀粉。
粘合劑量通常至少約1％(以干重量懸浮液計的干重量粘合劑)并且至多例如為10％。通常，其用量為1-8％，優(yōu)選約3％，例如3-5％(即30-50公斤/噸)。
陽離子物質(zhì)優(yōu)選為特性粘度(IV)不大于3dl/g的陽離子聚合絮凝劑。在本說明書中，IV為在緩沖至pH 7的1N氯化鈉中于25℃，通過氣承液柱粘度計測量的特性粘度。優(yōu)選的是，IV不大于2dl/g，例如為1.5dl/g或更低。通常至少為0.1或0.5dl/g。優(yōu)選的陽離子聚合絮凝劑具有高電荷密度，例如大于3meq/g，并且通常大于4meq/g。
無機絮凝劑如鋁化合物，例如聚合氯化鋁可以作為水溶性陽離子物質(zhì)單獨作用，或與聚合絮凝劑組合使用。
優(yōu)選的陽離子聚合絮凝劑是這樣的物質(zhì)，如聚乙烯亞胺或聚胺(這兩種物質(zhì)優(yōu)選均是完全季銨化的)、雙氰胺縮聚物(通常是基本上完全季銨化的或為鹽的形式)和水溶性烯屬不飽和單體或單體混合物的聚合物，所述單體混合物由50-100摩爾％陽離子單體和0-50摩爾％其它單體組成。陽離子單體的用量通常至少為80-90摩爾％，并且經(jīng)常優(yōu)選均聚物?？梢允褂玫南俨伙柡完栯x子單體包括二烷氨基烷基(甲基)的丙烯酸酯和丙烯酰胺(通常呈季銨形式或其它鹽的形式)和二烯丙基二烷基氯化銨，例如二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)。特別優(yōu)選的聚合物是DADMAC的均聚物和共聚物。
當聚合物為共聚物時，共聚單體通常是丙烯酰胺，或其它水溶性非離子烯屬不飽和單體。
陽離子聚合絮凝劑可以是線性聚合物。另外，它還可以在產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的多官能添加劑的存在下來制備，所述添加劑例如包括在聚合物鏈中的聚烯屬不飽和單體如四烯丙基氯化銨、亞甲基二丙烯酰胺以及多官能單體。如果使用的話，這些添加劑的量通常至少為10ppm，一般至少為50ppm。其可以多達200或500ppm。
當添加陰離子留著助劑時，陽離子物質(zhì)的量通常要超過得到顯著留著率所需的量。所述量可足以使懸浮液的ζ-電位約為零或為正值，但即使ζ-電位略微地為負值，通常也能得到令人滿意的留著率。實際上，通過形成包含希望量粘合劑的稀漿(考慮到所需的強度性能)，然后在添加各種用量的陽離子物質(zhì)之后，觀察添加留著助劑時的留著作用，可最佳地測定陽離子物質(zhì)的量。
對于陽離子物質(zhì)通常不希望的是，包括有任何明顯量，或?qū)嶋H上任何量的高分子量陽離子聚合物質(zhì)(例如特性粘度大于4dl/g)，這是由于使用所述物質(zhì)在性能方面通常不會產(chǎn)生任何改善，前提條件是，已使用足量無機和/或低分子量的陽離子物質(zhì)。然而，如果希望的話，可以與上述的陽離子聚合物絮凝劑或無機絮凝劑一起添加其它物質(zhì)，或在上述的陽離子聚合物絮凝劑或無機絮凝劑之后添加其它物質(zhì)，前提條件是這些額外的物質(zhì)不會影響該方法。
陽離子聚合絮凝劑的用量通常為每噸干纖維素懸浮液為0.25-10kg活性聚合物，優(yōu)選為1-3kg/t。
在該方法中，粘合劑可以在陽離子絮凝劑之前或在陽離子絮凝劑之后添加。粘合劑和絮凝劑可以基本上同時添加。另外，絮凝劑可以一次性添加或分開添加，例如部分在粘合劑之前添加，部分在粘合劑之后添加。在無明顯損害結(jié)果下，粘合劑和絮凝劑的添加順序可以方便的形式進行改變。
在用粘合劑和陽離子聚合絮凝劑對懸浮液處理之后，將陰離子留著助劑混入處理過的懸浮液中。所述的混合可以在介質(zhì)中或在高剪切下進行，但通常是在足夠的力下簡單地將陰離子留著助劑混入懸浮液中來進行，例如在網(wǎng)前箱處或在網(wǎng)前箱之前進行混合。
以每噸干纖維素懸浮液計，陰離子留著助劑的用量通常為0.5至10公斤，優(yōu)選為1-4公斤。
陰離子留著助劑是與末絮凝、處理過的稀漿懸浮液相比，是使處理過的稀漿懸浮液起絮凝并且因此改善濾水性的物質(zhì)。
所述陰離子留著助劑可以是基本水溶性的陰離子聚合物，因此它可以是例如WO 98/29604中所述的物質(zhì)。
然而優(yōu)選的是，所述陰離子留著助劑為可以是無機或有機的微顆粒陰離子留著助劑。例如，它可以是如在US 5,167,766和US 5,274,055中描述的有機陰離子微顆粒留著助劑。優(yōu)選的是無機陰離子微顆粒留著助劑。所述物質(zhì)是熟知的并包括溶脹粘土，通常稱為膨潤土、膠體二氧化硅、聚硅酸、或聚硅酸微凝膠，以及這些物質(zhì)的鋁改性物。可以使用混合物，例如有機微顆粒和無機微顆粒的混合物。
在用粘合劑和陽離子絮凝劑處理之后和在添加陰離子留著助劑之前，優(yōu)選的是，沒有另外的組分添加至纖維素懸浮液中。
在用陰離子留著助劑處理之后，通過成形網(wǎng)使絮凝的懸浮液脫水形成濕紙頁。然后，以標準方法使?jié)窦堩摳稍?，以便形成干紙?包括紙板)。
在該方法中，粘合劑在紙頁中的留著率優(yōu)選至少60或70％，更優(yōu)選至少80％，甚至85或90％或更高。
在本發(fā)明中，我們還提供如上所述陰離子留著助劑的使用以改善纖維素懸浮液脫水性能的用途，所述懸浮液已用如上所述種類的粘合劑和陽離子聚合絮凝劑處理過。
在該方法中，我們常常發(fā)現(xiàn)，給定體積的回水的脫水時間可降低至在除了不添加陰離子留著助劑的相當?shù)臈l件下脫水時間的70或60％，甚至可以降低至這些時間的50或40％以下。
實施例對于每個試驗，均使用1升纖維素漿液，濃度為0.5％固體。對于每一種方法，作為粘合劑添加陰離子淀粉，其量為3％，接著加入下表給定劑量的聚合物A。在一些試驗中，按以下表給出的劑量添加隨后的物質(zhì)。
聚合物A是IV約1dl/g的聚DADMAC均聚物。
進行脫水試驗并測量收集600毫升回水所需的時間。這就是脫水時間。結(jié)果列于下表1-3中。表1對一次添加聚合物A進行評估
表2高分子量絮凝劑的作用
表3膨潤土鈉的作用
可以看出，只使用聚合物A時得到了良好的脫水結(jié)果，而在隨后添加各種高分子量絮凝劑時，觀察不到明顯的改善。然而，當在聚合物A之后添加膨潤土鈉時，自由脫水時間將明顯改善，該時間將比預期的脫水時間低得多。實施例2這些試驗表明，利用本發(fā)明的體系所得到良好的淀粉留著率。在該試驗中，使用與實施例1相同的配料。將以干纖維計為3％干淀粉的量的陰離子淀粉添加至該配料中。然后添加陽離子絮凝劑。在某些體系中(本發(fā)明的那些體系中)，然后添加另外的組分，即陰離子留著助劑。添加物的劑量和結(jié)果列于下表4中。表4
聚合物B是IV約2dl/g的聚DADMAC的均聚物。
權(quán)利要求
1.一種造紙方法，包括如下步驟提供纖維素纖維的稀漿懸浮液，將選自特性粘度不大于3dl/g的水溶性有機聚合絮凝劑和無機絮凝劑的(a)水溶性陰離子或非離子聚合粘合劑和(b)水溶性陽離子物質(zhì)混入所述懸浮液中，然后，通過將陰離子留著助劑混入懸浮液中而使其發(fā)生絮凝，使絮凝的懸浮液脫水形成一濕紙頁，和對濕紙頁進行干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中陰離子或非離子聚合粘合劑是能與纖維素發(fā)生顯著氫鍵合的粘合劑，而陽離子物質(zhì)是特性粘度不大于3dl/g的陽離子聚合絮凝劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中聚合粘合劑選自纖維素化合物，天然樹膠、淀粉和聚乙烯醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中聚合粘合劑選自陰離子淀粉和羧甲基纖維素。
5.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的方法，其中陽離子聚合物選自聚乙烯亞胺、聚胺、雙氰胺聚合物、和水溶性烯屬不飽和單體或單體混合物的聚合物，所述單體混合物由50-100摩爾％陽離子單體和0-50摩爾％其它單體組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中陽離子聚合物是包含水溶性聚烯屬不飽和單體的單體聚合物。
7.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，水溶性陽離子物質(zhì)是80-100％二烯丙基二甲基氯化銨和0-20％丙烯酰胺的聚合物，并且特性粘度低于3dl/g。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的方法，其中，陰離子留著助劑選自無機溶脹粘土、膠體二氧化硅、聚硅酸和硅酸鹽微凝膠、鋁改性的膠體二氧化硅或聚硅酸或聚硅酸鹽微凝膠、以及有機微顆粒。
9.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求的方法，其中粘合劑選自陰離子淀粉和羧甲基纖維素，陽離子物質(zhì)是特性粘度低于3dl/g的二烯丙基二甲基氯化銨的聚合物，陰離子留著助劑是無機溶脹粘土。
全文摘要
通過與陽離子無機或聚合絮凝劑一起將陰離子淀粉,羧甲基纖維素或其它聚合粘合劑混入纖維素稀漿中,然后借助陰離子溶脹粘土或其它陰離子留著助劑使該懸浮液發(fā)生絮凝,而制得紙張。
文檔編號D21H17/29GK1269855SQ988089
公開日2000年10月11日 申請日期1998年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月12日
發(fā)明者H·約翰斯頓, L·科萊特 申請人:西巴特殊化學水處理有限公司