專利名稱：紙、紙板和卡紙板的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)紙、紙板和卡紙板的方法，該方法通過在作為助留劑的至少一種聚合物存在下使紙漿在造紙網(wǎng)上濾水而形成紙張并將紙張干燥來進行。
US-A4,421,602公開了部分水解的N-乙烯基甲酰胺均聚物在造紙中用作助留劑、助濾劑和絮凝劑。
另外，眾所周知可將固定劑用于從包含雜質(zhì)的紙漿生產(chǎn)紙張，參見Tappi Journal，1988年8月，第131-134頁。已知的固定劑例如為雙氰胺和甲醛的縮合物或二甲胺和表氯醇的縮合物。EP-A438707還公開了水解度至少為60％的水解的N-乙烯基甲酰胺均聚物和/或共聚物在造紙中用作固定劑。它們還可以與陽離子助留劑組合應(yīng)用。該水解的N-乙烯基甲酰胺聚合物的K值不超過150(在25℃的溫度下，在聚合物濃度為0.5重量％的5％氯化鈉水溶液中檢測)，對應(yīng)的摩爾質(zhì)量Mw約為900000。
其它的已知助留劑例如為聚酰胺型胺、摩爾質(zhì)量Mw至少為3百萬的高分子量聚氮丙啶、高分子量聚丙烯酰胺以及丙烯酰胺與丙烯酸二甲氨基乙酯氯甲基化物的共聚物，其中聚酰胺型胺可通過使己二酸和二亞乙基三胺縮合、將縮合物與氮丙啶接枝并將如此獲得的反應(yīng)產(chǎn)物與聚乙二醇的雙氯乙醇醚交聯(lián)而得到，參見EP-A438707的實施例。
根據(jù)EP-A649941的教導(dǎo)，通過向紙漿中加入包含至少5mol％的N-乙烯基羧酰胺或其水解產(chǎn)物的水溶性共聚物而減少了雜質(zhì)在造紙機中的沉積，例如在金屬表面、造紙網(wǎng)和毛氈上的沉積。根據(jù)實施例中的數(shù)據(jù)，N-乙烯基羧酰胺的水解度為5至20mol％。
此外已知，聚合物與用作絮凝劑的細碎無機固體如膨潤土、膠態(tài)硅酸或硅石的多種組合作為助留劑。因此，例如在Wochenblatt fiirPapierfabrikation第13卷，493-592(1979)中描述了組合使用陽離子聚電解質(zhì)與膨潤土。在該方法中，首先將膨潤土計量加入紙漿中，然后加入所述陽離子聚電解質(zhì)，如果合適的話，可以對紙漿施加剪切梯度。
EP-B235893公開了首先向紙漿中加入基于干燥紙漿的量超過0.03重量％的摩爾質(zhì)量超過500000的合成的陽離子聚合物，形成絮凝物，然后，在隨后的剪切步驟中將其粉碎成微絮凝物。其后，加入膨潤土，如此得到的紙漿經(jīng)濾水形成紙張。
根據(jù)EP-A335575中公開的生產(chǎn)紙的方法，依次向紙漿中加入兩種不同的水溶性陽離子聚合物，尤其是固定劑和助留劑，并且使后者經(jīng)歷至少一個剪切段，然后用膨潤土處理。只有在這之后才進行紙漿濾而形成紙張。
EP-A711371公開了另一生產(chǎn)紙的方法。在該方法中，將合成的陽離子高分子量聚合物加入到高稠度纖維素懸浮液中。絮凝的高稠度紙漿稀釋后，在濾水前，加入由無機促凝劑和/或第二種低分子量且陽離子性高水溶性聚合物構(gòu)成的促凝劑。
EP-A910701描述了一種生產(chǎn)紙和卡紙板的方法，依次向紙漿中加入基于聚氮丙啶或聚乙烯基胺的低分子量或中等分子量的陽離子聚合物，然后是諸如聚丙烯酰胺、聚乙烯胺或陽離子淀粉的高分子量陽離子聚合物。該紙漿經(jīng)歷至少一個剪切段后，通過加入膨潤土使其絮凝并且使紙漿濾水。
EP-A608986公開了在造紙中將陽離子助留劑計量加入高稠度紙漿中。在US-A5,393,381、WO99/66130和WO99/63159中公開了另一生產(chǎn)紙和卡紙板的方法，同樣使用包含陽離子聚合物和膨潤土的微粒系統(tǒng)。所用的陽離子聚合物為水溶性的、支化的聚丙烯酰胺。
WO01/34910描述了一種生產(chǎn)紙的方法，其中將多糖或合成的高分子量聚合物計量加入到紙漿懸浮液中。然后，紙漿必須進行機械剪切。通過計量加入無機組分如硅酸、膨潤土或粘土以及水溶性聚合物進行再絮凝。
US6,103,065公開了一種改進紙漿的留著和濾水的方法，在最終剪切后，將摩爾質(zhì)量為100000至2百萬并且電荷密度超過4.0meq/g的陽離子聚合物加入紙漿中，同時或在此之后加入摩爾質(zhì)量至少為2百萬且電荷密度低于4.0meq/g的聚合物，然后計量加入膨潤土。在該方法中，不必在添加聚合物后對紙漿施加剪切。在添加聚合物和膨潤土后，紙漿可濾水形成紙張，而無需其它的剪切力作用。
WO04/15200也公開了包含陽離子聚合物和細碎無機組分的微粒系統(tǒng)作為紙生產(chǎn)中的助留劑。合適的陽離子聚合物例如為陽離子聚丙烯酰胺、包含乙烯基胺單元的聚合物和/或聚二烯丙基二甲基氯化銨，在每種情況下，所述聚合物的平均摩爾質(zhì)量Mw至少為500000且電荷密度不超過4.0meq/g。
由于細碎無機絮凝劑的計量需要特殊設(shè)備，所以上述稠粒系統(tǒng)在技術(shù)上非常復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是提供另一種生產(chǎn)紙的方法，其與現(xiàn)有技術(shù)相比獲得了具有更短的濾水時間、改進的填料保留率和改進勻度的紙。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明目的通過一種生產(chǎn)紙、紙板和卡紙板的方法來實現(xiàn)，該方法通過在作為助留劑的至少一種聚合物存在下在造紙網(wǎng)上使紙漿濾水形成紙張并將紙張干燥來進行，其中在沒有細碎無機絮凝劑存在下進行紙張形成并將如下組分用作助留劑(a)在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為1百萬的包含乙烯基胺單元的聚合物和/或聚乙烯基甲酰胺，和(b)在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為2.5百萬的至少一種陽離子或非離子聚丙烯酰胺和/或陽離子或非離子聚甲基丙烯酰胺。
在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為1百萬的包含乙烯基胺單元的聚合物和/或聚乙烯基甲酰胺是已知的。例如，它們通過N-乙烯基甲酰胺均聚得到聚-N-乙烯基甲酰胺來制備，或者通過N-乙烯基甲酰胺與至少一種其它烯屬不飽和單體共聚，隨后將聚合的乙烯基甲酰胺單元水解為乙烯基胺單元來制備。優(yōu)選的包含乙烯基胺單元的聚合物為可通過聚-N-乙烯基甲酰胺水解得到的陽離子聚合物。這些聚合物的水解度例如為0.5至100％，優(yōu)選1至50％，并且通常在2至40％的范圍內(nèi)，尤其是2至30％。組分(a)的聚合物具有例如0至18meq/g，優(yōu)選0.1至7meq/g，尤其是0.2至4meq/g的電荷密度(在pH7測定)。助留劑組分(a)中的包含乙烯基胺單元的聚合物和聚-N-乙烯基甲酰胺優(yōu)選具有的摩爾質(zhì)量Mw至少為1.2百萬。具有上述規(guī)格的N-乙烯基甲酰胺的均聚物和共聚物的制備在例如US6,132,558，第2欄第36行至第5欄第25行中有詳細描述。將其中的陳述通過參考并入本文。
可將包含乙烯基胺單元的聚合物或聚-N-乙烯基甲酰胺單獨地或以與選自兩類化合物的聚合物混合用作組分(a)。然而，包含乙烯基胺單元的陽離子聚合物優(yōu)選作為組分(a)的化合物。
陽離子聚丙烯酰胺、非離子聚丙烯酰胺、陽離子聚甲基丙烯酰胺、非離子聚甲基丙烯酰胺以及所述化合物的混合物適于作為助留劑系統(tǒng)的組分(b)，條件是它們在每種情況下的摩爾質(zhì)量Mw至少為3百萬。在EP-A335575中描述了該類聚合物，在其現(xiàn)有技術(shù)中提及。另外，該類聚合物為商品。已知，它們通過在每種情況下單獨聚合丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺制備而得到均聚物，或通過在陽離子單體存在下聚合丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺而制備。
適合的陽離子單體例如為烯屬不飽和的C3至C5羧酸與氨基醇的酯和酰胺。陽離子單體的實例為丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基丙酯、丙烯酸二乙基氨基丙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基丙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基丙酯、二甲基氨基乙基丙烯酰胺、二乙基氨基乙基丙烯酰胺、二甲基氨基乙基甲基丙烯酰胺、二乙基氨基乙基甲基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺以及二乙基氨基丙基甲基丙烯酰胺。
陽離子單體可以游離堿形式，與諸如硫酸、鹽酸或磷酸的無機酸形成的鹽形式，與諸如甲酸、乙酸、丙酸、苯磺酸或?qū)妆交撬岬挠袡C酸形成的鹽形式和/或季銨化形式用于共聚反應(yīng)中。適合的季銨化試劑例如為C1至C18烷基鹵化物，諸如氯甲烷、氯乙烷、氯代正丙烷、氯代異丙烷和/或硬脂酰氯和芐基氯。
陽離子聚丙烯酰胺或陽離子聚甲基丙烯酰胺包含例如5至40mol％，優(yōu)選7至30mol％的以聚合單元形式并入的至少一種陽離子單體。陽離子聚合物和非離子聚合物的摩爾質(zhì)量至少為2.5百萬，優(yōu)選至少3百萬，并且通常在5百萬至1千5百萬范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，例如將如下組分用作助留劑
(a)至少一種聚合物，其包含乙烯基胺單元并可通過包含乙烯基甲酰胺單元的聚合物水解得到，其中乙烯基甲酰胺單元的水解度為0.5至100％，和(b)(i)95至60mol％的丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺與(ii)5至40mol％的至少一種陽離子單體的共聚物。
助留劑尤其包含作為組分(a)的水解度為1至40％，摩爾質(zhì)量Mw至少為1.2百萬的水解的聚乙烯基甲酰胺，和作為組分(b)的摩爾質(zhì)量Mw至少為2.5百萬的93至70mol％的丙烯酰胺和7至30mol％的至少一種陽離子單體的共聚物。
陽離子聚丙烯酰胺和陽離子聚甲基丙烯酰胺優(yōu)選包含以聚合單元形式并入的丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲基化物或二甲基氨基乙基丙烯酰胺氯甲基化物作為陽離子單體。這些氯甲基化物易于通過用氯甲烷將丙烯酸二甲基氨基乙酯或二甲基氨基乙基丙烯酰胺烷基化得到。
基于干燥紙漿，向紙漿中加入如下量的助留劑的組分(a)和(b)(a)0.001至0.8重量％，優(yōu)選0.01至0.5重量％，以及(b)0.001至0.8重量％，優(yōu)選0.01至0.2重量％。
雖然，組分(a)和(b)的比例可根據(jù)需要選擇，但優(yōu)選相對每重量份組分(a)使用0.1至1.0，優(yōu)選0.25至0.4重量份組分(b)。例如可以組分(a)和(b)的混合物形式將助留劑加入到紙漿中，通常，根據(jù)本發(fā)明將助留劑計量地加入到低稠度紙漿中。然而，也可以采取這樣的程序，其中，首先，例如在流漿箱之前的最后一個剪切段之后將組分(a)計量加入，然后計量加入組分(b)。然而，也可以在剪切段之前或之后將兩組分分開但同時引入低稠度紙漿中。最有利的是，首先計量加入至少一種組分(a)的化合物，然后計量加入至少一種組分(b)的化合物。例如可在剪切段之前將組分(a)的化合物加入到紙漿中，且可在流漿箱之前的最后一個剪切段之后將組分(b)的化合物加入到紙漿中。然而，兩種化合物也可以在流漿箱之前的最后一個剪切段之前或在流漿箱之前的最后一個剪切段之后計量加入到紙漿中。然而，組分(a)也可以在不同的點計量加入低稠度紙漿中，并且可使剪切力作用于系統(tǒng)和在流漿箱之前的最后一個剪切段之前或之后添加的組分上。也可以首先向紙漿中加入助留劑的組分(b)，然后計量加入組分(a)。
如果使用聚乙烯基甲酰胺作為組分(a)化合物，優(yōu)選使用陽離子聚丙烯酰胺作為組分(b)化合物；另一方面，如果選擇包含乙烯基胺單元的聚合物作為組分(a)，則優(yōu)選使用陽離子聚丙烯酰胺或陽離子聚甲基丙烯酰胺，但也可以將非離子聚丙烯酰胺和/或非離子聚甲基丙烯酰胺用作組分(b)。
本發(fā)明還涉及如下(a)和(b)的組合在紙、紙板和卡紙板生產(chǎn)中作為唯一助留劑的用途(a)在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為1百萬的包含乙烯基胺單元的聚合物和/或聚乙烯基甲酰胺，和(b)在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為2.5百萬的至少一種陽離子或非離子聚丙烯酰胺和/或陽離子或非離子聚甲基丙烯酰胺。
根據(jù)本發(fā)明，可生產(chǎn)所有品質(zhì)的紙、紙板和卡紙板，例如新聞紙，所謂的中等質(zhì)量書寫和印刷紙，天然凹版印刷紙以及輕量涂布紙。例如可以使用磨木漿、熱法機械漿(TMP)、化學(xué)熱磨機械漿(CTMP)、壓力磨木漿(PGW)和亞硫酸鹽漿和硫酸鹽漿。化學(xué)漿和機械漿以及廢紙和涂布的損紙也適于作為生產(chǎn)紙漿的原料。為了得到紙，特別是在綜合紙磨機中，以或多或少的潮濕形式直接地而無需預(yù)先增稠或干燥而進一步加工機械漿和化學(xué)漿。由于未完全將雜質(zhì)從中除去，這些纖維材料仍包含嚴重干擾常規(guī)造紙方法的物質(zhì)。如果使用該類紙漿，明智的是在固定劑存在下操作。
通過根據(jù)本發(fā)明的方法可生產(chǎn)無填料和含填料的紙。紙中的填料含量可至多不超過40重量％，優(yōu)選在5至30重量％范圍內(nèi)。適合的填料為例如粘土、高嶺土、天然的和沉淀的白堊、二氧化鈦、滑石、硫酸鈣、硫酸鋇、氧化鋁、緞光白或所述填料的混合物。
可以在常規(guī)量的常規(guī)加工化學(xué)品存在下進行造紙，例如機械膠(enginesize)，例如尤其是烷基雙烯酮分散體、松香膠、鏈烯基琥珀酰亞胺分散體或膠料聚合物分散體，增強劑如與表氯醇交聯(lián)的聚酰胺型胺、具有平均分子量的聚乙烯基胺或淀粉，固定劑，生物殺傷劑，染料和填料。優(yōu)選將常規(guī)加工助劑計量加入到低稠度紙漿中。
與已知方法生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，通過本發(fā)明方法獲得的紙具有改進的勻度、改進的填料分布、更好的不透明性和改進的可印刷性。與微粒方法相比，本發(fā)明方法的操作更簡單并且與現(xiàn)有技術(shù)相比得到了改進的填料保留率和勻度。
在實施例中，對原料所述的百分數(shù)都是重量百分數(shù)。借助靜態(tài)光散射法測定聚合物的摩爾質(zhì)量Mw。
通過使紙漿樣品在Schopper-Riegler測試儀中濾水來測定濾水時間，測定得到300mL濾液的時間，以秒計。
灰分保留率(ash retention)(第一遍灰分保留率(first pass ash retention))的確定如下進行用流漿箱中的紙漿灰分濃度與白水中的灰分濃度之差除以流漿箱中的紙漿灰分濃度再乘以100。其以百分數(shù)表示。
勻度(在線勻度指數(shù))的評估通過借助Measure IT Optical PropertiesMeasurement OP 4255(來自ABB的勻度傳感器)測量待測紙張進行。測量值越低勻度越好。
在實施例中，使用以下聚合物PVAm 1摩爾質(zhì)量Mw為1.2百萬并且電荷密度為3.0meq/g的聚乙烯基胺PAM 170重量％丙烯酰胺和30重量％丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲基化物的共聚物，其摩爾質(zhì)量Mw為8百萬并且電荷密度為1.7meq/g。
所用的膨潤土已用碳酸鈉水溶液活化。
實施例在每種情況下，將包含50％TMP、30％脫墨廢紙、20％硫酸鹽法紙漿，和作為填料的碳酸鈣，以及在實施例1和對比例1至3中提到的添加劑的紙漿在雙網(wǎng)造紙機上濾水，該造紙機以1500m/min的速度生產(chǎn)含木材的印刷紙。白水的固體含量一直為0.55％。該紙的填料含量為30％。該紙的基重為52-56g/m2。
實施例1在最后一個剪切段之后并且在流漿箱之前，將0.03％的PVAm 1和0.01％的PAM 1加入上述紙漿中。濾水時間為31秒，灰分保留率為42％，勻度指數(shù)為5.9。
對比例1根據(jù)EP-A235893的教導(dǎo)，在最后一個剪切段之前，將0.04％的PVAm1和0.015％的PAM 1計量加入到上述紙漿中，然后在流漿箱之前加入0.3％的膨潤土。包含膨潤土的樣品的濾水時間為38秒，灰分保留率為37％，勻度指數(shù)為6.9。
對比例2在最后一個剪切段之后并且在流漿箱之前，將0.025％的PAM 1計量加入上述紙漿中。該紙漿的濾水時間為41秒?；曳直Ａ袈蕿?6％，勻度指數(shù)為7.4。
對比例3在最后一個剪切段之后并且在流漿箱之前，將0.05％的PVAm 1計量加入上述紙漿中。該紙漿的濾水時間為38秒?；曳直Ａ袈蕿?9％，勻度指數(shù)為6.4。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)紙、紙板和卡紙板的方法，該方法通過在作為助留劑的至少一種聚合物存在下在造紙網(wǎng)上使紙漿濾水形成紙張并將紙張干燥來進行，其中在沒有細碎無機絮凝劑存在下進行紙張形成并將如下組分用作助留劑(a)在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為1百萬的包含乙烯基胺單元的聚合物和/或聚乙烯基甲酰胺，和(b)在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為2.5百萬的至少一種陽離子或非離子聚丙烯酰胺和/或陽離子或非離子聚甲基丙烯酰胺。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將如下組分用作助留劑(a)至少一種聚合物，其包含乙烯基胺單元并通過包含乙烯基甲酰胺單元的聚合物水解得到，其中乙烯基甲酰胺單元的水解度為0.5至100％，和(b)(i)95至60mol％的丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺與(ii)5至40mol％的至少一種陽離子單體的共聚物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中將如下組分用作助留劑(a)水解度為1至50％并且摩爾質(zhì)量Mw至少為1.2百萬的水解的聚乙烯基甲酰胺，和(b)93至70mol％的丙烯酰胺和7至30mol％的至少一種陽離子單體的共聚物。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述陽離子聚(甲基)丙烯酰胺包含聚合單元形式的至少一種游離堿、鹽和/或季銨化形式的選自如下的陽離子單體丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、丙烯酸二甲基氨基丙酯、丙烯酸二乙基氨基丙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基丙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基丙酯、二甲基氨基乙基丙烯酰胺、二乙基氨基乙基丙烯酰胺、二甲基氨基乙基甲基丙烯酰胺、二乙基氨基乙基甲基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺和二乙基氨基丙基甲基丙烯酰胺。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述陽離子聚丙烯酰胺和陽離子聚甲基丙烯酰胺包含以聚合單元形式并入的丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲基化物或二甲基氨基乙基丙烯酰胺氯甲基化物作為陽離子單體。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中所述助留劑的組分(a)和(b)基于干燥紙漿以如下量使用(a)0.001至0.8重量％，優(yōu)選0.01至0.5重量％，以及(b)0.001至0.8重量％，優(yōu)選0.01至0.2重量％。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中相對每重量份組分(a)，所述助留劑包含0.1至1.0，優(yōu)選0.25至0.4重量份的組分(b)。
8.如下組分(a)和(b)的組合在紙、紙板和卡紙板的生產(chǎn)中作為唯一助留劑的用途(a)在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為1百萬的包含乙烯胺單元的聚合物和/或聚乙烯基甲酰胺，和(b)在每種情況下摩爾質(zhì)量Mw至少為3百萬的至少一種陽離子或非離子聚丙烯酰胺和/或陽離子或非離子聚甲基丙烯酰胺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)紙、紙板和卡紙板的方法，該方法通過在造紙網(wǎng)上使紙漿濾水形成紙張并將紙張干燥來進行。所述紙張在沒有細碎無機絮凝劑存在下形成，并將如下組分用作助留劑(a)在每種情況下摩爾質(zhì)量M
文檔編號D21H21/10GK101014741SQ200580030392
公開日2007年8月8日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月10日
發(fā)明者M·勒都克, R·布盧姆, P·萊費特 申請人:巴斯福股份公司