[发明专利]阳离子改性的多糖

说明书

发明领域

本发明涉及用作纸制品和纸板制品填料和增强助剂的改性多糖，更具体地，涉及表面电荷增强的改性多糖。

发明背景

造纸的一个目标是增加终产品中的填料量，以减少相对昂贵的成分—纤维的量。增加填料的量必须不对纸的上浆和其它必要性能产生不利影响。在填料中，淀粉以其低成本和有效性而具有吸引力。通常未经改性的原淀粉不能很好地保留在造纸配料中，原因是缺乏与纤维和助留剂的有效相互作用。尽管存在此种缺点，但还是设计出了在造纸中使用淀粉作为填料的方法。

在大多数纸和纸板的生产过程中，淀粉被充分蒸煮并用在施胶压榨步骤中。施胶压榨用的淀粉可以含有赋予纸或纸板理想性能，例如改进的印刷性能、硬度、粘结性、除尘性能、表面撕拉性能(surface pick)及其他性能的添加剂。阳离子淀粉通常在造纸机的铜网部加入，能够提高纸的强度性能和细粒子的保留率。其它带电的合成聚合物可与阳离子淀粉结合在一起提高总的细粒子的保留率。

由于未蒸煮和未改性的生淀粉粒子的保留性能低至不可接受，因而其不能加到造纸机的铜网部。当生淀粉在水中成浆时，其粒子表面电荷接近零。缺乏表面电荷使生淀粉与带电荷的助留剂和/或纤维的相互作用很弱。没有强相互作用(如，化学连接)，淀粉就不能很好地保留在造纸系统中。对淀粉粒子进行机械渗透能够使部分淀粉保留在纤维网中，但这样的保留需要特殊类型的网前箱结构。

但是，通过给生淀粉粒子加上表面电荷，就有可能显著地增加淀粉在网中的保留率。如此增加的淀粉保留通过使用在带电的淀粉粒子和纤维表面之间形成桥键连接的助留剂来实现。以前，通过使某些官能团，例如季胺基团与淀粉共价连接对淀粉进行化学改性，从而给生淀粉加上电荷。造纸时，通常充分蒸煮这些化学改性的淀粉，然后将其加到造纸机的铜网部。这样的一种化学改性方法使淀粉的成本明显增加，而且，这种方法并不能够使淀粉带上足够的电荷，因而也不能使未蒸煮的淀粉的保留性能显著地高于未改性的生淀粉的保留性能。

因此，存在着对用于造纸方法中的经济实用的填料的需求，该填料能够增加粒子的保留率而不会对上浆产生不利影响。还存在着对保留性能增强并能够增加纸制品强度的填料的需求。本发明设法满足这些需求并提供另外的相关优点。

发明概述

一方面，本发明提供一种表面电荷增强的改性多糖。本发明的多糖是一种已被改性而含有一种阳离子聚合物的多糖。按照本发明制成的改性淀粉带有从约+5至约+20mV的表面电荷。这种保留性能增强的改性多糖加入造纸配料中是有利的。

另一方面，本发明提供含有表面电荷增强的改性多糖的纸制品。含有改性多糖的纸制品的强度比不含改性多糖的类似组成的纸制品的强度高。在一个实施方案中，纸制品含有纤维素纤维和改性多糖。在另一个实施方案中，除纤维素纤维和改性多糖外，纸制品还含有一种增强纤维对改性多糖的保留率的助留剂。所述的助留剂可以是带正电的助留剂或带负电的助留剂。

本发明的另外的方面提供形成表面电荷增强的改性多糖的方法，及通过加入改性多糖，制成填料保留率提高、强度增强的纸制品的方法。

附图的简要说明

通过参照下面的详细说明并结合附图可使本发明更加清楚，本发明的前述方面和一些附带的优点将会更容易理解，其中：

图1是按照本发明形成的一种典型的改性多糖的示意图。

优选实施方案详述

一方面，本发明提供表面电荷增强的多糖。该多糖被改性而含有一种使多糖表面带有正电荷的阳离子添加剂。本文所用的术语“多糖”和“淀粉”是可互换的，术语“改性淀粉”和“改性多糖”是指按照本发明形成的表面电荷增强的多糖。

合适的阳离子添加剂包括能够不可逆地和/或强烈地与淀粉结合，并且当与淀粉结合时，增强淀粉表面电荷的物质。阳离子添加剂包括阳离子有机聚合电解质和聚合物。优选阳离子添加剂包括阳离子聚合物如聚季胺。在一个优选实施方案中，阳离子添加剂是分子量相对低、强正电性的聚季胺，其分子量范围为约1-5百万克/摩尔，约3毫克当量季胺/克。这样的一种聚季胺可从伊利诺斯州Naperville的Nalco Chemical Co.购得，商品名为Nalco 7527。淀粉中添加的阳离子添加剂的量为约1-约15磅/吨干淀粉，优选约5磅/吨淀粉。

对形成本发明的改性淀粉有用的其它阳离子添加剂包括阳离子聚丙烯酰胺、硫酸铝、脱乙酰壳多糖、多胺、聚酰胺型胺类、聚氮丙啶、聚酰胺-表氯醇(PAE)、聚亚烷基多胺-表氯醇(PAPAE)和胺聚合物-表氯醇(APE)。