[发明专利]疏水性聚合物及其在制备纤维素纤维组合物中的用途

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2005年5月26日提交的美国临时申请No.60/684,816的权益，通过引用的方式将其全部内容加入到本文。

技术领域

本发明涉及疏水性聚合物和共聚物在制备纤维素纤维组合物中的用途。本发明还涉及纤维素纤维组合物，如纸和纸板，其包含与水相容的疏水性聚合物或共聚物。

背景技术

纤维素纤维纸页(sheet)、特别是纸张和纸板的制备包括以下步骤：1)制备纤维素纤维的的含水浆料，该浆料还可含有无机矿物补充剂(extender)或颜料；2)将该浆料沉积在移动的造纸网或织物上；以及3)通过滤水而由浆料的固体成分形成纸页。

上述过程之后，将板压缩并干燥以进一步除去水。在成板步骤之前经常向浆料中加入有机和无机化学物质以使造纸方法成本更低、更迅捷和/或得到具有特定性能的最终纸制品。

造纸业不断地努力改进纸质、提高生产率以及降低生产成本。在纤维浆料到达造纸网或织物之前经常向其中加入化学物质以改善方法的滤水/脱水以及固体留着性；这些化学物质被称作助留剂和/或助滤剂。

关于滤水性/脱水性的改善，纤维浆料在造纸网或织物上的滤水或脱水通常是造纸机达到更快速度的限速步骤。滤水的改善还导致在压制和干燥部分得到更干的纸页，这能够降低蒸汽的消耗。此外，滤水或脱水是造纸方法中决定许多最终纸页性能的阶段。

至于固体留着性，造纸助留剂用于在滤水以及形成纸幅的湍流方法过程中提高细小配料固体在幅中的留着率。如果细小固体的留着率不足，它们将流失于工厂废水中或在循环的白水回路中累积至高水平，潜在地造成沉淀堆积。此外，留着率不足由于损失了意欲被吸附于纤维上的添加剂，从而增加了造纸商的成本，添加剂可以提供纸的不透明性、强度或施胶性能。

过去使用具有阳离子电荷或阴离子电荷的高分子量(MW)的水溶性聚合物作为助留剂和助滤剂。最近的研究表明：与高MW的水溶性聚合物结合使用的无机微粒比常规使用的高MW水溶性聚合物具有更加优异的留着和滤水功效。美国专利No.4,294,885和4,388,150教导了使用淀粉聚合物和胶体二氧化硅。美国专利No.4,753,710教导了用高MW阳离子絮凝剂絮凝纸浆配料，向絮凝的配料施加剪切，以及然后向配料中加入膨润土。美国专利No.5,274,055以及5,167,766公开了使用化学交联的有机微粒或微聚合物作为造纸工艺中的助留助滤剂。

共聚物还用于控制造纸系统中的污染物沉积或有机沉积物。术语有机沉积物用于描述在造纸系统中对纸品生产有害的粘性、水不溶性物质。在制浆和造纸工艺中源于树木的这种物质被称作沥青或木沥青；术语胶粘物用于描述源自胶粘剂的污染物，其作为循环纤维的污染物被引入造纸工艺中。一种消除这些物质的策略是使有机沉积物凝聚成为较大的、非粘性颗粒，这种颗粒可从造纸原料中除去或可包含在纸页中而不在造纸系统中形成沉积物或在纸页中形成缺陷。能够与有机沉积物相互作用并降低其负面影响的化学物质包括表面活性剂和聚合物。该聚合物可以为离子型的或非离子型的，包括用作絮凝剂、凝结剂以及分散剂的物质。

所使用的聚合物或共聚物的功效随着构成它们的单体类型、单体在聚合物基体中的排列、合成分子的分子量和制备方法而变化。

本发明出人意料地发现，疏水性聚合物或共聚物提供意想不到的留着和滤水活性，可以在包括造纸应用的应用中用作污染物控制助剂。尽管所采用的合成方法为本领域技术人员所公知的，但现有技术没有暗示独特的物理性质将导致观察到的出人意料的活性。

发明内容

本发明涉及与水相容的疏水性聚合物和共聚物以及含有所述疏水性聚合物和共聚物的纤维素纤维组合物，特别是纤维素纸页，如纸张或纸板。本发明还涉及制造所述疏水性聚合物和共聚物以及所述纤维素纤维组合物的方法。

另一方面，本发明提供一种制造纤维素纤维组合物的方法，包括向纤维素纸浆中加入含有疏水性基团的与水相容的聚合物或共聚物。

本发明还涉及纤维素纤维组合物，其包括纤维素浆的水性浆料，含有所述与水相容的聚合物和共聚物。本文中，术语共聚物应被理解成指由两种或多种不同的单体单元构成的聚合物组合物。

此外，还公开了包括与水相容的疏水性聚合物和共聚物、和纤维素纤维、和任选存在的硅质材料的组合物。

根据本发明，意外地发现某些与水相容的疏水性聚合物和共聚物表现出独特的物理特性并作为助留剂和助滤剂提供意外的活性。

具体实施方式

本发明在造纸工艺中通过向造纸浆料中加入与水相容的疏水性聚合物或共聚物提供了增强的留着性和/或滤水性。