[发明专利]聚合物硼酸衍生物及其在造纸中的用途

说明书

本申请是申请号为200580025680.1的发明专利申请的分案申请，原申请的申请日为2005年7月29日，发明名称为“聚合物硼酸衍生物及其在造纸中的用途”。

发明领域

本发明涉及含有硼酸的聚合物，尤其是聚合物衍生物。本发明还涉及这类聚合物及含有它们的复合物在造纸中的用途。

发明背景

造纸者总是强烈地需要纸的湿纸幅强度和纸的湿强度。纸的湿纸幅强度指未干燥纸幅在造纸机上抗断裂的能力。低的湿纸幅强度可导致中断生产的频繁断裂以及较低的造纸机效率。另一方面，纸的湿强度指再润湿纸的强度。好的湿强度对于许多市售的纸产品如滤纸、卫生纸和包装纸是必须的。

纸幅主要为纤维基体。湿纸幅抗撕裂的能力取决于纤维-纤维键的强度和纤维网络伸长的能力¹。因为在成形区末端湿纸幅含有多达85％的水，现代造纸机通常支持纸幅通过其中水含量约为50％的挤压区。在这些条件下毛细作用力和机械缠结为纤维-纤维键和湿纸幅强度作出主要贡献^2，3。改进湿纸幅强度的标准途径为降低水含量或增加长纤维分数。然而，成本增加或较低的生产速率限制了这些选择。提出了将两种聚合物添加剂、脱乙酰壳多糖和阳离子醛类淀粉通过交联纤维来增强湿纸幅拉伸强度^5，6。不幸的是在现代造纸工艺中优选的碱性条件下两种聚合物均不能使用。脱乙酰壳多糖仅在酸性条件下溶于水，而在大于中性的pH下阳离子醛类淀粉对纤维的粘合大大削弱⁷。

造纸者已应用了宽范围的市售添加剂来增加纸的湿强度。在酸性造纸条件下，优选脲醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂。然而，在中性和碱性条件下优选基于聚胺-表氯醇化学的湿强度树脂⁸。已提出在干燥时，湿强度树脂自身交联以及与纸纤维形成共价键来增加纸的湿强度⁹。然而，绝大多数市售湿强度树脂对环境并不友好。同时，它们在含水条件下不稳定且仅能短时间储存。最近，许多研究工作致力于开发高效且稳定的绿色添加剂来增加纸的湿强度。实例为聚乙烯胺¹⁰、聚电解质复合物¹¹和硼酸盐/瓜耳胶凝胶¹²。

发明概述

本文公开的为包含硼酸的新型聚合物衍生物，其具有增加纸的湿纸幅强度和湿强度的能力。在碱性条件下，硼酸变为sp³杂化(-B(OH)₃)并与碳水化合物上的顺式二醇和多醇形成酯(即共价键)¹³。然而，有证据表明在富含胺的环境中，酯化可在pH值低至6时发生¹⁴。文献中已描述了许多硼酸衍生物的应用。例如，提出了将含有硼酸的水凝胶作为葡萄糖的生物传感器¹⁵。

一方面，本发明涉及通式1或1A的聚合物：

其中R₁和R₅各自独立地选自H、支化或未支化的C₁-C₆烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基和含有杂原子的环；

R₂、R₃、R₆和R₇分别独立地选自H、支化或未支化的C₁-C₆烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基和含有杂原子的环或者R₂和R₃和/或R₆和R₇一起包括在任选被取代的环中；

Q选自支化或未支化的C₁-C₁₂烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的苯基和取代或未取代的稠合烷基或苯环，任选Q带有阳离子基团，阴离子基团或为含有杂原子的环；和

x、y和z为重复单体单元数；x选自1至约100,000或更高；y和z可为0或高达100,000或更高。

上述通式的优选实施方案如下：

m＝0、1、2、3或4；

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇如上所定义。

Ri选自H、支化或未支化的C₁-C₆烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的苯基、阳离子基团、阴离子基团、中性基团和含有杂原子的环；