[发明专利]造纸中用作添加剂的含季乙烯胺的聚合物

说明书

技术领域

本发明涉及含乙烯胺的聚合物及其制备方法，其中胺基被阳离子的官能团取代。

背景技术

部分或完全水解的聚乙烯基甲酰胺(即，聚乙烯胺)均可以在造纸中用作干强剂、湿强剂、助留剂和助滤剂。聚乙烯胺具有线型的主链结构，每两个碳单元有一个伯胺基团，这使其因为具有高密度的伯胺官能而在水系统中为高度阳离子性的。由于伯胺基团的高密度，这些聚合物具有很强的氢键合能力。美国专利US 2,721,140公开了使用聚乙烯胺作为添加剂制造具有高湿强度的纸张，而美国专利US 5,961,782公开了使用聚乙烯胺来制备可交联的起皱粘合剂配制品。美国专利US 4,421,602公开了部分水解的水溶性N-乙烯基甲酰胺聚合物，所述聚合物含有N-乙烯基甲酰胺单元和乙烯胺单元。它还公开了使用聚乙烯胺和50％水解的聚乙烯基甲酰胺来提高造纸工艺中纸浆纤维的絮凝效率、细粉保留和滤过速率，而美国专利US 6,159,340则公开了在纸张和纸板生产中使用这类聚合物作为干强剂和湿强剂。美国专利6,616,807和6,797,785公开了在造纸中使用聚乙烯胺作为助滤剂、絮凝剂和助留剂。

制造聚乙烯胺通常通过N-乙烯基甲酰胺单体进行自由基溶液聚合，然后再进行碱或酸催化水解，由此聚合物主链上的伯胺被脱保护，释放出甲酸。美国专利US 4,774,285披露了N-乙烯基甲酰胺单体可与另外的乙烯基单体如乙酸乙烯酯共聚，随后水解产生水溶性乙烯胺和乙烯醇的共聚物，其可以作为用于造纸的干强和湿强添加剂。美国专利US 5,630,907公开了含有乙烯胺和丙烯酸单元两者的共聚物组合物及其应用。美国专利US 6,797,785公开了一种共聚物及其作为絮凝剂和凝结剂在造纸中的应用，该共聚物通过反相乳液聚合而含有乙烯胺单元及二烯丙基二甲基(氯化)铵(DADMAC)或丙烯酰胺单元的组合。EP 0251182公开了含乙烯胺和丙烯腈单元的共聚物，所述共聚物在造纸中可用作助滤剂、助留剂，以及用于提高纸制品干强度的湿端添加剂。总之，这些共聚物含有以线性方式通过碳-碳键无规连接在一起的乙烯胺单元和其它乙烯基单元，其中所述其它乙烯基单元可降低乙烯胺单元在聚合物主链上的密度，从而与聚乙烯胺均聚物相比，可赋予其较低的阳离子电荷密度。

聚乙烯胺的胺官能可以与多种具有反应性官能团的化合物反应。用官能团对聚乙烯胺进行后聚合化学改性是一种生成具有改变了的物理和应用特性的聚乙烯胺衍生物的替代方法。美国专利US 5,994,449公开了树脂组合物及这些组合物作为起绉粘合剂的应用，所述树脂组合物为表卤代醇与乙烯胺-乙烯醇共聚物和聚氨基酰胺混合物的反应产物。美国专利US5,269,942公开了使用季铵化聚乙烯胺用于脱墨回路净化，而美国专利US5,292,441公开了其作为絮凝剂用于废水净化。在这两种情况下，季铵化的聚乙烯胺由聚乙烯胺与季铵化试剂如氯甲烷、硫酸二甲酯、或氯化苄反应得到。美国专利申请第2008/0009596A1号公开了通过包括酰胺、酯和酸的α，β-不饱和烷基羰基化合物改性的含聚乙烯胺的聚合物。特别地，用丙烯酰胺改性的含聚乙烯胺聚合物作为造纸工艺中的添加剂用于干强度得到改善的纸板制品，显示出了特别的效果。美国专利US 6,864,330公开了PEG接枝的聚乙烯胺衍生物，并且还公开了接枝聚合物的伯胺可以通过与含季铵基团的环氧化物反应而进一步阳离子化。接枝聚合物可以在PEG存在下通过自由基聚合来聚合乙烯基甲酰胺进行制备，并且其在结构上不同于聚乙烯胺均聚合物和共聚物。美国专利US 5,324,787中描述了用丁基缩水甘油醚改性的含乙烯胺聚合物。美国专利US 6,133,392中描述了用氯乙酸钠改性的含乙烯胺聚合物。美国专利US 5,430,110描述了季铵化的含乙烯胺聚合物，但是没有描述其在提高纸制品干强度或提高造纸系统滤过性的用途。日本专利申请10-110010A描述了季铵化的含乙烯胺聚合物，但是没有说明哪些具体的组合物最适用于纸制品的干强度和造纸系统的滤过。美国专利申请第12/221,220号描述了季铵化的含乙烯胺聚合物。与本发明相比，该美国专利申请12/221,220号提出了该发明的更具体限制的部分，其中含聚乙烯胺的聚合物优选以特定的比例与季胺化试剂反应，赋予所得到的改性含乙烯胺聚合物高得惊人的正电荷密度，并且，在用于造纸应用时可表现出意想不到的增强的干强度、滤过和固着性能(fixative property)。

发明内容

本发明的一个实施方案是改性的含乙烯胺聚合物，所述聚合物包括无规分布的具有下式(I)或(II)至少之一的重复单体单元：