[发明专利]制造互穿聚合物网络材料的方法、其产品和所述产品的用途

说明书

本发明涉及一种互穿聚合物网络(IPN)材料，其包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物，和与MCC、MFC或其混合物一起形成IPN的至少一种聚合物。本发明还涉及IPN材料的制造方法以及IPN材料在造纸工业中的用途。

发明领域

本发明涉及一种制造互穿聚合物网络材料的方法及其产品。本发明还涉及所述互穿聚合物网络材料在造纸工业中的用途。

背景技术

造纸工业不断努力提高纸张和纸板质量，提高处理速度，降低制造成本等。各种化学品(合成和天然存在的)用于处理纸浆，以改善例如保留和排水，并产生最终纸制品的物理性质，例如湿强度和干强度。

保留剂是改进功能化学品在基质中的保留性的加工化学品。结果是，总体上使用更少的化学品来获得功能化学品的相同效果，而更少的化学品被浪费掉。

排水添加剂是增加丝网(wire)上水分从纸浆的排出速率的物质。常用的排水添加剂是阳离子淀粉和聚丙烯酰胺。

湿强度添加剂确保纸张变湿时保持其强度。这在棉纸中尤其重要。湿强度添加剂的实例是脲-甲醛(UF)、三聚氰胺-甲醛(MF)和聚酰胺-表氯醇(PEA)。

干强度添加剂是提高正常或非湿条件下纸张强度的化学品。使用的典型化学品是淀粉和聚丙烯酰胺(PAM)衍生物。淀粉和PAM衍生物可以是带阴离子电荷或阳离子电荷的。通过使用阳离子淀粉或PAM，带负电荷的纤维可以与阳离子淀粉或PAM结合，从而增加纤维之间的相互连接，从而增加强度。

例如，US 8,647,470公开了一种用于生产具有改进的干强度的纸、纸板和卡板的方法。改进的干强度通过向原料中加入包含纳米纤维素和至少一种选自阴离子聚合物和水溶性阳离子聚合物的聚合物的水性共混物，纸原料排水并干燥纸制品而获得。

互穿聚合物网络(IPN)是一种也称为IPN材料的聚合物，其包含两个或更多个在分子尺度上至少部分交错但不彼此共价键合的网络。除非化学键断裂，否则网络不能分离。可以设想两个或多个网络以这样的方式缠结，即，它们被连结并且不能被拉开，但不通过任何化学键彼此键合。

换句话说，互穿聚合物网络是至少两种聚合物的组合，其中至少一种聚合物在其它聚合物的直接存在下被合成(聚合)和/或交联。

简单地混合两种或更多种聚合物不会产生互穿聚合物网络(而是聚合物共混物)，也不会由至少一种类型的彼此键合以形成一个网络(杂聚物或共聚物)的单体产生聚合物网络。

文献Chang等人，Polymers for Advanced Technologies(2011)，22(9)，1329-1334公开了通过IPN方法制备的纤维素/聚(N-异丙基丙烯酰胺)双网络水凝胶的结构和性质。纤维素水凝胶通过在NaOH/尿素水溶液中化学交联纤维素来制备，其用作第一网络。随后通过在纤维素水凝胶中原位聚合/交联N-异丙基丙烯酰胺获得第二网络。该方法产生双网络水凝胶，其将天然聚合物和合成的聚(N-异丙基丙烯酰胺)共同合并在一个体系中。

即使存在可用的含纤维素的IPN，仍然需要新型含纤维素的IPN材料，其在制造具有改进性能的纸和纸板中作为添加剂而使用。

发明概述

本发明涉及根据权利要求1的制造互穿聚合物网络材料的方法。

本发明还涉及根据权利要求8的互穿聚合物网络材料。

另外，本发明还涉及根据权利要求14的互穿聚合物网络材料的用途。

发明人惊奇地发现，互穿聚合物网络材料，其包含微晶纤维素(MCC)、微原纤维化纤维素(MFC)或其混合物和与MCC、MFC或其混合物一起形成互穿聚合物网络的至少一种聚合物，可以用作造纸工业中的添加剂，以提高加工速度并改进最终产品的质量。例如，与阳离子聚丙烯酰胺(cPAM)相比，本发明的IPN材料显著地改进了排水时间。