本发明专利技术涉及由两性离子、非离子和阳离子或阴离子单体单元组成的高分子量水溶性聚合物，并涉及这些聚合物在造纸工艺中的应用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及由两性离子单体单元、非离子单体单元和至少一个阳离子或阴离子单体单元生成的高分子量水溶性聚合物，并涉及这些聚合物在造纸工艺中的应用。
技术介绍
在纸的制造中，一种纤维素水悬浮液或水浆被制成纸张。在加入造纸机之前，通常将纤维素淤浆稀释至稠度(淤浆中固体的干燥重量百分数)低于1％，而且通常低于0.5％，然而纸张成品必须含有低于6wt％的水。因此，造纸的脱水状况对于制造的效率和成本是极其重要的。成本最低的脱水法是排水，然后使用更昂贵的方法，包括真空挤压、毛毡吸水和挤压、蒸发等类似的方法，和这些方法的任意组合。由于排水是首先使用的和最廉价的脱水方法，排水效率的提高可以减少需要通过其它方法去除的水分并提高脱水的总效率，由此降低其成本。对于制造效率和成本极其重要的造纸的另一问题是在造纸工艺中形成的纤维垫上和纤维垫内的配料(furnish)组分的保持性。造纸配料含有粒子，这些粒子的大小为大约2至3毫米的纤维素纤维至测量值仅为几微米的填料。在此范围内是纤维素细粉、矿物填料(用来提高不透度、白度和纸的其它特性)和其它通常(不包含一种或多种助留剂)会穿过形成的纤维垫中的纤维素纤维之间的空隙(孔隙)的微粒。代表性助留剂包括由一个或多个非离子单体和一个或多个阳离子或阴离子单体构成的高分子量阳离子或阴离子合成聚合物絮凝剂。该絮凝剂通过将粒子结合成大块凝聚物来发挥作用。配料中这种大块凝聚物的存在提高了保持性和排水性。在未结块的粒子可以以其它方式大致通过的纤维网上，将这些凝聚物从水中过滤出来。凝聚物的存在使得水更容易地从配料中通过它们周围的孔隙。造纸工艺中其它节约用料重要的部分包括洗浆池或增稠器。这些过程将纸浆过滤，从而将多余的可溶或胶态物从纸浆悬浮液中置换出来，或将纸浆增稠以进行下一加工步骤。在增稠或洗浆过程中会流失有用的填料或纤维素细粉。处理用添加剂(例如混凝剂或絮凝剂)的加入有利于提高这些过程的效率。在许多造纸配料，特别是含有循环纤维的配料中，可能会有与被絮凝的目标阴离子材料竞争的阴离子物质。当目标填料和纤维表面必须为了聚合物与阴离子溶质或胶体(阴离子“废料”)竞争时，由于聚合物中可用的阳离子位的减少，絮凝效率急剧下降。为了规避这一问题，传统上是使用阳离子混凝剂与有害的阴离子物质配位。当混凝剂在有害的阴离子物质的高表面上中和阴离子电荷时，絮凝剂仍保持“游离”状态以凝聚剩余的阴离子纤维和填料表面，这是所需的结果。然而，由于可溶性有害阴离子物质的量可变，生产用水的絮凝需求量意味着混凝剂的剂量必须改变以实现相同程度的中和。尽管消除絮凝性能的变动对于保持过程控制和操作一致而言是至关重要的，但是在絮凝剂加入前保持恒定的溶液电荷在实践中是相当困难的。另一种加入混凝剂使电荷中和的方法是加入一种能够抵抗阴离子废料量的变化和溶液中带电物类的浓度变化的絮凝剂。这种絮凝剂的一个例子是聚(丙烯酰胺)，它是一种中性的、非荷电均聚物。另一例子是在已公布的国际申请PCT/US00/17841号中公开的由一个或多个两性离子单体和一个或多个非离子单体构成的非荷电聚合物。专利技术概述我们已经发现由一个或多个非离子单体、一个或多个两性离子单体和一个或多个阳离子或阴离子单体制成的高分子量、带电聚合物对于使具有高电导率或含有大量可溶或胶态阴离子组分的水悬浮液絮凝出乎意料地有效。相应地，在首要方面，本专利技术涉及一种高分子量水溶性带电聚合物，其含有大约50至大约99.8摩尔％一个或多个非离子单体、大约0.1至9.9摩尔％一个或多个阳离子或阴离子单体、和大约0.1至大约49.9摩尔％一个和多个化学式如下的两性离子单体 或 其中L+是化学式如下的基团 或 L-是化学式如下的基团 W+是-S+R3-或-N+R2R3-；W-是 Z-是CO2-、SO3-、 或 Z+是-N+R5R6R7-；R1和R8独立地是氢或甲基；R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自氢和C1-C4烷基；Y1、Y2和Y3独立地选自O或NR2；m是2或3；和n是1-5。本专利技术的详细说明“烷基”是指由直链或支链饱和烃去除一个氢原子得到的一价基团。代表性烷基包括甲基、乙基、正丙基和异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基、及类似物。优选烷基是甲基。“折合比浓粘度”(RSV)是聚合物链长度和平均分子量的一个指标。在给定的聚合物浓度和温度下测量RSV，并按照如下公式计算RSV=c]]>其中η＝聚合物溶液的粘度；η0＝相同温度下溶剂的粘度；和c＝溶液中聚合物的浓度。此处所用的浓度“c”的单位是(克/100毫升或克/分升)。因此，RSV的单位是分升/克。在30℃测量RSV。粘度η和η0是使用尺寸为75的Cannon-Ubbelohde半微量稀释粘度计进行测量的。将该粘度计放置在调整到30±0.02℃的恒温浴中的一个完全垂直的位置。RSV计算中的固有误差为大约2分升/克。对两种组成相同或非常相似的线性聚合物测得的相似RSV表明聚合物具有相似的分子量，前提是对聚合物样品的处理方法相同，且RSV是在相同的条件下测得的。IV表示特性粘度，它是在无穷大的聚合物稀释度(也就是聚合物浓度等于零)极限范围内的RSV。此处使用的IV获自在0.015-0.045wt％聚合物的范围内RSV与聚合物浓度的函数图的y-截距。“带电聚合物”是指带有净正或负电荷的聚合物。本专利技术的带电聚合物是由一个或多个两性离子单体、一个或多个非离子单体和一个或多个阳离子或阴离子单体构成的。如本文所述，在1M NaNO3中以450ppm测量时，本专利技术的带电聚合物的RSV高于5分升/克。优选的带电聚合物的RSV高于15分升/克。更优选的带电聚合物的RSV高于25分升/克。“单体”是指一种可聚合的烯丙基、乙烯基或丙烯酸化合物。该单体可以是阴离子、阳离子或非离子型。优选为乙烯基单体，更优选为丙烯酸单体。“阳离子单体”是指如本文定义的带有净正电荷的单体。代表性阳离子单体包括丙烯酸二烷基氨烷基酯和甲基丙烯酸二烷基氨烷基酯的季盐或酸式盐、二烷基氨烷基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺的季盐或酸式盐、N，N-二烯丙基二烷基卤化铵、曼尼希产物、及类似物。烷基通常是C1-4烷基。优选阳离子单体包括二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵(APTAC)、(3-甲基丙烯酰胺)丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)、丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐(DMAEA.MCQ)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐(DMAEM.MCQ)和丙烯酸二甲氨基乙酯苄基氯季盐(DMAEA.BCQ)、丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐是优选的。“阴离子单体”是指如本文定义的带有净负电荷的单体。代表性阴离子单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸或衣康酸的金属盐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸盐、磺丙基丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐或这些或其它可聚合羧酸或磺酸的其它水溶性形式、磺甲基化的丙烯酰胺、烯丙基磺酸盐、乙烯基磺酸钠，及类似物。优选的阴离子单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、磷酸一丙烯酰乙氧酯和它们的钠盐。“非离子单体”是指如本文定义的电中性的单体。代表性非离子型单体包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲替(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高分子量水溶性带电聚合物，其含有大约５０至大约９９．８摩尔％一个或多个非离子单体、大约０．１至９．９摩尔％一个或多个阳离子或阴离子单体和大约０．１至大约４９．９摩尔％一个和多个化学式如下的两性离子单体：＊＊＊其中 Ｌ↑［＋］是化学式如下的基团：＊＊＊Ｌ↑［－］是化学式如下的基团：＊＊＊Ｗ↑［＋］是－Ｓ↑［＋］Ｒ↓［３］－或－Ｎ↑［＋］Ｒ↓［２］Ｒ↓［３］－；Ｗ↑［－］是＊＊＊Ｚ↑［－］是ＣＯ↓［２］↑［ －］、ＳＯ↓［３］↑［－］、＊＊＊或＊＊＊；Ｚ↑［＋］是－Ｎ↑［＋］Ｒ↓［５］Ｒ↓［６］Ｒ↓［７］－；Ｒ↓［１］和Ｒ↓［８］独立地是氢或甲基；Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］、Ｒ↓［５］、Ｒ↓［６］和Ｒ↓［７］独立 地选自氢和Ｃ↓［１］－Ｃ↓［４］烷基；Ｙ↓［１］、Ｙ↓［２］和Ｙ↓［３］独立地选自Ｏ或ＮＲ↓［２］；ｍ是２或３；和ｎ是１－５。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：MJ科菲，ST戈沃尼，AJ贝加拉，RT格雷，PG默里，
申请(专利权)人：纳尔科公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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