阳离子改性的多糖制造技术

一种表面电荷增强的改性多糖。多糖被改性而含有一种阳离子聚合物，优选一种聚季胺，多糖的表面电荷范围为约＋５至约＋２０ｍＶ。可以有利地将所述的保留性能增强的改性多糖加入造纸配料中。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用作纸制品和纸板制品填料和增强助剂的改性多糖，更具体地，涉及表面电荷增强的改性多糖。在大多数纸和纸板的生产过程中，淀粉被充分蒸煮并用在施胶压榨步骤中。施胶压榨用的淀粉可以含有赋予纸或纸板理想性能，例如改进的印刷性能、硬度、粘结性、除尘性能、表面撕拉性能(surface pick)及其他性能的添加剂。阳离子淀粉通常在造纸机的铜网部加入，能够提高纸的强度性能和细粒子的保留率。其它带电的合成聚合物可与阳离子淀粉结合在一起提高总的细粒子的保留率。由于未蒸煮和未改性的生淀粉粒子的保留性能低至不可接受，因而其不能加到造纸机的铜网部。当生淀粉在水中成浆时，其粒子表面电荷接近零。缺乏表面电荷使生淀粉与带电荷的助留剂和/或纤维的相互作用很弱。没有强相互作用(如，化学连接)，淀粉就不能很好地保留在造纸系统中。对淀粉粒子进行机械渗透能够使部分淀粉保留在纤维网中，但这样的保留需要特殊类型的网前箱结构。但是，通过给生淀粉粒子加上表面电荷，就有可能显著地增加淀粉在网中的保留率。如此增加的淀粉保留通过使用在带电的淀粉粒子和纤维表面之间形成桥键连接的助留剂来实现。以前，通过使某些官能团，例如季胺基团与淀粉共价连接对淀粉进行化学改性，从而给生淀粉加上电荷。造纸时，通常充分蒸煮这些化学改性的淀粉，然后将其加到造纸机的铜网部。这样的一种化学改性方法使淀粉的成本明显增加，而且，这种方法并不能够使淀粉带上足够的电荷，因而也不能使未蒸煮的淀粉的保留性能显著地高于未改性的生淀粉的保留性能。因此，存在着对用于造纸方法中的经济实用的填料的需求，该填料能够增加粒子的保留率而不会对上浆产生不利影响。还存在着对保留性能增强并能够增加纸制品强度的填料的需求。本专利技术设法满足这些需求并提供另外的相关优点。另一方面，本专利技术提供含有表面电荷增强的改性多糖的纸制品。含有改性多糖的纸制品的强度比不含改性多糖的类似组成的纸制品的强度高。在一个实施方案中，纸制品含有纤维素纤维和改性多糖。在另一个实施方案中，除纤维素纤维和改性多糖外，纸制品还含有一种增强纤维对改性多糖的保留率的助留剂。所述的助留剂可以是带正电的助留剂或带负电的助留剂。本专利技术的另外的方面提供形成表面电荷增强的改性多糖的方法，及通过加入改性多糖，制成填料保留率提高、强度增强的纸制品的方法。附图的简要说明通过参照下面的详细说明并结合附图可使本专利技术更加清楚，本专利技术的前述方面和一些附带的优点将会更容易理解，其中附图说明图1是按照本专利技术形成的一种典型的改性多糖的示意图。合适的阳离子添加剂包括能够不可逆地和/或强烈地与淀粉结合，并且当与淀粉结合时，增强淀粉表面电荷的物质。阳离子添加剂包括阳离子有机聚合电解质和聚合物。优选阳离子添加剂包括阳离子聚合物如聚季胺。在一个优选实施方案中，阳离子添加剂是分子量相对低、强正电性的聚季胺，其分子量范围为约1-5百万克/摩尔，约3毫克当量季胺/克。这样的一种聚季胺可从伊利诺斯州Naperville的Nalco Chemical Co.购得，商品名为Nalco 7527。淀粉中添加的阳离子添加剂的量为约1-约15磅/吨干淀粉，优选约5磅/吨淀粉。对形成本专利技术的改性淀粉有用的其它阳离子添加剂包括阳离子聚丙烯酰胺、硫酸铝、脱乙酰壳多糖、多胺、聚酰胺型胺类、聚氮丙啶、聚酰胺-表氯醇(PAE)、聚亚烷基多胺-表氯醇(PAPAE)和胺聚合物-表氯醇(APE)。通过ζ电位测量法测量，按照本专利技术形成的改性淀粉的表面电荷范围为从约+1mV至约+100mV，优选从约+5mv至约+20mv。多种来源的淀粉都可被改性来制备表面电荷增强的淀粉。合适的淀粉可来源于玉米、马铃薯、木薯、豌豆和小麦以及其他来源。本专利技术的改性淀粉可由未蒸煮的生淀粉和阳离子添加剂在水中制成的淤浆形成。在一个实施方案中，将未蒸煮的生淀粉加到pH为10的水中，得到固含量约为7％的淤浆。淀粉在碱性溶液中溶胀，为呈乳白色的糊状物。尽管发生了溶胀，但淀粉仍保持分散粒子的形式。但是，在更高的pH下，淀粉由于变性(例如，化学蒸煮)而形成凝胶。避免改性淀粉形成过程中的凝胶化作用。不拘泥于下面的理论，该理论提出阳离子添加剂扩散进入溶胀的淀粉粒子的表面，产生表面带电的粒子。然后，在将阳离子处理的淀粉淤浆的pH调节至约中性pH时，阳离子添加剂被封闭在淀粉粒子内部。加入阳离子添加剂后，淀粉的形态从乳白色糊状物变为沙状的颗粒。作为选择，在另一个实施方案中，通过向pH约为7的淀粉淤浆中加入阳离子添加剂形成改性淀粉。尽管在中性pH下的溶胀量低于在碱性pH下的溶胀量，但这一溶胀也足以产生表面电荷增强的改性淀粉。在一个优选的实施方案中，改性的多糖为粒状多糖。按照本专利技术形成的典型的淀粉粒子的示意图示于图1中。参照图1，改性淀粉粒子10包含粘附到淀粉粒子14上的阳离子添加剂12。典型的表面电荷增强的改性淀粉的制备和性能在实施例1中描述。按照本专利技术形成的典型的表面电荷增强的淀粉粒子的表面电荷的测量在实施例2中描述。本专利技术的改性淀粉可以有利地加入造纸配料中。如下所述，改性淀粉被纸浆高度保留，从而使改性淀粉成为一种经济的纸制品填料。此外，包含改性淀粉纸浆的纸制品的强度得到改进。与未蒸煮的生淀粉相比，改性淀粉在纸浆中的保留率提高。如实施例3所述，Britt Jar实验证明与传统填料沉淀碳酸钙(PCC)相比，改性淀粉能够在相等或更高的程度上被纸浆保留。一般来讲，对于高级纸张配料，在保留约45％PCC的条件下，可以保留约60-约70％改性淀粉。纸浆高度保留改性淀粉以提供可以生产具有高填料保留率的纸制品的纸浆。作为选择，除改性淀粉之外，可以在纸浆中加入其它助留剂，进一步增加改性淀粉的保留率。助留剂包括造纸领域已知的助留剂以及下文描述的阴离子和阳离子助留剂。可以利用一种阴离子助留剂或添加剂来增加淀粉的保留率。阴离子助留剂包括阴离子有机聚合电解质和聚合物。优选阴离子助留剂包括阴离子聚合物，例如，阴离子聚丙烯酰胺(APAM)。在一个优选的实施方案中，阴离子助留剂为分子量较高的、带少量负电荷的聚丙烯酰胺。优选的聚丙烯酰胺的分子量范围为约8-约15百万克/摩尔并且是丙烯酸(30摩尔％)和丙烯酰胺(70摩尔％)的共聚物。这样的一种聚丙烯酰胺可从新泽西州(NJ)West Patterson的Cytec Industries Inc.购得，商品名为Accurac 171。或者，可从华盛顿州(WA)Vancouver的Northwest Specialty Chemicals购得此种阴离子聚丙烯酰胺，商品名为Nugen 24。在纤维质纸浆中阴离子助留剂的添加量为约0.1至约3.0磅/吨纤维，优选约0.5磅/吨纤维。其它合适的阴离子助留剂包括高分子量的阴离子絮凝剂。如实施例3所述，优选在造纸机的铜网部将典型的阴离子助留剂(例如，APAM)加到纸浆中，并且可以在加入改性淀粉之前加入、与改性淀粉同时加入或在加入改性淀粉之后加入。如表9所示，向纸浆中加入APAM后加入改性淀粉，获得最大的保留率(72重量％)。先向纸浆中加入改性淀粉然后再加入APAM，获得第二大保留率(58重量％)。这两组条件都获得了比典型的碱性高级纸张系统(45重量％)更大的保留率。其它添加剂也能够有利地增加纸浆对改性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有多糖粒子和阳离子添加剂的组合物，其中阳离子添加剂附着在多糖粒子上，得到带有正表面电荷的多糖粒子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔D弗尔班纳克，谢里L汤姆森，
申请(专利权)人：韦尔豪泽公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]