含有改性淀粉的纸浆配料制造技术

如果存在可溶性铝化合物的话，由两性或阳离子淀粉和某种聚丙烯酰胺一起蒸煮所制得的改性淀粉在造纸中具有改进的性能。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及通过将阳离子或两性淀粉和阳离子、阴离子、非离子或两性聚丙烯酰胺一起蒸煮所获得的组合物。所得到的改性淀粉组合物具有作为澄清助剂从水分散体中除去固体物的一般用途，和具有在纸张制造中作为助留剂的特殊用途。现有技术背景纸张制造方法包括形成主要由纤维素纤维和无机填料组成的纸幅并使之脱水。该纸幅是通过以下方法形成的将含有纤维素纤维和无机填料的水悬浮液铺展在金属丝网或编网上，然后除去水以形成纤维幅或纸页。水悬浮液在商业领域被称作“纸浆配料”，而分出的水被称作“白水”。长期以来，工业上一直在寻找各种途径来降低体积小的纤维素纤维和填料颗粒的百分数，两者在形成纸幅时随着白水一起被除去。不仅这意味着损失了原料，而且会在白水中积聚着已知为“阴离子废物”的原料，后者会妨碍设备的高效操作。因此，小颗粒的改进留着不仅使水的除去变得容易，而且改进了造纸工艺中的收率和生产率。在现有技术中许多添加剂被建议来改进细颗粒物(fines)的留着和湿部脱水效果。阳离子淀粉通常用于此目的，特别是较昂贵的阳离子马铃薯和蜡状玉米淀粉。曾经也使用过不太昂贵的阳离子玉米淀粉，但一般无法提供足够的细颗粒物留着效果和湿部脱水效果。现有技术中提出了许多牵涉到改进用于此目的的阳离子淀粉的效率的建议。PCT申请WO91/07543(1991年5月30日出版)建议将阳离子淀粉，阳离子聚丙烯酰胺，和聚合硅酸加入到纤维素悬浮液中以改进细颗粒物的留着和脱水。然而较大量聚丙烯酰胺的添加不仅使造纸工艺增大成本，而且使纸浆配料过分絮凝，导致较差的纸张成形。因此，仍然需求一种添加剂来改进纸张制造中细颗粒物的留着效果和湿部脱水效果。专利技术概述现已发现，如果两性和阳离子淀粉与阳离子、阴离子、非离子或两性聚丙烯酰胺一起蒸煮并添加到含有某种铝化合物的纸浆中的话，两性和阳离子淀粉在纸张制造中用作留着助剂将显示出改进的性能。因此，本专利技术提供一种纸浆配料，它含有(a)可溶性铝化合物，其存在量为大约0.005-2.5公斤Al2O3/公吨的干纸，和(b)改性淀粉，通过将至少一种取代度在约0.01-0.2之间的两性或阳离子淀粉的水溶液与取代度在1wt％-80wt％之间、分子量至少500,000的至少一种非离子或两性聚丙烯酰胺，或阳离子或阴离子聚丙烯酰胺一起蒸煮而制得，前提条件是(i)对于选择阳离子或非离子聚丙烯酰胺的情况，蒸煮在高于7.0的pH下进行；(ii)对于选择两性或阴离子聚丙烯酰胺的情况，蒸煮不会使阳离子淀粉中和掉75％以上；和(iii)淀粉与聚丙烯酰胺的重量比高于约2∶1。优选实施方案的详细叙述改性淀粉改进了造纸工艺中细颗粒物的留着效果和湿部脱水效果，同时可选择不太昂贵的或减少用量的某些添加剂。更具体地说，现已发现，当与阳离子、阴离子、非离子或两性聚丙烯酰胺一起蒸煮时，阳离子或两性淀粉改进了细颗粒物的留着效果，当与某种铝化合物结合使用时，效果超过了在造纸工艺中单独将淀粉和聚丙烯酰胺加入所达到的效果。淀粉阳离子淀粉可以是任何以前用于造纸的那些产品。阳离子淀粉可从任何常见的淀粉产生原料如玉米淀粉、马铃薯淀粉、蜡状玉米淀粉和小麦淀粉得到。由工业上已知的任何一种方法实现阳离子化，如添加3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵来获得具有各种氮取代度的阳离子淀粉。淀粉上的阳离子取代度(wt％氮/淀粉)能够在约0.01-约0.2范围内，优选在0.02-0.15之间。也可选择自然界存在的两性淀粉如马铃薯淀粉，或合成两性淀粉。聚丙烯酰胺(PAM)PAM是非离子、两性、阴离子型或优选阳离子型的，分子量至少500,000，优选至少1,000,000。阳离子和两性PAM具有阳离子取代度(按wt计)为1％-约80％，优选10％-约40％。“取代度”是指聚合物含有带化学官能团的无规重复单体单元，当溶于水中时该官能团带阳离子电荷。这些单体单元包括但不限于胺之类的基团。PAM可以是固体，粉末形式，微珠形式，油包水型乳液或任何其它工业上已知形式。合适的PAM能够从AlliedColloids，Suffolk VA，和从Nalco，Naperville IL，以及其它来源获得。现已发现，阴离子PAM应该具有500,000-20,000,000、更优选1,000,000-15,000,000的分子量。阴离子PAM应该具有约1-80wt％和更优选2-70wt％的阴离子化度。一般，低的阴离子化度PAM通过在淀粉电荷的中和量超过75％之前使更多的PAM与淀粉一起蒸煮而获得更高水平的灰分留着率。还发现一般较高分子量PAM将获得较高水平的灰分留着率。阴离子PAM含有羧酸根，磺酸根，或其它普通阴离子基团，代替阳离子PAM中所含有的胺或其它阳离子基团。作为一个例子，其中丙烯酰胺/丙烯酸单体重量比为90/10的丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物具有10％的取代度。PAM可以是固体，粉末形式，微珠形式，油包水型乳液或任何其它工业上已知的形式。合适的PAM能够从Allied Colloids，Suffolk，Virginia和从Nalco，Naperville Illinois，以及其它来源获得。蒸煮淀粉和PAM可以在蒸煮之前一起干混或作为在水中的淤浆形式掺混，或它们在淀粉蒸煮过程中掺混。若不是干混或已制成淤浆的PAM，该PAM也可以在与淀粉掺混和蒸煮之前进行预水合。若不是干混或已制成淤浆的淀粉，该淀粉也可以进行蒸煮，与PAM掺混和然后再蒸煮。蒸煮可方便地在造纸厂内使用淀粉蒸煮器来完成。可选择间歇蒸煮器或连续蒸煮器如喷流(jet)蒸煮器。连续喷流蒸煮典型在约80-130℃的温度下在1个大气压或更高压力下进行。在蒸煮过程中固体含量一般低于15％，但是，如果能够实现充分的混合，则也可以使用更高的固体浓度。所选择的蒸煮时间和温度将随组成和设备来改变。蒸煮条件必须足以使淀粉凝胶化并使PAM至少部分水合并与淀粉反应。为此目的，典型地选择高于65℃，优选80-100℃的高温，虽然对于一些组成和蒸煮设备也可以选择低于65℃的温度。例如，本专利技术的优点已经在低至60℃的蒸煮温度下观察到。如果防止了淀粉和PAM的分解，则可以选择高于100℃的温度。因此，在实施本专利技术时能够选择间歇蒸煮，在高于一个大气压的压力下，使用高于100℃和高达130℃或更高的蒸煮温度。所选择的蒸煮时间典型地在几分钟至小于1小时。对于较低的蒸煮温度一般需要更长的蒸煮时间。当使用阳离子或非离子PAM时，如果淀粉/PAM混合物在高于7的pH值下蒸煮可获得最佳结果，尽管在低于7的pH值下也发现在灰分留着率上的一些改进。阳离子或非离子PAM和淀粉各自的优选蒸煮用pH是约8-约10.5。当选择阴离子或两性PAM时，pH值不是关键的，但典型地在3-11范围内。蒸煮pH可用常规的酸、碱或盐来调节。碱性铝化合物如铝酸钠和钾的使用已被发现对于该目的是特别有用的，因为这些化合物还增强了留着性能，这将在实施例6中进行说明。令人惊奇地，留着性能甚至在酸性纸浆配料中也得到改进。此外，现已发现，在蒸煮液中包含碱性铝化合物将得到改性的淀粉，使得可以在酸性纸浆配料中使用非铝化的微粒状助留剂，进一步改进留着性能，而这些非铝化的助留剂通常在酸性纸浆中发挥不了它的作用。PAM与淀粉的重量比将随所选择成分以及在细颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纸浆配料，含有：（ａ）可溶性铝化合物，其存在量为大约０．００５－２．５公斤Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］／公吨的干纸，和（ｂ）改性淀粉，通过将至少一种取代度在约０．０１－０．２之间的两性或阳离子淀粉的水溶液与取代度在１ｗｔ％－８０ｗｔ％之间、分子量至少５００，０００的至少一种非离子或两性聚丙烯酰胺，或阳离子或阴离子聚丙烯酰胺一起蒸煮而制得，前提条件是：（ｉ）对于选择阳离子或非离子聚丙烯酰胺的情况，蒸煮在高于７．０的ｐＨ下进行；（ｉｉ）对于选择两性或阴离子聚丙烯酰胺的情况，蒸煮不会使阳离子淀粉中和掉７５％以上；和（ｉｉｉ）淀粉与聚丙烯酰胺的重量比高于约２∶１。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RH莫菲特，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[]