使用微纤维化纤维素提高造纸系统的滤水性能技术方案

公开了一种生产纸、纸板和卡板的方法。所述方法包括向造纸机的湿部添加(a)微纤维化纤维素和(b)至少一种助添加剂。所述助添加剂以下项中的一种或多种：(1)阳离子水分散体聚合物、(2)胶态二氧化硅、(3)膨润土粘土、(4)含乙烯胺聚合物或它们的组合。本发明专利技术还涉及通过该方法生产的纸产品。

Improving the Drainage Performance of Papermaking System by Using Microfibrillary Cellulose

A method for producing paper, cardboard and cardboard is disclosed. The method comprises adding (a) microfibrous cellulose and (b) at least one additive to the wet end of the paper machine. One or more of the additives are: (1) cationic water dispersion polymer, (2) colloidal silica, (3) bentonite clay, (4) vinylamine polymer or their combination. The invention also relates to paper products produced by the method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用微纤维化纤维素提高造纸系统的滤水性能
本专利技术涉及造纸系统中改进的滤水性能，其中通过添加湿部添加剂的组合来增强滤水性能，其中所述系统的一种组分是微纤维化纤维素。
技术介绍
提高造纸机的滤水性能是造纸商的最关键参数之一。造纸机的生产率通常取决于纸纤维浆在成形网上的滤水速率。确切地说，高水平的滤水使纸张制造商能够在所生产纸张面积或所生产纸张吨数方面提高生产率，因为机器运行速度更快、在干部运行时使用更少的蒸汽来除水，或者使得能够制造较重基重的纸张。由于滤水在造纸领域的重要性，现有技术中有很多滤水辅助系统的示例。众所周知，通过使用合成的含丙烯酰胺微聚合物可以增强纸浆浆液的滤水。例如，WO2003050152公开了使用显著改善滤水性能的疏水缔合微聚合物。胶态二氧化硅，特别是阳离子添加剂例如阳离子淀粉或其它有机絮凝剂例如阳离子或阴离子聚丙烯酰胺的组合，广泛用作工业中的滤水系统。这些系统在US4,338,150和US5,185,206中举例说明，并且经常被改进或修改，如引用这两个示例的文献所示。微聚合物和硅质材料例如胶态二氧化硅或膨润土粘土这两者的组合也可以是有效的滤水系统。US5,167,766和5,274,055是这种系统的说明。不同等级的纸通常对有效滤水系统的要求不同。回收等级尤其含有可能降低某些上述滤水系统的有效性的大量阴离子污染物。再循环纸等级中常用的滤水系统包括含乙烯胺聚合物以及阳离子聚丙烯酰胺分散体。一些代表性含乙烯胺聚合物滤水系统包括US6,132,558以及US7,902,312中公开的滤水系统，其中US6,132,558包含膨润土和二氧化硅。阳离子聚丙烯酰胺分散体是公开案US7,323,510和US5,938,937中的典型分散体。含乙烯胺聚合物可与US2011/0155339中的阳离子聚丙烯酰胺分散体组合使用。各种改性纤维素聚合物作为助滤剂的用途包括US6,602,994中的公开内容，US6,602,994涉及微纤维化羧甲基纤维素醚(MF-CMC)的制造和使用，以提高纸浆浆液的滤水性能。US2013/0180679说明各种微纤维化纤维素当与分子量小于10,000道尔顿的阳离子添加剂组合时，也可以改善除水。
技术实现思路
本专利技术涉及当加入造纸机的湿部时微纤维化纤维素与某些助添加剂的组合使用。这些组合致使造纸机的滤水性能得到改善。所述改进的造纸机性能可以提高造纸机的生产率并降低造纸机干部(dryend)的能量需求。使用本专利技术，造纸操作可以变得更加可持续。本专利技术公开了一种生产纸、纸板和卡板的方法，所述方法包括向造纸机的湿部添加微纤维化纤维素(a)以及助添加剂分散体(b)，其中所述助添加剂可以包括阳离子水分散体聚合物(1)、胶态二氧化硅(2)、膨润土粘土(3)和含乙烯胺聚合物(4)中的一种或多种。所述微纤维化纤维素可以具有净阴离子电荷。所述助添加剂可以是Fischer等人(US7,323,510)描述的阳离子水分散体聚合物。所述助添加剂可以包括胶态二氧化硅。所述助添加剂可以包括膨润土粘土。所述助添加剂可以包括含乙烯胺聚合物。所述微纤维化纤维素和助添加剂可以基于两种产物的活性固体，分别以10:1到1:10的比例、基于干纸浆重量按以0.01％到0.25％的量加入纸浆浆液中。在所述方法的一个优选实施方案中，所述助添加剂是阳离子水分散体聚合物，微纤维化纤维素和助添加剂以5:1到1:2的比例、基于干纸浆重量按这两种产物的固体组合的重量计以0.01％到0.15％的量加入纸浆浆液中。本专利技术还公开了一种通过向造纸机的湿部添加微纤维化纤维素(a)以及助添加剂(b)生产的纸制品，其中所述助添加剂可以包括阳离子水分散体聚合物(1)、胶态二氧化硅(2)、膨润土粘土(3)和含乙烯胺聚合物(4)中的一种或多种。我们已经发现，将微原纤纤维素(microfibrillarcellulose)与某些其他助添加剂结合使用可以令人惊讶地提高滤水性能。使用选自包括膨润土、胶态二氧化硅、阳离子分散体聚合物或含乙烯胺聚合物在内的群组的一种或多种助添加剂已经显示出产生这种意想不到的结果。微原纤纤维素已在文献中充分描述。通过使用来自各种来源的纤维素，例如木浆或棉棉短绒，并对纤维素的水悬浮液施加大量剪应力，纤维素纤维结构的一些结晶部分被原纤化。已知产生这种原纤化的一些方法包括研磨、超声处理以及和匀浆。在这些方法中，匀浆在制造现场或造纸厂中是最实用的方法，因为它需要的能量最少。纤维素的纤维来源也对需要原纤化的纤维素纤维的敏感性以及微纤维化纤维素分散体的稳定性具有很大影响。木浆和棉短绒优选为主要纤维素来源。更优选地，棉短绒是主要纤维素来源。在不受理论束缚的前提下，棉短绒的纤维中通常含有更高纯度和更高分子量的纤维素，并且这些因素使得来自棉短绒的纤维素更易受所施加的剪切力的影响。也可以采用来自木浆的纤维素来形成微原纤纤维素分散体，但优选对木浆进行牛皮纸浆制浆工艺以除去对剪切过程有害的木质素和其它杂质。此外，木浆优选来自软木树，因为软木纤维通常具有更高的分子量。在不受理论束缚的前提下，来自硬木树种的纸浆，特别是再循环纸浆具有较短的纤维，因此通常具有较低的分子量，当经受剪切时不会产生稳定的微纤维化悬浮液。纤维素纤维可以衍生化以向纤维提供总电荷。在不受理论束缚的前提下，已经衍生化以提供总电荷无论是阳离子还是阴离子的纤维素，需要更少的剪切能量，因此更容易受到微纤维化的影响，因为给定纤维上相似电荷的部分之间的静电排斥会对这些纤维部分的结晶度造成破坏。通过用反应性阳离子试剂处理纤维素纤维最容易产生阳离子电荷。反应性阳离子试剂可包括2-二甲基氨基乙基氯、2-二乙基氨基乙基氯、3-二甲基氨基丙基氯、3-二乙基氨基丙基氯、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵；最优选3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。通过直接氧化纤维素容易产生阴离子电荷。此氧化通常发生在纤维素聚合物的B-脱水葡萄糖单元的C-6位置。这些氧化剂可溶于水或有机溶剂，最优选地，溶于水中。可用的氧化剂包括N-氧化物，例如TEMPO等。这种直接氧化可以是优选的，因为可以有效地制备阴离子纤维素。阴离子电荷也可以通过纤维素悬浮液与衍生剂例如氯乙酸、二氯乙酸、溴乙酸、二溴乙酸及其盐的反应来产生。氯乙酸是优选的阴离子衍生剂。制备所述羧甲基化纤维素(CMC)的方法如文献US6,602,994中所述，并以引入方式并入本文中。纤维素的衍生化程度是其形成稳定微纤维化分散体的能力的关键因素。纤维素的官能化程度是指取代度(DS)，并且由纤维素链的每个B-脱水葡萄糖单元的平均官能化数来描述。其测定方法也如US6,602,994中所述。可用于本专利技术的纤维素的DS为0.02-0.50，或0.03-0.50，更优选0.03-0.40，或0.05-0.40，或0.05-0.35，或0.10-0.35。在不受理论束缚的前提下，低于此范围的DS值提供不足的官能化密度以增强纤维素对剪切的敏感性。另一方面，高于此范围的DS值使得纤维素大部分或完全溶于水，因此无法制备微纤维化的分散体，因为此材料是水溶性的。DS高于此点的纤维素无法有效地在产生滤水性能，如本专利技术所述。在纤维素的衍生化步骤中，在加入衍生剂之前，可以用碱例如氢氧化钠有效地处理纤维素。在不受理论束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产纸、纸板和卡板的方法，所述方法包括：以有效改善滤水性的量，向造纸机的湿部添加(a)微纤维化纤维素和(b)至少一种助添加剂，其中所述助添加剂选自由以下项中的至少一种构成的群组中：(1)阳离子水分散体聚合物、(2)胶态二氧化硅、(3)膨润土粘土、(4)含乙烯胺聚合物以及它们的组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.16 US 62/395,4371.一种生产纸、纸板和卡板的方法，所述方法包括：以有效改善滤水性的量，向造纸机的湿部添加(a)微纤维化纤维素和(b)至少一种助添加剂，其中所述助添加剂选自由以下项中的至少一种构成的群组中：(1)阳离子水分散体聚合物、(2)胶态二氧化硅、(3)膨润土粘土、(4)含乙烯胺聚合物以及它们的组合。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述微纤维化纤维素衍生自具有净阴离子电荷的纤维素。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述微纤维化纤维素衍生自阴离子取代度为0.02-0.50的纤维素。4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述微纤维化纤维素衍生自阴离子取代度为0.05-0.40或0.05-0.35或0.10-0.35的纤维素。5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述净阴离子电荷是通过直接氧化纤维素产生的。6.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述净阴离子电荷是通过纤维素悬浮液与衍生剂反应产生的。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述衍生剂选自由氯乙酸、二氯乙酸、溴乙酸、二溴乙酸、它们的盐和它们的组合所构成的群组。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述微纤维化纤维素具有净阳离子电荷。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述助添加剂包括胶态二氧化硅。10.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述助添加剂包括胶态膨润土粘土。11.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述助添加剂包括胶态含乙烯胺聚合物。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述含乙烯胺聚合物的分子量为75,000道尔顿到750,000道尔顿，更优选100,000道尔顿到600,000道尔顿，150,000道尔顿到400,000道尔顿，最...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·M·麦凯，
申请(专利权)人：索理思科技公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH