CN110268114B - 用于纸张的高分子量临时湿强度树脂 - Google Patents

用于纸张的高分子量临时湿强度树脂 Download PDF

Info

Publication number
CN110268114B
CN110268114B CN201880007504.2A CN201880007504A CN110268114B CN 110268114 B CN110268114 B CN 110268114B CN 201880007504 A CN201880007504 A CN 201880007504A CN 110268114 B CN110268114 B CN 110268114B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copolymer
weight
cationic
glyoxal
daltons
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880007504.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110268114A (zh
Inventor
M·赖特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hercules LLC
Original Assignee
Hercules LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hercules LLC filed Critical Hercules LLC
Publication of CN110268114A publication Critical patent/CN110268114A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110268114B publication Critical patent/CN110268114B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/14—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties characterised by function or properties in or on the paper
    • D21H21/18—Reinforcing agents
    • D21H21/20—Wet strength agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F8/00—Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/28—Condensation with aldehydes or ketones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F22/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical and containing at least one other carboxyl radical in the molecule; Salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof
    • C08F22/36—Amides or imides
    • C08F22/38—Amides
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/37—Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. polyacrylates
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/44—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups cationic
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/44—Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups cationic
    • D21H17/45—Nitrogen-containing groups
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/47—Condensation polymers of aldehydes or ketones
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/54—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20—Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33—Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/46—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/54—Synthetic macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen
    • D21H17/55—Polyamides; Polyaminoamides; Polyester-amides
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/10—Coatings without pigments
    • D21H19/14—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12
    • D21H19/20—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12 comprising macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/10—Coatings without pigments
    • D21H19/14—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12
    • D21H19/24—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12 comprising macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/04—Addition to the pulp; After-treatment of added substances in the pulp
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H23/00—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper
    • D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
    • D21H23/22—Addition to the formed paper
    • D21H23/24—Addition to the formed paper during paper manufacture

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

本公开提供为纸产品赋予改进的湿强度衰减性质，以及高的湿强度建立效率的纤维素反应性乙二醛化乙烯基酰胺聚合物。本公开还提供制备纤维素反应性乙二醛化乙烯基酰胺聚合物组合物的方法，以及将其用于制造纸产品的方法，以及所得到的纸产品。

Description

用于纸张的高分子量临时湿强度树脂
背景技术
在下文中的讨论中，将参照某些产品和/或方法。但是，下文中所做的参照不应被解释为承认这些产品和/或方法构成现有技术。申请人明确保留证明此类产品和/或方法不限定为现有技术的权利。
目前公所周知的知识及商业实践是在各种纸张等级中使用乙二醛化聚丙烯酰胺来为纸张提供干强度和临时湿强度。例如，乙二醛化聚丙烯酰胺可以增大在使用过程中与水接触的许多家用薄纸的初始湿强度。应用于纸中的湿强度树脂是“永久型”或“临时型”中的任一者；这些术语涉及纸在浸入水中后保持其湿强度的时间。湿强度保持性是某些纸产品的所需性质。但是，具有永久湿强度保持性的纸产品可能仅在严苛条件下是可降解的，因此，湿强度保持性可能造成处理此类纸产品的问题。因此，临时湿强度树脂对于需要在初始湿强度之后发生湿强度衰减的卫生纸或一次性纸应用而言是理想的。
制备用作临时湿强度树脂的乙二醛化聚丙烯酰胺聚合物的方法是所属领域中已知的。美国专利号3,556,932公开了水溶性离子型乙烯基酰胺聚合物的合成和使用，所述聚合物由于具有反应性含量的乙二醛而为热固性的。美国专利号3,556,932公开了在乙二醛化之前分子量为7,000至20,000道尔顿的聚丙烯酰胺聚合物。乙二醛化聚合物在施用于纸张时，据称为纸张赋予湿强度，并且所得纸张据称在浸泡在水中适当长度时间时具有失去其部分湿强度的性质。确切地说，已经表明，采用所公开的乙二醛化共聚物制成的纸张在打湿30分钟后失去其约50％的初始湿强度。
美国专利号4,605,702公开了作为造纸中临时湿强度添加剂的乙二醛化共聚物的合成和使用。美国专利号4,605,702中由丙烯酰胺和阳离子共聚单体制成的共聚物具有约500至约6000的分子量(乙二醛化前)。示例性聚合物的分子量在1700至5520道尔顿的范围内(乙二醛化前)。美国专利号4,605,702教导了，采用乙二醛化共聚物制成的纸产品在室温下浸入中性水之后，展现出大于60％的湿强度损失。浸泡在中性水中16小时后，由示例性聚合物制备的纸产品的湿强度损失为63.5-75.6％。美国专利号4,605,702中的共聚物被声称区别于美国专利号3,556,932中的共聚物，因为与美国专利号3,556,932中公开的乙二醛化共聚物相比，由美国专利号4,605,702中的乙二醛化共聚物所赋予的湿强度衰减得更快。美国专利号4,605,702将这些材料的性质差异归因于共聚物在乙二醛化之前的分子量差异，其中美国专利号4,605,702中所用的较低分子量显示出提供更快的湿强度衰减速率。
美国专利号4,605,702中公开的乙二醛化共聚物的缺点在于，它们在建立初始湿强度方面的效率显著低于美国专利号3,556,932中公开的共聚物。美国专利号4,605,702中所展示的数据表明，所公开的乙二醛化共聚物必须以美国专利号3,556,932中的乙二醛化共聚物的剂量的两倍至四倍的剂量加入，以在纸产品中达到相同水平的初始湿强度。
美国专利号7,727,359公开了一种热固性树脂，所述热固性树脂包括第一部分乙二醛化聚丙烯酰胺主链、第二聚丙烯酰胺主链和乙二醛组分的反应产物的混合物。该树脂被声称为产生具有的临时湿拉伸性质与美国专利号4,605,702中所公开的树脂处于相同数量级，但干拉伸强度介于美国专利号3,556,932和4,605,702中所公开树脂之间的纤维基材。
因此，现有技术表明，湿强度的衰减速率与起始聚合物的分子量成反比，因此只有用低分子量起始聚合物才能实现高衰减速率。因此，为了产生呈现高湿强度衰减速率的乙二醛化共聚物添加剂，现有技术的方法限于使用低分子量的阳离子丙烯酰胺起始聚合物。然而，还已经表明，建立湿强度的效率也与所用起始聚合物的分子量成反比，因此低分子量的聚合物导致添加剂建立湿强度的效率不良。
所属领域中对用在纸产品例如卫生纸、面巾纸、纸巾等中的具有改进性质的湿强度聚合物的需求仍未得到满足。本公开解决了此需求。
发明内容
以下概述不是详尽的。它既不旨在确定各种实施方案的关键或重要元素，也不旨在描述这些实施方案的范围。
本公开涉及具有高湿强度衰减性质的乙二醛化乙烯基酰胺聚合物，其还呈现出高的湿强度建立效率。所述乙二醛化乙烯基酰胺聚合物通过使用高分子量阳离子乙烯基酰胺共聚物的方法制备，得到包括存在于水性介质中的乙二醛化乙烯基酰胺聚合物的组合物。所述乙二醛化乙烯基酰胺共聚物组合物有利地为包括所述乙二醛化乙烯基酰胺共聚物的纸产品赋予高湿强度衰减以及高效率水平建立湿强度的特有组合。提供了一种制备所述乙二醛化乙烯基酰胺共聚物的方法，以及所述共聚物的使用方法。
本发明提供一种纤维素反应性的乙二醛化共聚物组合物，其包括水性介质和基于所述水性介质的总重量约0.1重量％至约4重量％、约0.25重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％或约1.5至2.5重量％的纤维素反应性乙二醛化乙烯基酰胺共聚物，其中：所述乙二醛化乙烯基酰胺共聚物通过乙二醛和阳离子乙烯基酰胺共聚物在水性反应介质中的反应而获得；在所述水性反应介质中乙二醛：阳离子共聚物的干重范围为约5至约40的乙二醛相对于约95至约60的阳离子乙烯基酰胺共聚物、约10至约30的乙二醛相对于约90至约70的阳离子乙烯基酰胺共聚物、约20至约25的乙二醛相对于约80至约75的阳离子乙烯基酰胺共聚物、或者约23的乙二醛相对于约77的阳离子乙烯基酰胺共聚物；所述水性反应介质的总固体浓度为约0.3％至约3.0％、约0.5％至约2.5％、约0.65％至约2％、约0.75％至约2％、约0.75％至约1.5％，或约0.75％至约1％；所述阳离子乙烯基酰胺共聚物，基于所述阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有约15,000道尔顿至约80,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约80,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约60,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约50,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约25,000道尔顿、约20,500道尔顿、约47,500道尔顿或约79,500道尔顿的重均分子量，并且基于所述阳离子共聚物在乙二醛化前的总重量，包括约5重量％至约95重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约5重量％的丙烯酰胺单体，约5重量％至约25重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约75重量％的丙烯酰胺单体，约5重量％至约15重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约55重量％的丙烯酰胺单体，约7.5重量％至约92.5重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约92.5重量％至约7.5重量％的丙烯酰胺单体，约10重量％至约90重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约90重量％至约10重量％的丙烯酰胺单体，约15重量％至约85重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约85重量％至约15重量％的丙烯酰胺单体，约20重量％至约60重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约80重量％至约40重量％的丙烯酰胺单体，或约20重量％至约40重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约80重量％至约60重量％的丙烯酰胺单体。
提供纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物，其包括水性介质，以及基于所述水性介质的总重量约0.1重量％至约4重量％的纤维素反应性乙二醛化乙烯基酰胺共聚物，其中所述乙二醛化乙烯基酰胺共聚物通过乙二醛和阳离子乙烯基酰胺共聚物在水性反应介质中的反应获得，所述水性反应介质中乙二醛:阳离子共聚物的干重范围为约5至约40的乙二醛相对于约95至约60的阳离子乙烯基酰胺共聚物，所述水性反应介质的总固体浓度为约0.3％至约3.0％，所述阳离子乙烯基酰胺共聚物，基于所述阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有约15,000道尔顿至约80,000道尔顿的重均分子量，并且基于所述阳离子共聚物在乙二醛化之前的总重量，包括约5重量％至约95重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约5重量％的丙烯酰胺单体。
提供一种制备纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物的方法，所述方法包括：在8.5至12的反应pH下使阳离子乙烯基酰胺共聚物和乙二醛的基本水性反应混合物反应，其中在水性反应介质中乙二醛:阳离子共聚物干重为约5至约40的乙二醛相对于约95至约60的阳离子乙烯基酰胺共聚物，所述水性反应介质的总固体浓度为约0.3％至约3.0％，并且所述阳离子乙烯基酰胺共聚物，基于所述阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有约15,000道尔顿至约80,000道尔顿的重均分子量，并且基于所述阳离子共聚物在乙二醛化之前的总重量，包括约5重量％至约95重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约5重量％的丙烯酰胺单体。还提供了通过此方法制备的纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物。
还提供了一种造纸方法，所述方法包括以下之一：(a)将本公开的乙二醛化共聚物组合物与纤维素纤维相结合；或(b)将公开的所述乙二醛化组合物涂覆到湿纸或干纸上。
提供了包括本公开的所述乙二醛化共聚物组合物的纸强度添加剂或涂料。进一步提供一种具有或包括本公开的所述乙二醛化共聚物组合物的涂料。
应理解，上述一般性描述以及下文的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所公开的化合物、组合物和方法的进一步说明。
具体实施方式
仍然存在对用在纸产品例如卫生纸、面巾纸、纸巾等中的具有改进性质的湿强度聚合物的需求。本公开通过提供具有高湿强度衰减性质，此外还呈现出高效湿强度建立的湿强度乙二醛化丙烯酰胺聚合物及其制备方法来满足此需求。
通过所公开的方法制备的乙二醛化丙烯酰胺共聚物呈现出的湿强度衰减基本上等于美国专利号4,605,702中公开的共聚物所达到的湿强度衰减，并且此外，所公开方法得到的所公开共聚物的初始湿强度发展的效率显著高于美国专利号4,605,702的共聚物所展现出的效率。此外，通过所公开方法制备的乙二醛化丙烯酰胺共聚物的湿强度发展效率也高于美国专利3,556,932中公开的共聚物。
提供了在纸产品中使用所述湿强度乙二醛化丙烯酰胺共聚物的方法，以及如此制备的纸产品。
定义
本文中所用以下术语中的每个术语具有与本节中相关的含义。在整个公开中存在其他定义。
本文所用的冠词“一个”和“一种”是指此冠词的语法对象的一个或多个(即至少一个)。例如，“元件”表示一个元件或多个元件。
语“约”将为所属领域中的普通技术人员所理解，并且在某种程度上取决于其所用的上下文而变化。本文所用的术语“约”表示所描述的数字可偏离此数字的正负百分之五。例如，“约250g”是指237.5-262.5g。当在一定范围内使用术语“约”时，则下限可以至减去下限数字的5％，并且上限可以向上延伸至加上上限数字的5％。例如，约100g至约200g的范围表示从低至95g延伸至210g的范围。
范围：在整个本公开中，本公开的各个方面可以以范围的格式呈现。应当理解，以范围格式进行的描述仅仅出于方便简洁的目的，并且不应该被解释为对本公开范围的硬性限制。因此，范围的描述应被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及此范围内的各个数值。例如，对某个范围例如1至6的描述应被认为已经具体公开了子范围例如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6，3至6等，以及此范围内的各个数字，例如1、2、2.7、3、4、5、5.3和6。无论范围的广度如何，这都适用。
出于本公开的目的，制备纤维素反应性官能化聚乙烯基酰胺加合物的方法的产物可互换地称为“加合物”、“形成的加合物”，或“纤维素反应性官能化聚乙烯基酰胺加合物”，其中所述方法包括使乙烯基酰胺共聚物和纤维素反应性试剂的基本水性反应混合物反应。
术语“纤维素反应性试剂”是指含有能够与纤维素形成共价键的两个或更多个官能团的化合物，例如二醛。乙二醛和戊二醛是示例性的二醛。
本文所用的术语“乙烯基酰胺”和“丙烯酰胺”是指含有酰胺官能团的任何乙烯基单体，包括但不限于丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺或任何其他取代丙烯酰胺。
术语“起始乙烯基酰胺共聚物”、“起始丙烯酰胺共聚物”、“主链乙烯基酰胺共聚物”和“主链丙烯酰胺共聚物”是指包括在制备纤维素反应性官能化聚乙烯基酰胺加合物中使用的乙烯基单体的聚合物。
术语“共聚物”是指由两种或更多种单体形成的聚合物。
术语“阳离子共聚物”是指乙二醛化之前的起始乙烯基酰胺共聚物。阳离子共聚物可以包括非离子和阴离子单体，但前提是所述共聚物的总电荷是阳离子性的。
出于本公开的目的，起始乙烯基酰胺共聚物的侧链酰胺基团与乙二醛(一种纤维素反应性试剂)的反应被称为“乙二醛化反应”或简称为“乙二醛化”。乙二醛化反应的产物可互换地称为“乙二醛化聚乙烯基酰胺”、“乙二醛化聚丙烯酰胺”、“乙二醛化聚乙烯基酰胺共聚物”、“乙二醛化聚丙烯酰胺聚合物”、“乙二醛化聚乙烯基酰胺加合物”和“乙二醛化聚丙烯酰胺加合物”。
本文所用的“G-PAM”或“g-pam”是乙二醛化聚丙烯酰胺聚合物的缩写。
术语“水性介质”或“水性反应介质”是指水或包括溶剂、油和/或微量杂质的水。以“基于水性介质的总重量”表示的重量是指水或包括溶剂、油和/或微量杂质的水的重量，并且不包括添加剂例如催化剂和反应物的重量。
术语“基本上水性反应混合物”是指在有机油的存在不超过乙烯基酰胺聚合物重量的条件下进行的加合物形成。例如，加合物形成可以在有机油的总重量小于乙烯基酰胺聚合物的50重量％、小于乙烯基酰胺聚合物的约20重量％、小于乙烯基酰胺聚合物的10重量％、小于乙烯基酰胺聚合物的约5重量％、或小于乙烯基酰胺聚合物的约1重量％的条件下进行。或者，基本上水性反应介质是不含油的。
乙二醛化反应混合物的“总固体浓度”是指反应前(即加合物形成前)的“乙烯基酰胺共聚物和乙二醛的重量％”，定义如下：
Figure BDA0002134778240000071
其中“乙二醛化反应混合物的质量”包括溶剂。
“所消耗的乙二醛的重量％”基于加入的乙二醛的总重量。
本公开中使用的“分子量”是指重均分子量(Mw)。除非另有说明，否则所有分子量均以道尔顿为单位度量。分子量可以通过标准方法例如凝胶渗透色谱法(GPC)确定。例如，重均分子量可以通过使用乙酸盐缓冲液和以下亲水性多羟基柱的常规校准技术来确定：串联使用的两(2)个PL Aquagel-OH MIXED柱(7.5mm×300mm，8微米)，以及PL Aquagel-OHGuard柱(7.5mm x 50mm，8微米)。所有这些柱均可购自安捷伦科技有限公司(AgilentTechnologies)。可以使用聚环氧乙烷和聚乙二醇标准物来校准三个柱组。
术语“乙烯基酰胺共聚物的浓度”和“丙烯酰胺共聚物的浓度”是指在与纤维素反应性试剂反应之前(即在加合物形成之前)的起始共聚物的浓度。
本文所用的“初始湿强度发展”、“湿强度发展效率”和“湿强度建立”是指由于加入增湿强聚合物添加剂而赋予纸的湿强度的量化。本文所用的初始湿强度可以通过实施例中所描述的标准化测量技术来测量。
本文所用的“临时湿强度”和“湿强度衰减”是指由于加入增湿强聚合物添加剂而赋予纸的残余湿强度随着纸被重新打湿的时间量的变化。例如，“5分钟湿强度衰减”是指在纸被重新打湿5分钟之后确定的湿强度衰减。湿强度衰减可以通过实施例中描述的测量技术来评估。
如本公开中相对于所公开物质和方法的组合物所设想，在一个方面中，本公开的实施方案包括其中公开的组分和/或步骤。在另一个方面中，本公开的实施方案基本上由其中公开的组分和/或步骤组成。在又一个方面中，本公开的实施方案由其中公开的组分和/或步骤组成。
本公开提供了一种纤维素反应性乙二醛化乙烯基酰胺共聚物，以及包括含有乙二醛化乙烯基酰胺共聚物的水性介质的组合物。本文公开了一种将丙烯酰胺共聚物乙二醛化的方法，此方法被意外地发现使得能够在纸产品中使用相对高分子量(在乙二醛化之前测得的分子量)的共聚物，同时仍然在纸产品中提供湿强度随时间高速率衰减。已经发现，以下的组合提供了高湿强度效率与随时间高湿强度衰减的该特有性质组合：1)起始乙烯基酰胺共聚物的分子量；2)乙烯基酰胺共聚物在反应溶液中的浓度；3)阳离子丙烯酰胺聚合物与二醛交联剂的比例；以及4)反应pH。所公开方法的特征包括使用分子量为15,000道尔顿至80,000道尔顿的起始丙烯酰胺共聚物；使所述起始乙烯基酰胺共聚物与乙二醛在总固体浓度(反应混合物中的起始共聚物和乙二醛的重量％)为0.3％至3.0％、干重范围为95:5至60:40(共聚物：乙二醛)的条件下反应；以及在8.5至12的pH下进行乙二醛化反应。所述反应可进行10至300分钟。
起始共聚物
用于加合物形成(例如乙二醛化)的起始乙烯基酰胺共聚物可以通过所属领域中的技术人员已知的聚合物合成方法获得，例如乙烯基酰胺单体与一种或多种共聚单体的自由基聚合或氧化还原催化聚合。乙烯基酰胺共聚物是阳离子性的。具有多个可聚合乙烯基官能团的交联剂也可以包括在配制料中以赋予主链聚合物的结构。可以使用链转移剂例如次磷酸钠来控制聚合物分子的分子量，以及引入支化。
在乙二醛化之前所述阳离子共聚物的重均分子量为约15,000道尔顿至约80,000道尔顿，包括约15,000道尔顿至约75,000道尔顿、约15,000道尔顿至约70,000道尔顿，包括约15,000道尔顿至约65,000道尔顿，包括约15,000道尔顿至约60,000道尔顿、约15,000道尔顿至约55,000道尔顿、约15,000道尔顿至约50,000道尔顿、约15,000道尔顿至约47,500道尔顿、约15,000道尔顿至约40,000道尔顿、约15,000道尔顿至约35,000道尔顿、约15,000道尔顿至约30,000道尔顿、约15,000道尔顿至约25,000道尔顿；约20,000道尔顿至约80,000道尔顿，包括约20,000道尔顿至约75,000道尔顿、约20,000道尔顿至约70,000道尔顿、约20,000道尔顿至约65,000道尔顿、约20,000道尔顿至约60,000道尔顿、约20,000道尔顿至约55,000道尔顿、约20,000道尔顿至约50,000道尔顿、约20,000道尔顿至约47,500道尔顿、约20,000道尔顿至约40,000道尔顿、约20,000道尔顿至约35,000道尔顿、约20,000道尔顿至约30,000道尔顿、约20,000道尔顿至约25,000道尔顿；或大于20,000道尔顿至约80,000道尔顿，包括大于20,000道尔顿至约75,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约70,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约65,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约60,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约55,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约50,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约47,500道尔顿、大于20,000道尔顿至约40,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约35,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约30,000道尔顿，或者大于20,000道尔顿至约25,000道尔顿。示例性阳离子共聚物在乙二醛化之前的分子量为大于20,000道尔顿至约80,000道尔顿、约20,500道尔顿、约46,100道尔顿或者约79,500道尔顿。
用于乙二醛化的阳离子共聚物是包括至少两种不同单体单元的阳离子共聚物：乙烯基酰胺例如丙烯酰胺单体，和二烯丙基二甲基卤化铵单体。示例性阳离子共聚物包括乙烯基酰胺单体和二烯丙基二甲基卤化铵单体，或者仅含有乙烯基酰胺单体和二烯丙基二甲基卤化铵单体。二烯丙基二甲基卤化铵单体的卤化物可以包括溴(Br)、氯(Cl)、碘(I)或氟(F)。示例性二烯丙基二甲基卤化铵单体是二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)。
阳离子共聚物，基于阳离子共聚物在乙二醛化之前的总重量，包括约5重量％至约95重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约5重量％的丙烯酰胺单体、约7.5重量％至约92.5重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约92.5重量％至约7.5重量％的丙烯酰胺单体、约10重量％至约90重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约90重量％至约10重量％丙烯酰胺单体、约15重量％至约85重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约85重量％至约15重量％的丙烯酰胺单体、约20重量％至约60重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约80重量％至约40重量％的丙烯酰胺单体、或者约20重量％至约40重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约80重量％至约60重量％的丙烯酰胺单体。示例性阳离子共聚物包括约5重量％至约25重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约75重量％的丙烯酰胺单体，或者约5重量％至约15重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约55重量％的丙烯酰胺单体。
阳离子共聚物可包括一个、两个、三个或更多个阳离子、非阳离子或阴离子单体单元。阳离子共聚物可以包括非离子和阴离子单体，但前提是所述共聚物的总电荷是阳离子性的。
适合的阳离子单体或潜在阳离子单体包括二烯丙基二烷基胺、2-乙烯基吡啶、2-(二烷基氨基)烷基(甲基)丙烯酸酯、二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺，包括其酸加成盐和季铵盐。所述阳离子单体或潜在阳离子单体的具体示例是(甲基)丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、氯甲烷季盐)、2-乙烯基-N-甲基吡啶氯化物、(对-乙烯基苯基)-三甲基氯化铵、(甲基)丙烯酸酯2-乙基三甲基氯化铵、1-甲基丙烯酰基-4-甲基哌嗪、曼尼希聚丙烯酰胺，即与二甲胺甲醛加合物反应的聚丙烯酰胺以得到N-(二甲基氨基甲基)和(甲基)丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵。
适合的阴离子单体可以选自乙烯基酸性材料例如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、衣康酸、富马酸，潜在的阴离子单体例如马来酸酐和衣康酸酐及其碱金属盐和铵盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基-丙烷磺酸及其盐、苯乙烯磺酸钠等。
除乙烯基酰胺之外的适合的非离子单体可以选自以下组：(甲基)丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸羟乙基酯和丙烯酸2-乙基己基酯；N-烷基丙烯酰胺、N-辛基(甲基)丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺，例如Ν,Ν'-二甲基丙烯酰胺；苯乙烯、乙酸乙烯酯、羟烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，例如丙烯酸2-羟乙基酯和丙烯腈。
所述阳离子共聚物可以是交联的、支化的或其他结构的或者线性的。例如，所述阳离子共聚物可以是线性的、交联的、链转移的、或者交联和链转移的(结构化的)。
交联剂通常是多烯键式不饱和的交联剂。示例是亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、三烯丙基氯化铵；四烯丙基氯化铵、聚(乙二醇)二丙烯酸酯；聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯；N-乙烯基丙烯酰胺；二乙烯基苯；四(乙二醇)二丙烯酸酯；二甲基烯丙基氨基乙基丙烯酸氯化铵；二烯丙氧基乙酸、Na盐；二烯丙基辛基酰胺；三甲基丙烷乙氧基三丙烯酸酯；N-烯丙基丙烯酰胺N-甲基烯丙基丙烯酰胺、季戊四醇三丙烯酸酯及其组合。可以使用其他交联***来替代这些***或与其一起使用。例如，通过侧链基团进行的共价交联可以通过使用烯键式不饱和环氧或硅烷单体，或通过使用多官能交联剂如硅烷、环氧树脂、多价金属化合物或其它已知的交联***来实现。
反应溶液中的总固体浓度
聚乙烯基酰胺的乙二醛化反应在防止凝胶化的聚乙烯基酰胺浓度下进行。此外，在本公开的方法中，反应溶液的总固体浓度(总固体为起始乙烯基酰胺共聚物和乙二醛的重量)为约0.3重量％至约3重量％的总固体、约0.5重量％至约2.5重量％的总固体、约0.65重量％至约2重量％的总固体、约0.75重量％至约2重量％的总固体、约0.75重量％至约1.5重量％的总固体，或者约0.75重量％至约1重量％的总固体。乙二醛化反应溶液中的示例性总固体浓度为约1％。
阳离子起始丙烯酰胺聚合物与二醛交联剂的比例
所述乙二醛化共聚物通过在乙二醛：阳离子共聚物的干重比为约5至约40的乙二醛相对于约95至约60的阳离子共聚物(即，约5:95至约40:60)，包括约10至约30的乙二醛相对于约90至约70的阳离子共聚物(即，约10:90至约30:70)，包括约20至约25的乙二醛相对于约80至约75的阳离子共聚物(即，约20:80到大约25:75)的水性反应介质中反应而获得。乙二醛和阳离子聚合物的重量百分比基于乙二醛化步骤之前干反应物的总重量。
示例性水性反应介质含有0.77重量％的共聚物固体、0.23重量％的乙二醛(干基)以及99％的去离子水，相当于乙二醛：阳离子共聚物的干重比为23:77。
反应pH
加碱或将改变pH至7以上是催化乙二醛化反应的最常用方法。在本公开的方法中，反应pH为pH 8.5至12、pH 9至11.5、pH 9.5至11，或pH 9.5至10.5。反应的示例性pH为10.5。
获得所需产物所必需的反应时间(例如，水性组合物中0.1重量％至4重量％的乙二醛化共聚物或者0.25重量％至4重量％的乙二醛化共聚物)将根据浓度、温度和pH以及所属领域中已知的影响乙二醛化速率的其他因素而变化。本公开的乙二醛化反应进行10至300分钟、25至250分钟、50至200分钟、100至200分钟或100至150分钟。示例性反应时间是120分钟。
乙二醛化反应在15至35℃、20至30℃、或20至25℃的温度下进行。示例性的反应温度为20℃。
乙二醛化反应可以分批模式或连续模式进行。例如，所述反应可以在造纸部位具有pH测量能力的连续反应器中进行。
可加入乙二醛化反应中的常规添加剂是去除聚合抑制剂的螯合剂、pH调节剂、引发剂、缓冲剂、表面活化剂或其组合。可以在没有任何一种或所有这些常规添加剂的情况下实施本公开方法。
乙二醛化共聚物形成的监测
粘度通常在反应过程中使用BROOKFIELD LV系列粘度计的UL适配器测量。UL适配器没有主轴编号。只能进行一种设置。拆除适配器杯的底部，并将组件直接放入反应混合物中。在催化反应期间每秒自动记录粘度测量值。将粘度计设定为60rpm的速度，并将反应混合物的温度保持在25℃。
还可以通过使用所属领域中已知的方法来监测乙二醛的消耗来监控测乙二醛化共聚物的形成。例如，一种所述方法可以包括Mitchel,R.E.J等人在1977年7月,《分析生物化学》Analytical Biochemistry,第81卷第1期第47-56页“The use of Girard-T reagentin a rapid and sensitive method for measuring glyoxal and certain otherodicarbonyl compounds”中公开的方法。残留乙二醛的百分比可以由乙二醛化聚乙烯基酰胺的2重量％水溶液来确定。通过从3500MWCO膜管透析来去除乙二醛化聚合物中的残留乙二醛。通过加入2.0ml邻-(2,3,4,5,6五氟苯甲基)-羟胺盐酸盐(6.6mg/ml)将十毫升(ml)的透析样品衍生化约2小时。然后使用1:1己烷-二***从透析溶液中提取乙二醛。可以通过在HP 5890气相色谱仪(GC)#6仪器上使用DB-5 15m、0.53mm内径、1.5μm df(分别是柱长、内径和膜厚度)的柱进行气相色谱来完成提取物的分析。一旦确定了残留乙二醛并且已知了反应前乙二醛的量，就可以计算出所消耗乙二醛的百分比。
乙二醛化共聚物组合物
本公开的乙二醛化共聚物组合物含有基于水性介质的总重量约0.1重量％至约4重量％的量，包括约0.25重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％，或约1.5重量％至2.5重量％的量的乙二醛化共聚物。当乙二醛化共聚物组合物中乙二醛化共聚物的量超过约4重量％时，凝胶化成为问题。
本公开的乙二醛化共聚物组合物是热固性树脂。所述乙二醛化共聚物组合物可以包括多种类型的乙二醛化乙烯基酰胺共聚物或者可用于临时湿强度纸应用中的一种或多种其他乙二醛化聚合物。或者，本公开的乙二醛化共聚物组合物基本上仅含有本公开的乙二醛化共聚物作为聚合物热固性树脂组分。
使用Brookfield粘度计测得的所述乙二醛化共聚物组合物的粘度为等于或小于100厘泊(cP)、约5至约100cP、小于或等于30cP、约30至约5cP、约25至约10cP、小于或等于25cP，或者小于25至约5cP。
本公开提供一种纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物，所述纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物包括水性介质，以及基于所述水性介质的总重量约0.1重量％至约4重量％、约0.25重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、或者约1.5重量％至2.5重量％的纤维素反应性乙二醛化乙烯基酰胺共聚物，其中：所述乙二醛化乙烯基酰胺共聚物通过乙二醛和阳离子乙烯基酰胺共聚物在水性反应介质中的反应而获得；所述水性反应介质中乙二醛：阳离子共聚物的干重范围为约5至约40的乙二醛相对于约95至约60的阳离子乙烯基酰胺共聚物、约10至约30的乙二醛相对于约90至约70的阳离子乙烯基酰胺共聚物、约20至约25的乙二醛相对于约80至约75的阳离子乙烯基酰胺共聚物、或者约23的乙二醛相对于约77的阳离子乙烯基酰胺共聚物；所述水性反应介质的总固体浓度为0.3％至3.0％、0.5％至2.5％、0.65％至2％、0.75％至2％、0.75％至1.5％、或0.75％至1％；所述阳离子乙烯基酰胺共聚物基于所述阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有约15,000道尔顿至约80,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约80,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约60,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约50,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约25,000道尔顿、约20,500道尔顿、约47,500道尔顿或约79,500道尔顿的重均分子量，并且基于所述阳离子共聚物在乙二醛化前的总重量，包括约5重量％至约95重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约5重量％的丙烯酰胺单体，约5重量％至约25重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约75重量％的丙烯酰胺单体，约5重量％至约15重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约55重量％的丙烯酰胺单体，约7.5重量％至约92.5重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约92.5重量％至约7.5重量％的丙烯酰胺单体，约10重量％至约90重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约90重量％至约10重量％的丙烯酰胺单体，约15重量％至约85重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约85重量％至约15重量％的丙烯酰胺单体，约20重量％至约60重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约80重量％至约40重量％的丙烯酰胺单体，或约20重量％至约40重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约80重量％至约60重量％的丙烯酰胺单体，其中所述丙烯酰胺单体是丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺或取代丙烯酰胺。
乙二醛化共聚物组合物的使用
本公开的乙二醛化共聚物组合物可以用作纸张的高分子量临时湿强度树脂添加剂。因此，本公开进一步提供了一种造纸方法，所述方法包括将本公开的乙二醛化共聚物组合物与纤维素纤维浆料相结合或将乙二醛化共聚物组合物涂覆到湿/干纸幅上的步骤。在所述造纸方法中，纤维素纤维与乙二醛化共聚物组合物相结合的顺序没有特别限制。例如，所述方法可以包括将乙二醛化共聚物组合物加入到纤维素纤维的水性悬浮液中；将纤维素纤维加入到乙二醛化共聚物组合物中；将乙二醛化共聚物组合物和纤维素纤维加入到水溶液中；以及/或者在包括纤维素纤维的水性反应介质中，乙二醛:阳离子共聚物的干重比为约5:95至约40:60反应以形成乙二醛化共聚物，其中所述乙二醛化共聚物基于水性反应介质的总重量为约0.1重量％至约4重量％。因此，本公开提供了一种制备具有改进的湿强度性质的纸的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供纤维素纤维的含水浆料；b)将本公开的乙二醛化共聚物组合物加入到所述含水浆料中；c)由步骤b)中形成的含水浆料形成纸幅；以及d)干燥所述纸幅，以形成具有改进的初始湿强度发展效率以及随时间增加的湿强度衰减的纸产品。
所述乙二醛化共聚物组合物可以加入到稠浆料或稀浆料中。当加入到稀浆料中时，可以在冲浆泵之前添加。基于乙二醛化共聚物的干纤维重量，当低至约0.10重量％的乙二醛化共聚物加入到浆料中时，赋予显著量的湿强度。例如，适当剂量包括约0.10至约40(0.05-20kg/公吨)磅干聚合物/吨干浆料、约1至约20(0.5-10kg/公吨)磅干聚合物/吨干浆料、约1至约10(0.5-5kg/公吨)磅干聚合物/吨干浆料、约1至约8(0.5-4kg/公吨)磅干聚合物/吨干浆料，或1.5至约6(1.0-3kg/公吨)磅干聚合物/吨干浆料。
将乙二醛化共聚物组合物涂覆到湿纸/干纸上可以通过任何常规方法完成。示例包括但不限于施胶压榨、衬垫、喷涂、浸渍、印刷或幕涂。因此，本公开还提供了一种为纸提供改进的湿强度性质的方法，所述方法包括以下步骤：a)将本公开的乙二醛化共聚物组合物喷涂、浸渍、涂布或以其他方式施涂到湿纸幅或湿纸上；以及b)干燥涂覆的湿纸幅或湿纸，以形成具有改进的初始湿强度发展效率以及随时间增加的湿强度衰减的纸产品。
本公开包括含有纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物的纸产品，所述纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物包括水性介质，以及基于所述水性介质的总重量约0.1重量％至约4重量％、约0.25重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、或者约1.5重量％至2.5重量％的纤维素反应性乙二醛化乙烯基酰胺共聚物，其中：所述乙二醛化乙烯基酰胺共聚物通过乙二醛和阳离子乙烯基酰胺共聚物在水性反应介质中的反应而获得；所述水性反应介质中乙二醛:阳离子共聚物的干重范围为约5至约40的乙二醛相对于约95至约60的阳离子乙烯基酰胺共聚物、约10至约30的乙二醛相对于约90至约70的阳离子乙烯基酰胺共聚物，约20至约25的乙二醛相对于约80至约75的阳离子乙烯基酰胺共聚物，或者约23的乙二醛相对于约77的阳离子乙烯基酰胺共聚物；所述水性反应介质的总固体浓度为0.3％至3.0％、0.5％至2.5％、0.65％至2％、0.75％至2％、0.75％至1.5％、或0.75％至1％；所述阳离子乙烯基酰胺共聚物基于所述阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有约15,000道尔顿至约80,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约80,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约60,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约50,000道尔顿、大于20,000道尔顿至约25,000道尔顿、约20,500道尔顿、约47,500道尔顿或约79,500道尔顿的重均分子量，并且基于所述阳离子共聚物在乙二醛化前的总重量，包括约5重量％至约95重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约5重量％的丙烯酰胺单体，约5重量％至约25重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约75重量％的丙烯酰胺单体，约5重量％至约15重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约95重量％至约55重量％的丙烯酰胺单体，约7.5重量％至约92.5重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约92.5重量％至约7.5重量％的丙烯酰胺单体，约10重量％至约90重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约90重量％至约10重量％的丙烯酰胺单体，约15重量％至约85重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约85重量％至约15重量％的丙烯酰胺单体，约20重量％至约60重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约80重量％至约40重量％的丙烯酰胺单体，或约20重量％至约40重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约80重量％至约60重量％的丙烯酰胺单体，其中所述丙烯酰胺单体是丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺或取代丙烯酰胺。
本公开包括含有乙二醛化共聚物组合物的纸产品，其中所述乙二醛化共聚物是通过在8.5到12的反应pH下使阳离子乙烯基酰胺共聚物和乙二醛的基本上水性反应混合物反应而形成的反应产物，其中在水性反应介质中乙二醛:阳离子共聚物干重为约5至约40的乙二醛相对于约95至约60的阳离子乙烯基酰胺共聚物，所述水性反应介质的总固体浓度为0.3％至3.0％，所述阳离子乙烯基酰胺共聚物基于所述阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有约15,000道尔顿至约80,000道尔顿的重均分子量，并且基于所述阳离子共聚物在乙二醛化之前的总重量，包括约15重量％至约85重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及约85重量％至约15重量％的丙烯酰胺单体。
实施例
将参照以下实验实施例进一步详细描述所述产品、组合物以及制备和使用方法。这些实施例的提供仅用于说明目的，并且除非另有说明，不旨在为限制性的。因此，本公开的产品、组合物和方法不应以任何方式被解释为限于以下实施例，而是应理解为包括由于本文提供的教导而变得明显的任何和所有变化。
实施例1：起始共聚物主链的合成和乙二醛化
含有8.6重量％的二烯丙基二甲基氯化铵单体以及91.4重量％的丙烯酰胺的阳离子共聚物如下制备。
向装有回流冷凝器、顶置式搅拌器、热电偶和氮气喷射器的一升反应容器中加入253.4份水、21.8份63.5％的二烯丙基二甲基氯化铵、0.91份己二酸、1.75份次磷酸钠和2.1份过硫酸铵。将反应器内容物加热至30℃并用氮气喷射30分钟。接下来，同时启动两个连续进料，即进料一和进料二，每个进料都持续120分钟。进料一含有276.5份53％的丙烯酰胺、77份去离子水、0.32份溴酸钾和2.17份
Figure BDA0002134778240000181
DPTA-41(BASF Corporation，New Jersey；二亚乙基三胺五乙酸五钠的水溶液)。进料二含有1.4份亚硫酸氢钠、15份去离子水和1.75份次磷酸钠。一旦这两个进料开始，随后发生放热，反应器内容物的温度升至75℃，并根据需要通过对***进行冷却或加热将反应剩余物保持在此温度。120分钟后，进料完成，将反应物料的温度升至85℃，并在两分钟内将溶解在47份去离子水中的2份过硫酸铵加入反应器内容物中，然后维持在85℃下120分钟。最后，冷却并收集聚合物。所得共聚物的分子量为20,500道尔顿(共聚物A)。
将制备共聚物A所遵循的流程再重复两次，唯一的变化是加入初始反应器装料及加入进料二中的次磷酸钠的量。
当次磷酸钠装料以0.49份分别加入到初始反应器装料和进料二中时，所得共聚物的分子量为46,100道尔顿(共聚物B)。
当次磷酸钠装料以0.26份分别加入到初始反应器装料和进料二中时，所得共聚物的分子量为79,400道尔顿(共聚物C)。
然后将共聚物主链乙二醛化。由去离子水、共聚物A和40％乙二醛制成均匀的乙二醛化反应溶液，使得反应溶液为0.77重量％的共聚物固体、0.23重量％的乙二醛(干基)和99.0％的去离子水。反应溶液的总固体浓度为1％。向处于连续混合状态下的乙二醛化溶液中逐滴加入5％氢氧化钠溶液，以将溶液的pH升至10.5，并将pH保持在10.5，以及将温度保持在20℃下120分钟。在120分钟结束时，通过逐滴加入硫酸将pH降至3.5的溶液pH。收集最终的乙二醛化共聚物样品(“g-pam1”)。
按照与上述流程相同的乙二醛化流程，由共聚物B和共聚物C制备乙二醛化共聚物，收集最终产物并分别命名为“g-pam 2”和“g-pam 3”。
实施例2：对比乙二醛化共聚物1
根据美国专利号4,605,702的实施例1中描述的方法来制备对比现有技术乙二醛化聚丙烯酰胺样品。该初始共聚物的分子量(Mw)为3,070道尔顿。此样品在本文中称为“对比g-pam 1”。
实施例3：对比乙二醛化共聚物2
根据美国专利号3,556,932的实施例1中描述的方法来制备第二对比现有技术g-pam样品。该初始共聚物的分子量(Mw)为12,080道尔顿。此样品在本文中称为“对比g-pam2”。
实施例4：对比乙二醛化共聚物3
通过将实施例1中的共聚物A样品(20,500道尔顿)乙二醛化来制备第三对比g-pam。通过美国专利号3,556,932的实施例1中所述的方法将共聚物A乙二醛化。收集最终的乙二醛化材料，在本文中称为“对比g-pam 3”。
实施例5：纸产品
由比例为70:30的硬木与软木纤维合成含水纸浆，打浆至380加拿大标准游离度(CSF)并稀释至0.5％稠度，pH为6.9。收集等分纸浆试样，将其置于顶部搅拌下，并将乙二醛化共聚物溶液加入纸浆中，以达到5,10和20磅g-pam(干重)/吨烘干纸浆的最终添加水平。一旦将g-pam加入到纸浆中，然后将混合物搅拌30秒以允许g-pam被吸收到含水纸浆中的纤维上。具有g-pam添加剂的每个等分纸浆试样产生基重为60克/平方米的200平方厘米的圆形手抄纸。然后将成形的纸幅在吸墨纸之间压滤，并在蒸汽加热的转鼓式干燥器上在240°F的温度下干燥，以制备手抄纸。
根据TAPPI测试方法T456来测量成品纸的湿拉伸强度。每个拉伸强度值是3次测量的平均值，并以磅/英寸(lbf/in)报告。通过将处理过的纸在pH 7.0的水中浸泡5分钟，然后测量湿拉伸强度来确定“5分钟湿拉伸强度”。％衰减按下式计算：
(初始湿拉伸强度-5分钟湿拉伸强度)/初始湿拉伸强度。
结果示于表1中。
表1
Figure BDA0002134778240000201
对比g-pam 2的数据说明了由美国专利号3,556,932的聚合物赋予的良好初始湿强度，以及不良的湿拉伸强度衰减。对比g-pam 1的数据说明了较低分子量起始聚合物(相对于美国专利号3,556,932)的改进的湿拉伸强度衰减，以及由美国专利号4,605,702的聚合物赋予的不良初始湿强度。
对比显著的是，g-pam 1的数据说明了初始湿强度与根据美国专利号3,556,932的聚合物的初始湿强度一样好或更好，同时也具有与根据美国专利号4,605,702的聚合物一样好或更好的湿拉伸强度衰减。因此，本公开的乙二醛化乙烯基酰胺共聚物出乎意外地同时具有有效的初始湿强度建立和高的湿拉伸强度衰减速率。
对比g-pam 3说明了采用美国专利号3,556,932的乙二醛化方法的乙二醛化共聚物A相对于对比g-pam 2提高了纸的初始湿拉伸强度，但是，相对于对比g-pam 2和g-pam 1，纸的湿拉伸强度衰减明显较差。因此，与现有技术的乙二醛化方法相比，本公开的乙二醛化方法意外地提供赋予纸优异湿强度性质的乙二醛化共聚物。
根据TAPPI测试方法T403来测量成品纸的Mullen破裂强度。通过将处理过的纸在pH 7.0的水中浸泡30分钟，然后测量湿破裂强度来确定“30分钟湿破裂强度”。％衰减按下式计算：
(初始湿破裂强度-30分钟湿破裂强度)/初始湿破裂强度。
结果示于表2中。
表2
Figure BDA0002134778240000211
“对比g-pam 1”的数据说明了此添加剂的良好湿破裂强度衰减，但是它也表明，美国专利号4,605,702的聚合物赋予了不良的初始湿强度。“g-pam 1”的数据表明湿破裂衰减与“对比g-pam 1”的性能相同，同时有利地证明了初始湿破裂强度结果明显更高。“g-pam2”和“g-pam 3”的数据显示了在本公开的方法中使用较高分子量聚合物的影响，特别是由较高分子量聚合物制成的添加剂显示出较高的初始湿破裂强度结果，以及较低水平的湿破裂强度衰减。
本文引用的每个专利、专利申请和公开的公开内容出于所有目的以引用方式全文并入本文中。
尽管已经参照具体实施方案公开了产品、组合物、其制造方法及其使用方法，但是显而易见的是，在不脱离所公开产品和方法的真实精神和范围的情况下，所属领域中的其他技术人员可以得出其他实施方案和变型。所附权利要求旨在被解释为包括所有所述实施方案和等同变型。

Claims (10)

1.一种纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物，其包括水性介质，和基于所述水性介质的总重量0.1重量％至4重量％的纤维素反应性乙二醛化乙烯基酰胺共聚物，
其中所述乙二醛化乙烯基酰胺共聚物通过乙二醛和阳离子乙烯基酰胺共聚物在水性反应介质中的反应而获得，在所述水性反应介质中乙二醛：阳离子共聚物的干重为5至40的乙二醛相对于95至60的阳离子乙烯基酰胺共聚物，所述水性反应介质的总固体浓度为0.5%至2.5％，所述阳离子乙烯基酰胺共聚物基于该阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有15,000至20,500道尔顿的重均分子量，并且基于所述阳离子共聚物在乙二醛化之前的总重量，包括5重量％至95重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及95重量％至5重量％的丙烯酰胺单体。
2.根据权利要求1所述的纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物，其中所述阳离子乙烯基酰胺共聚物基于该阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有20,500道尔顿的重均分子量；所述水性反应介质中的总固体浓度为0.75％至1％；以及所述水性反应介质中乙二醛：阳离子共聚物的干重为23的乙二醛相对于77的阳离子乙烯基酰胺共聚物。
3.根据权利要求1所述的纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物，其通过在8.5至12的反应pH下进行反应而获得。
4.根据权利要求1所述的纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物，其通过反应进行10至300分钟而获得。
5.根据权利要求1所述的纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物，其通过在15℃至35℃的温度下进行反应而获得。
6.一种用于制备纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物的方法，所述方法包括：在8.5至12的反应pH下在水性反应介质中使阳离子乙烯基酰胺共聚物和乙二醛的基本上水性反应混合物反应，所述基本上水性反应混合物是指在有机油的存在不超过所述阳离子乙烯基酰胺共聚物重量的条件下进行的加合物形成，其中在所述水性反应介质中乙二醛：阳离子共聚物的干重为5至40的乙二醛相对于95至60的阳离子乙烯基酰胺共聚物，所述水性反应介质的总固体浓度为0.5%至2.5％，所述阳离子乙烯基酰胺共聚物基于该阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有15,000至20,500道尔顿的重均分子量，并且基于所述阳离子共聚物在乙二醛化之前的总重量，包括5重量％至95重量％的二烯丙基二甲基卤化铵单体以及95重量％至5重量％的丙烯酰胺单体。
7.根据权利要求6所述的用于制备纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物的方法，其中所述阳离子乙烯基酰胺共聚物基于该阳离子乙烯基酰胺共聚物在与乙二醛反应之前的总重量，具有20,500道尔顿的重均分子量；所述水性反应介质中的总固体浓度为0.75％至1％；以及所述水性反应介质中乙二醛：阳离子共聚物的干重为23的乙二醛相对于77的阳离子乙烯基酰胺共聚物。
8.根据权利要求6所述的用于制备纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物的方法，其中所述反应是在8.5至12、9至11.5、9.5至11、或9.5至10.5、或10.5的反应pH下进行的；所述反应进行10至300分钟、25至250分钟、50至200分钟、100至200分钟、或100至150分钟；以及所述反应在15℃至35℃、20℃至30℃、20℃至25℃、或20℃的温度下进行。
9.一种通过根据权利要求6所述的方法制备的纤维素反应性乙二醛化共聚物组合物。
10.一种造纸方法，所述方法包括以下之一：（a）将根据权利要求1-5或9之一所述的乙二醛化共聚物组合物与纤维素纤维相结合；或者（b）将根据权利要求1-5或9之一所述的乙二醛化共聚物组合物施加到湿纸或干纸上。
CN201880007504.2A 2017-01-18 2018-01-18 用于纸张的高分子量临时湿强度树脂 Active CN110268114B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762447615P 2017-01-18 2017-01-18
US62/447,615 2017-01-18
PCT/IB2018/000067 WO2018134675A1 (en) 2017-01-18 2018-01-18 High molecular weight temporary wet strength resin for paper

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110268114A CN110268114A (zh) 2019-09-20
CN110268114B true CN110268114B (zh) 2022-12-13

Family

ID=61656070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880007504.2A Active CN110268114B (zh) 2017-01-18 2018-01-18 用于纸张的高分子量临时湿强度树脂

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20190359739A1 (zh)
EP (1) EP3571348B1 (zh)
KR (1) KR20190103374A (zh)
CN (1) CN110268114B (zh)
AU (1) AU2018209385B2 (zh)
CA (1) CA3050358A1 (zh)
CL (1) CL2019001945A1 (zh)
MX (1) MX2019008296A (zh)
RU (1) RU2761386C2 (zh)
WO (1) WO2018134675A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021188705A1 (en) * 2020-03-18 2021-09-23 Kemira Oyj Compositions and methods for increased wet and dry strength
CA3201030A1 (en) 2020-12-04 2022-06-09 Tess Duffin CROSETTO Treated article, methods of making the treated article, and dispersion for use in making the treated article

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3556932A (en) 1965-07-12 1971-01-19 American Cyanamid Co Water-soluble,ionic,glyoxylated,vinylamide,wet-strength resin and paper made therewith
US4605702A (en) 1984-06-27 1986-08-12 American Cyanamid Company Temporary wet strength resin
US5723022A (en) * 1996-07-11 1998-03-03 Cytec Technology Corp. Temporary wet strength resins
EP1319105A1 (en) * 2000-09-20 2003-06-18 Akzo Nobel N.V. A process for the production of paper
JP4190027B2 (ja) * 2001-06-12 2008-12-03 アクゾ ノーベル エヌ．ブイ． 水性組成物
US7608665B2 (en) 2005-09-30 2009-10-27 Lanxess Corporation Temporary wet strength resin for paper applications
US7875676B2 (en) * 2006-09-07 2011-01-25 Ciba Specialty Chemicals Corporation Glyoxalation of vinylamide polymer
CN101553508B (zh) * 2006-09-07 2012-12-26 西巴控股有限公司 乙烯基酰胺聚合物的乙二醛化
US8435382B2 (en) * 2007-06-15 2013-05-07 Buckman Laboratories International, Inc. High solids glyoxalated polyacrylamide
US9181657B2 (en) * 2007-09-12 2015-11-10 Nalco Company Method of increasing paper strength by using natural gums and dry strength agent in the wet end
US8288502B2 (en) * 2009-12-18 2012-10-16 Nalco Company Aldehyde-functionalized polymers with enhanced stability
CN105531420B (zh) * 2013-09-09 2018-02-27 巴斯夫欧洲公司 高分子量和高阳离子电荷乙二醛化聚丙烯酰胺共聚物及其制造方法和用途

Also Published As

Publication number Publication date
CN110268114A (zh) 2019-09-20
US20190359739A1 (en) 2019-11-28
RU2761386C2 (ru) 2021-12-07
KR20190103374A (ko) 2019-09-04
EP3571348B1 (en) 2024-03-06
MX2019008296A (es) 2019-11-12
AU2018209385B2 (en) 2023-04-13
WO2018134675A1 (en) 2018-07-26
EP3571348A1 (en) 2019-11-27
RU2019125385A3 (zh) 2021-05-25
CA3050358A1 (en) 2018-07-26
AU2018209385A1 (en) 2019-08-08
BR112019014610A2 (pt) 2020-02-18
RU2019125385A (ru) 2021-02-19
CL2019001945A1 (es) 2019-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2017223287B2 (en) Glyoxalated polyacrylamide terpolymer, base copolymer thereof, compositions containing same, uses in papermaking and products thereof
US8278374B2 (en) Processes for manufacture of a dry strength paper and methods for imparting dry strength to paper using a cationic starch graft polymer
US7488403B2 (en) Blends of glyoxalated polyacrylamides and paper strengthening agents
US6103861A (en) Strength resins for paper and repulpable wet and dry strength paper made therewith
JP2010502800A (ja) ビニルアミドポリマーのグリオキサール化
CA2813996C (en) Surface application of polymers to improve paper strength
AU2014317940B2 (en) High molecular weight and high cationic chargeglyoxalatedpolyacrylamide copolymers, and their methods of manufacture and use
WO2008157321A2 (en) High solids glyoxalated polyacrylamide
CN110268114B (zh) 用于纸张的高分子量临时湿强度树脂
US7034087B2 (en) Aldehyde scavengers for preparing temporary wet strength resins with longer shelf life
CA2498021C (en) Glyoxalated polyacrylamide compositions
BR112019014610B1 (pt) Resina de resistência à umidade temporária de alto peso molecular para papel

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant