CN1318121A - 在造纸过程中使用的微粒体系中的酸性胶体 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种在碱性和酸性纸产品的生产过程中用作助留剂和助滤剂的微粒体系，它包含：HMW絮凝剂聚合物(6)，酸性胶体(7)，以及凝结剂或MMW絮凝剂(5)。所述酸性胶体(7)包含：蜜胺醛，优选蜜胺甲醛的水溶性聚合物或共聚物的水溶液，并且其用量以配料中固体的干重量计从0.0005%至0.5%重量。HMW絮凝剂聚合物(6)可以在混合浆泵之后和在压力筛(2)之前添加至浆料或配料中；酸性胶体(7)可以在压力筛(2)之后添加至浆料中，而凝结剂/MMW絮凝剂(5)可以在混合浆泵(1)之前添加。另外，该化学剂的添加顺序可以改变，即酸性胶体(7)能在混合浆泵(1)之前或之后或在压力筛(2)之前添加。在造纸过程中，将微粒体系添加至造纸配料中将改善留着率，滤水性能和纸页的匀度。

Description

在造纸过程中使用的微粒体系中的酸性胶体
                      发明背景
                   1．发明领域
本发明涉及一种在纸产品，即纸或纸板的制备过程中用作助剂的、改进的微粒体系，所述体系在留着率，滤水性能，以及纸页匀度方面具有改善的性能。更准确地说，本发明涉及：包含作为微粒体系的微粒或无机颗粒材料的酸性胶体的微粒体系。
                  2．背景技术说明
在纸或纸板的生产过程中，将称之为“配料”或“浆料”的稀含水组合物喷至称之为“长网”的运动的网目上。通过该长网使该组合物的固体成份如纤维素纤维和无机颗粒填料进行滤水或过滤，从而形成纸页。留着在长网上的固体材料的百分比称之为造纸过程的“首次通过留着率”。在造纸过程使用助滤剂，助留剂以及成形助剂(D/R/F)。
据信，留着率随不同的机理而变化，所述机理如机械夹带物的过滤，静电吸引，以及配料中纤维和填料之间的架桥。由于纤维素纤维和许多常用的填料均带负电，因此，它们将相互排斥。一般来说，能增强留着率的唯一的因素是机械夹带物。因此，通常使用助留剂来改善纤维和填料在长网上的留着率。细小纤维和填料的留着率，对于造纸机是十分重要的，以便保证截留纸页中胶体大小的颗粒。首次通过留着率(FPR)测量该留着程序的能力。以前一直将胶体二氧化硅用作碱性高级纸张助滤剂中的微粒。二氧化硅必须适当地使用，以便借助形成微絮凝物而增强细小纤维和填料的留着率，所述絮凝物将截留胶体材料，并且能使纸浆迅速脱水。
滤水与形成纸页时从配料中除去的速率有关。滤水通常指的是：在形成纸页之后对纸页的压榨之前所发生的脱水。因此，助滤剂用来改善生产纸或纸板时总的脱水效率。
成型涉及在造纸过程中生产的纸张或纸板的匀度。匀度通常由纸页内透光率差来评估。透光率差大表明“差”的匀度，而透光率小的话表明“良好”的匀度。一般来说，留着率增加，匀度值通常将从良好的匀度降至差的匀度。
应理解的是，出于种种原因，特别希望的是在留着率和滤水方面以及在纸张或纸板成形性能方面的改进，其中最为重要的原因是生产率。良好的留着率和滤水率使得纸机能更快地运行，并减少纸机故障。良好的纸页成形将减少废纸量。这些改进通过使用助留剂和助滤剂而实现。助留剂和助滤剂通常是用来使存在于配料中的细小固体材料絮凝从而改善造纸过程中这些参数的添加剂。使用所述添加剂受絮凝作用对纸页成形的影响所限制。如果添加太多的助留剂，细小固体材料絮凝物的尺寸将增加，然后这通常将改变纸页的密度，如上所述，这可能将导致所谓的“差”的纸页匀度。由于过度絮凝最终可能会在纸页中形成孔洞并在造纸过程的随后脱水阶段中损失真空压力，因此，过度絮凝还将影响滤水。通常，在纸机的湿部将助留剂和助滤剂添加至配料中，并且它们通常有三种类型，即：
(a)单一聚合物；
(b)双组分聚合物；或
(c)可以包括絮凝剂和/或凝结剂的微粒体系。
作为助留剂和助滤剂，微粒体系通常会给出最好的结果，并且在现有技术已有广泛的描述。在过去的一些年中，膨润土和胶体二氧化硅已用来改善滤水，留着率，和匀度。
微粒体系出版物的例子包括：EP-B-235,893，其中，以特定的添加顺序，连同高分子量阳离子聚合物一起，将膨润土用作无机材料；WO-A-94/26972，其中披露了乙烯基酰胺聚合物与各种无机材料如二氧化硅，膨润土，陶土之一，和有机材料一起使用；WO-A-97/16598，公开了高岭土与各种阳离子聚合物之一联合使用；和EPO805234，其中膨润土，二氧化硅，或丙烯酸酯聚合物与阳离子分散体聚合物一起使用。
US4,305,781和4,753,710披露了将高分子量非离子和离子聚合物与膨润土一起使用，以便帮助造纸过程的脱水和留着作用。US4,388,150和4,385,961教导了使用阳离子淀粉和胶体二氧化硅。US4,643,801和4,750,974描述了在造纸过程中使用阳离子淀粉，阴离子高分子量聚合物，和胶体二氧化硅。US5,185,062描述了阴离子聚合物，该聚合物起含高分子量阳离子絮凝剂的微粒的作用。US5,167,766教导了：在造纸过程中将带电荷的有机聚合物微珠用作微粒。
微粒体系通常包含：含或不含阳离子凝结剂的聚合物絮凝剂和细小颗粒料。细小颗粒料改善絮凝剂的效率和/或使得更小、更均匀的絮凝物能够产生。
在纸张中为湿强度使用密胺-甲醛(MF)酸性胶体是熟知的。这可参考TAPPI专刊号29的“纸和纸板的湿强度”(C.S.Maxwell,J.P.Weidner,编辑)。US2,345,543描述了稳定的密胺-甲醛酸性胶体的制备方法，而US2,485,080包括：将尿素掺入缩合产物中。US2,559,220和2,986,489教导了用这些胶体来增加纸张的湿强度。US4,845,148描述了使用含有丙烯酰胺的氨基-醛酸性胶体来增加纸张干强度的用途。US5,286,347描述了：使用密胺-甲醛胶体用于造纸过程中的树脂障碍控制的用途。US4,461,858描述了：使用用于纸张湿强度的聚乙烯醇-密胺甲醛胶体掺混物的用途。US4,009,706教导了：使用蜜胺甲醛胶体和阴离子高分子量聚合物使粗糖絮凝的用途。
为获得更好的纸机操作性和/或获得特定的最终使用纸张的性能，如用于更好适印性改善的纸页匀度，或改善的表面强度，尽管有若干种供纸厂使用的微粒体系，但仍十分需要改善纸张或纸板的改进的微粒体系，所述纸张或纸板通过造纸过程中对滤水和留着率的改善和对成形纸页成形性能的改善而得以改善。
发明概要
本发明已满足了上述的需要。本发明涉及一种在造纸过程中用作助留剂和助滤剂的微粒体系。
根据本发明的第一方面，提供了一种纸张的生产方法，所述方法包括：将作为助留剂和/或助滤剂的微粒体系添加至造纸配料中，所述助留剂和/或助滤剂包含高分子量聚合物絮凝剂和无机颗粒料，其中无机颗粒料包含由水溶性聚合物或共聚物的水溶液组成的酸性胶体。
根据本发明的第二方面，提供了一种作为助留剂和/或助滤剂而添加至造纸配料中的改进的微粒体系，并且所述微粒体系包含高分子量聚合物絮凝剂和无机颗粒料，其中无机颗粒料包含由水溶性聚合物或共聚物的水溶液组成的酸性胶体。
根据本发明的第三方面，提供了一种具有在留着率，滤水和匀度方面改善性能的纸张或纸板，其中所述纸张或纸板通过将改进的微粒体系添加至含水纤维素造纸配料中而制得，其中微粒体系包含高分子量聚合物絮凝剂和无机颗粒料，所述无机颗粒料包含由水溶性聚合物或共聚物的水溶液组成的酸性胶体。
本发明的第四方面涉及一种方法，在该方法中，通过形成含水纤维素造纸配料而制得纸张或纸板，该方法包括：
(a)在第一剪切阶段之后，将高分子量聚合物絮凝剂添加至造纸配料的稀浆流中，
(b)至少在第二高剪切阶段之后，添加包含由水溶性聚合物或共聚物的水溶液组成的酸性胶体的无机颗粒料；
(c)使造纸配料脱水形成纸页；和
(d)对纸页进行干燥。
在本发明的若干方面和优选的实施方案中，所述酸性胶体由水溶性聚合物的水溶液组成，所述水溶性聚合物选自密胺醛树脂，脲醛树脂，和密胺-脲醛树脂，所述醛具有如下结构式：
其中R1选自直链或支链的C1-4烷基。以浆料或配料中固体的干重量计，存在于浆料或配料中酸性胶体的含量从约0.0005％至约0.5％重量。优选的是，所述醛为甲醛而所述酸性胶体为密胺甲醛，它们可以被线性或支链的醇醚化。
以浆料或配料中固体的干重量计，高分子量(HMW)聚合物絮凝剂的含量从约0.0025％至约1.0％重量。高电荷密度阳离子凝结剂可以在第一剪切阶段之前添加至浆料或配料中，或者在某些场合可以在添加酸性胶体之前或之后添加。另外，在可以在高分子量和/或凝结剂之前和/或在第一剪切阶段之前，将酸性胶体和/或絮凝剂添加至浆料或配料中。
附图的简要说明
附图是说明常用纸机部分和以优选形式的本发明微粒体系组份添加位置的草图。
发明详述
本发明涉及用作助留剂/助滤剂/成型助剂(R/D/F)的微粒体系，该微粒体系特别是用于酸性和碱性高级纸张造纸过程中纸机的湿部。
在本发明中使用的术语“纸张”包括：包含纤维素纸页材料的产品，这些产品包括纸页，纸板等。
本发明的“微粒体系”指的是：用作絮凝剂的至少一种亲水聚合物和在该体系中为微粒的无机颗粒料，以及可有可无的凝结剂的混合物。在本发明中，微粒或无机颗粒料为酸性胶体。该混合物的各组份可以一起添加至待处理的浆料或配料中，但优选的是单独地添加以及按下面所述的顺序添加。
本发明能利用常规的造纸机来实施。根据常规的实践，滤水形成纸页的配料或“稀浆”常常通过稀释浓浆来制备，所述浓浆通常通过掺混颜料或填料，合适的纤维，任何希望的增强剂和/或其它添加剂，以及可以是回用水的水在混合容器或浆池中制得。可以用常规的方式例如利用Vortex锥形除渣器净化稀浆。通常，借助通过离心筛对稀浆进行净化。稀浆通常借助一台或多台称之为混合浆泵的离心泵沿纸机泵送。例如，可以借助第一混合浆泵将稀浆泵送至离心筛。浓浆可通过水进行稀释，从而在进入第一混合浆泵的位置之前或在第一混合浆泵之前形成稀浆，例如借助使浓浆和稀释水通过混合泵。稀浆可以借助通过第二离心筛或压力筛而进一步净化，并在纸机形成纸页过程之前通过网前箱。
可以使用任何常规的纸张或纸板成形机，例如平长网纸机，双网成形器，或圆网成形器或这些成形器的任何组合，来实施纸页的成形过程。纸机的处理体系可以包含图中所示的部件。这些部件包括：混合浆泵1，压力筛2，和网前箱3。浓浆可以通过水进行稀释，从而借助使浓浆和稀释水通过混合泵(未示出)，在浓浆进入混合浆泵1之前形成稀浆。借助通过压力筛2而清洗出稀浆中的杂质，并且在形成纸页之前，将留在压力筛2上的稀浆送至网前箱3中。
另外，所述附图还说明了本发明微粒体系各组份的优选添加位置。优选的是，在稀浆通过混合浆泵1之前，将凝结剂添加至稀浆中；所述混合浆泵按箭头4所示方向运行，而添加由箭头5指示。如箭头6所示，当稀浆排出混合浆示1时，将絮凝剂添加至稀浆中，并且，如箭头7所示，在稀浆排出压力筛2时，将包含酸性胶体的微粒料添加至稀浆中。混合浆泵1和压力筛2在纸机中将形成高剪切阶段。
在本发明中，优选在稀浆到达高剪切的最终位置之前添加微粒体系的高分子量絮凝剂聚合物，并且最终的稀浆优选例如在高剪切的最终位置处，优选的是在添加本发明微粒体系的酸性胶体之前进行剪切。在附图中，所示的絮凝剂在稀浆运行通过压力筛2之前添加；而所示的酸性胶体在浆料通过压力筛2之后添加。
优选的是，将本发明微粒体系的HMW聚合物絮凝剂添加至稀浆中(即所希望的固体含量不大于2％或至多为3％重量)，而不添加至浓浆中。因此，可以将HMW絮凝剂聚合物直接添加至稀浆中，或可以添加至用来将浓浆转化成稀浆的稀释水中。
HMW絮凝剂聚合物包含：用于使造纸配料中的固体尤其是细小纤维絮凝的制剂。在本发明中使用的术语“细小纤维”意指：分别在TAPPI测试方法T261和T269中定义的细小固体颗粒和纤维。
料浆或配料细小纤维的絮凝可以通过HMW聚合物本身完成或通过其与可以是高电荷密度阳离子凝结剂的中等分子量絮凝剂或凝结剂结合来完成。细小纤维的絮凝将使成形纸页的纤维结构中细小纤维具有更好的留着率，借此得到改善的脱水或滤水。
高分子量聚合物絮凝剂是：优选通过其本身提供絮凝作用的聚合物。
适用于本发明的高分子量聚合物絮凝剂的例子包括：重均分子量约100,000或更大，尤其是500,000或更大的那些聚合物。优选的是，所述分子量在约1百万以上，并且常常在约5百万以上，最常用的是在一千万至3千万或更大。这些聚合物可以是线性的，支链的，阳离子的，阴离子的，非离子的，两性的，或丙烯酰胺或其它非离子单体疏水改性的聚合物。
添加至本发明造纸配料中微粒体系的HMW聚合物絮凝剂的量可以是絮凝固体，尤其是细小纤维时足以给出基本作用的量，所述固体存在于造纸配料中。所添加的水溶性聚合物的总量可以从约0.0025％至约1％，更优选从约0.01％至约0.2％，最优选从约0.0125％至约0.1％重量(基于存在于配料中固体干重量的聚合物的干重量)。添加可以一次或多次在一个或多个添加位置进行，优选的是，在产生高剪切作用的混合浆泵之后一次添加至稀浆流中。
希望的是，在添加本发明微粒体系的酸性胶体之前，使由高分子量聚合物絮凝剂形成的絮凝物经受剪切作用。优选的是，所述剪切作用由产生高剪切作用的压力筛所产生。
在本发明中，酸性胶体由水溶性聚合物或共聚物的水溶液组成。在优选的实施方案中，能够使用任何蜜胺醛型聚合物或共聚物。优选的是，通过使用a)密胺或取代的密胺；和b)具有下式的醛来制备所述的聚合物：
式中R1选自直链或支链的C1-4烷基。优选的醛是甲醛，乙醛，丙醛，乙二醛，和戊二醛。最优选的醛是甲醛。
上述组份a)与组份b)的摩尔比从约1∶1至约1∶10,优选的摩尔比从约1∶3至1∶6。最优选的摩尔比为：约1摩尔密胺或其衍生物对约3摩尔醛。因此，最为优选的聚合物由密胺和甲醛制备，并且密胺对甲醛的摩尔比约为1∶3。
本发明的蜜胺醛类聚合物不溶于水，但能保持在酸性溶液的胶体悬浮液中。尽管优选盐酸，但也能用任何酸或相容的酸混合物来制备本发明微粒料的蜜胺醛酸性胶体。在酸性悬浮液或溶液中，蜜胺醛型聚合物的活性含量应从约0.1％至约20％，优选从1％至约15％，最优选从约4％至约12％。pH应足够低，即用含水无机酸或有机酸使之保持在1.0-2.5之间，以便使蜜胺醛型聚合物呈细胶体悬浮液。
适用于本发明的脲醛型聚合物溶液是：其中醛由前面定义的那些，最优选的是脲-甲醛溶液。尿素对醛的摩尔比应从1∶1至1∶10，最优选的摩尔比从1∶3至1∶6。
蜜胺脲醛共聚物溶液也可以用于本发明。这些溶液是根据如上所述醛组份，尿素，以及蜜胺或取代蜜胺而制备的。优选的是蜜胺-脲-甲醛共聚物溶液。适用于本发明的蜜胺-脲-甲醛共聚物溶液包含1-70％摩尔的尿素,30-99％摩尔的蜜胺，以及对于在酸性含水介质中每摩尔复合的蜜胺和尿素约1-4摩尔的醛。用于本发明的共聚物溶液，其固含量从0.1-20％，优选从1-12％。
本发明的酸性胶体可以是包含蜜胺醛的共聚物，和包括有氰尿二酰胺-醛，二氰基二酰胺醛，二胍-醛，脲甲醛聚亚烷基聚胺，和聚酰脲的缩聚物。
通过使特定的醛与胺进行反应并在通常使用盐酸的酸性条件下使该溶液进行老化而制备酸性胶体。当进行老化，胶体颗粒将生长至20-200埃的大小。平均聚合度从10-20羟甲基化蜜胺单元。所述颗粒带阳离子电荷，即某些仲胺单元被质子化。胶体溶液在特性上呈蓝色混浊状。所述溶液以8-12％活性物的浓度储存。该溶液可以仅由胺和醛组成，或可以是它们的衍生物。该溶液可以用醇，二醇，或其它含羟基的物质进行部分醚化。该溶液可以是蜜胺-甲醛和另外的氨基塑料的共缩聚物，共缩聚物然后能进行醚化。该溶液可以是所述氨基塑料的混合物，它们然后用来形成酸性胶体。形成胶体的氨基塑料也可以是烯属不饱和单体如丙烯酰胺，丙烯酸二甲氨基乙酯，二烯丙基二甲基氯化铵，或甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵等的共聚物。在本发明中，这些酸性胶体作为微粒滤水，留着，以及成型程序的一部分而应用于制备纸张或纸板。
在优选的实施方案中，酸性胶体可以是前述专利US5,382,368中所披露的，在此将其引入作为参考。以存在于造纸浆料或配料中固体的干重量计，添加至造纸配料中的酸性胶体量从约0.0005％至约0.5％，优选从约0.005％至约0.25％干重量。添加可以一次或多次在一个或多个添加位置进行，优选的是，在附图中压力筛2之后添加，并且至少在压力筛2和网前箱3之间添加。本发明微粒体系的酸性胶体优选的是蜜胺甲醛酸性胶体。
添加高分子量(HMW)絮凝剂聚合物通常将在添加聚合物的纸张配料中形成大的悬浮固体的絮凝物。这些大絮凝物通过高剪切力被立即或随后破碎成现有技术中称之为“微絮凝物”的很小的絮凝物。所述“高剪切力”可以借助使絮凝的配料通过附图中的压力筛2而产生。
其分子量通常低于絮凝剂的水溶性聚合物，通过将其添加至浓浆中，优选的是，在配料通过混合浆泵1之前添加至配料中，它可以用作凝结剂。所述凝结剂可以为高电荷密度的阳离子聚合物。例如，如果凝结剂聚合物为含氮阳离子聚合物的话，其电荷密度以每公斤聚合物的氮克当量计，可以约为0.2，优选至少0.35,最优选为0.4-2.5或更高。当所述聚合物借助阳离子烯属不饱和单体与可有可无其它单体的聚合而形成时，以用于形成聚合物的单体总量计，阳离子单体的量通常约2％摩尔，常常约5％摩尔，优选至少约10％摩尔。
天然和合成的无机和有机的凝结剂可用于本发明的微粒体系中。如果凝结剂是阳离子型的话，合适的阳离子凝结剂包括：聚二烯丙基二甲基氯化铵(P-DADMAC)；聚烷基胺；表氯醇与二甲胺和/或氨或其它伯胺和仲胺的阳离子聚合物；聚酰氨基胺；非离子单体，如丙烯酰胺与阳离子单体，如DADMAC或丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵的共聚物；氰基胍改性的脲/甲醛/树脂的聚合物；蜜胺/甲醛聚合物；脲/甲醛聚合物；聚乙烯亚胺；阳离子淀粉；阳离子铝盐的单体和聚合物；具有净阳离子电荷的两性聚合物；以及上述凝结剂的掺混物。
添加至浆料或配料中的本发明微粒体系的凝结剂的量可以是在对存在于纸张配料中的固体进行凝结时足以给出实质性作用的量。以纸张配料中固体的干重量计，水溶性凝结剂聚合物的总量可以从约0.0025％-1.0％重量，更优选从约0.005％-约0.50％重量。
如果用中等分子量(MMW)絮凝剂替代阳离子凝结剂，那么，所述絮凝剂可以在浆料通过混合浆泵1之前添加。适用于本发明的MMW絮凝剂的例子是：重均分子量从500,000至约5百万和6百万之间的那些絮凝剂。该化学添加剂可以是丙烯酰胺或任何不饱和单体的共聚物。合适的MMW絮凝剂可以包括：得自Calgon Corporation,PA的ECCatTM500共聚物。
MMW絮凝剂的量可以是在对存在于纸张或配料中的固体进行凝结时足以给出实质性作用的量。以配料中固体的干重量计，MMW絮凝剂的总量可以从约0.0025％-1.0％重量。该剂量在每吨聚合物从0.01-5.0磅的范围内。
如上所述，凝结剂或MMW絮凝剂可以在混合浆泵1之前添加至浓浆中，HMW絮凝剂聚合物可以在浆料通过混合浆泵1之后添加至稀浆中，而本发明的酸性胶体可以在浆料通过压力筛2之后添加至稀浆中。另外，这些化学添加剂还可以除附图所示以外不同的顺序和/或不同的喂料点添加至浆料中。
一开始的浓浆可以根据常规的造纸配料来制备，所述配料如传统的化学浆，例如漂白和未漂硫酸盐浆或亚硫酸盐浆；机械浆，如磨木浆；热磨机械浆；或化学热磨机械浆；或回用纸浆，如由聚集或循环处理得到的脱墨废纸，纤维填料复合物；以及它们的混合物。
用于本发明的配料或浆料，和最终的纸张可以不进行大量的填充(例如在最终纸张中包含少于10％并且通常少于5％重量的填料)，或用填料进行填充，所述填料以浆料的固体干重量计能提供至多50％的用量，或以纸张干重量计提供至多40％的用量。当使用填料时，可以使用任何常规白色颜料填料，如碳酸钙，高岭土，煅烧高岭土，二氧化钛，或滑石，或其组合物。如果有填料的话，优选用常规的方式并且在添加本发明微粒体系各组份之前，将填料掺入配料中。
用于本发明的配料或浆料可以包括其它已知的选择性添加剂，如松香，明矾，中性施胶剂或光学增亮剂。配料还可以包括有增强剂或粘结剂，并且这些物质例如可包含淀粉，如阳离子淀粉。配料的pH通常从约4-9。
纤维，填料，以及其它添加剂，如增强剂或明矾的用量均为常用量。通常，稀浆的固含量从0.1-3％重量，或纤维含量从0.1-2％重量。稀浆通常的固含量从0.1-2％重量。所有这些百分比均以浆料中固体干重量计。
在本发明微粒体系中用作微粒料的酸性胶体优选是蜜胺-甲醛酸性胶体或其衍生物。优选的是，酸性胶体由水溶性聚合物或共聚物的水溶液组成，所述水溶性聚合物或共聚物优选是蜜胺醛，优选是蜜胺-甲醛。在造纸过程中，这些颗粒料容易分散于含水纸浆悬浮液中，从而增强最终纸产品的表面特性。通常，这些颗粒的平均粒度从约10至约20nm。
本发明者发现，酸性胶体，即蜜胺甲醛与絮凝剂和凝结剂一起能增加滤水性能和留着率，并改善造纸过程中的纸页匀度。
实施例
下面的例子将更为详细地说明本发明，但并不意味着对本发明构成限定。在这些实施例中，将蜜胺甲醛与作为微粒的胶体二氧化硅进行对比。将阳离子淀粉用作阳离子凝结剂。在这些实施例中，使用下列的产品：
阴离子絮凝剂：28％重量的活性阴离子丙烯酰胺-丙烯酸共聚物，得自Calgon Corporation(Pittsburgh,PA)，包含约70％摩尔丙烯酰胺和约30％摩尔丙烯酸。
蜜胺-甲醛(MF)酸性胶体：得自Calgon Corporation(Pittsburgh,PA)的8％重量活性物的溶液。
胶体二氧化硅：得自Nalco(Naperville,IL)的、15％活性物的溶液。
Carbital 60：得自ECC International Inc.(Atlanta,GA)的无水重质碳酸钙。
Stalok400和Interbond C：得自A.E.Staley的阳离子淀粉。Stalok是A.E.Staley注册的联邦商标。
Hereon 70:AKD烷基烯酮二聚体，得自Hercules,Inc.的施胶剂。
实施例1-23：碱件高级造纸配料
配料的制备
制备合成碱性高级纸配料，并用于滤水和留着测试和抄造手抄纸。所述配料利用下列组份进行制备：
纤维：        50/50％重量漂白阔叶木牛皮纸浆/漂白针叶木
              牛皮纸浆
填料：        50/50％重量重质碳酸钙(Carbital60)/沉淀碳酸
              钙
填料加料量：以纤维固体计20％重量
淀粉：        以纤维固体计0.5％重量(Interbond C)
施胶剂：      0.25％重量Hereon 70(AKD)。
将干浆板纸浆浸泡在微热的水中为时10分钟，用水稀释至2％重量固体的浓度，并用实验室规模Voith Allis Valley打浆机精磨或打浆至590毫升的加拿大标准游离度(CSF)。在该顺序中，将淀粉，施胶剂，和填料添加至精制的浆液中。浆液的pH通常为7.5±0.3。用自来水进一步将浆液稀释至约1.0％重量的浓度，从而形成用于测试的稀浆。该配料为用来制备印刷级和书写级纸张的常用碱性高级造纸配料；并将其用于实施例1-23中。
滤水测试步骤
1．将1％重量网前箱浓度的200毫升配料(2克固体)倒入正方形混合容器中并用自来水稀释至500毫升。
2．为模拟第二混合浆泵入口，混合浆泵出口，以及压力筛出口的化学剂添加，利用标准Britt Jar型螺旋桨混合器(1英寸直径)，在下列混合时间(秒)和速度(rpm)条件下混合这些组份：
时间            速度(rpm)        添加剂        加料位置
 t0            1200             淀粉         混合浆泵前
t10            1200            絮凝剂         压力筛前
t20            600            酸性胶体        压力筛后
t30            停止
3．将混合容器中的内含物转移至500毫升刻度的滤水试管中，其中在底部装有100目的筛网。将试管反转5次以便保证浆料均匀。将试管底部的塞子除去并测量100,200，和300毫升洗脱体积的洗脱时间。对于未处理浆料的空白试验，300毫升体积的洗脱时间优选应大于60秒。
4．对于未处理的空白试样，以滤水时间为基础，按如下来计算通过处理所提供的滤水性能的改进：
滤水试管测试的结果列于表1。
留着率测试步骤(FPR,FPAR,FPFR)-TAPPI测试法T269
1．将500毫升网前箱浓度(1.0％)的配料倒入带有70目筛的Britt Jar中，同时以1200rpm对浆料进行搅拌。
2．混合时间(秒)/速度(rpm)/顺序与上面滤水测试步骤所用的相同，以便模拟化学剂添加位置，改变之处如下：
在t30时，打开底部旋塞阀并收集一开始的100毫升洗脱液。
3．使该洗脱液过滤通过4号Whatman滤纸并在105℃进行干燥。
4．滤饼在600℃燃烧2小时，以便确定灰分留着率。
留着测试结果列于表2和表3中。
手抄纸制备以及测试
使用Noble & Wood手抄纸模具，制备定量为70克/米2的手抄纸。该装置将生产出20cm×20cm的正方形手抄纸。在制备手抄纸时使用的混合时间/速度顺序与滤水测试步骤所用的顺序相同。将处理过的配料试样倒入Noble & Wood手抄纸造纸机的定幅箱中，并利用本领域熟练技术人员熟知的标准工艺制备手抄纸。
纸页性能
利用MK Systems匀度测试仪(M/K 950R型)对手抄纸的匀度进行测试。
实施例1-8：滤水性能
下表1的数据示出了：当在本发明的微粒体系中，使用10磅和20磅/吨淀粉，以及作为酸性胶体的阴离子HMW絮凝剂和蜜胺-甲醛(MF)时，所实现的滤水性能改善结果。如上所述在滤水测试步骤中的混合时间和速度程序，所述阳离子淀粉在混合浆泵前添加，阴离子絮凝剂在压力筛前添加，而MF压力筛之后添加。
在造纸过程中将MF用作微粒时，表1的数据示出了一个重要的发现。通常，胶体二氧化硅(现有技术的微粒)需要大于10磅/吨的阳离子凝结剂或淀粉，以便成为纸张生产中有效的助滤剂。表1的结果似乎表明：与阴离子絮凝剂一起使用酸性胶体，如蜜胺甲醛，能够降低：造纸过程中为获得希望的纸机滤水程度，在纸厂所需的阳离子淀粉或凝结剂的用量。在更高剂量蜜胺甲醛时，看来似乎20磅/吨阳离子淀粉是有益的，但为获得可接受的“机上”纸页匀度，这样的滤水程度认为是“太高”。另外，该数据还表明：通过增加MF的剂量，滤水程度可增加至希望的程度。
                              表1-MF滤水性能
实施例号 MF剂量(磅/吨)活性物 10磅/吨淀粉的滤水性能改善(％) 20磅/吨淀粉的滤水性能改善(％)
    1     0          5     23
    2     0.5         26     26
    3     1.0         40     37
    4     1.5         52     54
    5     2.0         60     61
    6     3.0         67     74
    7     4.0         70     78
    8     5.0         72     82
(在300ml和0.5磅/吨活性阴离子絮凝剂时的滤水性改善)
下面的实施例9-14示出了：目前作为微粒料的胶体二氧化硅和作为本发明微粒料的蜜胺甲醛(MF)之间的对比数据。
实施例9-14：首次通过留着率(FPR)
在表2中，实施例9-14阐明了：当利用10磅/吨阳离子淀粉和0.5磅/吨活性阴离子絮凝剂时，相对于首次通过留着率，在所示剂量时，与二氧化硅相比MF的增强性能。根据上述滤水测试步骤中讨论的混合顺序，利用Britt方法(TAPPI测试法T269)来测量留着率。
                              表2
利用10磅/吨阳离子淀粉，MF胶体和二氧化硅的首次通过留着率
实施例号   剂量(磅/吨) 二氧化硅FPR(％)  MF(FPR(％))
    9      0.0      86.25     86.25
    10      0.5      88.18     89.37
    11      1.0      88.82     88.38
    12      1.5      89.71     90.37
    13      2.0      92.13     93.18
    14      3.0      93.53     94.35
(0.5磅/吨活性阴离子絮凝剂)
实施例15-20：首次通过灰分留着率(FPAR)
在纸产品生产中，微米大小填料的留着率也是一个重要的因素。为了降低生产成本，改善纸页的光学性能，并增加纸机的效率，填料必须留在纸页中。微米大小填料的留着率通过首次通过灰分留着率(FPAR)来测量。下表3阐明了：当利用10磅/吨阳离子淀粉和0.5磅/吨活性阴离子絮凝剂时，在所示剂量时，与胶体二氧化硅(现有技术)相比MF(本发明)的增强性能。
                         表3利用10磅/吨阳离子淀粉，MF胶体和二氧化硅的首次通过灰分留着率
实施例号   剂量(磅/吨) 二氧化硅FPAR(％) MF(FPAR(％))
    15      0.0      59.41     59.41
    16      0.5      68.12     73.00
    17      1.0      68.77     70.11
    18      1.5      71.74     75.88
    19      2.0      78.73     84.34
    20      3.0      84.79     87.64
(0.5磅/吨活性阴离子絮凝剂)
通常，本领域普通技术人员熟知的是：在不损失纸页性能时不可能增加滤水水平。过度絮凝，通常会使纸页造成差的光学性能和/或纸页匀度。如果浆料或配料包含过量的絮凝剂，或者如果絮凝剂不施加至浆料或配料中，或者不在纸机的适当喂料位置施加的话，目前的微粒体系可能会引起严重的纸页匀度问题。在纸机的压榨和/或干燥部，成形差的纸页在脱水时也将有一定的困难。如下面实施例21-23所示，业已观察到：使用蜜胺甲醛将改善纸页的匀度，这意味着，当与现有技术的微粒，如胶体二氧化硅进行对比时，纸机压榨和/或干燥部中纸页的脱水过程被改善。
                    实施例21-23：匀度
表4阐明了在纸页成形时，相对于使用胶体二氧化硅，使用蜜胺甲醛(MF)作为微粒料的优点。(匀度指数越高，纸页的匀度就越好)。通常，高水平的滤水将伴随匀度指数大的下降。由实施例22和23可以看出，在相等滤水程度时，与现有技术的胶体二氧化硅相比，蜜胺甲醛将产生更好的纸页匀度。
                           表4利用10磅/吨阳离子淀粉，对于MF胶体和二氧化硅在相等滤水程度时的匀度
实施例号 二氧化硅剂量(磅/吨)活性物  滤水性改善(％)  MK匀度指数  MF剂量(磅/吨)活性物 滤水性改善(％)  MK匀度指数
 21      0     5     29.2     0     5     29.2
 22      1.0     41     22.7     1.0     40     28.2
 23      2.0     51     20.5     1.5     52     24.1
(0.5磅/吨活性阴离子絮凝剂)
为进行说明，已对本发明特定的实施方案进行了描述，然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：在不违背所附权利要求限定的本发明的情况下，可以对本发明作出许多变更和改变。

Claims (17)

1．一种在造纸配料中用作助留剂和助滤剂的微粒体系，包含：
a)以所述配料中固体的干重量计从0.0025％至1.0％重量的高分子量聚合物絮凝剂，和
b)以所述配料中固体的干重量计从0.0005％至0.5％重量、由水溶性聚合物或共聚物的水溶液组成的酸性胶体。
2．权利要求1的体系，其中所述聚合物选自：蜜胺醛，所述蜜胺是取代的或未取代的；所述醛为：
式中R1选自直链或支链的C1-4烷基。
3．权利要求2的体系，其中所述醛选自甲醛，乙醛，丙醛，乙二醛，和戊二醛。
4．权利要求3的体系，其中所述醛是甲醛。
5．权利要求1的体系，其中所述水溶性聚合物是蜜胺-甲醛。
6．权利要求5的体系，其中所述蜜胺-甲醛用线性或支链醇进行醚化。
7．权利要求5的体系，其中所述蜜胺甲醛以8％的固体含量存在于酸性含水环境中。
8．权利要求1的体系，其中所述酸性胶体是蜜胺-甲醛和脲醛的共聚物。
9．权利要求1的体系，其中所述酸性胶体是包含所述蜜胺醛的共聚物，和选自氰尿二酰胺-醛，二氰基二酰胺醛，二胍-醛，脲甲醛聚亚烷基聚胺，和聚酰脲的缩聚物。
10．权利要求1的体系，其中所述的酸性胶体是胺-醛类和烯属不饱和单体的共聚物，所述单体选自：丙烯酰胺，丙烯酸二甲氨基乙酯，二烯丙基二甲基氯化铵，和甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵。
11．权利要求1的体系，还包含：
以所述配料中固体的干重量计从0.005％至0.5％重量的凝结剂。
12．一种利用权利要求1的微粒体系制得的纸产品，其中所述酸性胶体是蜜胺-甲醛。
13．一种利用权利要求2的微粒体系制得的纸产品。
14．一种纸产品的生产方法，包括如下步骤：
(a)在第一高剪切阶段之后和在第二高剪切阶段之前，将高分子量聚合物絮凝剂添加至造纸配料的稀浆流中，所述絮凝剂的用量以所述配料中固体的干重量计从0.0025％至1.0％的范围内；和
(b)在所述第二高剪切阶段之后，将酸性胶体添加至所述配料中，所述酸性胶体的用量以所述配料中固体的干重量计从0.0005％至0.5％的范围内。
15．权利要求14的方法，还包括如下步骤：
c)在所述第一高剪切阶段之前，将凝结剂添加至所述配料中，其用量以所述配料中固体干重量计从0.005％至0.5％重量。
16．权利要求14的方法，其中所述酸性胶体是蜜胺-甲醛。
17．一种生产纸产品的方法，包括如下步骤：
(a)在第一高剪切阶段之后和在第二高剪切阶段之前，将由蜜胺甲醛组成的酸性胶体添加至造纸配料的稀浆流中，其用量以所述配料中固体的干重量计从0.0005％至0.5％重量的范围内；和
(b)在所述第二高剪切阶段之后，将高分子量絮凝剂添加至所述配料中，所述高分子量絮凝剂的用量以所述配料中固体的干重量计从0.0025％至1.0％重量的范围内。
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