用作補強劑和助濾劑的陽離子澱粉/陽離子半乳甘露聚糖膠共混料的製作方法

2023-06-03 12:11:26 1

專利名稱：用作補強劑和助濾劑的陽離子澱粉/陽離子半乳甘露聚糖膠共混料的製作方法
背景技術：
通常可將最高為40磅的陽離子澱粉加入以得到所需的強度增強。陽離子瓜耳膠的添加量通常為1-8磅。將兩種產物以粉末狀形式添加至紙機中。通常將陽離子澱粉製成固含量為10-15％的水懸浮體，然後置於高溫下，並在加入至紙機之前稀釋。高含量的澱粉可能在造紙工藝中產生問題，例如增加了生物需氧量和澱粉聚集，並降低了澱粉的有效性。陽離子瓜耳膠必須使用噴射器進行分散，並以低固含量溶解在水中，通常低於1％。隨著紙機逐步排乾其中的水體系，則製備瓜耳膠溶液所需的大量清水變得更難於得到。與瓜耳膠粉末產生的粉塵也是安全隱患，其可能導致事故和引發呼吸疾病。與陽離子澱粉膠的成本和加工性能限制了它在紙張幹強度方面的用途。
Larsson在US4755259中公開了，將陽離子澱粉、陽離子瓜耳膠和膠態二氧化矽分別加入至造紙機中。Larsson並未公開，將陽離子澱粉和陽離子瓜耳膠的共混料添加至造紙機中。
Rushmere在US4927498中公開了，將陽離子聚合物，例如陽離子澱粉或陽離子瓜耳膠或陽離子聚丙烯醯胺和陰離子聚矽酸鹽微凝膠添加至紙機中。這些陽離子聚合物可互換使用而不以共混料的形式一起加入。
「新型樹膠在提高強度和生產率方面的應用」(K.E.Burnfield,TAPPI出版社，1995年4月26日)公開了，為了提高含澱粉體系的脫水性，將陽離子瓜耳膠添加至含有陽離子澱粉的造紙體系中。將陽離子瓜耳膠和陽離子澱粉分別地加入至造紙體系中而不以共混料的形式加入。
在發現本發明之前，熟悉澱粉和瓜耳膠化學性質的人員認為，是難於或幾乎不可能將幹陽離子澱粉和幹瓜耳膠通過常規技術例如通過澱粉蒸煮器進行共混而達到將它們添加至紙機中的目的。
發明綜述本發明提供了一種包含了陽離子澱粉、陽離子半乳甘露聚糖膠和酸的組合物。
本發明還提供一種用於提高紙製品的幹強度和/或濾水性的組合物，其包含一種紙漿水懸浮液及一種含有陽離子澱粉、陽離子半乳甘露聚糖膠和酸的組合物。
本發明還提供了一種於提高紙製品幹強度和/或濾水性的方法，其包括製備一種紙漿水懸浮液，將含有陽離子澱粉、陽離子半乳甘露聚糖膠和酸的組合物添加至紙漿懸浮液中且重新製得幹紙頁形式的紙製品。
發明的詳細描述本發明是一種陽離子澱粉、陽離子半乳甘露聚糖膠(如含硼瓜耳膠)和酸的共混料。該產物可使用紙機中現有的常規澱粉製備系統加工成粉末形式並加入至溶液中。本發明省去了製備陽離子瓜耳膠溶液的步驟，因為該步驟是危險的且需要水。本發明將一種共混有陽離子瓜耳膠和陽離子澱粉的溶液添加至紙機中。出乎意料地，相比於只添加陽離子瓜耳膠或陽離子澱粉，或將陽離子澱粉和陽離子瓜耳膠在不同的部位添加至紙機中的情況，添加共混料可使紙張強度進一步提高。
陽離子瓜耳膠是本發明中最優選使用的陽離子半乳甘露聚糖膠。本發明在一些情況下具體針對瓜耳膠或陽離子瓜耳膠，然而本領域的一般技術人員將意識到，這些教示通常也可應用於半乳甘露聚糖膠或陽離子半乳甘露聚糖膠。
現有技術公知的是，當陽離子瓜耳膠和陽離子澱粉以溶液的形式在造紙工藝中單獨地添加入，它們均提高了紙張的濾水性和強度。相比於只添加陽離子澱粉或陽離子瓜耳膠，在造紙工藝中共同添加陽離子澱粉和陽離子瓜耳膠將有望也增加強度和濾水性。本發明意外地發現，將陽離子瓜耳膠和陽離子澱粉在添加至紙機之前進行預共混，可以比不經預混分別添加的情況提高紙張強度20％以上。本發明的另一個重要特徵是，添加共混料可達到由分別添加陽離子澱粉和陽離子瓜耳膠所能達到的濾水性改進值。而且，已發現，含有所需比率的陽離子澱粉和陽離子瓜耳膠的幹製品可如此配製，以致於共混料在添加至紙機之前，可按等同於澱粉的方法進行加工。在發現本發明之前，在製備陽離子澱粉/陽離子瓜耳膠共混料期間產生的粘度高得難於加工，所以導致昂貴的設備磨損和無法接受的需水量。
陽離子半乳甘露聚糖膠可為陽離子瓜耳膠、刺槐豆膠和胡蘆巴膠，陽離子半乳甘露聚糖膠優選為陽離子瓜耳膠和陽離子刺槐豆膠，且最優選為陽離子瓜耳膠。
陽離子瓜耳膠可以是由瓜耳膠與N-(3-氯代-2-羥丙基)三甲基氯化銨(例如可購自密執按州米德蘭的陶氏化學公司的Quat188)反應製成的羥丙基三甲基氯化銨瓜耳膠衍生物。陽離子瓜耳膠可以是純化的陽離子瓜耳膠如GalactasolSP 813D，或者是陽離子/陰離子瓜耳膠產物的共混料例如可購自赫爾克裡士公司的AQU D-3376D或AQU D-3373D。羥丙基三甲基氯化銨單元與瓜耳膠糖類單元的比率可以是0.03-0.2，但優選為0.07-0.15。本反應可在水和氫氧化鈉存在下進行。可將硼，其為硼酸鈉、硼酸、硼砂或其它水溶性含硼化合物的形式，在反應之後或之前，或在瓜耳膠產物乾燥之前加入。
在本發明中使用的陽離子澱粉是季銨鹽改性的澱粉。所述澱粉可以是澱粉可以是含蠟玉米、土豆、玉米、小麥或木薯澱粉，例如國家澱粉和化學公司的Cato232，A.E.Staley加工公司的STAoLOK400，糧食加工公司的ChargemasterR430。陽離子澱粉優選是陽離子玉米、土豆或含蠟玉米澱粉，且其最優選是陽離子玉米澱粉。在配方中陽離子瓜耳膠與陽離子澱粉的比率可以至少是約1∶1，優選至少是約1∶4和最優選至少是約1∶10。這個比率可以最高為約1∶20，優選最高為約1∶15。
所述酸可以是能夠將最終的陽離子瓜耳膠/陽離子澱粉溶液的PH值降低至約7的任意酸。為了便於使用，所述酸優選應為幹態且顆粒狀。所述酸可以具有任意粒徑且其優選能夠通過4目的篩網，最優選能通過100目篩網。優選的酸為有機酸，例如富馬酸、檸檬酸和其它水溶性粉末狀酸例如抗壞血酸、羥基乙酸和乳酸。酸的添加量應使陽離子澱粉、陽離子瓜耳膠和酸的溶液的PH值至少為約7，優選至少為約8.5。酸的含量可使溶液的PH最高為約10，優選最高為約9.5。
本發明的組合物可通過將幹態陽離子澱粉、陽離子瓜耳膠和酸分別添加至共混機中並混合而製得。而且，可先添加任意兩種組分並共混，然後在加入第三者。幹共混是優選的，因為其十分有利於本發明的加工。然後將幹態共混料按造紙商目前使用澱粉的相同樣式和濃度製成水懸浮液，由此消除了與製造瓜耳膠溶液相關的問題。該懸浮液可以是在100℃分批蒸煮20分鐘或在高於100℃的溫度下及在壓力下連續蒸煮(噴射蒸煮器)。蒸煮步驟可以等同於由陽離子澱粉製造商建議用於他們的澱粉的蒸煮步驟。所得的溶液將是易於添加至紙機中，然而，實際上在添加之前通常將其稀釋10倍之多。
由蒸煮步驟製得的陽離子澱粉溶液，以及陽離子瓜耳膠溶液在添加至紙漿中之前可按上述比率(基於乾重)混合在一起。
蒸煮後的最終溶液的粘度是相同的，而與製備該溶液的步驟無關。所得的最終紙張性能也是可比較的。
本發明所要求保護的範圍並不意欲通過下列實施例限制，這些實施例僅用於說明的目的。除非另外提及，所有份數和百分比均是基於重量。
對手抄紙進行抽真空。所用的技術是在打開閥門製備手抄紙之前，將體系抽成20英寸汞柱的真空。打開閥門，而從紙頁中除去多餘的水分。當真空降低至10英寸汞柱時，關閉閥門。將溼的手抄紙進行稱重並從篩網上移除。將該手抄紙放置在吸水紙之間並壓製成1000磅。將紙頁在鼓式乾燥器上於250℃乾燥並放置在一個防潮器中。將紙頁切成半英寸紙條並在25℃和50％相對溼度下進行Instron抗張強度。抗張強度列於表2中。
權利要求
1.一種組合物，其包括(a)陽離子澱粉，(b)陽離子半乳甘露聚糖膠，和(c)酸。
2.如權利要求1所述的組合物，其中所述陽離子澱粉為含蠟玉米、土豆、玉米、小麥或木薯澱粉。
3.如權利要求1所述的組合物，其中所述半乳甘露聚糖膠為瓜耳膠、刺槐豆膠和胡蘆巴膠。
4.如權利要求1所述的組合物，其中所述酸是顆粒狀的水溶性酸。
5.如權利要求1所述的組合物，其中陽離子半乳甘露聚糖膠與陽離子澱粉的比率至少是約1∶1。
6.如權利要求1所述的組合物，其中陽離子半乳甘露聚糖膠與陽離子澱粉的比率最高是約1∶20。
7.如權利要求1所述的組合物，其中酸的含量是使所述組合物的水溶液PH至少為約7。
8.如權利要求1所述的組合物，其中酸的含量是使所述組合物的水溶液PH最高為約10。
9.如權利要求2所述的組合物，其中陽離子半乳甘露聚糖膠為瓜耳膠、刺槐豆膠和胡蘆巴膠，所述酸是顆粒狀的水溶性酸，陽離子半乳甘露聚糖膠與陽離子澱粉的比率是約1∶1-1∶20，酸的含量是使所述組合物的水溶液PH為約7-10。
10.如權利要求9所述的組合物，其中所述陽離子澱粉為陽離子玉米、土豆和含蠟玉米澱粉。
11.如權利要求9所述的組合物，其中所述陽離子半乳甘露聚糖膠為陽離子瓜耳膠和刺槐豆膠。
12.如權利要求9所述的組合物，其中所述酸是幹有機酸。
13.如權利要求9所述的組合物，其中陽離子半乳甘露聚糖膠與陽離子澱粉的比率至少是約1∶4。
14.如權利要求9所述的組合物，其中陽離子半乳甘露聚糖膠與陽離子澱粉的比率最高是約1∶15。
15.如權利要求9所述的組合物，其中酸的含量是使所述組合物的水溶液PH至少為約8.5。
16.如權利要求9所述的組合物，其中酸的含量是使所述組合物的水溶液PH最高為約9.5。
17.如權利要求10所述的組合物，其中所述陽離子半乳甘露聚糖膠為瓜耳膠和刺槐豆膠，所述酸是幹有機酸，陽離子半乳甘露聚糖膠與陽離子澱粉的比率是約1∶4-1∶15，且酸的含量是使所述組合物的水溶液PH為約8.5-9.5。
18.如權利要求17所述的組合物，其中所述陽離子澱粉是陽離子玉米澱粉。
19.如權利要求17所述的組合物，其中所述陽離子半乳甘露聚糖膠是陽離子瓜耳膠。
20.如權利要求17所述的組合物，其中所述酸是富馬酸。
21.如權利要求17所述的組合物，其中所述陽離子半乳甘露聚糖膠與陽離子澱粉的比率是約1∶10。
22.如權利要求18所述的組合物，其中所述陽離子半乳甘露聚糖膠是陽離子瓜耳膠，所述酸是富馬酸，且陽離子半乳甘露聚糖膠與陽離子澱粉的比率是約1∶10。
23.為顆粒狀的如權利要求1所述的組合物。
24.為溶液形式的如權利要求1所述的組合物。
25.一種用於提高紙製品幹強度和/或濾水性的組合物，其包括一種紙漿水懸浮液和如權利要求1所述的組合物。
26.一種用於提高紙製品幹強度和/或濾水性的組合物，其包括一種紙漿水懸浮液和如權利要求17所述的組合物。
27.一種用於提高紙製品幹強度和/或濾水性的組合物，其包括一種紙漿水懸浮液和如權利要求22所述的組合物。
28.一種用於提高紙製品幹強度和/或濾水性的方法，其包括(1)製備一種紙漿水懸浮液；(2)將權利要求1的組合物添加至紙漿懸浮液及(3)重新製得幹紙頁形式的紙製品。
29.一種用於提高紙製品幹強度和/或濾水性的方法，其包括(1)製備權利要求1的組合物的水懸浮液，(2)將權利要求1的組合物的水懸浮液在足夠的溫度下加熱足夠長的時間以溶解所述組合物；(3)製備紙漿水懸浮液，且(4)將溶解的組合物添加至紙漿水懸浮液中。
30.一種用於提高紙製品幹強度和/或濾水性的方法，其包括(1)製備如權利要求17的組合物的水懸浮液，(2)將權利要求1的水懸浮液在足夠的溫度下加熱足夠長的時間以溶解所述組合物；(3)製備紙漿水懸浮液，且(4)將溶解的組合物添加至紙漿水懸浮液中。
31.一種用於提高紙製品幹強度和/或濾水性的方法，其包括(1)製備權利要求22的組合物的水懸浮液，(2)將權利要求1的水懸浮液在足夠的溫度下加熱足夠長的時間以溶解所述組合物；(3)製備紙漿水懸浮液，且(4)將溶解的組合物添加至紙漿水懸浮液中。
32.如權利要求28所述的方法，其中紙製品是通過下列步驟重新製得的(1)過濾紙漿水懸浮液以製成紙幅，且(2)乾燥所述紙幅而製成紙製品。
33.如權利要求9所述的組合物，其中所述酸為富馬酸、檸檬酸、抗壞血酸、羥基乙酸和乳酸。
34.如權利要求17所述的組合物，其中所述酸為富馬酸、檸檬酸、抗壞血酸、羥基乙酸和乳酸。
全文摘要
一種在造紙中用作補強劑和助濾劑的組合物,其包括:陽離子澱粉、陽離子半乳甘露聚糖膠(例如瓜耳膠、刺槐豆膠、胡蘆巴膠)和酸。
文檔編號D21H17/14GK1289381SQ998023
公開日2001年3月28日 申請日期1999年11月4日 優先權日1998年11月23日
發明者基思·愛德華·伯恩菲爾德 申請人:赫爾克裡士公司