способ изготовления бумаги

Формула изобретения

1. Способ изготовления бумаги, включающий использование суспензии целлюлозы, включающей целлюлозные волокна и необязательно наполнители, обезвоживание суспензии целлюлозы на сетке или сите с образованием листа и сушку листа, в который включена полимерная добавка, где полимерная добавка представляет собой полимер, включающий этиленненасыщенный растворимый в воде или потенциально растворимый в воде мономер и этиленненасыщенный мономер, содержащий реакционноспособную группу, в котором реакционноспособная группа - это эпоксидная группа, и полимер обладает среднемассовой молекулярной массой, меньшей одного миллиона.

2. Способ по п.1, в котором полимер получают из смеси мономеров, включающей по меньшей мере один растворимый в воде или потенциально растворимый в воде этиленненасыщенный мономер и до 10 мол.%, предпочтительно 5 мол.% этиленненасыщенного мономера, содержащего реакционноспособную группу.

3. Способ по п.1 или 2, в котором полимер получают из смеси мономеров, включающей акриламид и глицидилметакрилат.

4. Способ по п.1 или 2, в котором полимер обладает среднемассовой молекулярной массой, равной менее одного миллиона, предпочтительно от 50000 до 300000.

5. Способ по п.1 или 2, в котором полимерная добавка представляет собой добавку для увеличения прочности в сухом состоянии.

6. Способ по п.1 или 2, в котором полимерная добавка представляет собой добавку для увеличения прочности во влажном состоянии.

7. Способ по п.1 или 2, в котором полимерная добавка представляет собой реагент для проклейки бумаги в массе.

8. Способ по п.1 или 2, в котором полимерную добавку наносят на поверхность сформованного листа целлюлозы, и в котором полимерная добавка представляет собой реагент для поверхностной проклейки бумаги.

9. Полимер, который получен из смеси мономеров, включающей по меньшей мере один растворимый в воде или потенциально растворимый в воде этиленненасыщенный мономер и до 10 мол.%, предпочтительно до 5 мол.% глицидильного мономера, который представляет собой этиленненасыщенный мономер, содержащий глицидильную группу, и полимер обладает среднемассовой молекулярной массой, равной менее одного миллиона.

10. Полимер по п.9, в котором смесь мономеров, включает акриламид или метакриламид.

11. Полимер по п.9 или 10, в котором глицидильный мономер представляет собой глицидилакрилат или глицидилметакрилат.

12. Полимер по п.9 или 10, в котором полимер включает не менее 99,9 мол.% акриламида и до 0,1 мол.% глицидилакрилата или глицидилметакрилата.

13. Полимер по п.9 или 10, который обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от 50000 до 300000.

14. Применение полимера в качестве добавки для увеличения прочности в сухом состоянии в способе производства бумаги, в котором полимер получают из смеси мономеров, включающей по меньшей мере один растворимый в воде или потенциально растворимый в воде этиленненасыщенный мономер и до 10 мол.%, предпочтительно до 5 мол.% глицидильного мономера, который представляет собой этиленненасыщенный мономер, содержащий глицидильную группу, в котором полимер обладает среднемассовой молекулярной массой, равной менее одного миллиона.

15. Применение полимера в качестве добавки для увеличения прочности во влажном состоянии в способе производства бумаги, в котором полимер получают из смеси мономеров, включающей по меньшей мере один растворимый в воде или потенциально растворимый в воде этиленненасыщенный мономер и до 10 мол.%, предпочтительно до 5 мол.% глицидильного мономера, который представляет собой этиленненасыщенный мономер, содержащий глицидильную группу, в котором полимер обладает среднемассовой молекулярной массой, равной менее одного миллиона.

16. Применение полимера в качестве реагента для проклейки бумаги в массе в способе производства бумаги, в котором полимер получают из смеси мономеров, включающей по меньшей мере один растворимый в воде или потенциально растворимый в воде этиленненасыщенный мономер и до 10 мол.%, предпочтительно до 5 мол.% глицидильного мономера, который представляет собой этиленненасыщенный мономер, содержащий глицидильную группу, в котором полимер обладает среднемассовой молекулярной массой, равной менее одного миллиона.

17. Применение полимера в качестве реагента для поверхностной проклейки бумаги в способе производства бумаги, в котором полимер получают из смеси мономеров, включающей по меньшей мере один растворимый в воде или потенциально растворимый в воде этиленненасыщенный мономер и до 10 мол.%, предпочтительно до 5 мол.% глицидильного мономера, который представляет собой этиленненасыщенный мономер, содержащий глицидильную группу, в котором полимер обладает среднемассовой молекулярной массой, равной менее одного миллиона.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу изготовления бумаги или картона. В частности, настоящее изобретение относится к улучшению прочности бумаги во влажном и сухом состоянии. Настоящее изобретение также относится к улучшенным способам проклейки бумаги в массе и поверхностной проклейки.

Известно, что характеристики прочности бумаги зависят от прочности отдельных целлюлозных волокон и способности к образованию прочных связей между целлюлозными волокнами, а также от сетки целлюлозных волокон, образующей лист целлюлозы. Низкое качестве целлюлозных волокон может привести к ухудшению характеристик прочности. Кроме того, неоднородное распределение целлюлозных волокон, которое приводит к плохому формованию, также ухудшает прочность формующегося листа целлюлозы.

Известно прибавление полимерных добавок для улучшения и характеристик прочности во влажном состоянии во время изготовления бумаги, и характеристик прочности в сухом состоянии сформованной таким образом бумаги. Обычно такие имеющиеся в продаже полимерные добавки включают натуральные, частично модифицированные или синтетические растворимые в воде полимеры, такие как катионогенные крахмалы, анионогенные крахмалы, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, полиакриламиды, анионогенные полиакриламиды и низкомолекулярные катионогенные полимеры, такие как PolyDADMAC (диаллилдиметиламмонийхлорид), полиамидаминэпихлоргидрин, полиаминэпихлоргидрин, полидициандиамид.

В US-A-3311594 раскрыто получение аминополиамид-эпихлоргидринных (АПАЭ) смол, обладающих высокой прочностью во влажном состоянии. Эти смолы получают по реакции эпихлоргидрина с аминополиамидами и смолы АПАЭ могут плохо храниться в концентрированном виде вследствие образования гелей, хотя и в меньшей степени, чем смолы GPA (сополимеры глиоксилированного акриламида с диаллилметиламмонийхлоридом). По этой причине для снижения содержания твердых веществ с целью уменьшения гелеобразования смолы АПАЭ обычно разбавляют.

Смолы на основе сополимеров глиоксилированного акриламида с диаллилметиламмонийхлоридом применяют в качестве средств увеличения прочности бумаги в сухом состоянии и временного увеличения прочности во влажном состоянии. В US-A-4605702 описано получение добавки для увеличения прочности во влажном состоянии путем глиоксалирования акриламидного сополимера, обладающего молекулярной массой, равной примерно от 500 до 6000. Полученные смолы обладают ограниченной стабильностью в водном растворе и после непродолжительного хранения даже не при повышенных температурах образуют гели. Поэтому такие смолы обычно поставляют в виде относительно разбавленных водных растворов, содержащих лишь примерно 5-10 мас.% смолы.

В US-A-5783041 описан способ улучшения характеристик прочности бумаги в сухом состоянии путем прибавления к волокнистой массе во время изготовления бумаги раствора смеси смол, содержащего аминополиамид-эпихлоргидринную смолу, глиоксилированную акриламид-диаллилметиламмонийхлоридной смолы и катионогенной смолы с большой плотностью заряда.

В US-A-3556932 описаны растворимые в воде глиоксалированные акриламидные полимерные агенты для увеличения прочности во влажном состоянии. Эти агенты для увеличения прочности во влажном состоянии изготовлены их полимеров, обладающих молекулярными массами, равными менее примерно 1000000, хотя предпочтение отдается молекулярным массам, равным менее примерно 25000. Эти полимеры вводят в реакцию с глиоксалем в разбавленном водном растворе для введения в полимер групп CONHCHOHCHO и для увеличения молекулярной массы полимера путем сшивок глиоксалем. Низкомолекулярные полимеры и разбавленные растворы необходимы для введения в полимер не менее 6% групп -CONHCHOHCHO без его сильной сшивки, или гелеобразования, в противном случае полимеры не будут пригодны для увеличения прочности во влажном состоянии. Даже при таких низких концентрациях твердых веществ (разбавление) сшивка продолжается и ограничивает срок годности продукта. Например, имеющиеся в продаже продукты, поставляемые в виде растворов, содержащих 10% твердых веществ, образуют гели примерно за 8 дней при комнатной температуре.

В US-A-5041503 предпринята попытка преодолеть недостатки глиоксилированных полиакриламидов путем их приготовления в виде микроэмульсий. Утверждают, что в микроэмульсиях молекулы полимеров разделены, что препятствует сшивке и позволяет использовать полимеры с более высокими молекулярными массами. Утверждают, что эти полимеры пригодны для придания увеличенной прочности во влажном и в сухом состоянии при производстве бумаги, даже если эти полимеры сшиты.

В публикации Takuya Kitaoka et al под названием "Novel paper strength additives containing cellulose binding domain of cellulase", J Wood Sci (2001) 47: 322-324 описаны ковалентно связывающиеся белки, содержащие связывающийся с целлюлозой домен, для анионогенных полиэлектролитов, модифицированных так, что они реакционноспособны по отношению к белкам. Анионогенные полиэлектролиты содержат карбоксигруппы, которые не способны вступать в непосредственную реакцию с белком, и их вводя в реакцию с карбодиимидгидрохлоридом. Затем обработанный продукт реакции объединяют с белком, содержащим связывающийся с целлюлозой домен, и получают полимер, ковалентно связанный с белком. Обнаружено, что в качестве добавки для увеличения прочности в сухом или во влажном состоянии продукт реакции является менее эффективным, чем обычные добавки для увеличения прочности в сухом и во влажном состоянии.

В реферате в Chemical Abstracts (accession number 2004: 222096) описано раскрытие, сходное с приведенным в публикации Journal of Wood Science (2001) 47: 322-324.

В последние годы наблюдается тенденция к регенерации технологической воды, использующейся при производстве бумаги, так что значительная часть очищенной от волокнистой массы воды возвращается в технологический цикл, что уменьшает нагрузку на окружающую среду за счет загрязнения водотоков, а также за счет сокращения потребления чистой водопроводной воды в технологическом цикле. Регенерация технологической воды приводит к накоплению ионогенных веществ, таких как анионогенные отходы, включая лигносульфонаты. Поэтому в закрытых системах содержание ионогенных веществ в технологической воде намного больше. Обнаружено, что в системах с замкнутым контуром обычные ионогенные смолы, предназначенные для увеличения прочности в сухом или во влажном состоянии, в которых используется электростатическое притяжение, являются менее эффективными.

Хотя на обычные неионогенные смолы, предназначенные для увеличения прочности в сухом и во влажном состоянии, не оказывают неблагоприятное влияние большие содержания электролитов в системах производства бумаги с замкнутым контуром, такие обычные добавки не столь эффективны, как ионогенные добавки, применяющиеся в системах производства бумаги, в который регенерация технологической воды проводится в меньшей степени.

Настоящее изобретение относится к способу улучшения прочности бумаги в сухом состоянии и прочности во влажном состоянии во время производства бумаги, в котором применяются добавки, которые более эффективны, чем указанные выше продукты, применявшиеся в предшествующем уровне техники. Настоящее изобретение также относится к продукту, которые можно использовать в качестве агента для проклейки бумаги в массе или поверхностной проклейки при производстве бумаги.

Настоящее изобретение относится к способу изготовления бумаги путем использования суспензии целлюлозы, включающей целлюлозные волокна и необязательно наполнители, обезвоживания суспензии целлюлозы на сетке или сите с образованием листа и сушки листа, в котором в технологию включена полимерная добавка, в котором полимерная добавка представляет собой полимер, включающий этиленненасыщенный растворимый в воде или потенциально растворимый в воде мономер и этиленненасыщенный мономер, содержащий реакционноспособную группу.

Согласно изобретению неожиданно было установлено, что полимерная добавка эффективна для улучшения прочности сформованной бумаги в сухом состоянии. Кроме того, добавка также улучшает прочность во влажном состоянии при изготовлении бумаги. Добавку также можно использовать в качестве агента для проклейки бумаги в массе, если ее использовать на мокром этапе производства бумаги или в качестве агента для поверхностной проклейки бумаги, если ее наносить на указанный сформованный лист.

Этиленненасыщенный мономер, содержащий реакционноспособную группу, может представлять собой любой подходящий мономер, который будет сополимеризоваться с растворимым в воде или потенциально растворимым в воде мономером. Реакционноспособная группа может представлять собой любую подходящую реакционноспособную группу, которая предпочтительно должна быть способной непосредственно взаимодействовать с гидроксигруппами. В частности, она должна быть способной непосредственно взаимодействовать с гидроксигруппами целлюлозы. Способность непосредственно взаимодействовать означает, что при подходящих условиях реакционноспособная группа будет непосредственно взаимодействовать по меньшей мере с одной группой целлюлозных волокон и что не требуется химическая модификация группы, чтобы сделать ее реакционноспособной по отношению к целлюлозным волокнам. Особенно подходящие реакционноспособные группы включают эпоксидные, изоцианатные, амидометилольные группы. Особенно подходящим мономером является такой, который содержит реакционноспособные группы, включая глицидилакрилат, глицидилметакрилат, аллилглицидиловый эфир, N-метилолакриламид и 3-изопропенилдиметилбензилизоцианат. Из них особенно предпочтительными являются глицидилакрилат и глицидилметакрилат.

Растворимый в воде этиленненасыщенный мономер предпочтительно обладает растворимостью в воде, равной не менее 5 г мономера в 100 мл воды при 25°С. Если мономер является потенциально растворимым в воде, то его можно модифицировать, например, после полимеризации и получить мономерное звено, которое будет растворимым в воде, например, обладающим указанной выше растворимостью.

Подходящие растворимые в воде или потенциально растворимые в воде мономеры выбраны из группы, включающей акриламид, метакриламид, N-алкилакриламиды, гидроксиалкил(мет)акрилаты (например, гидроксиэтилакрилат), N-винилпирролидон, винилацетат, винилацетамид, акриловую кислоту (или ее соли), метакриловую кислоту (или ее соли), итаконовую кислоту (или ее соли), кротоновую кислоту (или соли), 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновую кислоту (или ее соли), (мет)аллилсульфоновую кислоту (или ее соли), винилсульфоновую кислоту (или ее соли), диалкиламиноалкил(мет)акрилаты и четвертичные аммониевые или их молекулярные соли с кислотами, диалкиламиноалкил(мет)акриламиды и четвертичные аммониевые или их молекулярные соли с кислотами и диаллилдиалкиламмонийгалогенид (например, диаллилдиметиламмонийхлорид). Предпочтительные катионогенные мономеры включают четвертичные аммониевые соли метилхлорида с диметиламиноэтилакрилатом и диметиламиноэтилметакрилатом.

Этиленненасыщенный мономер, содержащий реакционноспособную группу, и растворимый в воде этиленненасыщенный мономер можно получить синтетически из подходящего исходного вещества и с использованием синтетических катализаторов или альтернативно путем биокаталитического превращения подходящего субстрата, который способен к превращению в этиленненасыщенный мономер. Обычно субстрат вводят во взаимодействие с биокатализатором и тем самым превращают субстрат в этиленненасыщенный мономер, содержащий клеточный материал и необязательно компоненты ферментации. Альтернативно этиленненасыщенный мономер можно получить как продукт ферментативной реакции.

Полимерную добавку предпочтительно можно получить из смеси мономеров, содержащей растворимый в воде или потенциально растворимый в воде этиленненасыщенный мономер и до 10 мол.% этиленненасыщенного мономера, содержащего реакционноспособную группу (определенного выше). Предпочтительное количество мономера, содержащего реакционноспособную группу, обычно составляет до 5 мол.%. Обычно мономер, содержащий реакционноспособную группу, находится в количестве, составляющем не менее 0,0001 мол.%, предпочтительно - не менее 0,001 мол.%. Полимерная добавка может быть получена только из мономера, содержащего реакционноспособную группу, и растворимого в воде или потенциально растворимого в воде мономера. Обычно растворимый в воде или потенциально растворимый в воде мономер может находиться в количестве, составляющем до 99,9999 мол.%, предпочтительно - до 99,999 мол.%.

Может быть желательно включить другие этиленненасыщенные мономеры, например, акриловые эфиры, такие как метилакрилат, метилметакрилат, этилакрилат, этилметакрилат, пропилакрилат, пропилметакрилат, н-бутилакрилат, н-бутилметакрилат, изобутилакрилат, изобутилметакрилат, н-гексилакрилат, н-гексилметакрилат, 2-этилгексилакрилат, 2-этилгексилметакрилат, стеарилакрилат и стеарилметакрилат; стирол; галогенированные мономеры, такие как винилхлорид и винилиденхлорид. Количество другого мономера обычно составляет до 50 мол.%, хотя обычно составляет до 20 мол.%, а более предпочтительно - менее 10 мол.%.

Более предпочтительно, если полимерную добавку получают из смеси мономеров, содержащей от 50 до 99,995 мол.% растворимого в воде или потенциально растворимого в воде этиленненасыщенного мономера; от 0,005 до 2 мол.% этиленненасыщенного мономера, содержащего реакционноспособную группу; и от 0 до 50 мол.% другого этиленненасыщенного мономера. Еще более предпочтительно, если количество растворимого в воде или потенциально растворимого в воде мономера составляет от 80 (предпочтительно - более 90) до 99,995 мол.% и количество другого этиленненасыщенного мономера (если он содержится) составляет до 20 мол.% (предпочтительно - менее 10 мол.%).

Особенно предпочтительную полимерную добавку получают из смеси мономеров, включающей акриламид и глицидилметакрилат. Особенно предпочтительным является полимер, в котором количество глицидилметакрилата является таким, как указано выше для мономера, содержащего реакционноспособную группу. Особенно предпочтительный полимер содержит от 0,005 до 5 мол.% глицидилметакрилата, а остальное составляет акриламид.

Полимерная добавка, предлагаемая в настоящем изобретении, может обладать среднемассовой молекулярной массой, составляющей лишь несколько тысяч, например, 6000 или 7000 или очень высокой, например, несколько десятков миллионов. Однако мы обнаружили, что если полимер, предлагаемый в настоящем изобретении, предназначен для применения в качестве добавки для увеличения прочности в сухом состоянии при производстве бумаги, то предпочтительно, чтобы полимер обладал среднемассовой молекулярной массой, меньшей одного миллиона. Более предпочтительно, чтобы полимер обладал среднемассовой молекулярной массой, меньшей 500000, еще более предпочтительно - в диапазоне от 50000 до 300000, и еще более предпочтительно - от 100000 до 150000.

Полимерную добавку можно получить путем комбинирования указанных выше мономеров с получением смеси мономеров и с последующей полимеризацией этой смеси мономеров. Обычно эта процедура может включать введение инициаторов полимеризации и/или обработку смеси мономеров актиничным излучением, таким как ультрафиолетовое излучение, и/или нагревание смеси мономеров.

Смесь мономеров предпочтительно растворить или диспергировать в водной среде и ввести в водную среду растворимые в воде инициаторы, чтобы провести полимеризацию. Полимеризацию можно провести с помощью различных систем инициаторов. Например, растворимые в воде полимеры обычно полимеризуют с использованием окислительно-восстановительной пары инициаторов, когда радикалы генерируют путем смешивания мономера с окислительно-восстановительной парой, которая включает окислительный реагент и восстановительный реагент. По отдельности или в комбинации с другими системами инициаторов обычно используют термический инициатор, который включает любой подходящий инициатор, который при повышенной температуре выделяет радикалы. Другие системы инициаторов включают фотоинициаторы и активирующиеся излучением системы инициаторов, при облучении которых образуются радикалы, приводящие к полимеризации. Другие системы инициаторов хорошо известны и подробно описаны в литературе.

Типичные окислительно-восстановительные инициаторы включают восстановительный реагент, такой как сульфит натрия, диоксид серы, и окислительный реагент, такой как персульфат аммония или подходящее пероксисоединение, такое как трет-бутилпероксид и т.п. При окислительно-восстановительном инициировании можно использовать до 10000 мас.част./млн (в пересчете на массу мономера) каждого компонента окислительно-восстановительной пары. Предпочтительно, чтобы каждый компонент окислительно-восстановительной пары содержался в количестве, меньшем 1000 мас.част./млн, обычно - в диапазоне от 1 до 100 мас.част./млн, чаще всего - в диапазоне от 4 до 50 мас.част./млн. Отношение количества окислительного реагента к количеству восстановительного реагента может составлять от 10:1 до 1:10, предпочтительно - находиться в диапазоне от 5:1 до 1:5, более предпочтительно - от 2:1 до 1:2, например, примерно 1:1.

Полимеризацию также можно провести с использованием термического инициатора, по отдельности или в комбинации с другими системами инициаторов, например, с окислительно-восстановительными инициаторами. Термические инициаторы включают любой подходящий инициатор, который при повышенной температуре выделяет радикалы, например, азосоединения, такие как азобисизобутиронитрил (АБИН), 4,4'-азобис-(4-циановалериановая кислота) (АЦВК). Типичные термические инициаторы используют в количестве, составляющем до 10000 мас.част./млн в пересчете на массу мономера. Однако в большинстве случаев термические инициаторы используют в количестве, находящемся в диапазоне от 100 до 5000 мас.част./млн, предпочтительно - от 200 до 2000 мас.част./млн, обычно - примерно 1000 мас.част./млн.

Полимерную добавку можно получить в виде водного раствора полимера. Он может быть, например, относительно концентрированным, например, обладать концентрацией, равной более 2 мас.%, такой как не менее 5 или 10 мас.%. Альтернативно полимер можно получить в измельченной форме, например, в виде порошка. Это можно выполнить путем сушки раствора, содержащего полимер, с последующим измельчением полимера с образованием порошкообразного продукта. Альтернативно полимер можно получить в виде геля путем полимеризации раствора мономера при концентрации не менее 30% и обычно - не менее 50 мас.%. Полученный гель можно измельчить, высушить и затем размолоть с получением порошка по обычным технологиям, которые описаны в литературе. Альтернативно полимер можно получить в виде шариков или в виде эмульсии путем обращенно-фазовой полимеризации мономера в несмешивающейся с водой жидкости с использованием стабилизатора полимера. Стабилизатором полимера обычно является амфипатический стабилизатор, например, полученный из гидрофильного и гидрофобного акриловых полимеров. Подходящие методики описаны в литературе, например, подходящие несмешивающиеся с водой жидкости и стабилизаторы и/или поверхностно-активные вещества описаны в ЕР-А-150933 и ЕР-А-126528. Подходящие поверхностно-активные вещества, неводные жидкости и стабилизаторы полимера описаны, например, в ЕР-А-128661, ЕР-А-126528, GB-A-2002400, GB-А-2001083 и GB-A-1482515.

При получении шариков полимеров они обычно должны быть в основном сухими. Обычно размер в основном сухих шариков определяется размером частиц несмешивающейся с водой жидкости, диспергированных в водной фазе. Часто желательно, чтобы твердые частицы являлись шариками, обладающие размером не менее 30 мкм, часто - не менее 100 мкм, например, до 500 мкм или до 1 мм или даже 2 мм или более. В случае частиц такого размера в основном сухие частицы отделяют от несмешивающейся с водой жидкости с помощью фильтрования, центрифугирования или других обычных методик отделения и после отделения их можно дополнительно высушить. Эту дополнительную сушку можно выполнить путем обмена с растворителем, но предпочтительно - теплым воздухом, например, в псевдоожиженном слое.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения эту полимерную добавку включают до обезвоживания суспензии целлюлозы. Обычно это делают до обезвоживания суспензии целлюлозы на сетке или сите машины и обычно до напорного ящика.

Предпочтительно, если полимерная добавка представляет собой добавку для увеличения прочности в сухом состоянии. Если полимер применяют для увеличения прочности бумаги в сухом состоянии, то ее предпочтительно включать на мокром этапе производства бумаги. Обычно полимерную добавку для увеличения прочности в сухом состоянии можно вводить совместно с любыми другими компонентами сырья, например, с целлюлозным сырьем. Ее можно вводить в емкость для объединения компонентов или в перемешивающую емкость при изготовлении бумаги или в густое сырье до его разбавления. Альтернативно смолу для увеличения прочности в сухом состоянии прибавляют в разбавленное сырье. Это можно сделать сразу же после разбавления густого сырья или, возможно, после одного из смесительных насосов. Добавку можно ввести после центробежного сита, но до обезвоживания, но предпочтительно - до центробежного сита.

Полимер для увеличения прочности в сухом состоянии можно прибавить в обычном количестве, например, равном не менее 300 г/т и возможно до 2 кг/т или более. Типичные количества могут составлять примерно 1 кг/т.

Полимер, предлагаемый в настоящем изобретении, может поставляться и использоваться в виде водного раствора. В одной форме полимер может поставляться в виде относительно концентрированного водного раствора, например, концентрации более 2 мас.%, например, не менее 5 или 10 мас.%. Водный раствор полимера можно использовать непосредственно или перед использованием его можно разбавить до относительно низкой концентрации, например, до 1 мас.% или менее, например, от 0,05 до 0,5%, такой как 0,1 мас.%. Желательно, чтобы полимер находился в измельченном виде, например, в виде порошка, но предпочтительно - в виде шариков. Измельченный полимер можно растворить в воде с получением водного раствора, обладающего, например, такой концентрацией, как указанная выше. В другом случае может быть желательным использование измельченного полимера непосредственно в производстве в виде смолы для увеличения прочности в сухом состоянии. Предпочтительно, если измельченный полимер находится в виде шариков, которые непосредственно вводят в производство.

Обычно в технологии можно использовать средства для обезвоживания и улучшения удерживания наполнителя совместно с другими добавками, такими как, например, фиксативы и т.п. Типичная система для обезвоживания и улучшения удерживания наполнителя может представлять собой систему микрочастиц, такую как применяющаяся в эффективной технологии Ciba Hydrocol®, которая описана в ЕР-А-235893.

Полимерную добавку, применяющуюся в настоящем изобретении, также можно использовать в технологии производства бумаги в качестве смолы для увеличения прочности во влажном состоянии. Характеристики полимера выбирают так, чтобы он был способен к сшивке с самим собой или с целлюлозой целлюлозных волокон, содержащихся в сырье. Согласно изобретению установили, что этим требованиям соответствует полимер, содержащий остаточные реакционноспособные группы. При производстве бумаги после того как лист сформован на сетке или сите, его обычно направляют на машину, которая прессует и сушит лист целлюлозы. Влажный лист целлюлозы обычно направляют на группу лент, таких как фетровые, или на валики. Влажный лист целлюлозы должен быть достаточно прочным, чтобы он не разрывался и при обработке оставался неповрежденным. При использовании полимерной добавки в технологии производства бумаги можно обнаружить значительное увеличение прочности во влажном состоянии. При использовании в качестве добавки для увеличения прочности во влажном состоянии полимер можно включать аналогично включению добавки для увеличения прочности в сухом состоянии.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения полимерную добавку можно использовать в качестве реагента для проклейки бумаги в массе. Обычно характеристики полимера можно подобрать так, чтобы при включении в технологию производства бумаги он модифицировал способность волокон, содержащихся в массе формуемого листа бумаги, поглощать воду, так чтобы они поглощали меньше воды. Это важно, поскольку таким образом исключаются неприемлемая влажность и поглощение воды листом бумаги.

При использовании в качестве реагента для проклейки бумаги в массе этот полимер обычно включают в разбавленное сырье, но его можно включать и в густое сырье или в любой из компонентов сырья. Может быть желательным включение полимера в композицию для проклейки бумаги в массе. Такая композиция по своему характеру может быть катионогенной, чтобы она обладала более значительным сродством к волокнам. Также может быть желательно, чтобы полимер являлся катионогенным и это можно обеспечить путем получения катионогенного синтетического полимерного компонента, в котором растворимый в воде мономерный компонент включает катионогенный мономер.

Полимер, описанный в настоящем изобретении, при введении в суспензию целлюлозы при производстве бумаги может в основном одновременно выступать в качестве добавки для увеличения прочности во влажном состоянии, а также в качестве реагента для проклейки бумаги в массе.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения полимерную добавку наносят на поверхность сформованного листа целлюлозы. Обычно добавку наносят на лист целлюлозы после того как суспензия целлюлозы обезвожена на сетке или сите машины. Предпочтительно это делать до или во время стадии сушки. В этом варианте осуществления настоящего изобретения предпочтительно, чтобы полимерная добавка образовывала поверхностное покрытие по меньшей мере на одной, а обычно на обеих поверхностях листа целлюлозы.

В предпочтительном варианте осуществления полимерная добавка при нанесении на поверхность листа целлюлозы является реагентом для поверхностной проклейки. Обычно это обеспечивается путем нанесения полимера на поверхность листа целлюлозы. При использовании полимера в качестве реагента для поверхностной проклейки бумаги его предпочтительно наносить на поверхность листа целлюлозы во время или до сушки. Поверхностная проклейка листа бумаги приводит к тому, что поверхность бумаги меньше впитывает воду. При использовании полимера, предлагаемого в настоящем изобретении, можно обеспечить значительные улучшения при производстве бумаги с проклеенной поверхностью.

Реагент для поверхностной проклейки бумаги можно наносить на лист целлюлозы в обычных количествах. Обычно они составляют не менее 50 г/(т сухой бумаги) и могут достигать 2 г/(т сухой бумаги), предпочтительно - в диапазоне от 300 г/т до 1,5 кг/т.

В дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к полимеру, который получен из смеси мономеров, включающей не менее одного растворимого в воде или потенциально растворимого в воде этиленненасыщенного мономера и до 10 мол.%, предпочтительно - до 5 мол.% глицидильного мономера, который представляет собой этиленненасыщенный мономер, содержащий глицидильную группу, где полимер обладает среднемассовой молекулярной массой, равной менее одного миллиона.

Полимер может обладать любой из указанных выше особенностей, описанных для полимерной добавки, применяющейся в производстве бумаги. Полимер является особенно подходящим для использования в качестве добавки в производстве бумаги. Его, например, можно использовать в качестве добавки для увеличения прочности в сухом состоянии, добавки для увеличения прочности во влажном состоянии, реагента для проклейки бумаги в массе или в качестве реагента для поверхностной проклейки бумаги.

Согласно изобретению установили, что этот полимер является особенно эффективным, если смесь мономеров, из которой получают полимер, включает акриламид или метакриламид.

Особенно предпочтительные полимеры включают глицидилакрилат или глицидилметакрилат в виде глицидильного мономера.

В предпочтительном виде полимер включает не менее 99,9 мол.% акриламида или метакриламида и до 0,1 мол.% глицидилакрилата или глицидилметакрилата. Более предпочтительно, чтобы полимер получали из смеси мономеров, которая включает от 99,990 до 99,999 мол.% акриламида или метакриламида и от 0,001 до 0,01 мол.% глицидилакрилата или глицидилметакрилата. Особенно предпочтительным является содержание акриламида или метакриламида, составляющее 99,990 до 99,995 мол.%. Особенно предпочтительные содержания глицидилакрилата или глицидилметакрилата находятся в диапазоне от 0,005 до 0,010 мол.%.

Полимер, предлагаемый в настоящем изобретении, может обладать среднемассовой молекулярной массой, составляющей лишь несколько тысяч, например, 6000 или 7000 или очень высокой, например, несколько десятков миллионов. Однако обнаружили, что если полимер, предлагаемый в настоящем изобретении, предназначен для применения в качестве добавки для увеличения прочности в сухом состоянии при производстве бумаги, то предпочтительно, чтобы полимер обладал среднемассовой молекулярной массой, меньшей 500000, еще более предпочтительно - в диапазоне от 50000 до 300000, и еще более предпочтительно - от 100000 до 150000.

Предпочтительный полимер характеризуется сочетанием конкретного диапазона молекулярных масс и отношений количества акриламида или метакриламида к количеству глицидилакрилата или глицидилметакрилата. Предпочтительно, если такой полимер содержит не менее 99,9 мол.% акриламида и до 0,1 мол.% глицидилакрилата или глицидилметакрилата и обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от 100000 до 200000, предпочтительно - от 130000 до 150000.

Полимер можно получить по описанным выше технологиям получения полимерных добавок, применяющихся в производстве бумаги.

Приведенные ниже примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

Примеры

1. Методика анализа

Полимеры анализируют с помощью эксклюзивной хроматографии (ЭКХ) с использованием колонок TSK PWXL (G6000+G3000+форколонка) или эквивалентных. Подвижной фазой является 0,2 М раствор хлорида натрия (NaCl) с прибавлением 0,05 М гидрофосфата калия (К₂НРО₄) в очищенной воде, которую прокачивают через систему при номинальной скорости потока, равной 0,5 мл/мин.

Полимеры слабо поглощают УФ-излучение с длиной волны, равной 280 нм, но сильно поглощают при 210 нм вследствие наличия карбонильного хромофора. Молекулярные массы и молекулярно-массовые распределения полимеров определяют по поглощению при 210 нм с использованием калибровочных колонок с набором стандартов полиакрилата натрия с известными характеристиками молекулярных масс. Измеряют время удерживания каждого стандарта в системе ЭКХ и строят зависимость логарифма интенсивности пика молекулярной массы от времени удерживания.

2. Синтез полимера

Общая методика

1. В подходящий сосуд для проведения реакций помещают воду и пентанатриевую соль диэтилентриаминпентауксусной кислоты (DETAPA).

2. Температуру содержимого повышают и поддерживают равной 80°С.

3. В сосуд для проведения реакций прибавляют инициатор (1).

4. Сразу же после прибавления инициатора (1) в сосуд для проведения реакций прибавляют раствор мономера, а также раствор инициатора (2).

5. После прибавления всего мономера и инициатора содержимое сосуда для проведения реакций продолжают перемешивать в течение еще 30 мин, поддерживая температуру равной 80°С.

Синтез сополимера акриламид:глицидилметакрилата (молярное отношение 99:1)

3. Изготовление листа бумаги вручную с использованием полимера, прореагировавшего со связывающимся с целлюлозой доменом.

Приготовление массы

Массу состава 50:50 длинные:короткие волокна готовят с включением 10% наполнителя концентрации 1,8% и размалывают до степени помола, равной 45 градусов по прибору Шоппер-Риглера.

Исследование полимера - прочность на разрыв

Массу перемешивают при 1000 оборотов/мин и при перемешивании в течение 30 с прибавляют полимер (0,1%) в количестве 1 кг/т.

Затем массу разбавляют до 0,5% и отбирают аликвоты 5×300 мл.

В каждую аликвоту прибавляют катионогенный полиакриламид Percol 182, обладающий характеристической вязкостью, равной более 7 дл/г (500 г/т) при перемешивании при 1500 оборотов/мин в течение 30 с, а затем прибавляют бентонит натрия Hydrocol О (2 кг/т) и дополнительно перемешивают при 500 оборотов/мин в течение 15 с. Затем листы бумаги изготавливают вручную с использованием аппарата British Standard Handsheet maker и из каждого образца изготавливают 5 листов. Из каждого листа вырезают полоску (шириной 2,5 см) и отдельные полоски кондиционируют в соответствии с методикой испытаний Tappi Т402 (стандартное кондиционирование и атмосферы для бумаги, картона, изготовленные вручную из массы листов и аналогичных продуктов).

Затем кондиционированные полоски исследуют в соответствии с методикой испытаний Tappi Т494 (характеристики прочности на разрыв бумаги и картона) с использованием прибора Testometric 220D.

Результаты исследований полимера

Использованные полимеры представляют собой сополимеры полиакриламид-глицидилметакрилат, обладающие различным содержанием реакционноспособных глицидилметакрилатных звеньев, указанным в приведенной ниже таблице:

№	Содержание глицидилметакрилатных звеньев, мол. %	Содержание инициатора, % в пересчете на мономер	Молекулярная масса	Масса в сухом состоянии (%)
2	1	0,75	279000	22,9
3	1	1	197000	23,5
4	0,1	0,5	253000	24,0
5	0,1	0,75	216000	23,5
6	0,1	1	148000	23,1
7	0,01	0,5	140000	22,0
8	0,01	0,75	111000	22,8
9	0,01	1	155000	23,3

Результаты исследования характеристик прочности на разрыв:

Образец №	Зольность (%) (средняя)	Индекс прочности на разрыв (средний)
Холостой (без полимера)	10,49	46,34
2	9,97	56,25
3	10,02	50,20
4	9,86	52,87
5	9,91	57,60
6	10,06	54,40
7	9,86	58,98
8	9,59	50,59
9	9,75	56,45
8 (значение рН доведено до 10)	9,29	50,29

Обнаружено, что полимерная добавка является эффективной смолой для увеличения прочности в сухом состоянии и показано, что сополимеры полиакриламид-глицидилметакрилат могут выступать в качестве эффективных смол для увеличения прочности в сухом состоянии.