УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последующем обсуждении даются ссылки на некоторые продукты и/или способы. Однако приведенные ниже ссылки не следует считать допущением о том, что эти продукты и/или способы образуют предшествующий уровень техники. Заявители однозначно сохраняют за собой право показать, что такие продукты и/или способы не считаются предшествующим уровнем техники.
Известным фактом, а также коммерческой практикой является использование глиоксалированного полиакриламида для множества сортов бумаги с получением бумаги, обладающей прочностью в сухом состоянии и временной прочностью во влажном состоянии. Например, глиоксалированный полиакриламид может увеличить начальную прочность во влажном состоянии многих бытовых бумаг, которые во время использования соприкасаются с водой. Придающие прочность во влажном состоянии смолы, наносимые на бумагу, относятся к "постоянному" или "временному" типу; эти термины указывают на то, насколько долго бумага сохраняет свою прочность во влажном состоянии после погружения в воду. Сохранение прочности во влажном состоянии является желательной характеристикой некоторых бумажных продуктов. Однако бумажные продукты с сохранением постоянной прочности во влажном состоянии могут разлагаться только в жестких условиях, поэтому сохранение прочности во влажном состоянии может приводить к затруднениям при удалении таких бумажных продуктов. Соответственно, придающие временную прочность во влажном состоянии смолы желательны для применения в гигиенической или удаляемой бумаге, для которой желательна начальная прочность во влажном состоянии с последующим уменьшением прочности во влажном состоянии.
Способы получения полимеров глиоксалированного полиакриламида для использования в качестве придающих временную прочность во влажном состоянии смол известны в данной области техники. В патенте US №3556932 раскрыты синтез и применение ионогенных растворимых в воде полимеров виниламида, которые являются термореактивными вследствие наличия вступающего в реакцию количества глиоксаля. В патенте US №3556932 раскрыты полимеры полиакриламида, обладающие до глиоксалирования молекулярной массой, находящейся в диапазоне от 7000 до 20000 Да. Утверждается, что глиоксалированные полимеры при нанесении на бумагу, придают бумаге прочность во влажном состоянии и полученная бумага обладает способностью терять часть своей прочности во влажном состоянии при замачивании в воде в течение умеренного количества времени. В частности, показано, что бумага, полученная с использованием раскрытых глиоксалированных сополимеров, теряет примерно 50% своей начальной прочности во влажном состоянии после увлажнения в течение 30 мин.
В патенте US №4605702 раскрыты синтез и применение глиоксалированных сополимеров в качестве временных добавок, придающих прочность во влажном состоянии при изготовлении бумаги. Сополимеры, указанные в патенте US №4605702, которые получают из акриламида и катионогенного сомономера, обладают молекулярной массой (до глиоксалирования), равной от примерно 500 до примерно 6000. Типичные полимеры обладают молекулярной массой в диапазоне от 1700 до 5520 Дальтон (до глиоксалирования). В патенте US №4605702 указано, что бумажные продукты, полученные с использованием глиоксалированных сополимеров, после погружения в воду с нейтральной реакцией при комнатной температуре характеризуются потерями прочности во влажном состоянии, превышающими 60%. Потеря прочности во влажном состоянии для бумажных продуктов, полученных с использованием типичных полимеров, составляет от 63,5 до 75,6% после замачивания в воде с нейтральной реакцией в течение 16 ч. Заявлено, что сополимеры, приведенные в патенте US №4605702, отличаются от приведенных в патенте US №3556932 сополимеров, поскольку прочность во влажном состоянии приданная с помощью глиоксалированных сополимеров, приведенных в патенте US №4605702, снижается быстрее, чем при использовании глиоксалированных сополимеров, раскрытых в патенте US №3556932. В патенте US №4605702 различия характеристик этих материалов приписана различиями молекулярных масс сополимеров до глиоксалирования, тогда как показано, что меньшая молекулярная масса, использованная в патенте US №4605702, приводит к большей степени снижения прочности во влажном состоянии.
Недостатком глиоксалированных сополимеров, раскрытых в патенте US №4605702, является то, что их эффективность для придания начальной прочности во влажном состоянии значительно ниже, чем сополимеров, раскрытых в патенте US №3556932. Данные, приведенные в патенте US №4605702, показывают, что для обеспечения такого же уровня начальной прочности во влажном состоянии бумажного продукта раскрытые глиоксалированные сополимеры следует добавлять в дозе, в 2-4 раза большей, чем доза, использованного в патенте US №3556932 глиоксалированного сополимера.
В патенте US №7727359 раскрыта термореактивная смола, включающая смесь продуктов реакции основной цепи первоначально частично глиоксалированного полиакриламида, основной цепи второго полиакриламида и компонента - глиоксаля. Утверждается, что смола дает волокнистые подложки, обладающие временной прочностью на разрыв во влажном состоянии такого же порядка, как при использовании раскрытых в патенте US №4605702, но прочностью на разрыв в сухом состоянии, промежуточной по сравнению с приведенными в патентах US №№3556932 и 4605702.
Таким образом, в предшествующем уровне техники показано, что степень снижения прочности во влажном состоянии обратно пропорциональна молекулярной массе исходного полимера, так что высокие степени снижения обеспечиваются только при использовании обладающих низкой молекулярной массой исходных полимеров. Таким образом, для получения добавок глиоксалированного сополимера, которые приводят к сильному снижению прочности во влажном состоянии, способы предшествующего уровня техники ограничиваются применением обладающих низкой молекулярной массой катионогенных акриламидных исходных полимеров. Однако также было показано, что эффективность придания прочности во влажном состоянии также обратно пропорциональна молекулярной массе использующегося исходного полимера, так что обладающие низкой молекулярной массой полимеры приводят к добавкам, которые малоэффективны для придания прочности во влажном состоянии.
В данной области техники сохраняется постоянная неудовлетворенная потребность в придающих прочность во влажном состоянии полимерах с улучшенными характеристиками для применения в бумажных продуктах, таких как туалетная бумага, бумажная салфетка, бумажное полотенце и т.п. Настоящее изобретение решает эту задачу.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенное ниже краткое изложение сущности изобретения не является подробным обзором. Оно не ни предназначено для указания ключевых или критических элементов различных вариантов осуществления, ни для описания их объема.
Настоящее изобретение относится к глиоксалированным полимерам виниламида, характеризующимся быстрым уменьшением прочности во влажном состоянии, которые также обладают высокой эффективности в придании прочности во влажном состоянии. Глиоксалированные полимеры виниламида получают способом, в котором используют обладающие большой молекулярной массой катионогенные сополимеры виниламида, что дает композицию, включающую глиоксалированный полимер виниламида в водной среде. Композиция глиоксалированного сополимера виниламида эффективно придает бумажному продукту, включающему глиоксалированный сополимер виниламида, уникальное сочетание быстрого уменьшения прочности во влажном состоянии и придания прочности во влажном состоянии с высокой степенью эффективности. Настоящее изобретение относится к способу получения глиоксалированных сополимеров виниламида, а также способам их применения.
Настоящее изобретение относится к способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера, содержащей водную среду и от примерно 0,1 до примерно 4 мас. %, от примерно 0,25 до примерно 4 мас. %, от примерно 1 до примерно 3 мас. % или примерно от 1,5 до 2,5 мас. % способного вступать в реакцию с целлюлозой глиоксалированного сополимера виниламида в пересчете на полную массу водной среды, в которой: глиоксалированный сополимер виниламида получают по реакции в водной реакционной среде глиоксаля и катионогенного сополимера виниламида; в пересчете на сухое вещество отношение глиоксаль:катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от примерно 5 до примерно 40 мас. % глиоксаля и от примерно 95 до примерно 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, от примерно 10 до примерно 30 мас. % глиоксаля и от примерно 90 до примерно 70 мас. % катионогенного сополимера виниламида, от примерно 20 до примерно 25 мас. % глиоксаля и от примерно 80 до примерно 75 мас. % катионогенного сополимера виниламида, или от примерно 23 мас. % глиоксаля до примерно 77 мас. % катионогенного сополимера виниламида; водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от примерно 0,3 до примерно 3,0%, от примерно 0,5 до примерно 2,5%, от примерно 0,65%) до примерно 2%, от примерно 0,75% до примерно 2%, от примерно 0,75 до примерно 1,5% или от примерно 0,75 до примерно 1%; катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 15000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 60000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 50000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 25000 Дальтон, примерно 20500 Дальтон, примерно 47500 Дальтон, или примерно 79500 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем, и содержит от примерно 5 до примерно 95 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от примерно 95 до примерно 5 мас. % мономера акриламида, от примерно 5 до примерно 25 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 75 мас. % мономера акриламида, от примерно 5 до примерно 15 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 55 мас. % мономера акриламида, от примерно 7,5 до примерно 92,5 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 92,5 до примерно 7,5 мас. % мономера акриламида, от примерно 10 до примерно 90 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 90 до примерно 10 мас. % мономера акриламида, от примерно 15 до примерно 85 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 85 до примерно 15 мас. % мономера акриламида, от примерно 20 до примерно 60 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 80 до примерно 40 мас. % мономера акриламида, или от примерно 20 до примерно 40 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 80 до примерно 60 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования.
Настоящее изобретение относится к способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера, содержащей водную среду и от примерно 0,1 до примерно 4 мас. % способного вступать в реакцию с целлюлозой глиоксалированного сополимера виниламида в пересчете на полную массу водной среды, в которой глиоксалированный сополимер виниламида получают по реакции в водной реакционной среде глиоксаля и катионогенного сополимера виниламида в пересчете на сухое вещество отношение глиоксаль:катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от примерно 5 до примерно 40 мас. % глиоксаля и от примерно 95 до примерно 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от примерно 0,3 до примерно 3,0%, катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 15000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем, и включает от примерно 5 до примерно 95 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от примерно 95 до примерно 5 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования.
Настоящее изобретение относится к способу получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера, включающему: проведение реакции в основном водной реакционной смеси катионогенного сополимера виниламида и глиоксаля, причем в пересчете на сухое вещество отношение глиоксаль:катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от примерно 5 до примерно 40 мас. % глиоксаля и от примерно 95 до примерно 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от примерно 0,3 до примерно 3,0%, катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 15000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем и содержит от примерно 5 до примерно 95 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от примерно 95 до примерно 5 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования и при рН реакционной смеси, равном от 8,5 до 12. Настоящее изобретение также относится к способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера, полученной этим способом.
Настоящее изобретение также относится к способу получения бумаги, включающему одно из следующих: (а) объединение композиции глиоксалированного сополимера, предлагаемой в настоящем изобретении, и целлюлозных волокон; или (b) нанесение глиоксалированной композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, на влажную или сухую бумагу.
Настоящее изобретение также относится к придающей прочность бумаге добавке или покрытию, включающему композицию глиоксалированного сополимера, предлагаемую в настоящем изобретении. Настоящее изобретение относится к бумаге с покрытием из композиции глиоксалированного сополимера, предлагаемой в настоящем изобретении, или содержащей ее.
Следует понимать, что приведенное выше общее описание и приведенное ниже подробное описание являются типовыми и разъясняющими и предназначены для дополнительного разъяснения раскрытых соединений, композиций и способов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Необходимы придающие прочность во влажном состоянии полимеры с улучшенными характеристиками для применения в бумажных продуктах, таких как туалетная бумага, бумажная салфетка, бумажное полотенце и т.п. Настоящее изобретение решает эту задачу путем предоставления придающих прочность во влажном состоянии глиоксалированных полимеров акриламида, характеризующихся быстрым уменьшением прочности во влажном состоянии, которые также придают прочность во влажном состоянии с высокой степенью эффективности, и способа их получения.
Глиоксалированные сополимеры акриламида, получаемые раскрытым способом, характеризуются уменьшением прочности во влажном состоянии, которая в основном такая же, как обеспечиваемая с помощью сополимеров, раскрытых в патенте US №4605702, и, кроме того, эффективность развития начальной прочности во влажном состоянии у раскрытых сополимеров раскрытого способа заметно выше, чем наблюдающаяся у сополимеров, раскрытых в патенте US №4605702. Эффективность развития прочности во влажном состоянии у глиоксалированных сополимеров акриламида, полученных раскрытым способом, также выше, чем у сополимеров, раскрытых в патенте US №3556932.
Настоящее изобретение относится к способам применения придающих прочность во влажном состоянии глиоксалированных сополимеров акриламида в бумажных продуктах, а также к полученным таким образом бумажным продуктам.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
При использовании в настоящем изобретении все указанные ниже термины обладают значениями, указанным в данном разделе. Дополнительные определения приведены в настоящем изобретении.
Указание на объект в единственном числе означает указание на один или более, чем один объект (т.е. по меньшей мере один). Например, "элемент" означает один элемент или более, чем один элемент.
Термин "примерно" известен специалистам с общей подготовкой в данной области техники и он в некоторой степени меняется в зависимости от контекста, в котором его используют. При использовании в настоящем изобретении термин "примерно" означает, что указанное число может изменяться на ±5%. Например, "примерно 250 г" означает 237,5-262,5 г. Если термин "примерно" используют для диапазона, то нижнее предельное значение может меняться на -5% и верхнее предельное значение может увеличиваться на +5%. Например, диапазон от примерно 100 до примерно 200 г указывает на диапазон, меняющийся от лишь 95 г вплоть до 210 г.
Диапазоны: в настоящем изобретении различные параметры настоящего изобретения могут быть представлены в виде диапазонов. Следует понимать, что описание в виде диапазонов приведено в основном для удобства и краткости и его не следует считать строгим ограничением объема настоящего изобретения. Соответственно, указание диапазона следует считать специально включающим все возможные поддиапазоны, а также отдельные числовые значения в этом диапазоне. Например, указание диапазона, такого как от 1 до 6, следует считать специально включающим поддиапазоны, такие как от 1 до 3, от 1 до 4, от 1 до 5, от 2 до 4, от 2 до 6, от 3 до 6 и т.п., а также отдельные числа в этом диапазоне, например, 1, 2, 2,7, 3, 4, 5, 5,3 и 6. Это положение применимо независимо от ширины диапазона.
Для задач настоящего изобретения продукт способов получения, способный вступать в реакцию с целлюлозой функционализированный аддукт поливиниламида, включающих проведение реакции в основном водной реакционной смеси сополимера виниламида и способного вступать в реакцию с целлюлозой реагента взаимозаменяемым образом называется, как "аддукт", "образованный аддукт" или "способный вступать в реакцию с целлюлозой функционализированный аддукт поливиниламида".
Термин "способный вступать в реакцию с целлюлозой реагент" означает соединение, которое содержит две или большее количество функциональных групп, способных образовывать ковалентные связи с целлюлозой, например, диальдегид. Глиоксаль и глутаровый альдегид являются типичными диальдегидами.
Термины "виниламид" и "акриламид" при использовании в настоящем изобретении означают любой виниловый мономер, содержащий амидную группу, включая, но не ограничиваясь только ими, акриламид, метакриламид, N-метилакриламид или любой другой замещенный акриламид.
Термины "исходный сополимер виниламида", "исходный сополимер акриламида", "основная цепь сополимера виниламида" и "основная цепь сополимера акриламида" означают полимер, включающий виниловые мономеры, использующийся для получения способного вступать в реакцию с целлюлозой функционализированный аддукт поливиниламида.
Термин "сополимер" означает полимер, образованный из двух или большего количества мономеров.
Термин "катионогенный сополимер" означает исходный сополимер неионогенный и анионогенный мономер при условии, что суммарный заряд сополимера является положительным.
Для задач настоящего изобретения реакция боковых амидных групп исходных сополимеров виниламида с глиоксалем (тип способного вступать в реакцию с целлюлозой реагента) называется "реакцией глиоксалирования" или просто "глиоксалированием". Продукт реакции глиоксалирования взаимозаменяемым образом называется, как "глиоксалированный поливиниламид", "глиоксалированный полиакриламид", "сополимер глиоксалированного поливиниламида", "полимер глиоксалированного полиакриламида", "аддукт глиоксалированного поливиниламида" и "аддукт глиоксалированного полиакриламида".
При использовании в настоящем изобретении "G-PAM" или "g-pam" является аббревиатурой полимера глиоксалированного полиакриламида.
Термин "водная среда" или "водная реакционная смесь" означает воду или содержащий воду растворитель, масла и/или микропримеси. Масса, указанная, как "в пересчете на полную массу водной среды" означает массу воды или содержащего воду растворителя, масел и/или микропримесей и не включает массу добавок, таких как катализаторы и реагенты.
Термин "в основном водная реакционная смесь" означает аддукт, образованный при условиях, когда масса органических масел не превышает массу полимера виниламида. Например, образование аддукта можно провести при условиях, когда полная масса органических масел составляет менее 50 мас. % от массы полимера виниламида, менее примерно 20 мас. % от массы полимера виниламида, менее 10 мас. % от массы полимера виниламида, менее примерно 5 мас. % от массы полимера виниламида или менее примерно 1 мас. % от массы полимера виниламида. Альтернативно, в основном водная реакционная смесь не содержит масло.
"Полная концентрация твердых веществ" в реакционной смеси глиоксалирования означает "содержание в мас. % сополимера виниламида и глиоксаля" до реакции (т.е. до образования аддукта) и определяется следующим образом:
где "масса реакционной смеси глиоксалирования" включает растворители.
"Количество в мас. % израсходованного глиоксаля" приведено в пересчете на полную массу введенного глиоксаля.
"Молекулярная масса" при использовании в настоящем изобретении означает среднемассовую молекулярную массу (Mw). Если не указано иное, все молекулярные массы измеряются в единицах Дальтон (Да). Молекулярную массу можно определить по стандартным методикам, таким как гельпроникающая хроматография (ГПХ). Например, среднемассовую молекулярную массу можно определить по обычной методике калибровки с использованием ацетатного буфера и следующих гидрофильных полигидроксильных колонок: две (2) колонки PL Aquagel-OH MIXED (7,5 мм×300 мм, 8 мкм), использующиеся последовательно, и колонка PL Aquagel-OH Guard (7,5 мм×50 мм, 8 мкм). Все эти колонки выпускает фирма Agilent Technologies. Стандарты полиэтиленоксида и полиэтиленгликоля можно использовать для калибровки этого набора из трех колонок.
Термины "концентрация сополимера виниламида" и "концентрация сополимера акриламида" означают концентрацию исходного сополимера до реакции со способным вступать в реакцию с целлюлозой реагентом (т.е. до образования аддукта).
При использовании в настоящем изобретении "развитие начальной прочности во влажном состоянии", "эффективность развития прочности во влажном состоянии" и "придание прочности во влажном состоянии" представляют собой количественное описание прочности во влажном состоянии, приданной бумаге, обусловленной добавлением придающей прочность во влажном состоянии добавки полимера. Начальную прочность во влажном состоянии при использовании в настоящем изобретении можно измерить по стандартизированной методике изменения, описанной в примерах.
При использовании в настоящем изобретении "временная прочность во влажном состоянии" и "снижение прочности во влажном состоянии" означает изменение остаточной прочности во влажном состоянии, приданной бумаге, обусловленной добавлением придающей прочность во влажном состоянии добавки полимера, в зависимости от времени, в течение которого бумагу повторно увлажняли. Например, "5-минутное снижение прочности во влажном состоянии" означает снижение прочности во влажном состоянии, определенное после повторного увлажнения бумаги в течение 5 мин. Снижение прочности во влажном состоянии можно определить по методике изменения, описанной в примерах.
Как указано в настоящем изобретении применительно к раскрытым композициям и способам, в одном объекте варианты осуществления настоящего изобретения включают раскрытые компоненты и/или стадии. В другом объекте варианты осуществления настоящего изобретения в основном состоят из раскрытых компонентов и/или стадий. В еще одном объекте варианты осуществления настоящего изобретения состоят из раскрытых компонентов и/или стадий.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способному вступать в реакцию с целлюлозой глиоксалированному сополимеру виниламида, а также к композиции, содержащей водную среду, содержащую глиоксалированный сополимер виниламида. В настоящем изобретении раскрыт способ глиоксалирования сополимеров акриламида, неожиданно позволивший применять обладающие относительно высокой молекулярной массой (молекулярной массой, измеренной до глиоксалирования) сополимеры в бумажном продукте при одновременном обеспечении высокой степени снижения прочности во влажном состоянии бумажного продукта во времени. Установлено, что сочетание: 1) исходного сополимера виниламида молекулярной массы; 2) концентрации сополимера виниламида в реакционном растворе; 3) отношения количества катионогенного полимера акриламида к количеству диальдегидного сшивающего реагента; и 4) рН реакционной смеси обеспечивает эту уникальную комбинацию характеристик: высокую эффективности придания прочности во влажном состоянии и большую степень снижения прочности во влажном состоянии во времени. Характеристики раскрытого способа включают использование исходных сополимеров акриламида с молекулярной массой в диапазоне от 15000 до 80000 Да, проведение реакции исходных сополимеров виниламида с глиоксалем при полной концентрации твердых веществ (мас. % исходного сополимера и глиоксаля в реакционной смеси), равной от 0,3 до 3,0%, использование отношения масс в пересчете на сухое вещество, составляющего от 95:5 до 60:40 (сополимер:глиоксаль), и проведение реакции глиоксалирования при рН, равном от 8,5 до 12. Реакцию можно проводить в течение от 10 до 300 мин.
Исходный сополимер
Исходные сополимеры виниламида, которые используют при образовании аддукта (таком как глиоксалирование), можно получить по методикам синтеза полимера, известным специалистам в данной области техники, таким как свободнорадикальная или проводимая с использованием окислительно-восстановительного катализа полимеризация мономера виниламида и одного или большего количества сомономеров. Сополимер виниламида является катионогенным. Сшивающие реагенты с множеством полимеризующихся винильных групп также можно включать в композиции для придания структуры основной цепи полимера. Реагент-переносчик цепи, такой как гипофосфит натрия, можно использовать для регулирования молекулярной массы молекул полимера, а также для введения разветвлений.
Катионогенный сополимер до глиоксалирования обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 15000 до примерно 80000 Да, включая от примерно 15000 до примерно 75000 Да, от примерно 15000 до примерно 70000 Да, включая от примерно 15000 до примерно 65000 Да, включая от примерно 15000 до примерно 60000 Да, от примерно 15000 до примерно 55000 Да, от примерно 15000 до примерно 50000 Да, от примерно 15000 до примерно 47500 Да, от примерно 15000 до примерно 40000 Да, от примерно 15000 до примерно 35000 Да, от примерно 15000 до примерно 30000 Да, от примерно 15000 до примерно 25000 Да; от примерно 20000 до примерно 80000 Да, включая от примерно 20000 до примерно 75000 Да, от примерно 20000 до примерно 70000 Да, от примерно 20000 до примерно 65000 Да, от примерно 20000 до примерно 60000 Да, от примерно 20000 до примерно 55000 Да, от примерно 20000 до примерно 50000 Да, от примерно 20000 до примерно 47500 Да, от примерно 20000 до примерно 40000 Да, от примерно 20000 до примерно 35000 Да, от примерно 20000 до примерно 30000 Да, от примерно 20000 до примерно 25000 Да; или от более 20000 до примерно 80000 Да, включая от более 20000 до примерно 75000 Да, от более 20000 до примерно 70000 Да, от более 20000 до примерно 65000 Да, от более 20000 до примерно 60000 Да, от более 20000 до примерно 55000 Да, от более 20000 до примерно 50000 Да, от более 20000 до примерно 47500 Да, от более 20000 до примерно 40000 Да, от более 20000 до примерно 35000 Да, от более 20000 до примерно 30000 Да или от более 20000 до примерно 25000 Да. Типичный катионогенный сополимер обладает молекулярной массой до глиоксалирования, равной от более 20000 до примерно 80000 Да, примерно 20500 Да, примерно 46100 Да или примерно 79500 Да.
Катионогенный сополимер для глиоксалирования представляет собой катионогенный сополимер, включающий по меньшей мере два разных мономерных звена: виниламид, например, мономер акриламида, и мономер галогенида диаллилдиметиламмония. Типичный катионогенный сополимер включает мономер виниламида и мономер галогенида диаллилдиметиламмония или содержит только мономер виниламида и мономер галогенида диаллилдиметиламмония. Галогенид мономера галогенида диаллилдиметиламмония может включать бром (Br), хлор (Cl), йод (I) или фтор (F). Типичным мономером галогенида диаллилдиметиламмония является хлорид диаллилдиметиламмония (DADMAC).
Катионогенный сополимер содержит от примерно 5 до примерно 95 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 5 мас. % мономера акриламида, от примерно 7,5 до примерно 92,5 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 92,5 до примерно 7,5 мас. % мономера акриламида, от примерно 10 до примерно 90 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 90 до примерно 10 мас. % мономера акриламида, от примерно 15 до примерно 85 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 85 до примерно 15 мас. % мономера акриламида, от примерно 20 до примерно 60 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 80 до примерно 40 мас. % мономера акриламида, или от примерно 20 до примерно 40 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 80 до примерно 60 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования. Типичный катионогенный сополимер содержит от примерно 5 до примерно 25 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 75 мас. % мономера акриламида или от примерно 5 до примерно 15 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 55 мас. % мономера акриламида.
Катионогенный сополимер может включать 1, 2, 3 или большее количество катионогенных, некатионогенных, или анионогенных мономерных звена. Катионогенные сополимеры может включать неионогенный и анионогенный мономер при условии, что суммарный заряд сополимера является положительным.
Подходящие катионогенные мономеры или возможные катионогенные мономеры включают диаллилдиалкиламины, 2-винилпиридин, 2-(диалкиламино)алкил(мет)акрилаты, диалкиламиноалкил(мет)акриламиды, включая их соли присоединения с кислотами и четвертичные аммониевые соли. Конкретными примерами таких катионогенных мономеров или возможных катионогенных мономеров являются (мет)акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид (диметиламиноэтил(мет)акрилата, четвертичная соль метилхлорида), 2-винил-N-метилпиридинийхлорид, (п-винилфенил)-триметиламмонийхлорид, (мет)акрилат 2-этилтриметиламмонийхлорида, 1-метакрилоил-4-метилпиперазин, полиакриламиды Манниха, т.е. продукт реакции полиакриламида с аддуктом диметиламина с формальдегидом с получением N-(диметиламинометил)- и (мет)акриламидопропилтриметилхлорида аммония.
Подходящие анионогенные мономеры можно выбрать из группы, включающей винилсодержащее кислое вещество, такое как акриловая кислота, метакриловая кислота, малеиновая кислота, аллилсульфоновая кислота, винилсульфоновая кислота, итаконовая кислота, фумаровая кислота, возможные анионогенные мономеры, такие как малеиновый ангидрид и итаконовый ангидрид и их соли щелочных металлов и амминия, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота и ее соли, стиролсульфонат натрия и т.п.
Подходящие неионогенные мономеры кроме виниламида можно выбрать из группы, включающей (мет)акриловые эфиры, такие как октадецил(мет)акрилат, этилакрилат, бутилакрилат, метилметакрилат, гидроксиэтил(мет)акрилат и 2-этилгексилакрилат; N-алкилакриламиды, н-октил(мет)акриламид, N-трет-бутилакриламид, N-винилпирролидон, N,N- диалкил(мет)акриламиды, такие как N,N'-диметилакриламид; стирол, винилацетат, гидроксиалкилакрилаты и метакрилат, такие как 2-гидроксиэтилакрилат и акрилонитрил.
Катионогенный сополимер может быть сшитым, разветвленным или другим образом структурированным, или линейным. Например, катионогенный сополимер может быть линейным, сшитым, содержащим перенесенную цепь или сшитым и содержащим перенесенную цепь (структурированным).
Сшивающие реагенты обычно являются полиэтиленовоненасыщенные сшивающие реагенты. Примерами являются метилен бис(мет)акриламид, триаллиламмонийхлорид; тетрааллилхлорид аммония, поли(этиленгликоль)диакрилат; поли(этиленгликоль)диметакрилат; N-винилакриламид; дивинилбензол; тетра(этиленгликоль)диакрилат; диметилаллиламиноэтилакрилат, хлорид аммония; Na соль диаллилоксиуксусной кислоты; диаллилоктиламид; триакрилат этоксилата триметилолпропана; N-аллилакриламид N-метилаллилакриламид, пентаэритриттриакрилат и их комбинации. Другие системы для сшивки можно использовать вместо или в дополнение к этим. Например, ковалентную сшивку через боковые группы можно обеспечить путем применения этиленовоненасыщенных эпоксидных или силановых мономеров, или путем применения полифункциональных сшивающих реагентов, таких как силаны, эпоксиды, соединения многовалентных металлов или других известных сшивающих систем.
Полная концентрация твердых веществ в реакционном растворе Реакцию глиоксалирования поливиниламида проводят при концентрациях поливиниламида, при которых предупреждено гелеобразование. Кроме того, в способе, предлагаемом в настоящем изобретении, полная концентрация твердых веществ (полная концентрация твердых веществ означает массу исходного сополимера виниламида и глиоксаля) в растворе реакционной смеси равна от примерно 0,3 до примерно 3 мас. %, от примерно 0,5 до примерно 2,5 мас. %, от примерно 0,65 до примерно 2 мас. %, от примерно 0,75 до примерно 2 мас. %, от примерно 0,75 до примерно 1,5 мас. % или от примерно 0,75 до примерно 1 мас. %. Типичная полная концентрация твердых веществ в растворе для реакции глиоксалирования равна примерно 1%.
Отношение количества катионогенного исходного полимера акриламида к количеству диальдегидного сшивающего реагента
Глиоксалированный сополимер получают по реакции в водной реакционной среде при использовании отношения в пересчете на сухое вещество глиоксаль : катионогенный сополимер, находящегося в диапазоне от примерно 5 до примерно 40 мас. % глиоксаля и от примерно 95 до примерно 60 мас. % катионогенного сополимера (т.е. от примерно 5:95 до примерно 40:60), включая от примерно 10 до примерно 30 мас. % глиоксаля и от примерно 90 до примерно 70 мас. % катионогенного сополимера (т.е. от примерно 10:90 до примерно 30:70), включая от примерно 20 до примерно 25 мас. % глиоксаля и от примерно 80 до примерно 75 мас. % катионогенного сополимера (т.е. от примерно 20:80 до примерно 25:75). Содержание в мас. % глиоксаля и катионогенного полимера приведено в пересчете на полную массу сухих реагентов до стадии глиоксалирования.
Типичная водная реакционная смесь содержит 0,77 мас. % сополимера в пересчете на твердое вещество, 0,23 мас. % глиоксаля в пересчете на сухое вещество и 99% деионизированной воды, что соответствует отношению в пересчете на сухое вещество глиоксаль : катионогенный сополимер, составляющему 23:77.
рН реакционной смеси
Добавление основания или изменения рН до превышающего 7 является самой обычной методикой катализа реакции глиоксалирования. В способе, предлагаемом в настоящем изобретении, рН реакционной смеси равен от 8,5 до 12, рН равен от 9 до 11,5, рН равен от 9,5 до 11 или рН равен от 9,5 до 10,5. Типичное значение рН реакционной смеси равно 10,5.
Продолжительность реакции, необходимая для получения искомого продукта (например, от 0,1 до 4 мас. % глиоксалированного сополимера или от 0,25 до 4 мас. % глиоксалированного сополимера в водной композиции), меняется в зависимости от концентрации, температуры и рН, а также других факторов, известных в данной области техники, как влияющих на скорость глиоксалирования. Реакцию глиоксалирования, предлагаемую в настоящем изобретении, проводят в течение от 10 до 300 мин, от 25 до 250 мин, от 50 до 200 мин, от 100 до 200 мин или от 100 до 150 мин. Типичная продолжительность реакции равна 120 мин.
Реакцию глиоксалирования проводят при температуре в диапазоне от 15 до 35°С, от 20 до 30°С или от 20 до 25°С. Типичная температура реакции равна 20°С.
Реакцию глиоксалирования можно провести в периодическом или непрерывном режиме. Например, реакцию можно провести в реакторе непрерывного действия со средством измерения рН на участке изготовления бумаги.
Обычными добавками, которые можно добавить в реакцию глиоксалирования, являются хелатные агенты для удаления ингибиторов полимеризации, регуляторы рН, инициаторы, буферы, поверхностно-активные вещества или их комбинации. Раскрытый способ можно проводить с использованием любой или всех таких обычных добавок.
Мониторинг образования глиоксалированного сополимера
Вязкость обычно измеряют во время реакции с использованием адаптера UL для вискозиметра BROOKFIELD LV series. Адаптер UL не содержит шпиндель. Возможен только один режим. Дно чашки адаптера удаляют и блок помещают непосредственно в реакционную смесь. Результаты измерения вязкости регистрируются автоматически каждую секунду в течение катализируемой реакции. Скорость вискозиметра установлена равной 60 об/мин и температуру реакционной смеси поддерживают равной 25°С.
Следить за образованием глиоксалированного сополимера также можно путем мониторинга расхода глиоксаля по методикам, известным в данной области техники. Например, одна такая методика может включать методику, описанную в публикации Mitchel, R.E.J, et al. "The use of Girard-T reagent in a rapid и sensitive method for measuring glyoxal и certain other odicarbonyl compounds", Analytical Biochemistry, Volume 81, Issue 1, July 1977, Pages 47-56. Содержание остаточного глиоксаля в процентах можно определить в 2 мас. % водных растворах глиоксалированных поливиниламидов. Остаточный глиоксаль удаляют из глиоксалированного полимера путем диализа через мембранные трубки 3500 MWCO. Десять миллилитров (мл) диализированного образца дериватизируют путем добавления 2,0 мл о-(2,3,4,5,6-пентафторбензил)-гидроксиламингидрохлорида (6,6 мг/мл) в течение примерно 2 ч. Затем глиоксаль экстрагируют из раствора для диализа смесью 1:1 гексан-диэтиловый эфир. Анализ экстракта можно провести с помощью газовой хроматографии на газовом хроматографе (ГХ) HP 5890 #6 с использованием колонки DB-5 15 м, 0,53 мм внутренний диаметр, 1,5 мкм (длина, внутренний диаметр колонки и толщина пленки соответственно). Если определено содержание остаточного глиоксаля и известно количество введенного в реакцию глиоксаля, можно рассчитать выраженную в процентах долю израсходованного глиоксаля. Композиция глиоксалированного сополимера
Композиция глиоксалированного сополимера, предлагаемая в настоящем изобретении, содержит глиоксалированный сополимер в количестве, равном от примерно 0,1 до примерно 4 мас. %, включая от примерно 0,25 до примерно 4 мас. %, от примерно 1 до примерно 3 мас. % или примерно от 1,5 до 2,5 мас. % в пересчете на полную массу водной среды. Если содержание глиоксалированного сополимера в композиции глиоксалированного сополимера превышает примерно 4 мас. %, то затрудняющим становится гелеобразование.
Композиция глиоксалированного сополимера, предлагаемая в настоящем изобретении, является термореактивной смолой. Композиция глиоксалированного сополимера может содержать более, чем один тип глиоксалированного сополимера виниламида или один или большее количество других глиоксалированных полимеров, применимых для придания временной прочности во влажном состоянии бумажным продуктам. Альтернативно, композиция глиоксалированного сополимера, предлагаемая в настоящем изобретении, содержит в основном только глиоксалированный сополимер, предлагаемый в настоящем изобретении, в качестве компонента - полимерной термореактивной смолы.
Композиция глиоксалированного сополимера обладает вязкостью, меньшей или равной 100 сантипуаз (сП), вязкостью, равной от примерно 5 до примерно 100 сП, вязкостью, меньшей или равной 30 сП, вязкостью, равной от примерно 30 до примерно 5 сП, вязкостью, равной от примерно 25 до примерно 10 сП, вязкостью, меньшей или равной 25 сП, или вязкостью, меньшей от 25 до примерно 5 сП, измеренной с помощью вискозиметра Брукфилда.
Настоящее изобретение относится к способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера, содержащей водную среду и от примерно 0,1 до примерно 4 мас. %, от примерно 0,25 до примерно 4 мас. %, от примерно 1 до примерно 3 мас. % или от примерно от 1,5 до 2,5 мас. % способного вступать в реакцию с целлюлозой глиоксалированного сополимера виниламида в пересчете на полную массу водной среды, в которой: глиоксалированный сополимер виниламида получают по реакции в водной реакционной среде глиоксаля и катионогенного сополимера виниламида; в пересчете на сухое вещество отношение глиоксаль : катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от примерно 5 до примерно 40 мас. % глиоксаля и от примерно 95 до примерно 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, от примерно 10 до примерно 30 мас. % глиоксаля и от примерно 90 до примерно 70 мас. % катионогенного сополимера виниламида, от примерно 20 до примерно 25 мас. % глиоксаля и от примерно 80 до примерно 75 мас. % катионогенного сополимера виниламида, или от примерно 23 мас. % глиоксаля до примерно 77 мас. % катионогенного сополимера виниламида; водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от 0,3 до 3,0%, от 0,5 до 2,5%, от 0,65% до 2%, от 0,75% до 2%, 0,75 до 1,5% или от 0,75 до 1%; катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 15000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 60000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 50000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 25000 Дальтон, примерно 20500 Дальтон, примерно 47500 Дальтон, или примерно 79500 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем, и содержит от примерно 5 до примерно 95 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от примерно 95 до примерно 5 мас. % мономера акриламида, от примерно 5 до примерно 25 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 75 мас. % мономера акриламида, от примерно 5 до примерно 15 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 55 мас. % мономера акриламида, от примерно 7,5 до примерно 92,5 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 92,5 до примерно 7,5 мас. % мономера акриламида, от примерно 10 до примерно 90 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 90 до примерно 10 мас. % мономера акриламида, от примерно 15 до примерно 85 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 85 до примерно 15 мас. % мономера акриламида, от примерно 20 до примерно 60 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 80 до примерно 40 мас. % мономера акриламида, или от примерно 20 до примерно 40 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 80 до примерно 60 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования, в которой мономером акриламида является акриламид, метакриламид, N-метилакриламид или замещенный акриламид. Применение композиции глиоксалированного сополимера Композиция глиоксалированного сополимера, предлагаемая в настоящем изобретении, применима в качестве добавки для бумаги - обладающей высокой молекулярной массой придающей временную прочность во влажном состоянии смолы. Кроме того, настоящее изобретение также относится к способу получения бумаги, который включает стадию объединения композиции глиоксалированного сополимера, предлагаемой в настоящем изобретении, и суспензии целлюлозных волокон или нанесения композиции глиоксалированного сополимера на влажное/сухое бумажное полотно. В способе получения бумаги на последовательность, с которой целлюлозные волокна объединяют с композицией глиоксалированного сополимера, не налагаются особые ограничения. Например, способ может включать добавление композиции глиоксалированного сополимера к водной суспензии целлюлозных волокон; добавление целлюлозных волокон к композиции глиоксалированного сополимера; добавление композиции глиоксалированного сополимера и целлюлозных волокон к водному раствору; и/или проведение реакции в водной реакционной среде, включающей целлюлозные волокна, при использовании отношения масс в пересчете на сухое вещество глиоксаль : катионогенный сополимер, находящегося в диапазоне от примерно 5:95 до примерно 40:60, с получением глиоксалированного сополимера, в которой содержание глиоксалированного сополимера составляет от примерно 0,1 до примерно 4 мас. % в пересчете на полную массу водной реакционной среды. Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения бумаги с улучшенными характеристиками прочности во влажном состоянии, включающему стадии: а) получения водной суспензии целлюлозных волокон; b) добавления композиции глиоксалированного сополимера, предлагаемой в настоящем изобретении, к водной суспензии; с) формирование полотна из водной суспензии, полученной на стадии b); и d) сушку полотна с получением бумажного продукта, характеризующемуся улучшенной эффективностью развития начальной прочности во влажном состоянии, а также усиленным уменьшением прочности во влажном состоянии во времени.
Композицию глиоксалированного сополимера можно добавить к густому или жидкому сырью. При добавлении к жидкому сырью ее можно добавить до смесительного насоса. Значительная степень прочности во влажном состоянии придается при добавлении лишь примерно 0,10 мас. % глиоксалированного сополимера в пересчете на массу в сухом состоянии волокон глиоксалированного сополимера, добавленных к бумажной массе. Например, подходящие дозы включают составляющие от примерно 0,10 до примерно 40 (0,05-20 кг/метрич. т) фунтов сухого полимера на 1 т сухой бумажной массы, от примерно 1 до примерно 20, (0,5-10 кг/метрич. т), от примерно 1 до примерно 10 (0,5- 5 кг/метрич. т) сухого полимера на 1 т сухой бумажной массы, от примерно 1 до примерно 8 (0,5-4 кг/метрич. т) фунтов, или от 1,5 до примерно 6 (1,0-3 кг/метрич. т) фунтов сухого полимера на 1 т сухой бумажной массы.
Нанесение композиции глиоксалированного сополимера на влажную или сухую бумагу можно проводить любыми обычными средствами. Примеры включают, но не ограничиваются только ими, пресс для проклеивания, плюсование, опрыскивание, погружение, печать или нанесение покрытия наливом. Соответственно, настоящее изобретение также относится к способу получения бумаги с улучшенными характеристиками прочности во влажном состоянии, включающему стадии: а) опрыскивания, погружения, нанесения покрытия или проводимое другим образом нанесения композиции глиоксалированного сополимера, предлагаемой в настоящем изобретении, на влажное полотно или влажную бумагу; и Ь) сушку влажного полотна или влажной бумаги с покрытием с получением бумажного продукта, характеризующемуся улучшенной эффективностью развития начальной прочности во влажном состоянии, а также усиленным уменьшением прочности во влажном состоянии во времени.
Настоящее изобретение включает бумажный продукт, содержащий способную вступать в реакцию с целлюлозой композицию глиоксалированного сополимера, содержащую водную среду и от примерно 0,1 до примерно 4 мас. %, от примерно 0,25 до примерно 4 мас. %, от примерно 1 до примерно 3 мас. % или от примерно 1,5 до 2,5 мас. % способного вступать в реакцию с целлюлозой глиоксалированного сополимера виниламида в пересчете на полную массу водной среды, в которой: глиоксалированный сополимер виниламида получают по реакции в водной реакционной среде глиоксаля и катионогенного сополимера виниламида; в пересчете на сухое вещество отношение глиоксаль : катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от примерно 5 до примерно 40 мас. % глиоксаля и от примерно 95 до примерно 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, от примерно 10 до примерно 30 мас. % глиоксаля и от примерно 90 до примерно 70 мас. % катионогенного сополимера виниламида, от примерно 20 до примерно 25 мас. % глиоксаля и от примерно 80 до примерно 75 мас. % катионогенного сополимера виниламида, или от примерно 23 мас. % глиоксаля и до примерно 77 мас. % катионогенного сополимера виниламида; водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от 0,3 до 3,0%, от 0,5 до 2,5%, от 0,65%) до 2%, от 0,75%) до 2%, 0,75 до 1,5% или от 0,75 до 1%; катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 15000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 60000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 50000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 25000 Дальтон, примерно 20500 Дальтон, примерно 47500 Дальтон, или примерно 79500 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем, и включает от примерно 5 до примерно 95 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от примерно 95 до примерно 5 мас. % мономера акриламида, от примерно 5 до примерно 25 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 75 мас. % мономера акриламида, от примерно 5 до примерно 15 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 95 до примерно 55 мас. % мономера акриламида, от примерно 7,5 до примерно 92,5 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 92,5 до примерно 7,5 мас. % мономера акриламида, от примерно 10 до примерно 90 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 90 до примерно 10 мас. % мономера акриламида, от примерно 15 до примерно 85 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 85 до примерно 15 мас. % мономера акриламида, от примерно 20 до примерно 60 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 80 до примерно 40 мас. % мономера акриламида, или от примерно 20 до примерно 40 мас. % мономера галогенида диаллилдиметиламмония и от примерно 80 до примерно 60 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования, в которой мономером акриламида является акриламид, метакриламид, N-метилакриламид или замещенный акриламид.
Настоящее изобретение включает бумажный продукт, содержащий композицию глиоксалированного сополимера, в которой глиоксалированный сополимер является продуктом реакции в основном водной реакционной смеси катионогенного сополимера виниламида и глиоксаля, причем в пересчете на сухое вещество отношение глиоксаль : катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от примерно 5 до примерно 40 мас. % глиоксаля и от примерно 95 до примерно 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от 0,3 до 3,0%, катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 15000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем и содержит от примерно 15 до примерно 85 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от примерно 85 до примерно 15 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования и при рН реакционной смеси, равном от 8,5 до 12.
ПРИМЕРЫ
Продукты, композиции и способы получения и применения дополнительно подробно описаны со ссылкой на приведенные ниже экспериментальные примеры. Эти примеры приведены только для иллюстрации и не предназначены для наложения ограничений, если не указано иное, таким образом, продукты, композиции и способы, предлагаемые в настоящем изобретении, никоим образом не следует считать ограниченными приведенными ниже примерами, а следует считать включающими любые и все вариации, которые очевидны из положений, приведенных в настоящем изобретении.
Пример 1. Синтез и глиоксалирование основных цепей исходного сополимера
Катионогенный сополимер, содержащий 8,6 мас. % мономера хлорида диаллилдиметиламмония и 91,4 мас. % акриламид получали следующим образом.
В подходящий реакционный сосуд объемом 1 л, снабженный обратным холодильником, верхним смесителем, термопарой и устройством продувки азотом, помещали 253,4 части воды, 21,8 части 63,5% хлорида диаллилдиметиламмония, 0,91 части адипиновой кислоты, 1,75 части гипофосфита натрия и 2,1 части персульфата аммония. Содержимое реактора нагревали до 30°С и продували азотом в течение 30 мин. Затем одновременно начинали проводить две непрерывные загрузки сырья - сырье 1 и сырье 2-, каждая продолжалась в течение 120 мин. Сырье 1 содержало смесь 276,5 части 53% акриламида, 77 частей деионизированной воды, 0,32 части бромата калия и 2,17 части CHEL® DPTA-41 (BASF Corporation, New Jersey; водный раствор пентанатрийдиэтилентриаминпентаацетата). Сырье 2 содержало 1,4 части бисульфита натрия, 15 частей деионизированной воды и 1,75 части гипофосфита натрия. После начала проведения этих двух загрузок обнаруживалась экзотерма и температуру содержимого реактора повышали до 75°С и поддерживали при этом значении до конца реакции путем проводимого при необходимости охлаждения или нагревания системы. Через 120 мин и после завершения загрузок температуру реакционной массы повышали до 85°С и к содержимому реактора за 2 мин добавляли 2 части персульфата аммония, растворенного в 47 частях деионизированной воды, затем 120 мин выдерживали при 85°С. В заключение полимер охлаждали и собирали. Полученный сополимер обладал молекулярной массой, равной 20500 Дальтон (сополимер А).
Процедуру получения сополимера А повторяли еще 2 раза с единственным отличием, заключавшемся в том, что изменяли количество гипофосфита натрия, добавляемого к начальной загрузке реактора и к сырью 2.
Если равное 0,49 части количество гипофосфита натрия добавляли по отдельности к начальной загрузке реактора и к сырью 2, по полученный сополимер обладал молекулярной массой, равной 46100 Дальтон (сополимер В).
Если равное 0,26 части количество гипофосфита натрия добавляли по отдельности к начальной загрузке реактора и к сырью 2, по полученный сополимер обладал молекулярной массой, равной 79400 Дальтон (сополимер С).
Затем основные цепи сополимера глиоксалировали. Гомогенный раствор для реакции глиоксалирования изготавливали из деионизированной воды, сополимера А и 40% глиоксаля, так что раствор реакционной смеси содержал 0,77 мас. % сополимера в пересчете на твердое вещество, 0,23 мас. % глиоксаля в пересчете на сухое вещество и 99,0% деионизированной воды. Полная концентрация твердых веществ в растворе реакционной смеси составляла 1%. К раствору для глиоксалирования при непрерывном перемешивании по каплям добавляли 5% раствор гидроксида натрия для повышения рН раствора до 10,5, и значение рН поддерживали равным 10,5 и температуру поддерживали равной 20°С в течение 120 мин. Пи истечение 120 мин значение раствора рН снижали до 3,5 путем проводимого по каплям добавления серной кислоты. Собирали конечный образец глиоксалированного сополимера ("g-pam 1").
По такой же процедуре глиоксалирования, как описанная выше, получали глиоксалированные сополимеры из сополимера В и сополимера С, конечный продукты собирали и обозначали, как "g-pam 2" и "g-pam 3" соответственно.
Пример 2. Сравнительный глиоксалированный сополимер 1
Образец сравнительного глиоксалированного полиакриламида предшествующего уровня техники получали по процедуре, описанной в примере 1 в патенте US №4605702. Молекулярная масса (Mw) этого начального сополимера равнялась 3070 Да. В настоящем изобретении образец обозначен, как "сравнительный g-pam 1".
Пример 3. Сравнительный глиоксалированный сополимер 2
Второй Образец сравнительного g-pam предшествующего уровня техники получали по процедуре, описанной в примере 1 в патенте US №3556932.
Молекулярная масса (Mw) этого начального сополимера равнялась 12080 Да. В настоящем изобретении образец обозначен, как "сравнительный g-pam 2". Пример 4. Сравнительный глиоксалированный сополимер 3 Третий сравнительный g-pam получали по процедуре глиоксалирования образца сополимера А (20500 Да) из примера 1. Сополимер А глиоксалировали по процедуре, описанной в примере 1 в патенте US №3556932. Конечный глиоксалированный материал собирали и в настоящем изобретении обозначен, как "сравнительный g-pam 3".
Пример 5. Бумажные продукты
Водную суспензию пульпы синтезировали из смеси волокон древесины твердых и мягких пород состава 70:30, измельченных до равной 380 степени помола, определенной на стандартном канадском приборе (CSF), и разбавляли до 0,5% при рН, равном 6,9. Аликвоты суспензии пульпы отбирали, перемешивали верхним смесителем и растворы глиоксалированного сополимера добавляли к суспензии пульпы до конечной степени добавления, равной 5, 10 и 20 фунтов g-pam (в пересчете на сухое вещество) на 1 т высушенной в печи пульпы. После завершения добавления g-pam к суспензии пульпы смесь перемешивали в течение 30 с для обеспечения абсорбции g-pam на волокнах в водной суспензии пульпы. С помощью каждой аликвоты суспензии пульпы с добавкой g-pam получали обладающий размером 200 см2 круглый лист бумаги ручного отлива плотностью 60 г/м2. Затем сформованное полотно сжимали между промокательной бумагой и сушили в нагреваемой вращающейся барабанной сушилке при температуре, равной 240°F, и получали лист бумаги ручного отлива.
Прочность на разрыв во влажном состоянии готовой бумаги определяли в соответствии с методикой TAPPI Test Method Т456. Каждое значение прочности на разрыв было средним для 3 измерений и его приводили в фунтах на дюйм (фунт/дюйм). "5-Минутную прочность на разрыв во влажном состоянии" измеряли путем замачивания обработанной бумаги в воде при рН 7,0 в течение 5 мин и затем измеряли прочность на разрыв во влажном состоянии. Уменьшение в % рассчитывали по соотношению: (начальная прочность на разрыв во влажном состоянии - 5-минутная прочность на разрыв во влажном состоянии)/начальная прочность на разрыв во влажном состоянии. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
на разрыв во влажном состоянии (%)
Данные для сравни тельного g-pam 2 свидетельствуют о высокой начальной прочности во влажном состоянии , при данной полимером , описанным в патенте
US № 3556932 , а также низким уменьшением прочности на разрыв во влажном состоянии. Данные для сравнительного g-pam 1 свидетельствуют об улучшенном уменьшении прочности на разрыв во влажном состоянии при использовании обладающего более низкой молекулярной массой исходного полимера (по сравнению с описанным в патенте US № 3556932), а также низкой начальной прочности прочность во влажном состоянии , при данной полимером, описанным в патенте US № 4605702.
Примечательным отличием является то, что данные дл я g-pam 1 свидетельствуют о том, что начальная прочность во влажном состоянии является такой же или даже большей , чем при использовании полимера, описанного в патенте US № 3556932, и одновременно уменьшение прочности на разрыв во влажном состоянии является таки м же или даже более значительным , чем при использовании полимера, описанного в патенте US № 4605702. Таким образом, глиоксалированный сополимер виниламида , предлагаемый в настоящем изобретении, неожиданно приводит к более эффективному приданию начальной прочность во влажном состоянии и высокой степени уменьшения прочности на разрыв во влажном состоянии .
Сравнительный g-pam 3 показывает, что глиоксалирование сополимера A способом глиоксалирования, описанным в патенте US № 3556932, улучшает начальную прочность на разрыв бумаги во влажном состоянии по сравнению со сравнительным g-pam 2, однако бумага обладает заметно меньшим уменьшением прочности на разрыв во влажном состоянии по сравнению со сравнительными g-pam 2 и g-pam 1. Таким образом , по сравнению со способами глиоксалирования предшествующего уровня техники, способ глиоксалирования, предлагаемый в настоящем изобретении, неожиданно дает глиоксалированные со полимеры, придающие бумаге превосходные характеристики прочности во влажном состоянии.
Прочность на продавливание готовой бумаги измеряли на приборе Муллена для испытания на сопротивление продавливанию в соответствии с TA PPI Test Method T403. "30 - минутную прочность на продавливание во влажном состоянии" определяли путем замачиавния обработанной бумаги в во де при pH 7,0 в течение 30 мин и затем измеряли прочность на продавливание во влажном состоянии. Уменьшение в % рассчитывали по соотношению: (начальная прочность на продавливание во влажном состоянии - 30- минутнай прочность на продавливание во влажном состоянии)/начальная прочность на продавливание во влажном состоянии. Результаты приведены в таблице 2 .
Таблица 2
(%)
1
(%)
Данные для "сравнительного g-pam 1 " свидетельствуют о хорошем уменьшении прочности на продавливание во влажном состоянии при использовании этой добавки, однако, они также свидетельствуют о том, что полимер, описанный в патенте US № 4605702, придает низкую начальную прочность во влажном состоянии. Данные для "g-pam 1" свидетельствуют о таком же уменьшении прочности на разрыв во влажном состоянии, как в случае "сравнительного g-pam 1", и одновременно благоприятно свидетельствуют о заметно большей начальной прочности на прод авливание во влажном состоянии.
Данные для "g-pam 2 " и "g-pam 3" демонстрируют влияние использования обладающих более высокой молекулярной массой полимеров в способе, предлагаемом в настоящем изобретении, в частности то, что добавки, полученные из обладающих более высокой Mw полимеров, приводят к большей начальной прочности на продавливание во влажном состоянии , и более низкому уменьшению прочности на продавливание во влажном состоянии .
Раскрытия каждого и всех патентов, заявок на патенты и публикаций, цитированных в настоящем изобретении, во всей своей полноте включены в настоящее изобретение в качестве ссылки дл я всех объектов.
Хотя продукты, композиции, способы их получения и способы их применения раскрыты со ссылкой на конкретные варианты осуществления, очевидно, что специалисты в данной области техники без отклонения от истинной сущности и объема описанным продуктов и способов могут предложить другие варианты осуществления и изменения. Предполагается, что прилагаемая формула изобретения включает все такие варианты осуществления и эквивалентные изменения.
9. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера, включающий: проведение реакции в основном водной реакционной смеси катионогенного сополимера виниламида и глиоксаля, в которой в пересчете на сухое вещество отношение глиоксаль : катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от примерно 5 до примерно 40 мас. % глиоксаля и от примерно 95 до примерно 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от примерно 0,3 до примерно 3,0%, катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 15000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем и содержит от примерно 5 до примерно 95 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от примерно 95 до примерно 5 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования и при рН реакционной смеси, равном от 8,5 до 12.
10. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по п. 9, в которой катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от более 20000 Дальтон до примерно 80000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 60000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 50000 Дальтон, от более 20000 Дальтон до примерно 25000 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем.
11. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 9-10, в которой катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от примерно 20500 Дальтон до примерно 47500 Дальтон или примерно 79500 Дальтон в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем.
12. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 9-11, в которой полная концентрация твердых веществ в водной реакционной среде равна от примерно 0,5 до примерно 2,5%, от примерно 0,65% до примерно 2%, от примерно 0,75%) до примерно 2%, от примерно 0,75% до примерно 1,5%, от примерно 0,75%) до примерно 1%.
13. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 9-12, в которой в пересчете на сухое вещество отношение глиоксаль : катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от примерно 10 до примерно 30 мас. % глиоксаля и от примерно 90 до примерно 70 мас. % катионогенного сополимера виниламида, от примерно 20 до примерно 25 мас. % глиоксаля и от примерно 80 до примерно 75 мас. % катионогенного сополимера виниламида или от примерно 23 мас. % глиоксаля до примерно 77 мас. % катионогенного сополимера виниламида.
14. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 9-13, в которой реакцию проводят при рН реакционной смеси, равном от 8,5 до 12, от 9 до 11,5, от 9,5 до 11 или от 9,5 до 10,5, или 10,5.
15. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 9-14, в которой реакцию проводят в течение от 10 до 300 мин, от 25 до 250 мин, от 50 до 200 мин, от 100 до 200 мин или от 100 до 150 мин.
16. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 9-15, в которой реакцию проводят при температуре от 15 до 35°С, от 20 до 30°С, от 20 до 25°С или 20°С.
17. Способная вступать в реакцию с целлюлозой композиция глиоксалированного сополимера, полученная способом по любому из п.п. 9-16.
18. Способ получения бумаги, включающий одно из следующих: (а) объединение композиции глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 1-8 или 17 и целлюлозных волокон; или (b) нанесение глиоксалированной композиции по любому из п.п. 1-8 или 17 на влажную или сухую бумагу.
19. Придающая прочность бумаге добавка или покрытие, содержащее композицию глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 1-8 или 17.
20. Бумага, на которую нанесена или которая содержит композицию глиоксалированного сополимера по любому из п.п. 1-8, 17 или 19.
Настоящее изобретение относится к способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера, применяемой в бумажных продуктах, а также к способу ее получения. Указанная композиция содержит водную среду и от 0,1 до 4 мас.% способного вступать в реакцию с целлюлозой глиоксалированного сополимера виниламида в пересчете на полную массу водной среды. Глиоксалированный сополимер виниламида получают в результате реакции в водной реакционной среде глиоксаля и катионогенного сополимера виниламида. Сотношение глиоксаль:катионогенный сополимер в пересчете на сухое вещество в водной реакционной среде составляет от 5 до 40 мас.% глиоксаля и от 95 до 60 мас.% катионогенного сополимера виниламида. Водная реакционная среда обладает от 0,5 до 2,5 мас.% полной концентрацией твердых веществ. Среднемассовая молекулярная масса катионогенного сополимера виниламида составляет от 20500 до 46100 Дальтон. Катионогенный сополимер виниламида включает от 5 до 95 мас.% мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от 95 до 5 мас.% мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования. Полученная композиция обладает улучшенными характеристиками для применения в бумажных продуктах, в том числе и способностью придавать прочность во влажном состоянии. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.
1. Способная вступать в реакцию с целлюлозой композиция глиоксалированного сополимера, применяемая в бумажных продуктах, содержащая водную среду и от 0,1 до 4 мас. % способного вступать в реакцию с целлюлозой глиоксалированного сополимера виниламида в пересчете на полную массу водной среды,
где глиоксалированный сополимер виниламида получают по реакции в водной реакционной среде глиоксаля и катионогенного сополимера виниламида, в пересчете на сухое вещество соотношение глиоксаль:катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от 5 до 40 мас. % глиоксаля и от 95 до 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от 0,5 до 2,5 мас.%, катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от 20500 Дальтон до 46100 Дальтон, в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем и включает от 5 до 95 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от 95 до 5 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования.
2. Способная вступать в реакцию с целлюлозой композиция глиоксалированного сополимера по п. 1, в которой:
катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от более 20500 Дальтон до 25000 Дальтон, в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем; полная концентрация твердых веществ в водной реакционной среде равна от 0,75 до 1 мас.%; и
в пересчете на сухое вещество соотношение глиоксаль:катионогенный сополимер в водной реакционной среде составляет от 23 мас. % глиоксаля до 77 мас. % катионогенного сополимера виниламида.
3. Способная вступать в реакцию с целлюлозой композиция глиоксалированного сополимера по любому из пп. 1, 2, полученная по реакции, проводимой при рН реакционной смеси, равном от 8,5 до 12.
4. Способная вступать в реакцию с целлюлозой композиция глиоксалированного сополимера по любому из пп. 1-3, полученная по реакции, проводимой в течение от 10 до 300 мин.
5. Способная вступать в реакцию с целлюлозой композиция глиоксалированного сополимера по любому из пп. 1-4, полученная по реакции, проводимой при температуре от 15 до 35°С.
6. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера, включающий: проведение реакции в основном водной реакционной смеси катионогенного сополимера виниламида и глиоксаля, в которой в пересчете на сухое вещество соотношение глиоксаль:катионогенный сополимер в водной реакционной среде находится в диапазоне от 5 до 40 мас. % глиоксаля и от 95 до 60 мас. % катионогенного сополимера виниламида, водная реакционная среда обладает полной концентрацией твердых веществ, равной от 0,5 до 2,5 мас.%, катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от 20500 Дальтон до 46100 Дальтон, в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем и содержит от 5 до 95 мас. % мономера диаллилдиметилгалогенида аммония и от 95 до 5 мас. % мономера акриламида в пересчете на полную массу катионогенного сополимера до глиоксалирования и при рН реакционной смеси, равном от 8,5 до 12.
7. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по п. 6, в которой: катионогенный сополимер виниламида обладает среднемассовой молекулярной массой, равной от более 20500 Дальтон до 25000 Дальтон, в пересчете на полную массу катионогенного сополимера виниламида до реакции с глиоксалем;
полная концентрация твердых веществ в водной реакционной среде равна от 0,75 до 1 мас.%; и
в пересчете на сухое вещество соотношение глиоксаль:катионогенный сополимер в водной реакционной среде составляет от 23 мас. % глиоксаля до 77 мас. % катионогенного сополимера виниламида.
8. Способ получения способной вступать в реакцию с целлюлозой композиции глиоксалированного сополимера по любому из пп. 6-7, в котором: реакцию проводят при рН реакционной смеси, равном от 8,5 до 12, от 9 до 11,5, от 9,5 до 11 или от 9,5 до 10,5 или 10,5;
реакцию проводят в течение от 10 до 300 мин, от 25 до 250 мин, от 50 до 200 мин, от 100 до 200 мин или от 100 до 150 мин и
реакцию проводят при температуре от 15 до 35°С, от 20 до 30°С, от 20 до 25°С или при 20°С.
9. Способная вступать в реакцию с целлюлозой композиция глиоксалированного сополимера, применяемая в бумажных продуктах, полученная способом по любому из пп. 6-8.
10. Способ получения бумаги, включающий одно из следующих: (а) объединение композиции глиоксалированного сополимера по любому из пп. 1-5 или 9 и целлюлозных волокон или (b) нанесение глиоксалированной композиции по любому из пп. 1-5 или 9 на влажную или сухую бумагу.
| АВТОМАТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОХЛАЖДЕННЫХ ПРОДУКТОВ | 2006 |
|
RU2386580C2 |
| US 8435382 B2, 07.05.2013 | |||
| WO 2015035297 A1, 12.03.2015 | |||
| АЛЬДЕГИД-ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫЕ ПОЛИМЕРЫ С УЛУЧШЕННОЙ СТАБИЛЬНОСТЬЮ | 2010 |
|
RU2559453C2 |
