КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БУМАГИ ВО ВЛАЖНОМ И В СУХОМ СОСТОЯНИИ Российский патент 2024 года по МПК D21H17/33 C09K3/00 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

По настоящей заявке испрашивается преимущество по заявке U.S. №16/288477, поданной 28 февраля 2019 г.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в целом относится к композиции и способу, предназначенным для увеличения прочности бумаги во влажном и в сухом состоянии. Точнее, настоящее изобретение относится к получению композиции, сушки композиции для обеспечения ее стабильности при хранении, восстановлению композиции и последующему применению восстановленной композиции для изготовлении бумаги.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Глиоксалированные полиакриламидные (ГПАМ) смолы в водных растворах широко использовали в бумажной промышленности. Эти ГПАМ смолы обычно добавляют на мором этапе изготовления бумаги и они улучшают способ изготовления бумаги и характеристики бумаги. Рабочие характеристики этих ГПАМ смол можно улучшить путем увеличения молекулярной массы, изменения структуры полимера и/или регулирования количества реакционноспособных глиоксальных функциональных групп. Однако низкое содержание твердых веществ, чувствительность к воздействию температуры и изменению значения рН и сравнительно непродолжительный срок хранения ГПАМ смол являются основными затруднениями для промышленности. Желательно получить ГПАМ смолу, обладающую более продолжительным сроком хранения, стабильностью при транспортировке и высокой концентрацией при транспортировке. Однако до настоящего времени эта задача не была решена.

В данной области техники известно несколько возможностей улучшения стабильности ГПАМ смол. Эти возможности включают использование стабилизирующих агентов (US 2011/0146925 А1), использование для глиоксалирования обладающих низкой молекулярной массой полимеров на основе акриламида (US 4605702) или использование микрочастиц глиоксалированного полиакриламида, полученных по методикам полимеризации в обращенной эмульсии (US 4954538). Совсем недавно фирмой BASF (US 8703847 В2, US 9879381 В2) раскрыт способ транспортировки обладающих высоким содержанием твердых веществ растворов полиакриламида и проведения глиоксалирования на производстве. В этом способе для получения материалов, обладающих воспроизводимыми характеристиками, необходимо тщательно регулировать значение рН и температуру.

Однако ни один из этих способов не обеспечивает готового решения задачи.

Если ГПАМ смолы сушат сами по себе, то они не могут повторно растворяться в воде и альдегидные функциональные группы больше не обладают способностью придавать бумаге прочность. Кроме того, обладающие высокой концентрацией растворы ГПАМ обладают даже менее продолжительным сроком хранения, чем обладающие более низкой концентрацией растворы. Использующиеся в промышленности продукты при их хранении и продаже обладают содержанием твердых веществ, обычно составляющим лишь примерно 10%.

Соответственно, сохраняется возможность улучшения и разработки композиции и способа, которые соответствуют требованиям, существующим в настоящее время в промышленности. Кроме того, другие необходимые особенности и характеристики настоящего изобретения станут понятны из последующего подробного описания настоящего изобретения и прилагаемой формулы изобретения, вместе с прилагаемыми чертежами и этим описанием уровня техники.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ Настоящее изобретение относится к композиции, предназначенной для увеличения прочности бумаги. Композиция включает модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность,, растворимое в воде соединение, которое содержит один или большее количество гидроксильных или амидных фрагментов и которое обладает растворимостью в воде примерно при 25°С, составляющей примерно 5 мас. % или более, и воду. Кроме того, растворимое в воде соединение обычно содержится в массовом количестве, превышающем массовое количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность.

Настоящее изобретение также относится к способу получения композиции. Способ включает стадии объединения модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, и растворимого в воде соединения в водных средах с получением композиции, где растворимое в воде соединение обычно содержится в указанном в пересчете на сухое вещество количестве, превышающем количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность. Способ также включает стадию сушки композиции с получением порошка или пасты, которые обладают содержанием воды, составляющим менее примерно 10 мас. %, и являются стабильными после хранения при температуре, равной примерно комнатной температуре, в течение примерно 6 месяцев, и стадию восстановления порошка или пасты путем добавления к ним воды.

Настоящее изобретение также относится к способу увеличения прочности бумаги во влажном и/или в сухом состоянии. Этот способ включает стадию объединения модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, и растворимого в воде соединения в водных средах с получением композиции, где растворимое в воде соединение содержится в указанном в пересчете на сухое вещество количестве, превышающем количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность. Способ также включает стадию сушки композиции с получением порошка или пасты, которые обладают содержанием воды, составляющим менее примерно 10 мас. %, и являются стабильными после хранения при температуре, равной примерно комнатной температуре, в течение примерно 6 месяцев, восстановления порошка или пасты путем добавления к ним воды, получения водной суспензии целлюлозных волокон, объединения восстановленной композиции и водной суспензии целлюлозных волокон, и изготовления бумаги из комбинации восстановленной композиции и водной суспензии целлюлозных волокон, где бумага обладает прочностью во влажном и/или в сухом состоянии, более высокой, чем прочность бумаги, изготовленной без применения восстановленной композиции.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенное ниже подробное описание по существу является лишь иллюстративным и не предназначено для ограничения композиции, предназначенной для увеличения прочности бумаги. Кроме того, не следует ограничиваться никакими теоретическими соображениями, приведенными в предшествующем описании уровня техники или последующем подробном описании.

Варианты осуществления настоящего изобретения в целом относятся к композициям, предназначенным увеличения прочности бумаги, и к способам получения этих композиций. Для краткости изложения в настоящем изобретении обычные методики, относящиеся к получению таких композиций, могут быть не описаны подробно. Кроме того, различные стадии операций и методик, описанные в настоящем изобретении, могут быть включены в более общие процедуры или методики, включающие дополнительные стадии или функциональные характеристики, подробно не описанные в настоящем изобретении. В частности, различные стадии получения таких композиций могут являться хорошо известными и поэтому для краткости изложения многие обычные стадии описаны в настоящем изобретении лишь кратко или они не включены совсем и не приведены хорошо известные подробности осуществления методик.

При использовании в настоящем изобретении и если не указано иное: (1) все содержания, выраженные в процентах, частях, отношениях и т.п., являются массовыми; (2) если количество, концентрация или другое значение или параметр приведены в виде перечня предпочтительных максимальных значений и предпочтительных минимальных значений, это следует понимать, как специальное раскрытие всех диапазонов, образованных любой парой типичного максимального значения и типичного минимального значения, независимо от того, какие диапазоны раскрыты по отдельности; (3) термин "полное содержание твердых веществ" означает содержание твердых веществ, которые остались после удаления летучих веществ (например, растворителей); (4) термин "активные твердые вещества" означает долю по меньшей мере одной ГПАМ смолы в полном количестве твердых веществ, оставшихся после вычитания содержания растворимого в воде соединения, использующегося в сырье.

Композиция

Настоящее изобретение относится к композиции, предназначенной для увеличения прочности бумаги. Композиция может представлять собой жидкость, порошок или пасту. Альтернативно, в различные моменты времени во время проведения способа получения и/или применения композицию можно изменить и получить из жидкости порошок и/или пасту, или из порошка получить пасту, или наоборот.

Прочность бумаги обычно определяют на основании измерения прочности в сухом состоянии или прочности во влажном состоянии. В различных вариантах осуществления композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, обеспечивает увеличение прочности в сухом состоянии бумаги, изготовленной с применением этой композиции, составляющее по меньшей мере примерно 80, 85, 90, 95% или более, по сравнению с прочностью бумаги, изготовленной без применения композиции, предлагаемой в настоящем изобретении. В других вариантах осуществления композиция, предлагаемая в настоящем изобретении, обеспечивает увеличение прочности бумаги во влажном состоянии, изготовленной с применением этой композиции, составляющее по меньшей мере примерно 80, 85, 90, 95% или более, по сравнению с прочностью бумаги, изготовленной без применения композиции, предлагаемой в настоящем изобретении. Обычно прочность во влажном состоянии определяют с использованием методики TAPPI Method Т456 (TAPPI = техническое общество целлюлозно-бумажной промышленности) с использованием Finch Cup.Обычно прочность в сухом состоянии определяют с использованием методики TAPPI Test Method Т494.

В других вариантах осуществления эта композиция обеспечивает прочность бумаги во влажном и/или в сухом состоянии, которая составляет примерно 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 или даже 100% от прочности бумаги во влажном и/или в сухом состоянии, изготовленной с применением только ГПАМ, который не сушат и затем не восстанавливают. В действительности, в других вариантах осуществления эта композиция обеспечивает улучшение прочности бумаги во влажном и/или в сухом состоянии, которое составляет примерно 5, 10, 15, 20% или даже более, по сравнению с прочностью бумаги во влажном и/или в сухом состоянии, изготовленной с применением только ГПАМ, который не сушат и затем не восстанавливают. Эта рабочая характеристика является важной, поскольку это обеспечивает возможность транспортировки композиций, предлагаемых в настоящем изобретении, без наличия воды и обеспечивает их стабильность при хранении. Это существенно уменьшает затраты на транспортировку и возникающие при этом сложности и обеспечивает устранение указанных выше затруднений.

В другом варианте осуществления указанные выше композиции придают изготовленной или обработанной с помощью восстановленных композиций бумаге прочность во влажном состоянии и/или временную прочность во влажном состоянии, и/или прочность в сухом состоянии. Так, например, в одном варианте осуществления композиция является порошкообразной и обладает сроком хранения, составляющим не менее 6 месяцев, при этом после хранения композиции в течении 6 месяцев она придает бумаге прочность во влажном состоянии и/или прочность в сухом состоянии, составляющую не менее примерно 80% от прочности бумаги во влажном состоянии и/или прочности в сухом состоянии, обеспеченной композицией, использованной в течение 1 месяца после ее получения. В других вариантах осуществления после хранения композиции в течении 6 месяцев она придает бумаге прочность во влажном состоянии и/или прочность в сухом состоянии, составляющую не менее примерно 85, 90, 95% или более от прочности бумаги во влажном состоянии и/или прочности в сухом состоянии, обеспеченной композицией, использованной в течение 1 месяца после ее получения.

В различных вариантах осуществления композиция включает модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, растворимое в воде соединение, которое содержит одну или большее количество гидроксигрупп или амидных групп, и которое обладает растворимостью в воде примерно при 25°С, составляющей примерно 5 мас. % или более, и воду, или она в основном состоит или состоит из этих веществ. В различных вариантах осуществления эта композиция может включать или не включать любую одну или большее количество добавок или других соединений, описанных ниже.

В различных вариантах осуществления композиция обладает содержанием твердых веществ, составляющим менее примерно 5, 10, 15, 20, 25 или 30 мас. %. В других вариантах осуществления композиция обладает содержанием твердых веществ, составляющим от примерно 10 до примерно 30 мас. %. В других вариантах осуществления композиция обладает содержанием твердых веществ, составляющим более примерно 30 мас. %. Твердые вещества обычно образованы любыми соединениями, которые являются нелетучими после удаления растворимых в воде соединений.

В других вариантах осуществления композиция обладает такой растворимостью, что примерно при 25°С образует примерно 1 мас. % раствор в воде. В других вариантах осуществления композиция обладает такой растворимостью, что примерно при 25°С образует примерно от 1 до 5 мас. % раствор в воде. Композиция сама по себе может являться полностью растворимой в воде, например, обладать растворимостью, составляющей вплоть до примерно 100%. Однако это отличается от количества композиции, которое фактически применяют. Композицию можно применять, например, в количестве, составляющем вплоть до примерно 5 мас. % в воде.

В одном варианте осуществления в ходе изготовления бумаги композиция и придает прочность во влажном состоянии, и обеспечивает лучшее удерживание химических веществ. Удерживание химического вещества можно описать, как удерживание мелких частиц и других подобных веществ, как это должно быть очевидно и понятно для специалистов в данной области техники.

Модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность

На модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, не налагаются особые ограничения и им может являться любой модифицированный диальдегидом полиакриламид, известный в данной области техники. Так, например, модифицированный диальдегидом полиакриламид можно дополнительно определить, как глиоксалированный полиакриламид, который содержит альдегидную группу, также известный, как ГПАМ или ГПАМ смола. Другие неограничивающие примеры подходящих модифицированных диальдегидом полиакриламидов включают катионогенные полиакриламиды, сополимеры акриламида с ДАДМАХ (диаллилдиметиламмонийхлорид) и т.п., и их комбинации.

В других вариантах осуществления модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, может являться катионогенным и может являться сополимером, который представляет собой или включает продукт реакции акриламидного мономера и катионогенного мономера. Примеры подходящих катионогенных мономеров включают диаллилдиметиламмонийхлоридные мономеры и т.п., как это должно быть очевидно для специалистов в данной области техники.

В других вариантах осуществления модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, дополнительно определен, как полиакриламидная смола, содержащая реакционноспособные группы на основе альдегида. В другом варианте осуществления для получения ГПАМ смолы используют преполимер, где преполимер по своей природе может являться катионогенным, анионогенным или амфотерным. На различные ионогенные мономеры, которые могут быть включены в преполимер ГПАМ, и, таким образом, в ГПАМ смолу, не налагаются особые ограничения и их может выбрать специалист в данной области техники. В различных вариантах осуществления можно использовать такие мономеры, как диаллилдиметиламмонийхлорид или акриламидметилпропансульфоновая кислота.

В других вариантах осуществления модифицированным диальдегидом полиакриламидный агентом, придающим прочность, является продукт реакции глиоксаля и преполимера, который является продуктом реакции акриламидного мономера и диаллилдиметиламмонийхлоридного мономера, где отношение количества молей акриламида к количеству молей диаллилдиметилиламмонийхлорида составляет от примерно 99:1 до примерно 50:50 соответственно, и где примерно 40 мол. % акриламидных групп, содержащихся в акриламидных мономерах, вступают в реакцию и примерно 15 мол. % акриламидных групп содержат активные альдегидные функциональные группы.

На количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, содержащегося в этой композиции, не налагаются особые ограничения. В различных вариантах осуществления количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, приведено в виде отношения к количеству растворимого в воде соединения, более подробно описанного ниже. Так, например, растворимое в воде соединение может содержаться при указанном в пересчете на сухое вещество отношении его массы к массе модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, которое соответственно может составлять более примерно 1:1, примерно 1,5:1, примерно 2:1, примерно 2,5:1, примерно 3:1, примерно 3,5:1, примерно 4:1, примерно 4,5:1 или примерно 5:1, или даже более. Растворимое в воде соединение обычно содержится в массовом количестве, которое превышает массовое количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность. В отношении выраженных в мас. % количеств модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, может содержаться в количестве, составляющем от примерно 1 до примерно 20, от примерно 2 до примерно 10, от примерно 2 до примерно 8, от примерно 5 до примерно 10 или от примерно 5 до примерно 8 фунтов в пересчете на 1 тонну сухой бумаги. В других вариантах осуществления модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, может содержаться в количестве, составляющем 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и т.п., и вплоть до 20 фунтов в пересчете на 1 тонну сухой бумаги. В различных неограничивающих вариантах осуществления все значения и диапазоны значений, включая указанные выше и находящиеся в промежутке между ними, явно предусмотрены для использования.

В различных вариантах осуществления модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, получают с использованием виниламидного полимера и реакционноспособного реагента, как это описано ниже. Содержащие основные виниламидные цепи полимеры, которые затем можно глиоксалировать, можно синтезировать путем свободнорадикальной или проводимой с использованием окислительно-восстановительного катализа полимеризации виниламидного мономера и необязательно одного или большего количества ионогенных сомономеров или неионогенных сомономеров. Для обеспечения структуры основной цепи полимера также можно включать сшивающие реагенты, содержащие множество полимеризующихся винильных групп. Для регулирования молекулярной массы молекул полимера, а также для введения разветвлений можно использовать реагент-переносчик цепи, такой как гипофосфит натрия.

Виниламидный полимер можно получить по любой подходящей методике полимеризации. Полимеры можно получить путем полимеризации в растворе, полимеризации в суспензии типа вода-в-масле или полимеризации в эмульсии типа вода-в-масле. Полимеры можно получить в виде гранул путем суспензионной полимеризации или в виде эмульсии или дисперсии типа вода-в-масле путем полимеризации в эмульсии типа вода-в-масле. Альтернативно, виниламидный полимер можно получить в виде дисперсии в водной среде. Она может представлять собой, например, дисперсию частиц виниламида размером не менее 20 мкм в водной среде, содержащей обеспечивающий поддержание равновесия агент. Они могут также включать, например, водные дисперсии частиц виниламида, полученные с помощью полимеризации растворимых в воде мономеров в присутствии водной среды, содержащей растворенные и обладающие низкой характеристической вязкостью полимеры, такие как полидиаллилдиметиламмонийхлорид, и необязательно другие растворенные вещества, например, электролит и/или полигидроксисоединения, например, полиалкиленгликоли.

Виниламидными полимерами, которые можно глиоксалировать, могут являться обладающие любой молекулярной массой, которые можно получить по методикам синтеза полимеров, известным специалистам в данной области техники. Виниламидный полимер может являться неионогенным, катионогенным, анионогенным или амфотерным. Виниламидный полимер может являться сшитым или структурированным. Средняя молекулярная масса виниламидного полимера может составлять от 500 примерно до 5000000 или даже 10000000 Да.

Исходный виниламидный полимер обычно обладает средней молекулярной массой, равной по меньшей мере 500, однако чаще по меньшей мере от примерно 10000 до примерно 5000000. Так, например, предусмотрены значения, равные от 50000 до 2000000, от 70000 до 1000000. В различных неограничивающих вариантах осуществления в способе, предлагаемом в настоящем изобретении, можно глиоксалировать виниламидные полимеры, обладающие молекулярной массой, равной примерно 50000 или более, примерно 70000 или более и даже примерно 85000 или 100000 или более. Типичными диапазонами средней молекулярной массы являются составляющие от 5000 примерно до 150000, от 10000 примерно до 150000 или от 25000 примерно до 150000.

Подходящими виниламидными мономерами являются (мет)акриламид, монозамещенные С₁-С₄-(мет)акриламиды, такие как N-метил(мет)акриламид, N-этил(мет)акриламид. Наиболее типичными виниловыми мономерами являются акриламид и метакриламид. Термин "(мет)акриламиды" включает и акриламид, и метакриламид.

Наличие виниламида обеспечивает положения, к которым присоединяются реакционноспособный реагент или глиоксальсодержащие заместители. Минимальная доля виниламидных звеньев, которые могут содержаться, может являться достаточной для того, чтобы глиоксалированный полимер отверждался при нагревании таким образом, что, если глиоксалированный полимер, извлечь из водного раствора, поместить на стеклянную пластину и нагревать примерно при 105°С в течение 5 мин, то он образует нерастворимую в воде пленку. Таким образом, виниламидный полимер (до глиоксалирования) можно получить с использованием по меньшей мере примерно 10 мас. % виниламидных мономеров. Обычно виниламидный полимер получают с использованием по меньшей мере от примерно 20 до примерно 100 мас. % виниламидных мономеров. Так, например, виниламидный полимер получают с использованием по меньшей мере от примерно 20 до примерно 99 мас. %, по меньшей мере от примерно 25 до примерно 90 мас. % виниламидных мономеров или с использованием по меньшей мере примерно 50 мас. % или, чаще, по меньшей мере примерно 70 мас. % виниламидных мономеров. Выраженное в мас. % количество указано в пересчете на полную массу мономеров, использующихся для получения виниламидного полимера. После полимеризации мономеров они превращаются в звенья, включенные в полимер. Таким образом, в полимерах, предлагаемых в настоящем изобретении, могут содержаться звенья, которые могут придавать полимеру ионогенные характеристики, или которые действуют, как разбавители или разделяющие звенья, или которые придают конкретные характеристики, например, увеличивают или уменьшают растворимость в воде.

Ионогенные сомономеры, которые можно использовать вместе с виниламидными мономерами, могут являться катионогенными, возможными катионогенными, анионогенными, возможными анионогенными или амфотерными. Если используют катионогенные сомономеры, то можно использовать один или большее количество катионогенных мономеров и полное количество катионогенного мономера может являться таким, что аддукт глиоксаля и виниламидного сополимера обладает сродством к целлюлозным волокнам в водной суспензии. Также можно использовать катионогенные сомономеры.

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 диаллилдиметиламмонийхлорид, (мет)акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид

(диметиламиноэтил(мет)акрилат, 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)акриламидопропилтриметиламонийхлорида. Возможными катионогенными мономерами могут являться, например, мономеры, которые обладают положительным зарядом в кислой среде, например, если функциональная аминогруппа, содержащаяся в возможном катионогенном мономере, протонирована.

Количество катионогенного сомономера может составлять от примерно О до примерно 90 мас. %, от примерно 0,1 до примерно 50 мас. %, от примерно 0,1 до примерно 40 мас. %, от примерно 0,1 до примерно 30 мас. %, от примерно 0,1 до примерно 25 мас. % или от примерно 0,1 до примерно 15 мас. % или примерно 10 мас. %. Выраженное в мас. % количество указано в пересчете на полную массу мономера (мономеров), использующегося для получения виниламидного полимера.

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, образованные с щелочными металлами и аммонием, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота и ее соли, стиролсульфонат натрия и т.п. Альтернативно, если исходным виниламидным полимером является полиакриламид, он может быть частично гидролизован для придания некоторого анионогенного характера, затем функционализирован с помощью реакционноспособного реагента. Возможными анионогенными мономерами могут являться, например, акриламид, который, если он частично гидролизован, образует кислоту, это может придать полимеру в щелочной среде анионогенный характер. Альтернативно, возможными анионогенными мономерами могут являться, например, мономер ангидрида, такого как малеиновый ангидрид или итаконовый ангидрид, который также может быть гидролизован с образованием соответствующей кислоты.

Виниламидный полимер может являться амфотерным; т.е. полимер может содержать анионогенные и катионогенные функциональные группы. Амфотерный виниламидный полимер может быть образован и из анионогенных, и из катионогенных мономеров, или, альтернативно, из цвиттерионных мономеров. Различные мономеры (анионогенные, катионогенные и/или цвиттерионные) могут вступать в реакцию при любом массовом соотношении с образованием амфотерного виниламидного полимера. Предпочтительно, если преобладающим зарядом образовавшегося амфотерного виниламидного полимера является положительный заряд. Таким образом, выраженное в мол. % количество катионогенного мономера превышает выраженное в мол. % анионогенного мономера, включенного в амфотерный виниламидный полимер.

Подходящие неионогенные мономеры, отличающиеся от виниламида, могут быть выбраны из группы, состоящей из следующих: (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, Ν,Ν-диалкил(мет)акриламиды, такие как Ν,Ν'-диметилакриламид; стирол, винилацетат, гидроксиалкилакрилаты и метакрилат, такие как 2-гидроксиэтилакрилат, и акрилонитрил.

Исходный виниламидный полимер или полученный аддукт виниламидного полимера может являться сшитым, разветвленным или другим образом структурированным, или линейным. Так, например, исходный виниламидный полимер или полученный аддукт виниламидного полимера может являться линейным, сшитым, содержащим перенесенную цепь или сшитым и содержащим перенесенную цепь (структурированным).

Сшивающими реагентами обычно являются полиэтиленовоненасыщенные сшивающие реагенты. Примерами являются метиленбис(мет)акриламид, триаллиламмонийхлорид; тетрааллиламмонийхлорид, полиэтиленгликольдиакрилат; полиэтиленгликольдиметакрилат; N-винилакриламид; дивинилбензол; тетра(этиленгликоль)диакрилат; диметилаллиламиноэтилакрилатаммонийхлорид; Na соль диаллилоксиуксусной кислоты; диаллилоктиламид; триакрилат этоксилата триметилпропана; N-аллилакриламид, N-метилаллилакриламид, пентаэритриттриакрилат и их комбинации. Вместо этих соединений или в дополнение к ним можно использовать другие системы для сшивки. Так, например, ковалентную сшивку через боковые группы можно обеспечить путем использования этиленовоненасыщенных эпоксидных или силановых мономеров, или путем использования полифункциональных сшивающих реагентов, таких как силаны, эпоксиды, соединения многовалентных металлов, или других известных сшивающих систем.

Для синтеза исходного виниламидного полимера можно использовать реагенты-переносчики цепи. Подходящими реагентами-переносчиками цепи являются 2-меркаптоэтанол; обладающие низкой молекулярной массой органические кислоты, такие как молочная кислота, муравьиная кислота, яблочная кислота или масляная кислота; изопропиловый спирт; тиокислоты и гипофосфиты.

В отношении реакционноспособного реагента следует отметить, что реакционноспособный реагент обычно содержит более одного альдегидного фрагмента. Реакционноспособные реагенты могут быть выбраны из группы, состоящей из следующих: глиоксаль, глутаровый альдегид, фурандиальдегид, 2-гидроксиадипиновый альдегид, янтарный альдегид, диальдегидкрахмал, диэпоксисоединения и их комбинации. Типичным реакционноспособным реагентом является глиоксаль. Отношение количества молей амидных групп (содержащихся в виниламидном полимере) к количеству молей реакционноспособного реагента обычно составляет от примерно 12:1 до примерно 2:1, например, от примерно 10:1 до примерно 2,5:1, от примерно 6:1 до примерно 2,5:1 и от примерно 6:1 до примерно 3:1. Количество молей амидных групп, содержащихся в виниламидном полимере, можно определить экспериментально по методикам, хорошо известным в данной области техники, или рассчитать на основании известного состава мономеров.

Добавление основания или изменение значения рН до превышающего 7 является наиболее распространенной методикой катализа реакции глиоксалирования. Каталитической средой для протекания реакции обычно считается среда, обладающая значением рН, находящимся в диапазоне от 7 до 13. Так, например, особенно подходящим является диапазон значение рН, составляющий от 8 до 12. Альтернативно, для поддержания значения рН можно добавить концентрированный регулирующий рН буферный раствор.

Растворимое в воде соединение

В отношении растворимого в воде соединения следует отметить, что это соединение обладает растворимостью в воде примерно при 25°С, составляющей примерно 5 мас. % или более. Растворимость обычно определена, как определенный анализом состав насыщенного раствора, выраженный в виде содержания определенного растворенного вещества в определенном растворителе. В этом случае растворимое в воде соединение является растворяемым, если примерно при 25°С его содержание в воде составляет 5% или более. В других вариантах осуществления растворимое в воде соединение обладает растворимостью в воде примерно при 25°С, составляющей примерно 10, 15, 20 или 25 мас. % или более, например, вплоть до 90, 95 мас. % или даже более.

Растворимое в воде соединение может являться полимерным или оно может являться отдельным соединением. В других вариантах осуществления можно использовать смеси полимеров и отдельных соединений. В одном варианте осуществления растворимое в воде соединение обладает способностью придавать бумаге благоприятные характеристики.

В различных вариантах осуществления растворимое в воде соединение содержит множество гидроксигрупп и/или амидных групп, и/или мочевинных групп. В одном варианте осуществления растворимое в воде соединение содержит одну или более, чем одну гидроксигруппу.

В различных вариантах осуществления растворимое в воде соединение выбрано из группы, включающей углевод, поливиниловый спирт (полимер ПВС), содержащий акриламид полимер их комбинации. Так, например, углевод можно дополнительно определить, как моносахарид, дисахарид, полисахарид и их комбинации. По существу, растворимое в воде соединение может быть выбрано из группы, включающей моносахариды, дисахариды, полисахариды и их комбинации. В различных вариантах осуществления растворимым в воде соединением является мальтодекстрин. Однако можно использовать любой сахарид.

В других вариантах осуществления растворимым в воде соединением является содержащий акриламид полимер. Подходящие неограничивающие примеры включают амфотерные полиакриламиды, амфотерные сополимеры акриламида с растворимыми в воде мономерами и их комбинации.. Специалист в данной области техники может выбрать растворимое в воде соединение в зависимости от того, является ли целью улучшение прочности в сухом состоянии или во влажном состоянии.

В одном варианте осуществления растворимым в воде соединением является небольшая молекула или макромолекула, образованная из природного материала или полученная путем модификации природного материала, или полученная путем химического синтеза.

В одном варианте осуществления растворимое в воде соединение включает или представляет собой небольшую молекулу, олигомер или полимер. В одном варианте осуществления растворимое в воде соединение содержит три или большее количество гидроксигрупп, или олигомер или полимер содержит три или большее количество гидроксигрупп в каждом повторяющемся звене. В одном варианте осуществления растворимым в воде соединением является углевод. В одном варианте осуществления растворимое в воде соединение включает олиго- или полисахарид. В одном варианте осуществления растворимым в воде соединением является глицерин.

В одном варианте осуществления растворимое в воде соединение включает полимер, содержащий акриламидные повторяющиеся звенья. В одном варианте осуществления акриламид полимеризован с мономерами, содержащими катионогенные функциональные группы или анионогенные функциональные группы, или их комбинацию. В одном варианте осуществления содержащий акриламид полимер может являться функционализированным.

В одном варианте осуществления растворимое в воде соединение дополнительно определено, как сополимер, полученный по реакции органических мономеров. На мономеры не налагаются особые ограничения и они могут быть выбраны из группы, включающей акриламидные мономеры, сахариды, содержащие гидроксигруппы мономеры, содержащие амидные группы мономеры, содержащие карбоксигруппы мономеры, содержащие альдегидные группы мономеры и т.п., и их комбинации. Альтернативно, как это должно быть очевидно для специалистов в данной области техники, мономером может являться любой полярный или гидрофильный мономер.

При объединении модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, и растворимого в воде соединения, модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, обычно вступает в реакцию с растворимым в воде соединением, при этом большинство доступных альдегидных групп (гемиацетальных групп), содержащихся в модифицированном диальдегидом полиакриламидном агенте, придающем прочность, вступает в реакцию с гидроксигруппами, содержащимися в растворимом в воде соединении. В одном варианте осуществления количество гидроксигрупп является избыточным по отношению к количеству реакционноспособных альдегидных групп.Так, например, количество гидроксигрупп может в 1,5, 2, 3 или даже большее количество раз превышать количество реакционноспособных альдегидных групп.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к композиции, включающей глиоксалированную полиакриламидную смолу, смешанную на молекулярном уровне с растворимым в воде соединением. Цельная смесь ГПАМ и растворимого в воде соединения не существует в виде водного раствора и при помещении содержащей ГПАМ смеси в воду образуется раствор, содержащий ГПАМ, при этом ГПАМ может придавать бумаге прочность во влажном и/или в сухом состоянии.

В одном варианте осуществления готовую реакционноспособную ГПАМ смолу получают путем регенерации альдегидных групп, проводимой путем растворения указанной выше композиции в воде. В другом варианте осуществления гидроксигруппы заменяют на другие химические группы, которые образуют обратимую связь при реакции с реакционноспособными альдегидными группами, содержащимися в ГПАМ смоле.

Как описано выше, растворимое в воде соединение может содержаться при указанном в пересчете на сухое вещество отношении его массы к массе модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, которое соответственно составляет более примерно 1:1, примерно 1,5:1, примерно 2:1, примерно 2,5:1, примерно 3:1, примерно 3,5:1, примерно 4:1, примерно 4,5:1 или примерно 5:1, или даже более. Растворимое в воде соединение обычно содержится в массовом количестве, которое превышает массовое количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность. В отношении выраженных в мас. % количеств растворимое в воде соединение может содержаться в количестве, составляющем от примерно 1 до примерно 100 фунтов в пересчете на 1 тонну сухой бумаги, или в любом выраженном в мас. % количестве, которое соответствует указанным выше выраженным в мас. % количествам и отношениям количеств растворимого в воде соединения и модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность. Растворимое в воде соединение обычно содержится в массовом количестве, которое превышает массовое количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность. Однако, если рассматривать отношение количества молей, то количества молей содержащихся растворимого в воде соединения и модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, обычно являются такими, что содержится большее количество гидроксигрупп, чем альдегидных групп. Отношение количества молей гидроксигрупп к количеству молей альдегидных групп может соответственно составлять, например, более примерно 1:1, примерно 1,5:1, примерно 2:1, примерно 2,5:1, примерно 3:1, примерно 3,5:1, примерно 4:1, примерно 4,5:1 или примерно 5:1, или даже более. В некоторых вариантах осуществления предусмотрено, что, даже если количество молей гидроксигрупп превышает количество молей альдегидных групп, масса соединения, которое содержит альдегидные группы, т.е. модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, может превышать массу соединения, которое содержит гидроксигруппы, т.е. растворимого в воде соединения. Соответственно, растворимое в воде соединение не всегда содержится в массовом количестве, которое превышает массовое количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, при условии, что количество молей гидроксигрупп является таким же, как количество молей альдегидных групп, или превышает их количество. В различных неограничивающих вариантах осуществления все значения и диапазоны значений, включая указанные выше и находящиеся в промежутке между ними, явно предусмотрены для использования.

Вода

Композиция также включает воду. Вода может содержаться практически в любых количествах. Обычно вода содержится в количестве, составляющем не менее примерно 95, 95,5, 95, 96,5, 97, 97,5, 98, 98,5, 99, 99,5 мас. % и т.п. в пересчете на полную массу композиции. Обычно оставшееся количество, необходимое для обеспечения суммарного количества, составляющего 100 мас. %, представляет собой комбинацию количеств модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, и растворимого в воде соединения. В различных неограничивающих вариантах осуществления все значения и диапазоны значений, включая указанные выше и находящиеся в промежутке между ними, явно предусмотрены для использования.

Дополнительные варианты осуществления

В различных вариантах осуществления настоящее изобретение относится к способу получения сухого сшитого альдегидом полиакриламида, предназначенного для улучшения осуществления способа изготовления бумаги и прочности бумаги. Способ включает а) смешивание функционализиро ванной альдегидом полиакриламидной смолы с водой и определенными растворимыми в воде соединениями, b) удаление воды путем сушки на воздухе или в вакууме, с) хранение и транспортировку композиции и d) восстановление или повторное растворение композиции в воде для восстановления эффективности ГПАМ смолы, как добавки, придающей бумаге прочность. С помощью настоящего изобретения получают ГПАМ смолы, обладающие низким содержанием воды или в основном не содержащие воду, которые можно транспортировать в сухом виде при незначительном ухудшении их придающих прочность характеристик или без такого ухудшения, и которые можно повторно растворить в воде и применять в способе изготовления бумаги или обработки бумаги. Таким образом, способ, предлагаемый в настоящем изобретении, дополнительно обеспечивает улучшение срока хранения продукта, уменьшает затраты на транспортировку продукта и облегчает обращение с продуктом. В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу получения сухого растворимого ГПАМ, который является стабильным, который можно транспортировать при высоком содержании твердых веществ, который получен без обработки с использованием изменения значения рН или температуры, и который применяют для улучшения осуществления способов изготовления бумаги и прочности бумаги.

Одним вариантом осуществления настоящего изобретения является композиция, включающая глиоксалированную полиакриламидную смолу, вступающую в реакцию с соединением, содержащим множество гидроксигрупп, где большинство альдегидных групп (гемиацетальных групп), содержащихся в глиоксалированной смоле, вступают в реакцию с гидроксигруппами, содержащимися в гидроксисоединении, и такую композицию получают путем смешивания ГПАМ с гидроксисоединением и последующей сушки смеси.

В одном варианте осуществления исходная ГПАМ смола растворима в воде. В другом варианте осуществления исходное содержащее гидроксигруппы соединение растворимо в воде. В еще одном варианте осуществления оба соединения растворимы в воде и до проведения сушки смесь композиции находится в форме водного раствора.

В одном варианте осуществления указанную выше композицию получают по реакции альдегидных групп с гидроксигруппами, протекающей при сушке композиции.

Способ получения композиции, предназначенной для увеличения прочности бумаги

Настоящее изобретение также относится к способу получения композиции. Способ включает стадии объединения модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, и растворимого в воде соединения в водной среде с получением композиции. Модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, можно добавить к растворимому в воде соединению или наоборот и получить композицию. Кроме того, воду можно добавить к модифицированному диальдегидом полиакриламидному агенту, придающего прочность,, растворимому в воде соединению и/или их комбинации в любом порядке и количестве. Другими словами, в объем настоящего изобретения входят все порядки добавления указанных выше компонентов.

Если не ограничиваться теоретическими соображениями, то можно предположить, что в некоторых вариантах осуществления гидроксигруппы, содержащиеся в растворимом в воде соединении, вступают в реакцию с альдегидными группами, содержащимися в модифицированном диальдегидом полиакриламидном агенте, придающем прочность, с образованием обратимых ковалентных связей. Кроме того, если не ограничиваться теоретическими соображениями, то можно предположить, что гидроксигруппы, амидные группы или другие подобные группы, содержащиеся в растворимом в воде соединении, во время сушки могут образовывать гемиацетальные мостики с функциональной группой на основе глиоксаля, содержащейся в модифицированном диальдегидом полиакриламидном агенте, придающем прочность. Кроме того, если не ограничиваться теоретическими соображениями, то можно предположить, что гидроксигруппы, амидные группы или другие растворимые в воде группы, содержащиеся в растворимом в воде соединении, могут образовывать ассоциаты с модифицированным диальдегидом полиакриламидном агентом, придающем прочность, и предотвращать самосшивку композиции до такой степени, что она становится нерастворимой в воде.

В одном варианте осуществления частью композиции может являться избыточное количество гидроксигрупп.

Способ также включает стадию сушки композиции с получением порошка или пасты, которые обладают содержанием воды, составляющим менее примерно 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 или 0,5, мас. %, и являются стабильными после хранения при температуре, равной примерно комнатной температуре, в течение примерно 6 месяцев. На характеристики порошка не налагаются особые ограничения и он может включать частицы композиции, обладающие любым размером. Кроме того, предусмотрено, что порошок можно дополнительно обработать, просеять или измельчить и получить порошок, обладающий определенным профилем среднего размера частиц.

Термин "стабильный после хранения" означает, что продукт сохраняет свои рабочие характеристики после хранения, например, обладает выраженными в процентах значениями характеристик, подробно описанными выше.

Композицию сушат с получением порошка или пасты, поскольку в композиции, находящейся в относительно сухом виде, в основном больше не происходит самосшивка, при этом композицию можно повторно растворить или восстановить путем растворения в воде и затем добавить во время изготовления бумаги для придания бумаге прочности.

Методику проведения стадии сушки может выбрать специалист в данной области техники. Так, например, сушка может включать или не включать использование нагревания, тока воздуха, вакуума, обработки в барабане, встряхивания и т.п. Другими словами, можно выбрать любое устройство для сушки, включая, но не ограничиваясь только ими, сушильный шкаф, пневматическую сушилку, сушильную колонну, сублимационную сушилку, распылительную сушилку, сушилку с псевдоожиженным слоем, циркуляционную сушилку, барабанную сушилку, воздушную сушилку, вакуумную сушилку и их комбинации. В одном варианте осуществления композицию сушат при комнатной температуре. В другом варианте осуществления композицию сушат при температуре, равной ниже примерно 50°С. В другом варианте осуществления композицию сушат при температуре, равной от примерно 50 до примерно 100°С. В другом варианте осуществления композицию сушат при температуре, равной выше примерно 100°С.

Эту стадию также можно описать, как сушку для удаления большей части воды, чтобы композиция больше не могла взаимодействовать сама с собой в течение некоторого промежутка времени и ее можно было хранить в течение 3 месяцев и затем повторно растворить или восстановить с получением функционального раствора ГПАМ, предназначенного для применения для изготовления бумаги.

Способ дополнительно включает восстановление порошка или пасты путем добавления к ним воды. Стадию восстановления можно дополнительно описать, как добавление воды к порошку или пасте для повторного получения водной композиции. Водной композицией может являться раствор, эмульсия или дисперсия частиц композиции в воде.

Все композиции, способы и изделия, описанные выше, могут быть основаны на композициях, которые также включают или не включают другие материалы, обычно использующиеся при изготовлении бумаги или при получении водных растворов. Композиции могут включать или не включать добавки, такие как противовспениватели, биоциды, пигменты и наполнители.

Можно использовать различные методики получения растворов, известные в данной области техники. Можно использовать различные средства откачивания, сушки, повторного растворения и предназначенные для восстановления материалы, известные в данной области техники.

Исследование прочности бумаги в сухом и во влажном состоянии можно провести по методикам, известным в области изготовления бумаги.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

ГПАМ смолу получали из комбинации сополимера акриламида с диаллилдиметиламмонийхлоридом и глиоксаля при отношении количеств молей, составляющем 95:5. Степень глиоксалирования являлась такой, что 40% акриламидных групп, содержащихся в сополимере акриламида с диаллилдиметиламмонийхлоридом вступали в реакцию и 15% групп содержали активные альдегидные функциональные группы.

ГПАМ смолу (использовавшуюся в качестве модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность) тщательно смешивали с 30 мас. % раствором мальтодекстрина (использовавшегося в качестве растворимого в воде соединения). Точнее, ГПАМ смола находилась в виде 10 мас. % раствора воде и его смешивали с равным количеством 30 мас. % водного раствора мальтодекстрина и получали смесь, обладающую массовым отношением, составляющим 3:1. Первый образец смеси сушили на воздухе и получали композицию 1, предлагаемую в настоящем изобретении. Второй образец смеси сушили при 50°С и получали композицию 2, предлагаемую в настоящем изобретении. При необходимости материалы можно размолоть и получить порошки, но в этих примерах это не осуществляли.

Через несколько дней обе композиции, композицию 1, предлагаемую в настоящем изобретении, и композицию 2, предлагаемую в настоящем изобретении, повторно растворяли/восстанавливали в воде и получали 5 мас. % раствор.

Образцы композиций 1 и 2, предлагаемых в настоящем изобретении, использовали для изготовления отлитых вручную листов бумаги и при определении прочности бумаги их сопоставляли с отлитыми вручную листами бумаги, изготовленными с использованием исходной ГПАМ смолы без добавления растворимого в воде соединение, т.е. мальтодекстрина. Исходный ГПАМ без добавления растворимого в воде соединения являлся сравнительной композицией 1.

Древесной массой, использующейся для изготовления отлитых вручную листов бумаги являлась смесь древесины твердых пород и древесины мягких пород в массовом отношении, составляющем 50:50. Бумагу изготавливали при значении рН, равном примерно 6, с использованием водопроводной воды.

Для исследования сравнительной композиции 1 для изготовления бумаги использовали 0,3 мас. % сравнительной композиции в пересчете на сухое вещество и получали значения прочности во влажном состоянии после выдерживания бумаги в воде в течение 3 с, 30 с и 30 мин, составляющие 10,34, 8,68 и 6,28 Н/дюйм в ширину соответственно. Этот пример являлся сравнительным.

Для исследования композиции 1, предлагаемой в настоящем изобретении, для изготовления бумаги использовали 0,3 мас. % композиции 1, предлагаемой в настоящем изобретении, и получали значения прочности во влажном состоянии после выдерживания бумаги в воде в течение 3 с, 30 с и 30 мин, составляющие 3,58, 2,82 и 2,34 Н/дюйм в ширину соответственно.

Для исследования композиции 2, предлагаемой в настоящем изобретении, для изготовления бумаги использовали 0,3 мас. % композиции 2, предлагаемой в настоящем изобретении, и получали значения прочности во влажном состоянии после выдерживания бумаги в воде в течение 3 с, 30 с и 30 мин, составляющие 3,36, 2,84 и 2,38 /дюйм в ширину соответственно.

Бумага, изготовленная с использованием композиций 1 и 2, предлагаемых в настоящем изобретении, включала ГПАМ в количестве, составляющем лишь примерно 25% от количества ГПАМ, содержащегося в бумаге, изготовленной с использованием сравнительной композиции 1, несмотря на это, она все же обладала значительной прочностью во влажном состоянии. Эти результаты показывают, что при восстановлении композиций в воде регенерируется альдегидная функциональная группа, содержащаяся в ГПАМ.

Пример 2

Композицию 2, предлагаемую в настоящем изобретении, которая включала указанную выше смесь, высушенную при 50°С, использовали для изготовления дополнительных отлитых вручную листов бумаги, которые исследовали для определения временной прочности во влажном состоянии. Точнее, 0,3 мас. % растворы ГПАМ сопоставляли с 0,6 мас. % и 1,2 мас. % растворами композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, при этом при использовании добавляли 0,15 мас. % и 0,3 мас. % ГПАМ. Результаты исследования временной прочности во влажном состоянии приведены в представленной ниже таблице 1.

На основании количества ГПАМ, добавленного к бумаге, и с учетом приведенных выше результатов очевидно, что рабочие характеристики композиции, предлагаемой в настоящем изобретении, являются практически такими же, как рабочие характеристики сравнительной композиции 1. Эти результаты следует дополнительно рассматривать с учетом неожиданных и непредвиденных благоприятных характеристик композиций, предлагаемых в настоящем изобретении, т.е. возможности их сушки и хранения. Если рассматривать приведенные выше результаты в комбинации с непредвиденными благоприятными характеристиками, то для специалистов в данной области техники станет очевидна уникальность настоящего изобретения.

Дополнительные примеры

В приведенных ниже примерах дополнительно показано, что рабочие характеристики глиоксалированного полиакриламида могут сохраняться после сушки и растворения в водных средах. В этих примерах восстановленные композиции способствовали улучшению характеристик бумаги, если растворы использовали в способе изготовления бумаги.

Приведенные в представленной ниже таблице 2 композиции примеров получали путем смешивания растворов разных растворимых в воде соединений с растворами ГПАМ при использовании приведенных ниже массовых соотношений. Затем полученные смеси сушили на воздухе в течение ночи. Растворимость высушенных на воздухе композиций определяли путем получения 1% растворов в водных средах. В некоторых случаях растворимость материала можно увеличить путем увеличения значения рН раствора.

ГПАМ 1 представляет собой глиоксалированный полиакриламид, полученный из смеси акриламидного полимера и ДАДМАХ состава 95:5 (мол. %), содержащий после глиоксалирования примерно 8 мол. % реакционноспособных альдегидных групп.

ГПАМ 2 представляет собой глиоксалированный полиакриламид, полученный из смеси акриламидного полимера и ДАДМАХ состава 95:5 (мол. %), содержащий после глиоксалирования примерно 15 мол. % реакционноспособных альдегидных групп.

ГПАМ 3 представляет собой глиоксалированный полиакриламид, полученный из смеси акриламидного полимера и ДАДМАХ состава 90:10 (мол. %), содержащий после глиоксалирования примерно 15 мол. % реакционноспособных альдегидных групп.

Амфотерный полимер представляет собой амфотерный полиакриламид, который получен из следующих мономеров: акриламид/акриловая кислота/итаконовая кислота и (диметиламино)этилметакрилат.

Обозначение "нерастворимый" означает, что растворимость определяли при 25°С визуально и в воде не растворялись существенные количества соединения. Так, например, в воде растворялось менее 10 мас. % соединения.

Обозначение "растворимый" означает, что растворимость определяли при 25°С визуально, и что не наблюдали наличия соединения, это означало, что получали прозрачный раствор, и что обеспечивалось полное или практически полное растворение. Так, например, растворялось более 95 мас. % соединения.

Обозначение "частично растворимый" означает, что растворимость определяли при 25°С визуально, и что наблюдали наличие некоторого количества соединения, это означало, что получали мутный раствор. Так, например, растворялось от примерно 10 до примерно 95 мас. % соединения.

Сополимер АКМ-ДАДМАХ (95:5) представляет собой катионогенный полиакриламид, обладающий молярным отношением ДАДМАХ:полиакриламид, составляющим 95:5.

Сополимер АКМ-ДАДМАХ (90:10) представляет собой катионогенный полиакриламид, обладающий молярным отношением ДАДМАХ:полиакриламид, составляющим 90:10.

Другие примеры

В других примерах показано улучшение прочности в сухом состоянии отлитых вручную листов бумаги, изготовленных из 100% макулатуры, обладающей твердостью, равной 50 част./млн, щелочностью, равной 25 част./млн, содержащей 2,5% окисленного крахмала GPC D15F, и обладающей электропроводностью, равной 2000 мкСм/см.

Значение рН системы составляло 7,0 и степень помола древесной массы, определенная на стандартном канадском приборе (CSF), составляла 35-420. Отлитые вручную листов бумаги, обладающие плотностью, равной 100 фунтов/3000 фут², изготавливали на машине для отливки листов бумаги вручную, выпускающейся фирмой Noble and Wood.

Разные композиции, которые являлись такими же, как описанные выше, после повторного растворения добавляли в качестве агентов, придающих прочность в сухом состоянии, в количестве, составляющем 0,4 мас. % композиции в пересчете на активное вещество и в пересчете на сухую бумажную массу. Отлитые вручную листы бумаги прессовали во влажном состоянии и сушили в барабанной сушилке при 240°F в течение 1 мин и получали содержание влаги, составляющее от 3 до 5%. Затем определяли прочность на разрыв в сухом состоянии (TAPPI Test Method Т494, om-01), показатель кольцевого сопротивления раздавливанию (TAPPI Test Method Т822 om-02) и сопротивление продавливанию по Муллену (TAPPI Test Method Т403). Результаты приведены в представленной ниже таблице 3.

Эти результаты показывают, что даже после восстановления ГПАМ сохраняет свои рабочие характеристики, определяющиеся приведенными выше физическими характеристиками.

Хотя в приведенном выше подробном описании представлен по меньшей мере один типичный вариант осуществления, следует понимать, что существует большое количество модификаций. Следует понимать, что типичный вариант осуществления или типичные варианты осуществления являются лишь примерами и они не предназначены для какого-либо ограничения объема, применимости или конфигурации. С помощью приведенного выше подробного описания специалистам в данной области техники скорее предоставлена подходящая схема выполнения типичного варианта осуществления, входящего в объем настоящего изобретения. Следует понимать, что в функции и расположение элементов, описанных в типичном варианте осуществления, можно внести различные изменения без отклонения от объема, приведенного в прилагаемой формуле изобретения.

В изобретении предложена композиция, предназначенная для увеличения прочности бумаги, которая включает модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, растворимое в воде соединение, содержащее один или большее количество гидроксильных или амидных фрагментов, и воду. При этом, растворимое в воде соединение обладает растворимостью в воде примерно 5 мас. % или более при 25°С и содержится в композиции в массовом количестве, которое превышает массовое количество агента, придающего прочность. Предложенное изобретение позволяет увеличить прочность бумаги в сухом и влажном состоянии. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 табл., 16 пр.

1. Композиция, предназначенная для увеличения прочности бумаги, указанная композиция включает:

A. модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность; и

B. растворимое в воде соединение, которое содержит один или большее количество гидроксильных или амидных фрагментов и которое обладает растворимостью в воде при 25°C, составляющей примерно 5 мас.% или более, и

C. воду,

где указанное растворимое в воде соединение содержится в массовом количестве, превышающем массовое количество указанного модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность.

2. Композиция по п. 1, в которой указанным модифицированным диальдегидом полиакриламидным агентом, придающим прочность, является глиоксалированный полиакриламид, содержащий альдегидную группу.

3. Композиция по п. 1, в которой указанное растворимое в воде соединение выбрано из группы, включающей углевод, поливиниловый спирт, содержащий акриламид полимер или их комбинации.

4. Композиция по п. 1, в которой указанный модифицированный диальдегидом полиакриламидный агент, придающий прочность, является катионогенным и представляет собой сополимер, включающий продукт реакции акриламидного мономера и катионогенного мономера.

5. Композиция по любому из пп. 1-4, в которой указанное растворимое в воде соединение содержится при указанном в пересчете на сухое вещество отношении его массы к массе указанного модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, которое составляет более примерно 1:1, предпочтительно более примерно 3:1, соответственно.

6. Композиция по п. 1, в которой указанное растворимое в воде соединение дополнительно определено, как сополимер, полученный по реакции органических мономеров.

7. Композиция по п. 1, в которой указанное растворимое в воде соединение выбрано из группы, включающей моносахариды, дисахариды, полисахариды и их комбинации, содержащий акриламид полимер, который обладает положительным или отрицательным зарядом, или амфотерный полиакриламид.

8. Композиция по п. 1, в которой указанным модифицированным диальдегидом полиакриламидным агентом, придающим прочность, является продукт реакции:

глиоксаля; и

преполимера, который является продуктом реакции акриламидного мономера и диаллилдиметиламмонийхлоридного мономера,

где отношение количества молей акриламида к количеству молей диаллилдиметилиламмонийхлорида составляет от примерно 99:1 до примерно 50:50 соответственно, и

где примерно 40 мол.% акриламидных групп, содержащихся в указанных акриламидных мономерах, вступают в реакцию и примерно 15 мол.% акриламидных групп содержат активные альдегидные функциональные группы.

9. Способ получения композиции, предназначенной для увеличения прочности бумаги, указанный способ включает стадии:

объединения модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, и растворимого в воде соединения в водных средах с получением композиции, где указанное растворимое в воде соединение содержится в пересчете на сухое вещество в массовом количестве, превышающем массовое количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность,

сушки композиции с получением порошка или пасты, которые обладают содержанием воды, составляющим менее примерно 10 мас.%, и являются

стабильными после хранения при температуре, равной примерно комнатной температуре, в течение примерно 6 месяцев, и

восстановления порошка или пасты путем добавления к ним воды,

где растворимое в воде соединение содержит одну или большее количество функциональных гидроксигрупп или амидных групп, или их комбинации, и обладает растворимостью в воде при 25°C, составляющей примерно 5 мас.% или более.

10. Способ увеличения прочности бумаги во влажном и/или в сухом состоянии, указанный способ включает стадии:

объединения модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность, и растворимого в воде соединения в водных средах с получением композиции, где указанное растворимое в воде соединение содержится в пересчете на сухое вещество в массовом количестве, превышающем массовое количество модифицированного диальдегидом полиакриламидного агента, придающего прочность,

сушки композиции с получением порошка или пасты, которые обладают содержанием воды, составляющим менее примерно 10 мас.%, и являются стабильными после хранения при температуре, равной примерно комнатной температуре, в течение примерно 6 месяцев, и

восстановления порошка или пасты путем добавления к ним воды,

где растворимое в воде соединение содержит одну или большее количество функциональных гидроксигрупп или амидных групп, или их комбинации, и обладает растворимостью в воде при 25°C, составляющей примерно 5 мас.% или более;

получения водной суспензии целлюлозных волокон;

объединения восстановленной композиции и водной суспензии целлюлозных волокон, и

изготовления бумаги из комбинации восстановленной композиции и водной суспензии целлюлозных волокон, где бумага обладает прочностью во влажном и/или в сухом состоянии, более высокой, чем прочность бумаги, изготовленной без применения восстановленной композиции.