[发明专利]水性阳离子聚合物的稳定方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于改进在造纸中有用的阳离子湿强剂，尤其是具有 氮杂环丁二烯(azetidinium)的部分或基团的那些阳离子湿强剂的储 存稳定性的一种方法。具体而言，本发明涉及储存稳定的湿强树脂组 合物，尤其是包括一种聚酰胺型胺和一种环氧卤丙烷的反应产物的那 些树脂，该反应产物具有氮杂环丁二烯的部分或基团。

发明背景

呈现出热固性特性的阳离子聚合物或树脂对于增加纸产品的湿态 强度以及减小纸在其潮湿时的“蠕变”是有用的。一类众所周知的此 类聚合物是聚酰胺型胺-环氧卤丙烷(PAE)树脂。在缺乏此类阳离子 湿强树脂时，纸在用水浸湿后通常只能保持其强度的3％至5％。然而， 用一种阳离子湿强树脂(诸如一种PAE树脂)制造的或处理过的纸总 体上在潮湿时能保持至少10％至50％的强度。正如这样，这些树脂被广 泛使用。

正如大家所熟知的，PAE树脂可以通过一种环氧卤丙烷(通常是 环氧氯丙烷)与一种聚酰胺型胺(可替代地是指一种聚氨基酰胺、一 种聚酰胺型聚胺、一种聚氨基聚酰胺、一种聚氨基酰胺 (polyaminamide)以及类似物)的反应来制备。该反应典型地是在一 种水溶液中在一种碱性条件下(例如，在约7至约11之间的pH下) 进行，经常跟随的是将该反应产物稀释至一个相对低的固体含量。

此类PAE树脂也可以与其他离子的或非离子的聚合物共混，例如 但不限于：聚乙烯醇(PVA)聚合物、聚氧化乙烯(PEO)聚合物、羟 乙基纤维素、聚二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)聚合物以及类似物， 以用于增湿强的应用中。这些树脂或聚合物共混物还倾向于呈现受限 的储存稳定性，部分地取决于共混物中的组分比率。

历史上，由于此类阳离子聚合物并且特别是广泛使用的PAE树脂 的高反应性，已经将最终树脂溶液的固体含量稀释至并维持在约10％ 至15％以阻止树脂在室温下静置(储存)时的过早的凝胶作用。该凝 胶作用明显造成湿态强度效率的损失并且经常使得树脂完全不可用。 因此，已经将大部分的这种阳离子树脂并且特别是PAE树脂以一个相 对稀释的形式装运至造纸厂，这些树脂在此处进行最终使用。这种操 作增加了工厂的成本，因为实际上工厂为运输水而支付了装运费用并 且因为所储存的更大的体积的材料而支付附加的储存费用。

给定了这些情况，本领域早已经认可可以通过增加水性阳离子热 固性聚合物(如所指的PAE树脂)中的固体含量而获得效益。不幸的 是，以更高的固体浓度储存的未经处理的阳离子热固性聚合物(如PAE 树脂)更易经受粘度上的逐步增加而凝胶化。固有粘度的增加对于树 脂在它们必须被使用之前可以储存多长时间设定了一个时间限制。稳 定性总体上是通过聚合物或树脂的制备至它开始凝胶化的时刻(即， 粘度增加的太大使得该树脂变得无功能)之间的时间来判断。

在用于改进PAE树脂的储存稳定性的一种方法中，已经使此类树 脂与一种酸接触来稳定该产物。例如，参见US专利号3,311,594、 3,197,427、3,442,754以及4,853,431。通常，树脂溶液中的固体含 量越高，则必须维持的pH就越低，以便提供树脂的合适的储存稳定性， 即以便防止材料过早地形成凝胶。然而，为了改进稳定性而减小pH 具有它的局限性，因为逐渐降低的pH加重了树脂的水解作用并且因此 减小了树脂(尤其是阳离子PAE树脂)的湿强效力。

在另一种稳定方法中，例如Keim在U.S.3,240,761中在聚酰胺- 环氧氯丙烷反应的后一阶段包括了一种季胺化剂，如一种卤代烷。 Coscia的美国专利号3,259,600描述了向水性树脂溶液中加入一种化 学计量过量的特定的金属络合盐类以生成金属配位络合物，据称该络 合物增强了树脂的稳定性。Earle在U.S.3,352,833中描述了使用一 种酸性的卤化氢如盐酸，来稳定此类水性树脂中的环氧氯丙烷部分， 据称通过生成了相应的氨基氯代醇的盐酸盐而没有减小湿态强度的效 率。Keim在U.S.3,227,671中描述了在PAE树脂合成之后以及在该 树脂冷却之前向其中加入少量的甲醛以改进它的储存稳定性。