[发明专利]纳米晶纤维素和聚合物接枝的纳米晶纤维素用于在造纸工艺中增加保留率的用途

说明书

发明背景

本发明涉及用于在造纸工艺中改善纸的排水保留率(drainage retention)、湿强度和干强度的组合物、方法和设备。典型的造纸工艺包括以下步骤：1)对木材或造纸纤维的一些其他来源进行制浆；2)由纸浆产生纸垫，所述纸垫是纤维素纤维的水性浆料，所述水性浆料还可包含添加剂，例如无机矿物填料或颜料；3)使这种浆料沉积在移动的造纸网或织物上；4)通过将水排出由浆料的固体组分形成纸页；5)压榨并干燥纸页以进一步除去水；以及6)通过使干纸页经过施胶压榨机潜在地将其再润湿并进一步使其干燥以形成纸产品。

当进行造纸工艺时，需要考虑许多问题以确保所得纸产品的品质。例如当将水从浆料中排出时，尽可能多的纤维和化学添加剂应该被保留而不与水一起流出。同样地，所得纸页应具有足够的湿强度和干强度。

例如在美国专利7,473,334、6,605,674、6,071,379、5,254,221、6,592,718、5,167,776和5,274,055中所述，可向浆料中添加多种助留剂如聚合物絮凝剂和二氧化硅基微粒以利于排水保留。助留剂起到在将水从浆料中排出时使固体物质保留在浆料内的作用。除了保留纤维以外，助留剂还应保留添加剂，例如光学增亮剂、填料和强度剂。这样的助留剂的选择由于这样的事实而复杂化：所述助留剂必须既允许水从浆料中自由排出，又必须不干扰或以另外方式降低所得纸产品中存在的其他添加剂的有效性。

如例如在美国专利8,465,623、7,125,469、7,615,135和7,641,776中所述，多种材料作为有效的干强度剂起作用。可以向浆料中添加这些试剂以增加所得纸页的强度特性。然而，与助留剂一样，其必须既允许水从浆料中自由排出，又必须不干扰或以另外方式降低所得纸产品中存在的其他添加剂的有效性。

如例如美国专利8,414,739和8,382,947中所述，表面强度剂是增加所得纸产品对磨蚀力的抗性的材料。表面强度剂通常在施胶压榨机作为涂料施用在所形成的纸页上。特别重要的是，这样的试剂与涂料中存在的其他物质如施胶剂和光学增亮剂相容。此外，期望的表面强度剂不能过度损害所得纸产品的柔性。

由于难以增加纸的干强度、表面强度和/或排水保留率而不同时抑制纸或其中的添加剂的其他属性，因此持续需要改善干强度、表面强度和/或排水保留率的改进方法。本部分中描述的技术不旨在构成对本文提及的任何专利、公开或其他信息是关于本发明的“现有技术”的承认，除非特别地如此指出。此外，本部分不应解释为意味着已进行了检索或者不存在如37CFR§1.56(a)中限定的其他相关信息。

发明内容

为了满足以上确定的长期存在但未解决的需要，本发明的至少一个实施方案涉及改进用于造纸工艺的纸基质的方法。所述方法包括以下步骤：提供NCC-聚合物；以及在造纸工艺的干部中向纸基质中添加NCC-聚合物，其中所述NCC-聚合物基本上分布在基质的表面上。NCC-聚合物可以使用施胶压榨机来分布。

NCC-聚合物可包含与NCC核键合的聚合物链，并且该聚合物链由一种或更多种选自以下的单体组成：醋酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯酸钠、丙烯酸铵、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯腈、N,N-二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷-1-磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷-1-磺酸钠、3-丙烯酰氨基丙基-三甲基-氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基氯化乙铵、丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯苄基氯化物季盐、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵硫酸甲酯、甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯、2-(甲基丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基氯化乙铵、3-(二甲氨基)丙基甲基丙烯酰胺、2-(甲基丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵硫酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵、3-甲基丙烯酰氨基丙基-三甲基-氯化铵、甲基丙烯酸十六烷基酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、表氯醇、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、丙烯酸2-羟乙酯甲基丙烯酸缩水甘油酯、3-(烯丙氧基)-2-羟基丙烷-1-磺酸酯、2-(烯丙氧基)乙醇、环氧乙烷、环氧丙烷、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、(3-缩水甘油氧基丙基)三甲氧基硅烷、表氯醇-二甲胺、乙烯基磺酸钠盐、4-苯乙烯磺酸钠、己内酰胺及其任意组合。