TWI486501B - 具有陽離子澱粉之穩定及水性聚乙烯胺組合物及造紙用途 - Google Patents

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Description

具有陽離子澱粉之穩定及水性聚乙烯胺組合物及造紙用途
本發明係關於適於用作紙板及其他紙製品之乾強度產品之聚乙烯胺與液態陽離子澱粉之組合物。此外，本發明係關於一種使用該組合物製造紙板之改良法。
部分及完全水解之聚乙烯胺水溶液於改良紙乾強度、留存性及濾水性，污染物控制及與其他添加劑(即-澱粉、施膠劑及消泡劑)之應用效率上具有重大用途。此等正效應在再利用之容器用紙板等級物中最為顯著，然一般可於所有紙及板等級物中觀察到。聚乙烯胺對此等目的係極有效的，且為廣泛商業用途所喜愛。然而，聚乙烯胺化學品之生產係極其昂貴的。想要一種欲保留與聚乙烯胺均聚物相同之官能度然可以較低成本在較小環境影響下製得之較環保的產品。
聚乙烯胺一般係藉由N-乙烯基甲醯胺單體自由基溶液聚合接著進行鹼水解而製得。產物通常係呈水性形式，依乾重計，其有效聚合物固形物為約10至20%。聚乙烯胺因其高密度之第一胺或脒官能度而於溶液中具高陽離子性。一般，聚乙烯胺產品係使用作為造紙中濕部處之單一組分。
美國專利4,940,514揭示一種將酶消化澱粉及聚乙烯胺、聚DADMAC或聚乙烯基咪唑啉之摻合物作為紙增強劑之用途。請求項要求澱粉係經酶還原且在規定之溶液黏度內。其等亦規定陽離子聚合物對澱粉之比率為1至20份聚合物對100份澱粉。美國專利申請案20040112559揭示低黏度澱粉與諸如聚丙烯醯胺及聚乙烯胺之合成聚合物之摻合物。所用澱粉均係經酶降解且具有低黏度。其等摻合物中不具有協同效應。
美國專利申請案20050109476揭示一種藉由利用聚乙烯胺共擠壓澱粉使紙上澱粉吸附量增加之用途。混合物必須通過擠壓機。美國專利6,616,807教示聚乙烯胺與澱粉反應。此反應需在高於澱粉之膠化溫度下將聚乙烯胺添加於澱粉。亦主張將聚乙烯胺作為澱粉留存助劑。在此後者情況下，採用分別添加至造紙料中。
美國專利7,074,845揭示膨潤未破裂之澱粉顆粒、陰離子膠乳及包括聚乙烯胺或聚DADMAC之視需要陰離子或陽離子共添加劑之摻合物。由實例顯示較佳以羧甲基纖維素(CMC)作為共添加劑。在此情況中，澱粉並非完全經烹煮，且亦必需有陰離子膠乳存在以實踐本發明。美國專利6,746,542教示聚乙烯胺與澱粉反應之先前技術改良紙強度，然導致產率令人無法接受地減小。此改良為同樣在高於膠化溫度下將聚乙烯胺或其他低分子量「陽離子劑」及「濾水助劑」兩組分添加至澱粉中。濾水助劑係選自分子量大於1,000,000之若干種陽離子或非離子聚合物。
美國專利6,746,542引用許多先前技術參考文獻。其等教示將合成聚合組分添加至澱粉中及於其中反應。其皆需藉由「加熱」、「消化」或「於鹼條件下反應」進行添加以使澱粉膠化。其均未教示可於環境溫度及中性pH下形成高固形物及高黏度澱粉溶液與聚乙烯胺之簡單穩定水性摻合物。
美國專利7,090,745教示藉由聚乙烯胺與還原糖反應製造水凝膠。7,090,745之申請專利範圍包括諸如澱粉及纖維素之聚合糖，儘管實例均係使用單體糖。水凝膠係適於作為紙增強劑。水凝膠係藉於室溫下摻合聚乙烯胺及還原糖，然後加熱且使摻合物混合一段時間製得。水凝膠為水不溶性材料且無法分散於水中。
美國專利申請案20050022956教示一種改良之表面施膠組合物，其包含施膠劑(一般為澱粉)、含聚乙烯胺之陽離子聚合物及諸如SMA之陰離子聚合物。必需有陰離子聚合物存在以實踐所主張之發明。
仍需要研發一種用於造紙應用之較低成本且較環境友好型之聚乙烯胺基乾強度產品。作為用於再利用裱面紙板及其他紙製品之乾強度樹脂及濾水助劑，該產品以重量有效成份計必須等效或優異於聚乙烯胺。本發明者已令人驚訝地發現：具特定聚乙烯胺對澱粉之比之聚乙烯胺與液態陽離子澱粉之組合物於造紙應用中顯示協同效應且相較於以相同重量有效成份計僅有聚乙烯胺之情況顯示獲改良之乾強度及濾水性質。其使得使用成本降低約20%。摻合物係穩定的且於儲存期間不具澱粉回凝。
本發明提供一種包含聚乙烯胺連同高固形物及高黏度液態陽離子澱粉之水性摻合物之組合物。該組合物可使用作為乾強度添加劑以得到顯示乾強性能顯著改良之紙板製品。該等摻合物亦可用以提供再利用纖維漿獲改良之濾水性及提高之機械生產率。利用本發明摻合物處理可使材料總成本下降。此外，相較於僅使用聚乙烯胺，濕強度發展較小。具有較小濕強度之產品可更容易再漿化。
根據本發明之液態陽離子澱粉與聚乙烯胺之摻合組合物包含10至45重量%之液態陽離子澱粉對以有效聚合物計為55至90重量%之聚乙烯胺產品之比率。一種較佳摻合物包含以有效澱粉計為約15至40重量%之液態陽離子澱粉對以有效聚合物計為60至85重量%之聚乙烯胺之比率。最佳摻合物包含以有效澱粉計為20至30重量%之液態陽離子澱粉對以有效聚合物成份計為70至80重量%之聚乙烯胺之比率。該等摻合組合物於造紙中顯示協同效應且提供獲改良之性質。
較佳聚乙烯胺均聚物為Hercobond6363(Hercules Incorporated,Wilmington,DE,USA)，一種聚乙烯甲醯胺之完全水解產物，及Hercobond6350(Hercules Incorporated,Wilmington,DE,USA)，一種聚乙烯甲醯胺之50%水解產物。目前，為紙乾及濕強度改良、留存性及濾水性，經由固著進行有害物質之沈積控制，用於促進OBA之塗料著色添加劑，及用於留存水分之流變改質劑，造紙產業中係使用其等產物。
在本發明之一實施例中，所用聚乙烯胺之聚合物水溶液具有在5至30重量%之範圍內，較佳在10至15重量%之範圍內之有效聚合物。
本發明中使用液態陽離子澱粉。用於本發明中之陽離子澱粉並非係經酶水解的。其等液態陽離子澱粉一般係用於作為包括紙強度改良、纖維取代、減小基重及藉由提供較好之排水性及乾燥減少純化之多種應用中之造紙添加劑。陽離子澱粉之實例為獲自National Starch(National Starch,Bridgewater,NJ,USA)之Redibond5000系列液態陽離子澱粉、獲自AE Staley(Tate & Lyle PLC,London,UK)之Stalok280、獲自Roquette(Roquette,Lestrem Cedex,France)之VectorSC20157及DynaSol300系列陽離子澱粉產品(International Additive Concepts Inc.,Charlotte,NC,USA)。
在本發明之一態樣中，液態澱粉產品之陽離子部份一般係經由化學改質源自3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨且該等液態陽離子澱粉產品之含氮量可由0.1%變化至2.0%。陽離子澱粉可進一步藉由處理化學交聯劑(諸如表氯醇)獲得抑制。
較佳地，液態澱粉具有高達30%之高固形物且於鹼性及酸性pH下儲存係穩定的。
較佳地，液態澱粉之固形物含量為在10至40%之範圍內，及更佳為15至35%且最佳為20至30%。該等液態澱粉之固形物含量係等於有效澱粉之重量百分比。
較佳地，液態澱粉之黏度為在1000至30,000 cps之範圍內，及較佳為2000至20000 cps，更佳為2000至15000 cps且最佳為3000至12000 cps。
雖然在造紙產業中悉知使用陽離子澱粉作為廉價之乾強添加劑，但是其等液態陽離子澱粉產品無法有效改良紙製品上之纖維之濾水性及留存性。在改良再利用紙漿之濾水性上，相較於聚乙烯胺產品，例如Hercobond6363及Hercobond6350，澱粉產品並非有效。適宜摻合比之液態陽離子澱粉及聚乙烯胺之摻合組合物證實協同效應且提供再利用裱面紙板製品獲改良之乾強度性質。以相同有效成份計相對於Hercobond6363及Hercobond6350，該等摻合組合物亦顯示獲改良之留存及濾水效率。由於液態陽離子澱粉之成本遠低於聚乙烯胺產品，就使用成本而言，本發明中所述之摻合產品具有經濟效益優點。此外，澱粉為一種綠色替代品，因為其係源自再生源。
本發明提供一種包含以有效成份計為90至55份之聚乙烯胺對以有效成份計為10至45份之液態陽離子澱粉之比率之聚乙烯胺與液態陽離子澱粉之穩定水性組合物，其中液態陽離子澱粉與聚乙烯胺之該等組合有效部份係佔該組合物之總固形物之至少40重量%。
在本發明之一實施例中，液態陽離子澱粉與聚乙烯胺之組合有效部份係佔該組合物之總固形物之40至90重量%。
根據本發明之液態陽離子澱粉與聚乙烯胺之摻合組合物可包含10至45重量%之液態陽離子澱粉對以有效聚合物計為55至90重量%之聚乙烯胺產品之比率。一較佳摻合物可包含以有效澱粉計為約20至40重量%之液態陽離子澱粉對以有效聚合物計為60至80重量%之聚乙烯胺之比率。另一較佳摻合物可包含以有效澱粉計為約20至35重量%之液態陽離子澱粉對以有效聚合物計為65至80重量%之聚乙烯胺之比率。最佳摻合物包含以有效澱粉計為20至30重量%之液態陽離子澱粉對以有效聚合物計為70至80重量%之聚乙烯胺之比率。
用於本發明中之聚乙烯胺較佳係選自由以下組成之群：聚乙烯甲醯胺之完全或部分水解之乙烯基胺均聚物(即聚乙烯胺)、乙烯基胺共聚物、乙烯基胺三聚物、經丙烯醯胺聚合物之Hofmann改質所製得之乙烯基胺均-及共聚物或聚合之後經化學改質之含乙烯基胺聚合物。本發明摻合物中所使用之完全水解之聚乙烯甲醯胺均聚物為較佳之聚乙烯胺。假設乙烯基胺共聚物可用於本發明中以製得含液態澱粉之有用穩定組合物。用於本發明中之較佳聚乙烯胺為聚乙烯胺均聚物、Hercobond6363(Hercules Incorporated,Wilmington,DE,USA)、一種聚乙烯甲醯胺之完全水解產物及Hercobond6350(Hercules Incorporated,Wilmington,DE,USA)，一種聚乙烯甲醯胺之50%水解產物。
用於本發明中之液態陽離子澱粉較佳係藉由糯玉米澱粉製得。
在本發明之一些實施例中，所用液態陽離子澱粉較佳係使用3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨經由陽離子改質由糯玉米澱粉製得且該等產品之含氮量為0.1%變化至2.5%或較佳0.1%變化至2.0%。較佳澱粉產品具有20至30%高黏度之固形物且於鹼性及酸性pH下儲存時係儲存穩定的。實例包括(但不限於)Redibond5000系列(National Starch,Bridgewater,NJ,USA)、Stalok280(Tate & Lyle PLC,London,UK)、VectorSC20157(Roquette,Lestrem Cedex,France)及DynaSol300(International Additive Concepts Inc.,Charlotte,NC,USA)。可用於製備液態陽離子澱粉之可應用澱粉基質可源自具有高支鏈澱粉含量及極低直鏈澱粉含量之其他植物源。本發明中並沒有使用經酶水解之澱粉。
適用於本發明之陽離子澱粉中之含氮量為在約0.01至2.5%之範圍內，及較佳為0.01至2.0%，更佳為0.1至1.8%，且最佳為0.2至1.0%。
在本發明之一態樣中，組合物包含選自由自聚乙烯甲醯胺完全或部分水解之乙烯基胺均聚物及源自糯玉米之液態陽離子澱粉組成之群之乙烯基胺聚合物。
較佳地，液態澱粉之固形物含量為10至40%之範圍內，及更佳為15至35%且最佳為20至30%。該等液態澱粉之固形物含量等於有效澱粉含量之重量百分比。
較佳地，液態澱粉之黏度為在1,000至30,000 cps之範圍內，及較佳為2,000至20,000 cps，更佳為2,000至15,000 cps且最佳為3,000至12,000 cps。
用於本發明中之聚乙烯胺較佳具有1,000至2,500,000之範圍內，更佳3,000至2,000,000，最佳5,000至500,000之分子量。
較佳有效澱粉係以澱粉-聚乙烯胺摻合組合物中之總有效成份計在10至50重量%之範圍內，更佳係以澱粉-聚乙烯胺摻合組合物中之總有效成份計在15至35重量%之範圍且最佳在20至30%之範圍內。較佳地，摻合物(以澱粉-聚乙烯胺摻合組合物中之總有效成份計)中存有小於或等於35重量%之有效澱粉，更佳地，摻合物中存有小於或等於30重量%之有效澱粉。
組合物中澱粉及聚乙烯胺之有效成份之組合重量係佔該組合物中總固形物之至少40%，較佳至少50%及更佳至少60%。澱粉及聚乙烯胺之總組合有效成份一般係小於90%且可為該組合物中總固形物之40至90%或50至70%。
水性液態陽離子澱粉/聚乙烯胺摻合物可藉由使液態陽離子澱粉與聚乙烯胺溶液產物以某一濃度及某一聚乙烯胺/澱粉比率混合而製得。實際形成文中所述之液態陽離子澱粉/聚乙烯胺組合物摻合物包括使水性組分混合在一起並視需要地與另一份水組合以得到以總有效成份計約5.0至30.0重量%，較佳10至18重量%，最佳12至15重量%之最終濃度。
液態陽離子澱粉產品與聚乙烯胺之摻合通常係藉由將澱粉產品緩慢地加入聚乙烯胺溶液中進行。摻合物亦可在類似條件下藉由將聚乙烯胺溶液加入液態陽離子澱粉中製得，或藉由連續法使用在線混合器製得。
摻合製程之較佳溫度係於10至70℃之範圍內，更佳係於23至60℃之範圍內且最佳於30至50℃之範圍內。然後，使用酸或鹼將摻合物調節至合適之pH。摻合組合物之合適pH條件可防止澱粉材料發生不想要的分解。在低pH下，澱粉分子可經歷水解，然摻合物之高pH條件可於儲存期間導致化學分解。例如，附接於澱粉分子上之羥丙基三甲基銨根之分解可於不利pH條件下發生。緩衝液可用以防止澱粉發生酸水解。基於此原因，摻合物之pH較佳係於3至11之範圍內，更佳係於5至9之範圍內，最佳係於6至8之範圍內。在此摻合製程中，材料一般係在pH調節之後混合5至30分鐘直到該摻合物變均一為止。可採用更長的混合時間。
摻合組合物顯示良好之儲存穩定性，且於23℃下經歷3個月及於40℃或50℃下經歷30天無明顯物理變化意指黏度變化微小(變化量小於20%)且無可視之相分離。摻合物中聚乙烯胺對液態陽離子澱粉之比率對黏度穩定性影響微小。於25℃下，摻合物之較佳黏度係於500至4000 cps之範圍內。
約30重量%之有效液態陽離子澱粉與約70重量%之有效Hercobond6363之摻合組合物之黏度於25℃下係於500至4000 cps之範圍內，且依獲自不同供應商之澱粉產品源而不同。摻合組合物係凍-融穩定地經歷23℃至-35℃(0下35℃)之三個溫度變化循環而無相分離或澱粉回凝。
液態陽離子澱粉與聚乙烯胺之組合物通常係以多種量用於造紙機之濕部中以提供所期乾強度及濾水性質，該量以產品有效成份計係於乾纖維重量之0.01%至1%之範圍內，較佳於0.02%至0.5%之範圍內，最佳於0.05%至0.3%之範圍內。在此範圍內，使用之精確量欲取決於所使用之紙漿種類、特定操作條件以及使用紙之特殊最終用途。
本發明之組合物可與100%再利用纖維一起用於製造再利用裱面紙板中作為乾強度添加劑及濾水助劑以改良機械生產率。為達相同目的，其等亦可與藉由多種用於造紙產業中之方法所製得包括下列各者之其他纖維素纖維一起使用：原生硬木或軟木纖維、漂白及未漂白硫酸鹽(牛皮)、漂白及未漂白亞硫酸鹽、漂白及未漂白蘇打、中性亞硫酸鹽半化學品、化學研磨木料、研磨木料及此等纖維之任何組合物。
在不希望受到理論約束下，認為陽離子澱粉與聚乙烯胺之摻合在兩分子之間產生物理相互作用或錯合。悉知水溶液中大分子之構形係影響與固體基材之反應性及意欲目的之相對性能。然於相對濃縮溶液之摻合製程產生一種具有獨特性能性質之新穎膠體。認為在將該新穎組合物與造紙配料混合時仍維持此物理相互作用。相對於分別添加兩種組分至同一配料中，摻合組合物之添加產生乾強度及濾水之協同效應。
本發明之另一態樣為以陽離子澱粉與聚乙烯胺之組合物於除乾強度及濾水應用之外之多種造紙及水處理中之用途。可使用本發明之摻合組合物之應用係取決於所用聚乙烯胺之種類、組合物中液態澱粉之濃度以及陽離子澱粉之含氮量。例如，藉由具有高濃度澱粉(>40重量%有效澱粉)之部分水解之聚乙烯甲醯胺(Hercobond6350及Hercobond6330)之均聚物所製得之組合物可為造紙之有效材料如樹脂及膠蠟物控制劑。
本發明之組合物可與其他添加劑組合用於造紙中以改良紙乾強度性質及機械生產率。可與本發明之摻合組合物組合使用之該等添加劑可為陽離子，或陰離子，或兩性或非離子合成或天然聚合物。例如，本發明之聚合物可與陽離子或兩性聚丙烯醯胺產品一起用於改良紙製品之強度性質。本發明之組合物亦可與陰離子聚合物(諸如聚丙烯酸、丙烯醯胺與丙烯酸之共聚物或CMC)；陽離子聚合物(諸如交聯聚醯胺基胺、聚二烯丙基二甲基氯化銨或聚胺)；組合用於形成聚電解質錯合物以改良紙製品之強度性質。本發明組合物亦可與聚合醛官能基化合物(諸如乙醛酸化聚丙烯醯胺、醛纖維素及醛官能基聚醣)組合使用。
在造紙製程中，可與本發明組合物一起添加諸如黏土、滑石、二氧化鈦、碳酸鈣、顏料、染料、內施膠材料、松香及明礬及其他及硫酸鈣之無機化合物以改良造紙製程及紙製品之品質。個別組合物或不同組合物之任意組合可與本發明組合物一起應用，或可在應用本發明聚合物之前或之後依序應用。
摻合組合物亦可與一或多種酶組合用於改良紙強度及機械生產率。該等酶包括：水解酶，諸如纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、β-葡糖苷酶、脂酶、酯酶及果膠酶；裂解酶，諸如果膠酸裂解酶；及氧化還原酶，諸如漆酶、葡萄糖氧化酶及過氧化酶。
實例
採用DV-E或DV-II黏度計(Brookfield Viscosity Lab,Middleboro,MA)測定布絡克菲爾德(Brookfield)黏度(BV)。將所選軸桿(編號3)連接至該儀器，其速度係設定為30 RPM。製得具特定固形物含量之反應溶液。將Brookfield黏度軸桿小心插入該溶液中以免收入任何空氣氣泡，然後在24℃下以上述速度旋轉3分鐘。單位為厘泊(cps)。
本發明組合物中之有效聚合物，或有效內容物，或有效固形物，或有效成份表示以乾基計用於製備此種組合物之所有有效成份之溶液中之總重量百分比。例如，N-乙烯基甲醯胺為聚乙烯胺之單體前驅物且具有71.1之分子量。因此，100 g包含由11.7 g N-乙烯基甲醯胺製得之聚合物之聚乙烯胺Hercobond6363溶液具有11.7%有效聚合物。液態澱粉產品中之有效澱粉含量係與該等液態澱粉中之固形物含量之重量百分比相同。Hercobond6363與RediBond5330(72:28)之組合物表示一種包含72重量% Hercobond6363有效聚合物及28重量%有效液態陽離子澱粉之摻合產品。以100 g此種摻合組合物為例，總有效成份，或產品有效成份，或有效內容物，或有效固形物為10%且包含由7.2 g乙烯基甲醯胺及2.8 g有效陽離子澱粉製得之聚乙烯胺聚合物。
實例1
此實例例示一種液態陽離子澱粉及聚乙烯胺於製備本發明所用之聚乙烯胺-陽離子澱粉組合物摻合物之用途。
隨攪拌於24℃下在10分鐘內將Prequel500(130.7 g,30%,Hercules Incorporated,Wilmington,DE,USA)加入聚乙烯胺(Hercobond6363,861.5 g,11.7%有效聚合物，Hercules Incorporated,Wilmington,DE,USA)中，然後使用36% HCl將混合物pH調節至7.0。使所得調配物攪拌10分鐘直到該調配物變均一為止。所得摻合物包含13.8%有效固形物。溶液黏度為1740 cps。該摻合調配物外觀呈些微渾濁狀，然均一無分離。
表I之實例1-1至1-9為使用不同液態陽離子澱粉且/或不同之聚乙烯胺/有效澱粉比率依實例1中所述製得之摻合調配物。水性液態陽離子澱粉為含氮量為1.0%之National 543690(National Starch,Bridgewater,NJ)，Stalok280(Tate & Lyle PLC，London,UK)、含氮量為0.33%之RediBond5330(National Starch,Bridgewater,NJ)，VectorSC20157(Roquette,Lestrem Cedex,France)、含氮量為0.3%之DynaSol308陽離子澱粉產品(International Additive Concepts Inc.,Charlotte,NC,USA)。
表I.聚乙烯胺-澱粉摻合物
實例2
此實例例示源自Hercobond6363及Redibond5330之摻合組合物於40℃下1個月之黏度穩定性結果。
表II.聚乙烯胺/澱粉摻合物之黏度穩定性
如表II所示，聚乙烯胺-液態陽離子澱粉之摻合調配物於40℃下1個月係穩定的，且在30天內黏度無明顯增加。在研究結束時，組合物為均一而無相分離。在室溫至負30C之溫度下3個循環變化之後，摻合組合物亦為凍-融穩定而無相分離。
實例3
此實例描述摻合組合物作為造紙應用之乾強度添加劑之多種評估。在此實例中，將由上述實例之摻合物製得之紙之乾強度係與由商業基準乾強度聚乙烯胺產品(Hercobond6363及Hercobond6350)製得之紙之乾強度比較。
採用造紙機製造裱面紙板。紙漿為具有50 ppm硬度、25 ppm鹼度、2.5% GPCD15F澱粉(Tate & Lyle PLC,London,UK)及2000 uS/cm導電率之100%再利用介質。系統pH為7.0且在52℃之漿料溫度下漿度為約380 CSF。基重為100 lbs/3000英尺2 。以乾強度劑形式將上述實例中所製得之聚乙烯胺-澱粉摻合物加入相對於乾紙漿有效聚合物濃度為0.3重量%之造紙機濕部。除非另外指明，否則將Stalok300兩性澱粉(Tate & Lyle PLC,London,UK)及PerFormPC 8713絮凝劑(Hercules Incorporated,Wilmington,DE,USA)加入濕部，乾Mullen爆破強度、乾拉、STFI短程壓縮及濕拉測試係用以測定乾強度效應。
表III顯示Hercobond6363/不同液態陽離子澱粉摻合組合物相較於作為標準品之Hercobond6363之範圍。在Mullen爆破測試中，數值越高指示性能越好。
表III.摻合組合物相對於Hercobond6363之乾強度性能
對於表III，數據係利用0.3重量%之摻合調配物相對於乾紙漿進行評估。該等數據說明可在特定比率及條件下藉由摻合聚合物與澱粉改良聚乙烯胺(Hercobond6363)之所有性能。此等結果顯示摻合物對紙乾強度用途之協同效應。低成本陽離子澱粉之添加使得摻合組合物之總成本降低且以等效成份計與Hercobond6363比較時提供約相等(相差小於6%)至增加之乾強度效率。
以等效成份計相較於Hercobond6363，由摻合調配物製得之再利用裱面紙板之濕拉力減小10至20%。此點之優點為具有較低濕拉力之再利用裱面紙板具有較好的再漿化能力。
表IV顯示相較於兩種不同劑量之作為標準品之Hercobond6363，Hercobond6363/Prequel500(75/25)摻合組合物之乾強度性能。此時，添加OptiPlus1030兩性澱粉(National Starch,Bridgewater,NJ)代替Stalok300陽離子澱粉(Tate & Lyle PLC,London,UK)仍使用0.5%之乾紙漿。在Mullen爆破測試中，數值越高指示性能越好。表IV.摻雜組合物相對於Hercobond6363之乾強度性能
該等數據再次證實摻合調配物之改良之性能係優於以等效成份計具有減小之濕拉力之兩種不同劑量之聚乙烯胺，Hercobond6363。
表V顯示相較於在無Stalok300兩性澱粉(Tate & Lyle PLC,London,UK)及PerFormPC 8713絮凝劑(Ashland Inc.)存在下以紙漿製造再利用裱面紙板時作為標準品之Hercobond6363之兩種Hercobond6363/Redibond 5330組合物之乾強度性能。數據係利用0.3重量%之有效聚合物相對於乾紙漿進行評估。在Mullen爆破測試中，數值越高指示性能越好。
表V.摻合組合物相對於僅具有紙漿之Hercobond6363之乾強度性能
該等數據顯示：相較於Hercobond6363，在Mullen爆破測試及STFI中，72/28聚乙烯胺-陽離子澱粉比率下之摻合組合物之乾強度性能為等效或更好。在液態陽離子澱粉之濃度稍高之情況下，在相同的造紙條件下，Mullen及STFI均減小6%以下。在高濃度之液態陽離子澱粉下，濕拉力亦減小。
實例4
此實例描述造紙應用中作為濾水及留存助劑之摻合組合物之評估結果。上述實例中摻合組合物之濾水效率及留存/固著性質係利用Canadian標準漿度(CSF)測試法及真空濾水測試(VDT)與Hercobond6363及空白組比較。
對於真空濾水測試(VDT)，裝置設置係類似於不同過濾參考書中所述之布赫納(Buchner)漏斗測試，(例如)參見Perry's Chemical Engineers' Handbook,第7版,(McGraw-Hill,New York,1999)第18至78頁。VDT係由300 ml磁Gelman過濾漏斗、250 ml量筒、速卸器、聚水器及具有真空計及調整器之真空泵組成。首先，將真空度設定為10英寸Hg，然後，將漏斗合適地安置於量筒上進行VDT測試。接著，將250 g 0.5重量%紙原料裝入一燒杯中，然後，在藉由頂置式混合器所提供之攪拌下，將根據處理程式所需要之添加劑(例如，澱粉、含乙烯基胺聚合物、絮凝劑)加入該原料中。然後將該原料倒入過濾漏斗內並開啟真空泵且同時啟動碼錶。濾水效率係以獲得230 mL濾液所需之時間形式報告。標準化兩個濾水測試之結果並將其表示為觀察到之濾水性能相對於不包含摻合組合物之系統之百分比。
在表VI中，相較於Hercobond6363，Hercobond6363/Prequel500(75/25)係藉由CSF測試評估Hercobond6363/Prequel500(75/25)之濾水性能。此測試係在以乾紙漿計兩種不同劑量下進行。相對Hercobond6363樣品之CSF漿度%越高指示性能越好。
表VI.聚乙烯胺/澱粉摻合物(75/25)相對於對照組之濾水性評估
此評估顯示0.30%有效樹脂劑量之Hercobond6363/Prequel500(75/25)之摻合組合物使紙漿之濾水性能之額外改良比Hercobond6363相對於不含添加劑之紙漿之改良高約10%。在0.15%有效劑量下，摻合組合物之有效性較小，然濾水性能係與Hercobond6363類似。
表VII顯示利用上述測試相對於作為標準品之Hercobond6363評估之一系列Hercobond6363/液態陽離子澱粉組合物之VDT真空濾水數據。濾水時間VDT越短，濾水性能越好。對於所有實例，有效劑量為0.30%。
表VII.聚乙烯胺/澱粉摻合組合物與對照組之再利用纖維濾水性能之比較
VDT數據指示：反映液態陽離子澱粉產品與聚乙烯胺於改良再利用紙漿之濾水性上之協同效應。所有摻合組合物之濾水比Hercobond6363快，除了摻合物中具有50%有效澱粉者之外。
實例5
測定濾液之濁度以評估摻合組合物之固著性質。各實例之添加劑總組合劑量為0.3%。使用VDT測試中所獲得之濾液進行此等評估。濁度數據(FAU值)係概述於表VIII中且該等組合物之固著性質係表示為未經化學處理之空白組之濁度百分率。此百分率越小，組合物作為固著劑則更有效。
表VIII.減小再利用紙漿之濁度之聚乙烯胺/液態陽離子澱粉組合物
此評估證實該等組合物可用作造紙之污染物控制添加劑以控制樹脂性及膠蠟物。

Claims (21)

  1. 一種穩定水性組合物，其包含以有效成份計為90至55份之聚乙烯胺相對於以有效成份計為10至45份之液態陽離子澱粉之比率之聚乙烯胺與液態陽離子澱粉，其中液態陽離子澱粉與聚乙烯胺之該等組合有效部份係佔該組合物之總固形物之至少40重量%，其中該組合物的布氏(Brookfield)黏度於使用編號3軸桿且在30rpm以及25℃下係在500至4000cps之範圍內。
  2. 如請求項1之組合物，其中該聚乙烯胺包括選自由自聚乙烯甲醯胺完全或部分水解之乙烯基胺均聚物、乙烯基胺共聚物、乙烯基胺三聚物及聚合之後經化學改質之含乙烯基胺聚合物組成之群之乙烯基胺聚合物。
  3. 如請求項2之組合物，其中該聚乙烯胺包括完全或部分水解之聚乙烯甲醯胺。
  4. 如請求項2之組合物，其中該聚乙烯胺包括乙烯基胺均聚物。
  5. 如請求項1之組合物，其中該液態陽離子澱粉為源自糯玉米之陽離子液態澱粉。
  6. 如請求項1之組合物，其中該液態陽離子澱粉為已藉由使用3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨陽離子改質之糯玉米澱粉製得之陽離子液態澱粉。
  7. 如請求項5之組合物，其中該液態陽離子澱粉具有0.01至2.5%之範圍內之含氮量。
  8. 如請求項5之組合物，其中該液態陽離子澱粉之固形物 含量為在15至35%之範圍內。
  9. 如請求項5之組合物，其中該液態陽離子澱粉之固形物含量為在20至30%之範圍內。
  10. 如請求項5之組合物，其中該液態陽離子澱粉之固形物含量為10至40%之範圍內，其布氏(Brookfield)黏度於使用編號3軸桿且在30rpm以及25℃下係在2,000至20,000cps之範圍內。
  11. 如請求項1之組合物，其中聚乙烯胺包括選自由自聚乙烯甲醯胺完全或部分水解之乙烯基胺均聚物組成之群之乙烯基胺聚合物，且該液態陽離子澱粉為源自糯玉米之液態陽離子澱粉。
  12. 如請求項1之組合物，其中聚乙烯胺係以有效成份計佔組合物之60至80份及液態陽離子澱粉係以有效成份計佔組合物之20至40份。
  13. 如請求項1之組合物，其中聚乙烯胺係以有效成份計佔組合物之65至80份及液態陽離子澱粉係以有效成份計佔組合物之20至35份。
  14. 如請求項1之組合物，其中聚乙烯胺係以有效成份計佔組合物之70至80份及液態陽離子澱粉係以有效成份計佔組合物之20至30份。
  15. 如請求項1之組合物，其中以有效成份計液態陽離子澱粉及聚乙烯胺計之組合部份係佔組合物之總固形物之至少50重量%。
  16. 一種製造紙或紙板製品之方法，其中請求項1之該組合 物係以製成乾紙或紙板之重量計之0.02至0.5重量%之有效成份量加入紙漿中。
  17. 如請求項16之方法，其中此量為0.15至0.5%。
  18. 如請求項16之方法，其中該組合物係添加於造紙漿液中，其中該造紙漿液進一步包含選自由以下組成之群之其他造紙添加劑：陽離子、陰離子或兩性聚丙烯醯胺、聚丙烯酸、丙烯醯胺與丙烯酸之共聚物、羧甲基纖維素；交聯聚醯胺基胺、聚二烯丙基二甲基氯化銨、聚胺；聚合醛官能基化合物、乙醛酸化聚丙烯醯胺、醛纖維素及醛官能基聚醣、聚醣、明礬、黏土、滑石、二氧化鈦、碳酸鈣、顏料、染料、松香、施膠劑及酶。
  19. 如請求項18之方法，其中此等其他造紙添加劑係選自由陰離子聚丙烯醯胺、陽離子聚丙烯醯胺及其混合物組成之群。
  20. 如請求項18之方法，其中此等其他造紙添加劑包括乙醛酸化聚丙烯醯胺。
  21. 一種用於造紙的穩定水性組合物，其包含以有效成份計為90至55份之聚乙烯胺相對於以有效成份計為10至45份之液態陽離子澱粉之比率之聚乙烯胺與液態陽離子澱粉，其中液態陽離子澱粉與聚乙烯胺之該等組合有效部份係佔該組合物之總固形物之至少40重量%，其中該組合物的布氏(Brookfield)黏度於使用編號3軸桿且在30rpm以及25℃下係在500至4000cps之範圍內。
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