[发明专利]造纸工艺

说明书

本发明涉及一种造纸工艺和在所述工艺中淀粉的使用。

为了提高纸的强度性能，通常的做法是在造纸工艺的湿部(wet-end)阶段添加阳离子淀粉。造纸工艺的湿部是指造纸工艺中加工纤维纸浆的阶段，所说的纤维纸浆来自回收的废纸、木材、棉花或其他来源的纤维素基材料。“湿部”这一术语源于纸浆是在大量水的存在下进行加工的。

近来，造纸工业有几种要求增加纸张中淀粉的趋势。一种趋势是纸张回收利用的环保需求。当纸张回收利用时，其纤维趋于变短、变脆，后者是由于纤维之间的相互作用减弱。结果，为了生产具有足够强度的纸张，就必须在造纸的湿部阶段增加淀粉的数量。已经发现，当纸被回收一定次数之后，因回收而损失的强度并不总是能简单地通过添加淀粉来补偿。据此，回收最终会导致纸的强度劣化。

另一种趋势为生产更廉价的纸所驱使。这可以通过把大量廉价填料加入纸中来实现。但是，纸中含有大量填料会使纸张强度变差，从而增加了对湿部添加数量更多的淀粉的需求。

还有一种趋势与造纸工艺所用设施的变化有关。传统的施胶压榨(size-press)越来越多地被预计量施胶压榨(premetering size-press)所取代。通常，使用预计量施胶压榨的影响，是使淀粉渗透到纸张中的程度比使用传统施胶压榨更小。结果淀粉对纸张强度的贡献更小。此外，使用预计量施胶压榨还会因着色减弱纸张固有的强度。因此，希望在纸张内并入更大量的淀粉，以增加纸张强度。在这方面，特别重要的是，当造纸工艺的湿部添加数量更多的淀粉时，必需获得所述淀粉的高留着率。换句话说，重要的是，实际上在纸张内并入了大量的淀粉但却并不损失于纸浆的工艺水中。

在发表于PITA年会会刊1997年10月(曼彻斯特)第87-91页的“阴离子淀粉：对提高纸张强度有效的湿部构想”一文中，J.Terpstra和R.P.Versluijs曾提出使用阴离子淀粉代替阳离子淀粉作为造纸工艺湿部的补强剂，以便所生产的纸张达到更高的固有强度。使用阴离子淀粉的构想也已经在P.H.Brouwer发表于“Wochenblatt fuerPapierfabrikation”，19(1997)，928-937的文章中以及在WO-A-93/01353和WO-A-96/05373专利中叙述过，并可以解释如下。

用于生产纸张的纤维和填料颗粒带有负电荷。当阳离子淀粉用作纸张补强剂时，它的留着率主要来自带有正电荷的淀粉和带有负电荷的纤维和填料颗粒之间的相互作用。而为了把阴离子淀粉的分子黏附到阴离子的纤维和填料颗粒上，要采用所谓的阳离子固定剂(fixative)。原则上，任何阳离子纸张助剂都可以作为阴离子淀粉的固定剂，尽管某些比另一些效果更好。因为价廉和几乎不受水硬度的影响，聚合氯化铝被认为是非常有吸引力的固定剂。在这方面，推荐用作固定剂的其他物质特别有明矾或阳离子聚合物，例如聚二甲基二烯丙基氯化铵和多胺。

已经发现，联合使用阴离子淀粉与适当的固定剂与仅用阳离子淀粉作纸张补强剂的情况相比，可以在纸张中并入多达5倍的淀粉。当然，这就产生了强度高得多的纸张。同时，在造纸过程中用阴离子淀粉和固定剂代替阳离子淀粉时，淀粉留着率高得多。

在造纸过程的湿部采用阴离子淀粉和固定剂代替阳离子淀粉的缺点是必须使用固定剂。尽管该技术中推荐的某些固定剂相当便宜，但所生产纸张的成本还可能由于使用固定剂而显著增加。另外，当固定剂是阳离子化合物时，不可避免地要随固定剂一起向纸张中添加平衡阴离子。通常，平衡离子是具有腐蚀性的氯离子。因此，使用固定剂可能导致工艺水的硬化和产生盐类，它们会干扰其他造纸助剂。

因而，需要探求可以在造纸过程湿部中增加并入纸张中淀粉数量的替代方法。这些替代方法应该优选没有上述的缺点，尤其希望省却固定剂的使用。

意外的是，现已发现在造纸过程湿部中使用特殊的交联淀粉可以实现上述目标。这就是说，本发明涉及一种造纸工艺，在该工艺的湿部中将交联淀粉加入到纤维素基纤维的水性悬浮液中；这种淀粉的交联度，以300rpm下的FANN粘度计小于50mPas，优选小于25mPas；FANN-A值小于2.5，优选小于0.5。

本发明有很大的优势，这种方法在湿部中添加的并入淀粉数量，是不用添加剂的现有工艺所不能达到的。而且，本发明在造纸过程湿部中添加淀粉的留着率，比现有工艺大大增加。同时，当所加淀粉是阴离子淀粉时，不需要添加固定剂。