[发明专利]作为造纸添加剂的溶胀淀粉

说明书

发明领域

本发明涉及造纸工艺中湿端(wet end)所使用的添加剂，更特别地，本发明涉及溶胀淀粉，作为干强添加剂被加入到造纸工艺中。

相关技术的概述

纸大部分是由纸浆制作的。有许多不同种类的纸浆：机制木浆(磨木浆)，半化学纸浆，亚硫酸纸浆，硫酸盐纸浆或牛皮纸浆，碱法纸浆等等。一些是由纯机械方法制备的，另一些是由机械和化学方法结合起来制备的，还有一些是通过化学方法制备。除去树皮和存储及运输时的损失，机械木浆基本上包含所有的木材。部分的半化学纸浆没有木素。但是化学纸浆基本上是纤维素，不想要的木素和其它的木材非纤维组分在蒸煮和漂白处理时已溶解掉。因此，化学纸浆在高级纸制造上比机制纸浆和半化学纸浆优越得多。然而由于必需特殊处理，以它作为新闻印刷等价廉的纸张纤维的主要来源太过昂贵。

如果纸浆纤维是纸张的唯一成分，则因纸张太软，颜色泛黄且不能成功地用油墨书写或打印，纸的用途很受限制。如果纸薄的话，则可看见背面的印刷物。因此，有必要加入其它的组分，如加入施胶剂或颜料和填料到纤维素性纤维中，以制备适合多种用途的纸张。

除了吸水纸、滤纸、和大部分包装纸，许多纸必须加入细磨填料，其目的是使纸不透明和提高其白度。施胶剂被加入到除吸水纸和滤纸之外的纸中以提高纸张的抗液体渗透能力。普通的施胶剂是在浆料成型为纸张之前即加入到浆料(即湿纸浆，更具体而言是预制好的配料)中。这些施胶剂可为酸性、中性及碱性物质。酸性施胶剂通常是松香基且用明矾沉淀。中性施胶剂亦可为松香基，但是使用于近中性pH值下。碱性施胶剂是例如烯基琥珀酸酐(ASA)和烷基乙烯酮二聚体(AKD)。本段介绍的这些施胶在商业上称作内面施胶。

术语“施胶”在造纸工业中亦用于另一场合。这一应用即表面施胶。它与前述内面施胶的不同之处在于：它施用于纸的表面并在其上与纸体内的纤维粘接，并在纸表面铺展成一或多或少为连续状的膜。表面施胶旨在形成光滑硬质表面，当书写时不会卡住笔，当用粘质油墨印刷时不会拉掉，并且不会使油墨边缘发毛。表面施胶剂的又一优点是，由于它封住了纸芯，从而提高了纸张的抗油性。对于某些类型的纸张，例如书写纸、印刷用纸及一些包装纸而言，表面施胶比内面施胶更重要。对于用于平版印刷的纸张而言，表面施胶是很重要的，因为它防止了纸在印刷机上被润湿时表面纤维变松。

表面施胶的常用方法是在施胶机上对纸的两侧施涂施胶剂。这一方法中存在一些固有的机械问题，它们导致在纸表面施涂和保持均匀施胶剂层十分昂贵。这种机械设备造价高昂，并且由于需将由施胶剂稀释悬浮液带入纸张的水分蒸发掉而增加了成本。通常该施胶剂是淀粉或者例如氧化改性淀粉或酶改性淀粉的淀粉衍生物。

很久以来淀粉即被用作强化纸张的添加剂而应用于造纸工艺。参见，例如：whistler和Paschall，《淀粉：化学和技术》，学术出版公司，纽约，第2卷，1967年，第六章。为此目的，淀粉被加入到浆料中。这种方法产生了高度可溶的物质，它不能有效地保留在纸张内。授权于1957年9月10日的美国专利2,805,966公开了对淀粉蒸煮方法的一种改进，其中的淀粉淤浆在蒸汽喷射蒸煮器内加热。据说这可以控制加热，以使大部分的淀粉颗粒被溶胀而不破裂。但是，淀粉颗粒溶胀而不破裂的温度范围是很广的。即使在这一方法中亦仅能使一部分的颗粒形成所欲的溶胀态。一些淀粉颗粒仍未溶胀因而不能用作胶粘剂，而其它的颗粒则可能被溶解了而未能保留在纸内。

授权于1938年4月5日的美国专利2,113,034公开了一种制备其溶胀颗粒在搅拌时不解体的淀粉的方法。这是通过淀粉与甲醛反应而实现的。这种产品在热水中难于分散，并需用碱处理和剧烈搅拌以使淀粉适于用作纸浆添加剂。由于需要进行这些处理，并且由于淀粉仅部分地保留在纸内，该产品在造纸工业中一直未被接受。

授权于1943年9月7日的美国专利2,328,537公开了另一种制备其溶胀颗粒在搅拌时不解体的淀粉的方法。这是通过淀粉与锑或磷的氯化物或氢氧化物反应而实现的。该专利认为该产品可能在造纸中有用。同样地，由于所述产品在热水中溶胀有限且仅仅部分保留在纸张内而在造纸工业中一直未被接受。

因此，如果发现了一种添加剂，它能在成纸之前和/或期间加入到纸浆中并改善纸的内部性质，这将是本领域的进展之一。只要能带来这些性质，同时不导致有害副作用，则该添加剂将很容易为本领域所接受。另外，如果最终成品纸制品的性能，例如耐破裂强度和抗拉强度可以通过这些添加剂而改善，那么使用此类添加剂将带来额外的经济效益。