Водная композиция, включающая ионогенный полимер и промотирующую вязкость добавку, способ нанесения на бумагу покрытия на основе водной композиции и бумага с покрытием

Водная композиция, включающая ионогенный полимер и промотирующую вязкость добавку, способ нанесения на бумагу покрытия на основе водной композиции и бумага с покрытием

Реферат

 

Изобретение относится к модификаторам реологии для достижения загущающего эффекта, регулирования истечения удерживания воды и других свойств водных систем. В заявке описаны водные композиции, обладающие техническим результатом – улучшенными реологическими свойствами, предпочтительно включающими такие, как улучшенное напряжение пластического течения, улучшенная вязкость и улучшенная способность удерживать влагу. К ним относятся низковязкие композиции, обладающие высоким напряжением пластического течения. Композиции по настоящему изобретению представляют собой водные композиции полимера, обладающего общим ионным зарядом, и промотирующей вязкость добавки, обладающей противоположным общим ионным зарядом. В композиции можно также вводить замедляющую добавку для предотвращения осаждения и/или желатинизации. Изобретение включает также способ нанесения на бумагу покрытия из водной композиции и бумагу с покрытием. 3. с. и 72 з.п. ф-лы, 26 табл.

Перекрестные ссылки на родственные заявки

В данной заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке US 60/086048, поданной 12 мая 1998 г., которая в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композициям, обладающим улучшенными реологическими свойствами, включающим ионогенный полимер и промотирующую вязкость добавку. Изобретение относится также к способам приготовления и применения композиций, обладающих улучшенными реологическими свойствами, а также к композициям и способам обработки бумаги.

Описание известного уровня техники

В различных отраслях промышленности существует потребность в применении модификаторов реологии для достижения загущающего эффекта, регулирования истечения, удерживания воды и других свойств водных систем. Технически доступен ряд модификаторов реологии, таких, как натрийкарбокси-метилцеллюлоза, хьюаровая камедь, альгинат натрия, гидроксиэтилцеллюлоза, щелочерастворимые латексы, ксантановая камедь, полиакриламид и т.д.

Гидрофильные группы, наличие которых эти различные водорастворимые полимеры проявляют, могут быть классифицированы как неионогенные, анионоактивные или катионоактивные. В отсутствие полимерных материалов с противоположными зарядами и, следовательно, проблем несовместимости анионоактивные или катионоактивные водорастворимые полимеры применяют наиболее широко. Так, например, в случаях, когда используют анионоактивные полимеры, в частности при меловании бумаги, эти полимеры традиционно применяют в отсутствии катионоактивной добавки, поскольку катионоактивные добавки как правило осаждают большинство анионоактивных водорастворимых полимеров и, следовательно, снижают их эффективность. Аналогичным образом в подавляющем большинстве областей техники, где находят применение либо анионоактивные, либо катионоактивные полимеры, эти добавки используют при устранении материалов с противоположным зарядом. Известно также, что присутствие поливалентных катионоактивных неорганических солей, таких, как соли кальция и алюминия, может оказывать нежелательное влияние на растворимость и эффективность анионоактивных полимеров.

Однако даже несмотря на то, что в тех областях применения, в которых используют анионоактивные водорастворимые полимеры, присутствия растворенных веществ с поливалентными катионами обычно избегают, время от времени появляются данные о случаях использования анионоактивного полимера в сочетании либо с катионоактивными водорастворимыми полимерами, либо с катионоактивными солями. К ним относятся следующие.

В US 3049469 речь идет об использовании анионоактивной водорастворимой полимерной натрийкарбоксиметилцеллюлозе в сочетании с катионоактивным неорганическими полимерным полиамид-эпихлоргидриновым сополимером для повышения прочности бумаги.

В US №№5502091, 5318669 и 5338407 описаны смеси катионоактивной и анионоактивной хьюаровых камедей для повышения прочности бумаги в сухом состоянии.

В US №5338406 и представителе семейства его аналогов ЕР 0362770 описаны смеси высокомолекулярных катионоактивных водорастворимых полимеров, таких, как катионоактивная хьюаровая камедь и катионоактивный полиакриламид, с анионоактивными полимерами для повышения прочности бумаги в сухом состоянии.

В US №3719503 описано приготовление водных гелей с применением особых смесей анионоактивных водорастворимых полимеров с солями алюминия.

В US №4035195 описано использование натрийкарбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозы и сшивающих катионоактивных добавок, таких, как соли хрома и алюминия, с целью загущения рассолов для применения на нефтяных промыслах.

В большинстве случаев, таких, как описанные в US №№3049469, 3058873, 3719503, 5502091, 5318669, 5338407 и 5338406, анионоактивные и катионоактивные полимеры последовательно смешивают с коллоидами, такими, как бумажная масса и суспендированные частицы, с целью упростить адсорбцию/флокуляцию коллоидов водорастворимыми полимерами. Следовательно, из водной фазы полностью удаляют водорастворимые полимеры, поэтому улучшенная вязкость полимерного раствора в растворе не достигается.

Краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к водным композициям, обладающим улучшенными реологическими свойствами, предпочтительно включающими несколько улучшенное напряжение пластического течения, улучшенную вязкость, улучшенное удержание воды и их сочетание. Настоящее изобретение относится также к способам приготовления и применения этих композиций.

Композиции по настоящему изобретению могут быть приготовлены с использованием согласованной смеси ионогенного водорастворимого полимера, который в растворе совмещен с промотирующей вязкость добавкой для этого ионогенного полимера, причем эта промотирующая вязкость добавка обладает общим ионным зарядом, противоположным ионному заряду ионогенного полимера. Композиции по настоящему изобретению необязательно включают замедляющую добавку для предотвращения или уменьшения количества образующегося осадка и/или желатинизации. Водные растворы по настоящему изобретению проявляют неожиданные реологические свойства и могут быть использованы с различными целями, такими, как поверхностная обработка бумаги в клеильном прессе и реологический контроль при меловании бумаги.

Для мелования бумаги обычно прибегают к методу обработки бумаги в клеильном прессе. При осуществлении этого метода предварительно отлитое бумажное полотно пропускают через клеильный пресс, в котором на одну или обе стороны бумаги как правило наносят раствор растворенного крахмала с добавлением на бумагу как правило примерно 3-5 мас.% сухого вещества в пересчете на сухую массу необработанной бумаги. Бумажные полотна как правило являются высокоабсорбентными, что обусловливает пенетрацию в бумажные поры больших количеств раствора крахмала. Такая пенетрация нежелательна, поскольку покрытие как правило необходимо на поверхности бумаги, а не в порах. Таким образом, пенетрация раствора требует добавления дополнительного количества крахмала для получения целевого покрытия, что обусловливает потерю эффективности.

Хотя смеси анионоактивной хьюаровой камеди с катионоактивной хьюаровой камедью, а также смеси анионоактивных полиакриламидных сополимеров с катионоактивными полиакриламидными сополимерами в технике изготовления бумаги используют для различных целей, при выполнении настоящего изобретения вследствие образования большого количества осадка эти сочетания недейственны. Таким образом, по своим признакам объект настоящего изобретения отличается от ранее предложенных в данной области техники композиций в отношении химической природы совмещенных полимерных материалов.

Сущность настоящего изобретения отличается также от известных технических решений соотношениями и концентрациями материалов, используемых для приготовления растворов новой реологической смеси.

Новизна настоящего изобретения становится очевидной, учитывая то, что в соответствии с известными техническими решениями предполагается невозможность эффективных смесей анионоактивных полимеров с катионоактивными промотирующими вязкость добавками.

В бумажной отрасли промышленности существует потребность в композициях и способах, которые позволяют лучше удерживать композиции для нанесения покрытий от глубокой пенетрации в бумажные поры, повышая тем самым эффективность процесса нанесения покрытия. Такая эффективность необходима, поскольку помимо прочего она дает возможность уменьшить количества требуемых добавок, например упрочняющих средств и проклеивающих веществ.

Существует также потребность в композициях и способах, которые позволяют эффективно заклеивать поры в бумаге, снижая в результате пористость бумаги.

Согласно одному из объектов по настоящему изобретению предлагаются водные композиции, включающие по меньшей мере один первый ионогенный полимер и по меньшей мере одну промотирующую вязкость добавку, причем эта по меньшей мере одна промотирующая вязкость добавка включает по меньшей мере один второй ионогенный полимер, обладающий общим ионным зарядом, который противоположен ионному заряду по меньшей мере одного первого ионогенного полимера, и напряжение пластического течения этой водной композиции превышает примерно 5 дин/см².

Согласно другому объекту изобретения предлагается водная композиция, приготовленная совмещением по меньшей мере одного первого ионогенного полимера, по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки и водной среды, причем эта по меньшей мере одна промотирующая вязкость добавка представляет собой по меньшей мере один второй ионогенный полимер, обладающий общим ионным зарядом, который противоположен ионному заряду первого ионогенного полимера, и напряжение пластического течения этой водной композиции превышает примерно 5 дин/см².

Согласно еще одному объекту изобретения предлагается водная композиция, включающая воду, по меньшей мере один первый ионогенный полимер и по меньшей мере одну промотирующую вязкость добавку, причем эта по меньшей мере одна промотирующая вязкость добавка представляет собой по меньшей мере один второй ионогенный полимер, обладающий общим ионным зарядом, который противоположен ионному заряду по меньшей мере одного первого ионогенного полимера, напряжение пластического течения этой водной композиции по меньшей мере примерно на 10% превышает напряжение пластического течения композиции, обладающей примерно такой же вязкостью, как эта водная композиция, и включающей те же компоненты, что и у этой водной композиции, но не содержащей по меньшей мере одного первого ионогенного полимера или по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки.

Согласно другому объекту изобретения предлагается водная композиция, включающая воду, по меньшей мере один первый ионогенный полимер и по меньшей мере одну промотирующую вязкость добавку, причем эта по меньшей мере одна промотирующая вязкость добавка представляет собой по меньшей мере один второй ионогенный полимер, обладающий общим ионным зарядом, который противоположен ионному заряду по меньшей мере одного первого ионогенного полимера, водная композиция обладает вязкостью, превышающей вязкость водной композиции, включающей те же компоненты и в той же концентрации, что и у этой водной композиции, но не содержащей либо по меньшей мере одного первого ионогенного полимера, либо по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки, где концентрация компонента выражена в массовых процентах в пересчете на общую массу.

Согласно другому объекту изобретения предлагается водная композиция, включающая по меньшей мере один ионогенный полимер, по меньшей мере одну промотирующую вязкость добавку и по меньшей мере одну замедляющую добавку, причем этот по меньшей мере один ионогенный полимер обладает общим ионным зарядом, который противоположен ионному заряду по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки, по меньшей мере одна замедляющая добавка содержится в количестве, которое эффективно для предотвращения образования осадка или геля, осадок или гель включает согласованный комплекс по меньшей мере одного первого ионогенного полимера и по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки.

Согласно еще одному объекту настоящего изобретения предлагается способ нанесения покрытия на пористую поверхность, включающий нанесение на эту поверхность водной композиции, включающей по меньшей мере один первый ионогенный полимер и по меньшей мере одну промотирующую вязкость добавку, причем этот по меньшей мере один ионогенный полимер обладает общим ионным зарядом, который противоположен ионному заряду по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки.

Согласно другому объекту настоящего изобретения предлагается способ поверхностной проклейки бумаги, включающий применение любой из композиций по изобретению, а также бумаги, предпочтительно проклеенной бумаги, с покрытием, нанесенным с помощью таких композиций и/или способов. Предпочтительный способ включает а) подготовку бумаги; б) нанесение водной композиции в соответствии с изобретением по меньшей мере на одну поверхность бумаги и в) сушку бумаги с получением бумаги с поверхностной проклейкой.

Тем не менее согласно еще одному объекту настоящего изобретения предлагается способ понижения пористости пористой поверхности, предпочтительно волокнистого листового материала, более предпочтительно бумаги, включающий нанесение на эту пористую поверхность композиции по изобретению. Объекты изобретения включают также пористые поверхности, волокнистые листовые материалы и бумагу с покрытием, нанесенным с помощью методов и/или композиций по настоящему изобретению.

Предпочтительные водные композиции характеризуются напряжением пластического течения, которое превышает примерно 5 дин/см², более предпочтительно превышает примерно 10 дин/см², еще более предпочтительно превышает примерно 20 дин/см², предпочтительнее превышает примерно 30 дин/см², более предпочтительно превышает примерно 50 дин/см², а еще более предпочтительно превышает примерно 70 дин/см².

Кроме того, предпочтительные водные композиции характеризуются напряжениями пластического течения, которые превышают по меньшей мере примерно на 10%, предпочтительно по меньшей мере примерно на 50%, более предпочтительно по меньшей мере примерно на 100%, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно на 200%, напряжение пластического течения композиции, обладающей примерно такой же вязкостью, как эти водные композиции, и включающей те же компоненты, что и у этих водных композиций, но не содержащей по меньшей мере одного первого ионогенного полимера или по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки.

Предпочтительные значения вязкости по Брукфилду водных композиций составляют меньше примерно 10000 сПз, более предпочтительно меньше примерно 5000 сПз, более предпочтительно меньше примерно 1000 сПз, более предпочтительно меньше примерно 500 сПз, еще более предпочтительно меньше примерно 300 сПз и могут быть равными меньше примерно 200 сПз или меньше примерно 100 сПз. Предпочтительные значения вязкости по Брукфилду превышают примерно 50 сПз.

Композиции по настоящему изобретению включают любые из таких систем, как растворы, микроэмульсии, эмульсии, дисперсии и суспензии.

Предпочтительный по меньшей мере один первый ионогенный полимер обладает общим анионным зарядом и в предпочтительном варианте включает по меньшей мере один анионоактивный полисахарид, анионоактивное производное полисахарида, анионоактивный синтетический полимер или их сочетания.

Предпочтительные первые ионогенные полимеры, которые представляют собой анионоактивные полисахариды, включают каррагенан, пектин, альгинат натрия и их сочетания.

Предпочтительные первые ионогенные полимеры, которые представляют собой анионоактивные производные полисахаридов, включают карбоксиметилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилпеллюлозу, карбоксиметильную хьюаровую камедь, карбоксиметилгидроксипропильную хьюаровую камедь, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу, натрийкарбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу, метилкарбоксиметилцеллюлозу, карбоксиметильный крахмал, альгинат натрия, щелочерастворимые латексы и их сочетания.

Предпочтительные первые ионогенные полимеры, которые представляют собой анионоактивные синтетические полимеры, включают анионоактивный акриламидный сополимер, амфотерный акриламидный сополимер, полиакриловую кислоту, сополимер акриловой кислоты и их сочетания.

При комнатной температуре вязкость по Брукфилду предпочтительного раствора, включающего 10 мас.% или меньше по меньшей мере одного первого ионогенного полимера в воде, превышает примерно 1000 сПз.

Предпочтительная по меньшей мере одна промотирующая вязкость добавка включает по меньшей мере один второй ионогенный полимер, по меньшей мере одну соль, обладающую поливалентной катионоактивной функциональной группой, или их сочетания. В дополнение к по меньшей мере одному второму ионогенному полимеру композиции по настоящему изобретению могут включать по меньшей мере одну соль.

В предпочтительном варианте по меньшей мере один второй ионогенный полимер включает по меньшей мере один катионоактивный полиакриламид; эпигалогидриновый продукт реакции полиаминоамидов, полученных реакцией полиаминов с дикарбоновыми кислотами; полимер диаллилдиметиламмонийхлорида, полиамид-эпихлоргидриновую смолу, продукт полимеризации четвертичных мономеров, сополимер четвертичных мономеров и других реакционноспособных мономеров, продукт присоединения четвертичных эпоксидов и водорастворимых полимеров, эпихлоргидриновый продукт реакции полиаминоамида, полученного реакцией адипиновой кислоты с диэтилентриамином, или их сочетания.

При комнатной температуре вязкость по Брукфилду предпочтительного раствора, включающего 5 мас.% по меньшей мере одного второго ионогенного полимера, в воде составляет меньше примерно 2000 сП.

По меньшей мере одна предпочтительная соль, обладающая поливалентной функциональной группой, которая в предпочтительном варианте является катионоактивной, включает двухвалентные или трехвалентные функциональные группы или их сочетания. Предпочтительная соль представляет собой неорганическую соль, которая в предпочтительном варианте включает по меньшей мере один поливалентный металлический катион и в предпочтительном варианте включает соль по меньшей мере одного из таких элементов, как алюминий, магний, железо (III), кальций, цинк и их сочетания.

В предпочтительном варианте плотность заряда по меньшей мере одного первого ионогенного полимера составляет по крайней мере примерно 0,5 мгэкв/г. В предпочтительном варианте плотность заряда по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки составляет по крайней мере примерно 0,4 мгэкв/г. Предпочтительное соотношение между зарядами по меньшей мере одного первого ионогенного полимера и по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки превышает 1:1, более предпочтительно превышает примерно 1:0,6, более предпочтительно превышает примерно 1:0,4, более предпочтительно превышает примерно 1:0,3, еще более предпочтительно превышает примерно 1:0,2, а наиболее предпочтительно превышает примерно 1:0,1.

Композиции могут включать по меньшей мере одну замедляющую добавку, содержащуюся в количестве, которое эффективно для предотвращения образования осадка или геля, причем этот осадок или гель включает согласованный комплекс по меньшей мере одного первого ионогенного полимера и по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки и этот осадок или гель образовывался бы в отсутствии замедляющей добавки. В предпочтительном варианте эта по меньшей мере одна замедляющая добавка включает по меньшей мере одну неорганическую соль, содержащую двухвалентную катионоактивную функциональную группу, соль карболовой кислоты, раствор крахмала и их сочетания.

Предпочтительная водная композиция по настоящему изобретению обладает значением гравиметрического удерживания влаги, которое меньше, предпочтительно по крайней мере примерно на 10% меньше, чем у композиции, включающей те же компоненты и в той же концентрации, но не содержащей либо по меньшей мере одного первого ионогенного полимера, либо по меньшей мере одного второго ионогенного полимера.

Композиции и осуществление способов в соответствии с настоящим изобретением включают добавки. К предпочтительным добавкам относятся проклеивающие вещества; природные, полусинтетические и синтетические полимеры; латексные коллоиды; пигменты; глины; наполнители; биоциды; поверхностно-активные вещества; антистатики; пеногасители; связующие вещества (например, латексные связующие вещества); добавки, содействующие удерживанию; упрочняющие добавки и их сочетания.

Предпочтительные проклеивающие вещества включают взаимодействующие с целлюлозой проклеивающие вещества. К предпочтительным проклеивающим веществам относятся алкилкетеновые димеры, алкилкетеновые мультимеры, ангидриды янтарной кислоты, стиролмалеиновые ангидриды, сополимеры стирола и малеинового ангидрида, крахмалы, гидрофобные латексные полимеры, органические эпоксиды, ацилгалогениды, ангидриды жирных кислот, органические изоцианаты и их сочетания.

Предпочтительная бумага, проклеенная в соответствии с настоящим изобретением, обладает более высокой степенью проклейки, как это определяют испытанием проклейки по методу фирмы Геркулес, чем бумага, проклеенная композицией для поверхностной проклейки, которая аналогична, но не содержит по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки.

Предпочтительная бумага, снабженная покрытием и/или проклеенная композицией по настоящему изобретению, обладает более высокой пористостью по Герли (Gurley), чем бумага, проклеенная композицией для поверхностной проклейки, которая аналогична, но не содержит по меньшей мере одной промотирующей вязкость добавки.

Предпочтительные по изобретению композиции представляют собой любые композиции для мелования бумаги, композиции для проклейки бумаги, краски (например, латексные краски), буровые растворы для нефтяных промыслов, рабочие жидкости для нефтяных промыслов, композиции для осветления воды и добавки, содействующие удерживанию.

Как сказано выше, объем настоящего изобретения охватывает вышеупомянутые композиции и способы, а также способы приготовления композиций, применение композиций и продукты, изготовленные с применением композиций и/или способов по настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Во всех случаях, если не указано иное, количества выражены в массовых процентах, частях, соотношениях и т.п. Понятием "комнатная температура" обозначают температуру примерно 25С.

Во всех случаях, если не указано иное, ссылка на соединение или компонент охватывает само соединение или компонент, а также его сочетание с другими соединениями или компонентами, такое, как смеси соединений.

Далее, когда количества, концентрации или другие значения или параметры представлены в виде списка верхних предпочтительных значений и нижних предпочтительных значений, его следует воспринимать как конкретно указывающий все интервалы, составленные любыми парами верхних предпочтительных значений и нижних предпочтительных значений независимо от того, какие в отдельности указаны интервалы.

Кроме того, во всех случаях, если не указано иное, использованное в настоящем описании понятие "анионоактивный полимер" служит для обозначения полимеров, обладающих общим анионным зарядом, к которым, таким образом, относятся амфотерные полимеры, обладающие общим анионным зарядом. Точно так же во всех случаях, если не указано иное, использованное в настоящем описании понятие "катионоактивный полимер" служит для обозначения полимеров, обладающих общим катионным зарядом, к которым, таким образом, относятся амфотерные полимеры, обладающие общим катионным зарядом.

Упомянутое в настоящем описании напряжение пластического течения определяют реометром AR1000 (фирма ТА Instruments, Ньюкастл, шт.Делавэр) по методу испытания на текучесть при скоростях сдвига 0,2-288 с^-1. В случае водных композиций, не содержащих крахмала или производного крахмала, напряжение пластического течения определяют при 25С. В случае водных композиций, включающих крахмал или производное крахмала, напряжение пластического течения определяют при 65С. Применяемые контейнеры для образцов представляют собой чашеобразные устройства с двойным зазором. Между обоими цилиндрами приборов имеется 3-миллиметровое отверстие. В приемник помещают 8 мл испытываемой композиции, с целью свести к минимуму испарение жидкости во время испытания на заполненный приемник помещают колпачковое приспособление и начинают испытание. Прибор определяет сдвиговое напряжение по мере возрастания скорости сдвига от низких до высоких значений. Далее эти данные анализируют с помощью модели Casson и получают таким путем напряжение пластического течения.

Одним из реологических свойств, которые можно модифицировать по настоящему изобретению, является вязкость. Существует много методов определения вязкости, и в зависимости от отрасли промышленности обычно применяемые методы варьируют. Когда значения вязкости композиций необходимо сопоставить (в частности, соотношениями или по процентному повышению или снижению), приемлем любой метод определения вязкости, лишь бы определения осуществлялись аналогичным путем и в аналогичных условиях для всех сравниваемых композиций. Такие методы включают, хотя ими их список не ограничен, методы определения вязкости по Брукфилду и вязкости по Стормеру (Stormer).

Вязкость композиций, упоминаемых в настоящем описании с указанием значений вязкости по Брукфилду, измеряют с помощью вискозиметра LVT, снабженного валом, вращающимся со скоростью 12 об/мин. В случае композиций, не содержащих крахмала или производного крахмала, вязкость измеряют при примерно 25С. В случае композиций, включающих крахмал или производное крахмала, вязкость измеряют при примерно 60-70С, например при 65С. Для значений вязкости в интервале примерно 0-450 сП применяют вал #1, для значений вязкости в интервале примерно 450-2250 сП применяют вал #2, для значений вязкости в интервале примерно 2250-9000 сП применяют вал #3, а для значений вязкости в интервале примерно 9000-45000 сП применяют вал #4.

Вязкость окрашенных пигментами композиций для мелования бумаги можно измерять с применением вискозиметра RTV и скорости вращения вала 100 об/мин при 25С. Для значений вязкости в интервале примерно 0-1800 сПз применяют вал #4, для значений вязкости в интервале примерно 1800-3600 сПз применяют вал #5, а для значений вязкости в интервале примерно 3600-9000 сПз применяют вал #6.

В научной литературе говорится, что скорость пенетрации водных растворов в пористые подложки в случае растворов аналогичной вязкости должна быть одинаковой. Однако в настоящее время установлено, что растворы по настоящему изобретению, содержащие смеси водорастворимых ионогенных полимеров с модифицирующими вязкость добавками, проявляют значительно более низкую пенетрацию этой смеси в абсорбирующую подложку, чем сравнительные контрольные растворы с эквивалентными значениями вязкости.

Уравнения, описывающие скорость абсорбции растворов пористыми средами, опубликованы в научной литературе, включая уравнения Лукаса-Уошборна (Lucas-Washborn) и закон Дарси (Darcy). Закон Дарси приблизительно можно выразить следующим образом:

где V₀ обозначает скорость поглощения раствора пористой подложкой, К обозначает проницаемость поверхности, Р является членом уравнения, использованным для обозначения давления, а обозначает вязкость раствора. Хотя это уравнение справедливо для ньютоновских текучих сред, полагают, что такое уравнение неадекватно описывает поведение полимерных растворов.

Во многих отраслях промышленности и областях применения в воду или другую водную жидкость добавляют модификатор для регулирования реологических свойств и, таким образом, достижения полезных свойств текучести. Одним из таких реологических свойств является "напряжение пластического течения", являющееся напряжением, имеющим решающее значение, или скорость сдвига, которую необходимо превысить для того, чтобы вызвать истечение некоторых неньютоновских текучих сред. Напряжение пластического течения связано с возможностью раствора выполнять функции добавки, содействующей суспендированию. Напряжение пластического течения композиции является характеристическим свойством этой композиции. Таким образом, напряжение пластического течения не зависит от природы поверхности или сосуда, контактирующего с композицией.

В уравнении 1 его член Р, обозначающий давление, в статической ситуации может быть эквивалентным капиллярному давлению. Таким образом, Р зависит от множества факторов, таких, как размеры поверхностных пор и смачиваемость или контактный угол между жидкостью и поверхностью. Следовательно, Р не является характеристическим свойством текучей среды, но зависит от свойств поверхности и текучей среды и взаимодействий между ними. Не основываясь на какой-либо теории, полагают, что хотя напряжение пластического течения композиции и является ее характеристическим свойством, оно связано со скоростью абсорбции текучей среды поверхностью. Полагают, что напряжение пластического течения эффективно снижает в уравнении 1 прилагаемое давление Р, тем самым снижая скорость абсорбции. Таким образом, напряжение пластического течения может быть переменной, влияющей на способность раствора удерживать полимеры, например, на растворы крахмала, в контакте с пористыми поверхностями, например, бумаги.

Объем настоящего изобретения включает композиции, представляющие собой водный раствор, содержащий первый ионогенный полимер и промотирующую вязкость добавку. Эти композиции способны проявлять высокое напряжение пластического течения при низкой вязкости.

Напряжение пластического течения определяют в соответствии с методом, который представлен в приведенном ниже разделе примеров. Значения напряжения пластического течения предпочтительных по настоящему изобретению композиций составляют по меньшей мере примерно 5 дин/см², более предпочтительно по меньшей мере примерно 10 дин/см², еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 20 дин/см², предпочтительнее по меньшей мере примерно 30 дин/см², еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 50 дин/см², а наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 70 дин/см². Хотя конкретное целевое верхнее предельное значение напряжения пластического течения раствора по настоящему изобретению отсутствует, обычно предпочтительное напряжение пластического течения составляет менее примерно 100 дин/см².

Композиции по настоящему изобретению проявляют увеличенное напряжение пластического течения в сравнении с композициями, которые не содержат либо первого ионогенного полимера, либо промотирующей вязкость добавки. Композиции по настоящему изобретению, включающие замедляющую добавку, проявляют еще больше увеличенное напряжение пластического течения в сравнении с композициями, которые замедляющей добавки не содержат.

Предпочтительное напряжение пластического течения композиции по настоящему изобретению по меньшей мере примерно на 10% превышает напряжение пластического течения композиции, обладающей примерно такой же вязкостью и включающей те же компоненты, но не содержащей по меньшей мере одного первого ионогенного полимера или промотирующей вязкость добавки, более предпочтительно превышает по меньшей мере примерно на 50%, еще более предпочтительно превышает по меньшей мере примерно на 100%, еще более предпочтительно превышает по меньшей мере примерно на 200%.

Предпочтительные значения вязкости растворов по настоящему изобретению таковы, что эти растворы пригодны для переливания и перекачивания насосом. Вязкость по Брукфилду определяют в соответствии с методом, который представлен в приведенном ниже разделе примеров. Предпочтительные значения вязкости по Брукфилду раствора ионогенного полимера/промотирующей вязкость добавки в соответствии с настоящим изобретением составляют меньше примерно 10000 сП, более предпочтительно меньше примерно 5000 сП, еще более предпочтительно меньше примерно 2000 сП, еще более предпочтительно меньше примерно 1000 сП, более предпочтительно меньше примерно 500 сП, еще более предпочтительно меньше примерно 300 сП, и могут быть равными меньше примерно 200 сП или меньше примерно 100 сП. Предпочтительные значения вязкости превышают примерно 50 сП, более предпочтительно превышают примерно 100 сП. Таким образом, предпочтительные интервалы вязкости включают от примерно 50 до 10000 сП, более предпочтительно от примерно 50 до 5000 сП, еще более предпочтительно от примерно 50 до 1000 сП, еще более предпочтительно от примерно 50 до 500 сП, а еще более предпочтительно от примерно 100 до 300 сП.

Как указано выше, предлагаемые по настоящему изобретению композиции включают водные растворы, содержащие первый ионогенный полимер и промотирующую вязкость добавку. Эти первый ионогенный полимер и промотирующая вязкость добавка способны образовывать согласованный комплекс достаточно высокой молекулярной массы для того, чтобы действовать как неньютоновские среды. В предпочтительном варианте наличие одного или обоих таких компонентов, как первый ионогенный полимер и промотирующая вязкость добавка, дают возможность приготовить высокомолекулярный согласованный комплекс, включающий высокомолекулярный полимер, т.е. полимер, обладающий высокой молекулярной массой. Предпочтительный первый ионогенный полимер обладает высокой молекулярной массой.

Сочетание первого ионогенного полимера и промотирующей вязкость добавки в водных средах, таких, как вода, образует истинный раствор согласованного комплекса. Вязкость образующегося раствора превышает вязкость раствора либо только первого ионогенного полимера, либо только промотирующей вязкость добавки. Другими словами, вязкость образующегося раствора превышает вязкость раствора, включающего такие же количества тех же компонентов, но без либо первого ионогенного полимера, либо промотирующей вязкость добавки.

Как отмечено выше, либо один из, либо как первый ионогенный полимер, так и промотирующая вязкость добавка в предпочтительном варианте представляет собой полимер с высокой молекулярной массой. Под высокомолекулярным подразумевают полимер, предпочтительная молекулярная масса которого достаточно высока для того, чтобы раствор, содержащий в воде 10 мас.% или меньше полимера, при комнатной температуре обуславливал вязкость по Брукфилду, превышающую примерно 1000 сП. Хотя предпочтительной верхней предельной молекулярной массы высокомолекулярного полимера не существует, в предпочтительном варианте раствор, содержащий в воде 1 мас.% или меньше полимера, при комнатной температуре обуславливает вязкость по Брукфилду меньше примерно 10000 сПз.

В зависимости от потребностей при применении первый ионогенный полимер может быть анионоактивным, амфотерным или катионоактивным, лишь бы он обладал общим ионным зарядом. Предпочтительный первый ионогенный полимер является анионоактивным или амфотерным, более предпочтительно обладающим общим анионным зарядом, а еще предпочтительнее анионоактивным. Этот первый ионогенный полимер является водорастворимым, а это означает, что при комнатной температуре (примерно 25