Способ изготовления проклеенной бумаги (варианты)

Способ изготовления проклеенной бумаги (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к соединениям, промотирущим проклейку бумаги, к композициям соединений, промотирующих проклейку, к способам применения промотирующих проклейку композиций и к бумаге, изготовленной с использованием промотирующих проклейку композиций.

Предпосылки создания изобретения

В процессе изготовления и отделки бумаги для достижения необходимых характеристик, которых добиваются в готовом бумажном изделии, часто применяют проклеивающее вещество.

Проклейка или характеристика проклейки является мерой сопротивления изготовленного бумажного продукта или картона пенетрации или смачиванию водной жидкостью. Проклеивающие вещества представляют собой внутренние добавки, применяемые во время изготовления бумаги, или внешние добавки, применяемые в качестве материалов покрытия во время отделки бумаги, которые повышают это сопротивление.

Процесс изготовления бумаги можно проводить в условиях кислого, нейтрального или щелочного рН, и выбор проклеивающего вещества обычно зависит от значения рН. Так, например, дериватизированные из канифоли проклеивающие вещества, как правило, используют в кислых условиях изготовления бумаги. В условиях щелочного значения рН, которые широко используют в процессах изготовления высокосортной бумаги, типичные проклеивающие вещества включают алкилкетеновые или алкениловые димеры или ангидриды кислот, такие как алкенилянтарные ангидриды.

Скорость, с которой проявляется характеристика проклейки в проклеенной бумаге, имеет очень важное значение. В предпочтительном варианте после добавления или применения проклеивающего вещества характеристика проклейки проявляется настолько быстро, насколько это возможно. Известно, что по мере сушки проклеенной бумаги с целью удаления влаги степень проявления проклейки повышается. Для уменьшения количества или устранения воды и налипания добавки в клеильном прессе бумагоделательной машины требуется высокая скорость проявления клея. Высокая скорость проклейки имеет также важное значение для точного определения свойств готовой бумаги в конце бумагоделательной машины без ожидания или дополнительного нагрева. В процессах изготовления бумаги, в которых проклеивающее вещество добавляют в мокрой части бумагоделательной машины, с целью добиться адекватного проявления характеристики проклейки до достижения бумагой клеильного пресса проклеенную бумагу, как правило, сушат до влажности примерно от 0,8 до 3 мас.%; по завершении обработки в клеильном прессе бумагу, как правило, сушат до влажности примерно от 4 до 6 мас.%.

Если в конце бумагоделательной машины характеристика проклейки проявляется не полностью, необходимо осуществлять корректирующие мероприятия, например бумагу следует хранить в течение достаточного времени (часы или дни), до тех пор пока характеристика проклейки не проявится в степени, соответствующей предусмотренной цели применения бумаги, или, если улучшенное свойство требуется до полного проявления характеристики проклейки (например, во время стадий отделки или переработки бумаги), для достижения адекватной характеристики проклейки следует использовать избыток проклеивающего вещества.

Характеристики проклейки, придаваемые обычными проклеивающими веществами для бумаги, могут быть улучшены применением промоторов проклейки, также называемых ускорителями проклейки. Многочисленные промоторы проклейки бумаги известны (см., например, US 4040984, US 4764365, US 4772462, US 4478682, US 4847315, US 4895621, US 5498648 и US 5853542).

Несмотря на улучшенные характеристики проклейки, придаваемые этими ранее известными промоторами проклейки бумаги, все еще существует большая потребность в дальнейшем улучшении. Промоторные смолы, описанные в вышеуказанных патентах, ухудшают эффективность оптических отбеливателей, которые вводят в процесс изготовления бумаги для повышения белизны или светлоты бумаги. Следовательно, недостаток использования обычных промоторов проклейки состоит в том, что промоторы проклейки понижают эффективность оптических отбеливателей, которые используют для осветления белой бумаги. Другими словами, при добавлении оптического отбеливателя бумага, изготовленная с использованием проклеивающих веществ и промоторов проклейки, не кажется такой же белой, как непроклеенная бумага. Таким образом, некоторое технологическое преимущество, которое дают промоторы проклейки, достигается за счет пониженной белизны бумаги.

В другом варианте взаимодействие с участием оптических отбеливателей может воспрепятствовать проявлению промотором проклейки рабочих характеристик. Таким образом, с целью добиться как белизны бумаги, так и усиления проклейки эти агенты необходимо добавлять в бумагоделательную машину в более значительных количествах.

Хорошо известны как используемые для самых разнообразных промышленных целей катионоактивные полимеры и сополимеры, получаемые на основе циклополимеризации диметилдиаллиламмонийхлорида. Полидиаллилдиметиламмонийхлоридные гомополимеры являются хорошо известными катионоактивными полимерными соединениями, которые находят промышленное применение в изготовлении бумаги для широкого разнообразия целей, например для содействия удерживанию волокнистого материала и удерживанию добавок в бумаге, для повышения скорости обезвоживания мокрого бумажного полотна, для нейтрализации анионоактивных материалов в оборотной воде, а также для улучшения проклейки, для повышения эффективности проклейки бумаги и скорости ее проявления. Одним из таких продуктов является удерживающая добавка Reten^® 203 (фирма Hercules Incorporated, Уилмингтон, шт.Делавэр).

Известны сополимеры и тройные сополимеры, включающие в качестве одного из мономерных компонентов в сополимеризованном виде соединения диаллиламинового типа, такие как диаллилдиметиламмонийхлорид (ДАДМАХ), метилальдиаллиламмонийхлорид и диаллиламмонийхлорид (также называемые ДАА•HCl и ДААХ). В патенте Японии 57161197 описано применение с проклеивающим веществом для бумаги сополимеров диоксида серы и диаллилдиалкиламмониевых солей, таких как ДАДМАХ, или диаллиламмониевых солей в качестве диспергатора. В ЕР 282081 описаны (мет)акриламидные тройные сополимеры, которые также включают звенья ДАДМАХ или диаллиламина, которые могут быть использованы в сочетании с сульфатом алюминия для повышения прочности бумаги. В патенте Японии 5247883 описаны сополимеры акриламида и соединений диаллиламинового типа, которые могут быть использованы при изготовлении более прочной бумаги. В US 4279794 и 4295931 описано применение поли(диаллиламин)эпигалогидриновых смол в качестве ускорителей проклейки бумаги. В патенте Японии 6299494 описано применение сополимеров диаллиламмониевых солей и некоторых неионогенных водорастворимых мономеров (например, акриламида) с проклеивающим веществом для бумаги с целью обеспечить проявление повышенной проклеивающей способности.

О другом техническом приеме для улучшения проклейки сообщается в US 5853542. В нем говорится об улучшении проклейки бумаги сополимером ДАДМАХ и ДАА•HCl. Поскольку получаемые сополимеры являются катионоактивными, они, как полагают, непременно ингибируют эффективность оптических отбеливателей. Неблагоприятное взаимодействие с участием катионоактивных добавок для бумаги хорошо за документировано William F.Scott в Principles of Wet End Chemistry, TAPPI Press, 1996, c.48.

В других литературных источниках описаны полимеры мономеров ДАДМАХ и ДАА•HCl и необязательно меньше 20% альфа, бета-карбоновых кислот. В заявке на патент Японии №Hei (9) 1997-3793 описана полимерная система на основе полимера диаллиламина, метакриламида, имеющего решающее значение сшивающего мономера и необязательно меньше 20% анионоактивного ненасыщенного карбоновокислотного соединения, которая повышает прочность бумаги и повышает скорость обезвоживания древесноволокнистого ковра [мера способности волокнистой массы к обезвоживанию] без нарушения процесса формования бумаги. Самыми существенными мономерами для ее получения служат акриламид и замещенные акриламиды, которые не являются катионоактивными в связи с их акриламидной функциональной группой.

В патенте Японии №Hei (8) 1996-49193 описаны полимеры, дериватизированные из гидрофильных виниловых мономеров с аминогруппами и/или четвертичными аммониевыми группами и гидрофобных виниловых мономеров. Гидрофильные виниловые мономеры, когда их кватернизируют, выполняют функцию катионов. В этой ссылке представлены полимеры, включающие до 5% звеньев акриловой кислоты. Получаемые полимеры используют для нанесения покрытия на бумагу для придания превосходных печатных свойств.

Белую бумагу изготавливают добавлением оптических отбеливателей в форме флуоресцентных красителей. Эти красители очень эффективны, когда их используют с химически высоко отбеленными волокнистыми массами. Такие флуоресцентные красители поглощают излучение в ультрафиолетовой области (меньше 370 нм) и обратно испускают излучение в видимом диапазоне (обычно в области голубого цвета). Это обуславливает эффект флуоресценции, который при дневном освещении создает впечатление ярко-белого цвета, маскируя присущую химически отбеленной волокнистой массе желтизну [Principles of Wet End Chemistry, William F. Scott, TAPPI Press, 1996, c.47].

В работе Principles of Wet End Chemistry, William F. Scott, TAPPI Press, 1996, на с.48 Reynolds пишет, что решающее значение имеет то, чтобы добавление анионоактивных красителей не происходило вблизи точки введения катионоактивной добавки.

Флуоресцентные красители обычно являются анионоактивными, и в условиях применения их эффективность в значительной степени подавляется катионоактивными промоторами проклейки. Представители производителей оптических отбеливателей, таких как фирма Clariant Corporation, Шарлотта, шт.Северная Каролина, и Bayer Corporation, Питтсбург, шт.Пенсильвания, рекомендуют добавлять оптические отбеливатели в процессе изготовления бумаги в точках, существенно удаленных от точек введения катионоактивных химикатов, таких как обычные промотирующие проклейку смолы.

Попытка уменьшить негативное влияние промоторов проклейки на оптические отбеливатели описана в патенте US 5498648. Этого добиваются посредством смесей для проклейки бумаги, которые готовят смешением водной суспензии вареного катионного крахмала с водной дисперсией тонкоизмельченного полимера и эмульгированием в этой смеси С₁₄-С₂₀алкилдикетеном при температуре не ниже 70°С. В этом патенте сказано, что в результате объединения вареного катионного крахмала с дисперсией отрицательное влияние на белизну бумаги ослабляется.

Несмотря на сообщения о полезности катионоактивных полимеров на диаллиловой основе для множества промышленных целей, в литературе, посвященной данной области техники, какого-либо предположения о полезности двойных и тройных сополимеров диаллилдиалкиламмониевых солей, необязательно диаллиламмониевых солей, и ненасыщенных органических кислот для улучшения характеристик проклейки проклеенной бумаги при одновременном отсутствии негативного влияния на белизну бумаги, достигнутую благодаря оптическим отбеливателям, не обнаружено.

Краткое изложение сущности изобретения

Один объект настоящего изобретения представляет собой продукт реакции полимеризации одного или нескольких выбранных катионоактивных ненасыщенных мономеров, способных к свободнорадикальной полимеризации, и одного или нескольких выбранных анионоактивных ненасыщенных мономеров, также способных к свободнорадикальной полимеризации.

До создания настоящего изобретения было неизвестно, что композиции по настоящему изобретению, в которых используют полимеры, которые обладают существенными фракциями некоторых катионоактивных компонентов, можно использовать настолько успешно, насколько их применяют при выполнении настоящего изобретения. Конкретно предполагалось, что применение полимера с содержанием катионоактивных компонентов больше 50% воспрепятствует применению некоторых других добавок, таких как оптические отбеливатели, использование которых, в зависимости от конкретного рынка, может иметь экономическое значение. Было установлено, что при выполнении настоящего изобретения эти смолы, которые обладают анионоактивными и катионоактивными компонентами, являются эффективными промоторными смолами, даже когда их используют в относительно малых количествах. Для того чтобы указать на наличие катионоактивных и анионоактивных свойств их компонентов, эти смолы называют амфотерными промоторными смолами. Неожиданным оказалось то, что, в отличие от неамфотерных катионоактивных смол, амфотерные промоторные смолы, когда эти амфотерные промоторные смолы используют в небольших количествах, не противодействуют таким добавкам и значительно меньше препятствуют проявлению ими своих свойств даже при высоких концентрациях. Особенно важными добавками являются оптические отбеливатели, которые вводят для осветления и отбеливания бумаги.

В самом широком смысле новые полимерные амфотерные промоторные смолы представляют собой полимеры, которые включают а) сегменты на основе четвертичного амина по меньшей мере одного типа, которые повышают скорость проявления проклейки, и б) анионоактивные сегменты по меньшей мере одного типа, которые обычно компенсируют влияние катионоактивного фрагмента полимера, оказываемое на оптические отбеливатели (ООт).

Вариант полимерной амфотерной смолы настоящего изобретения, который готовят из одного или нескольких четвертичных диаллиламмониевых мономеров, необязательного диаллиламмониевого мономера и ненасыщенного органического кислотного мономера, представляет собой новое соединение, когда молярная процентная доля звеньев из ненасыщенной органической кислоты в пересчете на молярную основу составляет по меньшей мере 25% и молярная суммарная доля звеньев из четвертичного диаллиламмониевого мономера и диаллиламмониевого мономера в пересчете на молярную основу составляет по меньшей мере 25%.

Более конкретно композиция по изобретению представляет собой водорастворимую амфотерную промоторную полимерную композицию, которая состоит по существу из продукта с повторяющимися звеньями мономера, включающего по меньшей мере один способный полимеризоваться катионоактивный амин формулы (I)

где значения G выбирают из алкила, аллила, алкенила, стирила, а значения J, К и L выбирают из водородного атома, алкила, алкенила, аллила, стирила и арила; и по меньшей мере одной способной полимеризоваться органической кислоты формулы (II)

где каждый из R_x, R_y и R_z обозначает водородный атом, алкил, алкенил или арил, а Е обозначает органический заместитель, выбранный из ряда COO^-, SO₃ ^-, HSO₄ ^- и Н₂PO₄ ^-, и где мольная процентная доля звеньев катионоактивного аминового мономера формулы I составляет по меньшей мере 25% от звеньев мономеров в амфотерной промоторной смоле и мольная процентная доля звеньев органической кислоты формулы II составляет по меньшей мере 25% от звеньев мономеров в амфотерной промоторной смоле.

Более предпочтительным объектом настоящего изобретения является промотор проклейки бумаги, который состоит по существу из повторяющихся звеньев по меньшей мере одного четвертичного диаллиламмониевого мономера формулы (III)

необязательно включая диаллиламмониевый мономер формулы (IV)

где каждый из R_1A, R_1B, R_1C и R_1D обозначает водородный атом или прямоцепочечный или разветвленный С₁-С₈алкил; каждый из R₂ и R₃ обозначают алкил, алкенил, арил, прерываемый гетероатомом алкил или алкенил, где гетероатомы выбирают из ряда N, S и О; R₄ обозначает водородный атом, алкил, алкенил, арил, прерываемый гетероатомом алкил или алкенил, где гетероатомы выбирают из ряда N, S и О,

а X^- обозначает одновалентный анион или поливалентный эквивалент одновалентного аниона,

и органической кислоты формулы (II)

где каждый из R_x, R_y и R_z обозначает водородный атом, алкил, алкенил или арил, прерываемый гетероатомом алкил или алкенил, где гетероатомы выбирают из ряда N, S и О; а Е обозначает органический заместитель, выбранный из ряда COO, SO₃, HSO₄ и Н₂PO₄.

Кроме того, для получения продукта полимеризации можно использовать мономер формулы (III), мономер формулы (IV) и мономер формулы (II) больше одного типа или разновидности.

Тем не менее другим объектом изобретения является способ изготовления проклеенной бумаги с улучшенными характеристиками проклейки применением промотора проклейки бумаги настоящего изобретения.

И тем не менее еще один объект изобретения представляет собой проклеенную бумагу, включающую промотор проклейки бумаги настоящего изобретения.

Среди достоинств настоящего изобретения следует упомянуть то, что когда промоторы проклейки используют с проклеивающими веществами, эти промоторы проклейки повышают скорость, с которой проявляется в бумаге характеристика проклейки. Проклеенная бумага, изготовленная с промотором проклейки настоящего изобретения, демонстрирует повышенную скорость проявления характеристики проклейки, благодаря чему может потребоваться применение меньшего количества проклеивающего вещества. Другие достоинства и преимущества настоящего изобретения очевидны из настоящего описания.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен график, показывающий как промышленные катионоактивные промоторные смолы подавляют действие оптических отбеливателей.

На фиг.2 представлен график, показывающий, что две используемые промышленные катионоактивные промоторные смолы, поли(ДАДМАХ) и поли(ДАДМАХ/ДАА•HCl), понижают эффективность оптических отбеливателей.

На фиг.3 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги.

На фиг.4 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги, демонстрирующий влияние разной концентрации амфотерной промоторной смолы.

На фиг.5 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги, демонстрирующий влияние разных соотношений мономерных компонентов амфотерной промоторной смолы.

На фиг.6 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги, демонстрирующий влияние разных соотношений мономерных компонентов амфотерной промоторной смолы.

На фиг.7 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги, демонстрирующий влияние разных соотношений мономерных компонентов амфотерной промоторной смолы.

На фиг.8 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги.

На фиг.9 представлен график, показывающий эффективность при проклейке бумаги амфотерной промоторной смолы, демонстрирующий влияние алкенилсульфонатных мономерных компонентов на амфотерную промоторную смолу.

На фиг.10 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги, демонстрирующий влияние алкенилсульфонатных мономерных компонентов на амфотерную промоторную смолу.

На фиг.11 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги, демонстрирующий влияние других мономерных компонентов на амфотерную промоторную смолу.

На фиг.12 представлен график, показывающий эффективность амфотерной промоторной смолы при проклейке бумаги и оптическую белизну конечных продуктов.

Подробное описание изобретения

В настоящем описании понятия "бумага" и "изготовление бумаги" следует рассматривать как охватывающие не только бумагу (и ее изготовление), но также картон, бумагу ручного отлива и другие аналогичные материалы на основе целлюлозного полотна (и их изготовление), которые, как правило, изготавливают с применением оборудования и методов изготовления бумаги, что требует применения добавок, таких как проклеивающие вещества, для модификации характеристики проклейки полученного продукта.

Перед дальнейшим обсуждением приведен смысл следующих терминов, что способствует пониманию сущности настоящего изобретения.

ПРОКЛЕЙКА БУМАГИ: обработка бумаги для придания устойчивости против пенетрации жидкости либо с помощью добавок для мокрой части, либо обработкой поверхности.

КЛЕЙ: любой материал, используемый для проклейки в массе или поверхностной проклейки, например канифоль с квасцами, крахмал, животный клей, желатина, латекс, алкилкетеновый димер, алкилянтарный ангидрид и т.п.

ПРОМОТОРНЫЕ СМОЛЫ: химикаты, добавляемые в процессе изготовления бумаги, которые ускоряют действие клея для проклейки бумаги.

БЕЛИЗНА: отражательная способность белых или почти белых бумажных изделий; этот показатель является прежде всего мерой отсутствия желтизны волокнистой массы, связанной с присутствием лигнина и других примесей, остающихся после неполного химического отбеливания.

ОПТИЧЕСКИЕ ОТБЕЛИВАТЕЛИ ДЛЯ БУМАГИ: флуоресцентные красители, которые поглощают излучение в ультрафиолетовой области спектра (меньше 370 нм) и обратно испускают излучение в видимой области (голубой цвет) (образование резких максимумов при длине волны 435 нм, что обуславливает эффект флуоресценции, который при дневном освещении создает впечатление ярко-белого цвета, маскируя присущую химически отбеленной волокнистой массе желтизну).

Новые полимерные амфотерные промоторные смолы представляют собой полимеры, которые включают а) сегменты на катионоактивной основе по меньшей мере одного типа, которые повышают скорость проявления проклейки, и б) анионоактивные сегменты по меньшей мере одного типа, которые компенсируют влияние катионоактивного фрагмента полимера на оптические отбеливатели. Когда в полимеризационную смесь включают диаллиламингидрохлорид (ДАА•HCl), происходит присоединение сегмента третьего типа, состоящего из образующихся из него звеньев. Предпочтительным вариантом является применение ДАДМАХ в виде сегмента на катионоактивной основе, акриловой кислоты в качестве анионоактивного сегмента и ДАА•HCl в качестве необязательного третьего мономера. Было установлено, что эта полимеризационная смесь ДАДМАХ, ДАА•HCl и акриловой кислоты позволяет добиться значительного улучшения эксплуатационных свойств. В полимер, который может состоять из любых повторяющихся звеньев, могут быть также включены звенья других мономеров при условии, что они не поглощают УФ-излучения настолько, чтобы погасить влияние оптического отбеливателя (ООт), что они не сообщают полимеру нерастворимости в воде и их не добавляют в концентрации, которая выводит полимерную композицию за предписанные параметры.

Представляющими интерес сегментами на катионоактивной основе в таком полимере являются те, которые обуславливают ускоренную проклейку. Другими словами, представляющими интерес сегментами на катионоактивной основе являются те, которые обычно промотируют проклейку без добавления анионоактивных сегментов по настоящему изобретению. Из списка полезных сегментов или мономеров исключаются те, благодаря которым образуется полимер с относительно интенсивным поглощением излучения в той ультрафиолетовой области спектра, которая используется оптическим отбеливателем (ООт) с достижением белизны. Некоторыми примерами целесообразного мономера или сегментов служат ДАДМАХ, метилдиаллиламмонийхлорид, ДАА•HCl, дициандиамидоаминбисаминопропилпиперазин и этиленимин, а также многие производные этих материалов.

Как и в случае с катионоактивными мономерами, для выполнения настоящего изобретения нежелателен любой анионоактивный мономер, который обуславливает образование полимера с относительно интенсивным поглощением излучения в той ультрафиолетовой области спектра, которая используется ООт с достижением белизны. Анионоактивными мономерами могут быть соединения, содержащие либо карбоксильные группы, либо сульфонатные группы, либо другие анионные группы, которые обычно уменьшают взаимодействие полимера с ООт. Анионоактивная природа может также быть обусловлена реакцией другого мономерного сегмента полимера, в частности реакция акриламида. Важное значение имеет именно частично анионоактивная и частично катионоактивная природа конечного полимера, а не средство ее достижения. Предпочтительны анионоактивные мономеры с карбоксильными группами.

Промотор проклейки бумаги в настоящем изобретении представляет собой продукт реакции полимеризации, полученный из по меньшей мере одного четвертичного диаллиламмониевого мономера, по меньшей мере одного необязательного диаллиламмониевого мономера и по меньшей мере одной альфа,бета-ненасыщенной карбоновой кислоты. В предпочтительном варианте этот продукт реакции полимеризации получают из следующих мономеров:

(I) четвертичный диаллиламмониевый мономер формулы (III)

(II) диаллиламмониевый мономер формулы (IV)

и (III) ненасыщенная органическая кислота формулы (II)

По другому варианту ненасыщенная органическая кислота может представлять собой ненасыщенную карбоновую кислоту формулы (V)

В формулах (III) и (IV) среди радикалов R₁ каждый из R_1A, R_1B, R_1C и R_1D обозначает либо водородный атом, либо метил. Предпочтительным значением радикалов R₁ является водородный атом.

В формуле (III) R₂ обозначает алкил, алкенил или арил, предпочтительно С₁-С₂₂алкил, С₁-С₂₂алкенил или арил. Подобным же образом в формуле (IV) R₃ обозначает алкил, алкенил или арил, предпочтительно С₁-С₂₂алкил, C₁-С₂₂алкенил или арил.

В формуле (IV) R₄ обозначает С₁-С₂₂алкил, С₁-С₂₂алкенил, арил или водородный атом, причем предпочтительна структура с водородным атомом.

В формулах (III) и (IV) структуры R₂, R₃ и R₄ (отличные от водородного атома) могут быть незамещенными или замещенными, например алкил может представлять собой гидрокси-, карбокси-, алкокси-, меркапто- или тиоалкил. Подобным же образом в формулах (III) и (IV) R₂, R₃ и R₄алкильные структуры, -алкенильные структуры и -арильные структуры могут включать сложноэфирные группы и могут прерываться гетероатомами, например N или S, или гетерогруппами, например -NH-CO- или -CO-NH-.

В формулах (III) и (IV) алкильные структуры и алкенильные структуры R₂, R₃ и R₄ могут быть прямоцепочечными или разветвленными. В предпочтительном варианте радикалы R₂, R₃ и R₄ представляют собой непрерываемые алкильные радикалы, содержащие от 1 до 18 углеродных атомов, более предпочтительно от 1 до 4 углеродных атомов.

Примерами приемлемых алкильных структур для R₂, R₃ и/или R₄ являются н-докозил, н-пентадецил, н-децил, изооктил, изогептил, н-гексил, изопентил, а предпочтительно н-бутил, изобутил, втор-бутил, изопропил, этил и метил. В предпочтительном варианте радикалы R₂, R₃ и R₄ идентичны, а в более предпочтительном варианте каждый обозначает метил.

Предпочтительные алкенильные группы для структур R₂, R₃ и R₄ в формулах (III) и (IV) включают октадеценил, гексадеценил, ундеценил, октадецдиенил, гексадецдиенил и их смеси. Предпочтительные арильные группы для радикалов R₂, R₃ и R₄ в формулах (III) и (IV) включают бензил и фенил.

В мономерах формулы (III) структуры R₂ и R₃ в предпочтительном варианте выбирают из (в порядке снижения предпочтения) метила, бензила, С₂-С₂₂алкила, фенила, октадецдиенила и гексадецдиенила, октадеценила, гексадеценила, ундеценила и других алкилов и арилов.

В мономерах формулы (IV) предпочтительной структурой R₄ является водородный атом.

У мономеров формул (II) и (V) каждый из R_x, R_y и R_z обозначает водородный атом, алкил, алкенил, арил, алкениларил или прерываемый гетероатомом алкил, арил или алкенил, где гетероатомы выбирают из ряда N, S и О.

В формулах (III) и (IV) X^- обозначает совместимый с проклейкой анион. Можно использовать соли минеральных кислот и обычные органические кислоты. В предпочтительном варианте значения X^- выбирают из галогенидной, нитратной, ацетатной, бензоатной, сульфатной и фосфатной групп. Предпочтительными галогенидами являются хлорид, фторид и бромид. Более предпочтительным значением X^- является хлорид или фторид. Наиболее предпочтительным значением X^- является хлорид.

Более предпочтительными мономерами формул (III) и (IV) являются те, у которых каждый из R_1A, R_1B, R_1C, R_1D и R₄ обозначает водородный атом, a R₂ и R₃ обозначают метил. Для случаев таких предпочтительных мономеров, у которых X^- обозначает хлорид, мономер формулы (III) представляет собой диаллилдиметиламмонийхлорид, иногда в настоящем описании обозначаемый как ДАДМАХ, а мономер формулы (IV) представляет собой диаллиламмонийхлорид, иногда в настоящем описании обозначаемый как ДАА•HCl.

Значения R₁, R₂, R₃ и R₄ ограничены тем, что конечный полимер должен быть водорастворимым. Природа этого ограничения состоит в том, что оно зависит от химических свойств радикалов R₁, R₂, R₃ и R₄ и того количества, в котором они содержатся.

Более предпочтительными альфа,бета-ненасыщенными карбоновыми кислотами формулы (V) являются коричная кислота, кротоновая кислота, сорбиновая кислота, акриловая кислота, метакриловая кислота, итаконовая кислота, пропиоловая кислота, малеиновая кислота и фумаровая кислота. Предпочтительны акриловая и метакриловые кислоты.

Кроме того, можно использовать такие соединения, как малеиновый ангидрид и янтарный ангидрид. Во время полимеризации они, вероятно, остаются в форме ангидридов, но в условиях применения в бумагоделательной машине они, по-видимому, гидролизуются с превращением в требуемую кислотную форму.

В предпочтительном варианте полимерные реакционные продукты полимеризации мономера формулы (III), мономера формулы (IV) и мономера формулы (II) содержат в полимере только эти мономерные компоненты и незначительные количества других мономерных компонентов, в дополнение к полимеризованным мономеру формулы (III), мономеру формулы (IV) и мономеру формулы (II).

Часть полимера, которую дериватизируют из мономеров формулы III и формулы IV, находится в своем катионоактивном состоянии при всех условиях, предусмотренных для применения при выполнении настоящего изобретения. Таким образом, мономеры формул III и IV описаны как четвертичные катионоактивные амины. Группами, которые составляют 4 группы, замещенные при атоме азота, могут быть водородный атом, алкил, алкенил, арил, аллил и т.п. В соответствии с этим определением как (CH₃)₄N⁺Cl, так и (CH₃)₃N⁺HCl рассматривают как четвертичный катионоактивный амин.

Часть полимера, которую дериватизируют из мономера формулы V, в условиях, которые существуют во время щелочного процесса изготовления бумаги, является анионоактивной. Таким образом, из сочетания катионоактивных компонентов [формулы (III) и формулы (IV)] и анионоактивного компонента [формулы (II)] образуется продукт полимеризации, который в условиях изготовления бумаги амфотерен.

В условиях, используемых для получения полимеров, представленных в описании настоящего изобретения, ненасыщенная карбоновая кислота [формулы V]

находится в своей кислотной форме и, таким образом, во время синтеза полимера остается неизменной.

Соотношение между мономерными звеньями или сегментами с катионными и аминовыми анионными группами в полимере определяет то, насколько хорошо полимер промотирует проклейку и насколько мало его влияние на эффективность ООт. Конечный полимер в пересчете на молярную основу должен состоять из по меньшей мере 25% от общего количества катионоактивных мономерных звеньев на аминовой основе, включая количество звеньев ДАА•HCl, если они содержатся. Более предпочтительное количество составляет по меньшей мере 30%. Наиболее предпочтительное количество составляет по меньшей мере 40%. Количество конкретных катионных групп и анионных групп лучше всего выражать в процентной доле в пересчете на молярную основу от общего количества катионоактивных мономерных звеньев. Что касается катионоактивных сегментов, то в предпочтительном варианте до 65%, а наиболее предпочтительно от 10 до 50%, от общего процентного содержания катионоактивных сегментов приходятся на долю ДАА•HCl. При этом количество анионных групп должно составлять по меньшей мере 33% от количества катионных групп. Более предпочтительный интервал составляет 50% или больше. Наиболее предпочтительный интервал составляет 65% или больше. Так, например, полимер, входящий в предпочтительный интервал, представляет собой, по-видимому, полимер, который в пересчете на молярную основу состоит из 40% ДАДМАХ, 20% ДАА•HCl и 40% звеньев акриловой кислоты. В случае такого полимера молярное содержание анионоактивных звеньев в процентах в пересчете на катионоактивные компоненты составляет, по-видимому, 67%.

До создания настоящего изобретения было неизвестно, что композиции по настоящему изобретению, в которых используют полимеры, которые обладают существенными фракциями катионоактивных компонентов, можно использовать настолько успешно, насколько их применяют при выполнении настоящего изобретения. Конкретно предполагалось, что применение полимера с содержанием катионоактивных компонентов больше 50% непременно воспрепятствует применению некоторых других добавок, таких как оптические отбеливатели, использование которых, в зависимости от конкретного рынка, может иметь экономическое значение. Было установлено, что при выполнении настоящего изобретения амфотерные промоторные смолы являются эффективными промоторными смолами, даже когда их используют в относительно малых количествах и, что оказалось неожиданным, в отличие от неамфотерных катионоактивных смол амфотерные промоторные смолы, когда эти амфотерные промоторные смолы используют в небольших количествах, не противодействуют таким добавкам и значительно меньше им противодействуют даже при высоких концентрациях.

Хотя использование проклейки и амфотерных промоторных смол может оказаться целесообразным для изготовления бумаги многих типов, предпочтительной бумажной продукцией является такая бумажная продукция, которую применяют в печати, где важное значение имеет контраст между бумагой и печатью. Другой предпочтительной бумажной продукцией является также такая продукция, где целевой является высокая степень белизны. Наиболее предпочтительная бумажная продукция представляет собой ту, которую обычно классифицируют как "высокосортную бумажную продукцию", причем такую немелованную бумажную продукцию используют для электрорепрографической или струйной печати. Очень распространенной областью применения, в которой эффективность настоящего изобретения оказывается, вероятно, особенно очевидной, является изготовление нарезанной копировальной бумаги высокой белизны.

Ключом к сущности настоящего изобретения является понимание того, как используют оптические отбеливатели, для того чтобы добиться впечатления, что бумага оказывается более светлой или более белой. Оптические отбеливатели (ООт) обсуждаются, например, в Encyclopedia of Chemical Thechnology, под ред. Kirk & Othmer, издание 3-е (1978), John Wiley and Sons, Нью-Йорк. Как сказано в этой работе, с помощью оптических отбеливателей, также называемых флуоресцентными оптическими отбеливателями (ФОО