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CN114072436B - 聚合结构体及其用途 - Google Patents

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Abstract

一种聚合结构体，其是通过在包含至少第一主体聚合物的聚合介质中聚合(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体而获得的，该第一主体聚合物包含聚乙烯醇。聚合结构体可以在纸、纸板、纸巾或其它类似物的制造中用作强度剂，或者用在污泥的脱水中。

Description

聚合结构体及其用途
发明领域
本发明涉及一种根据所附独立权利要求的聚合结构体及其用途。
发明背景
在纸和纸板的制造中，控制强度特性是必不可少的部分。当纤维浆料中再生纤维的量增加时，强度性质会受到负面影响，因为纤维的质量会在回收过程中降低。例如，每次对纤维再制浆时，平均纤维长度趋于减少。在纸幅形成之前将各种化学品添加到纤维悬浮液中，以抵抗纤维性质劣化的影响，并增加、保持和改善最终的纸或纸板产品的干强度性质。
在纸、纸板或其它类似物的制造中，再生纤维原材料的使用一直在稳步增加，并且大部分纤维原材料被回收一次以上。因此，需要能够提供改进的干强度性质的新型有效组合物。絮状物结构体的问题也可能会减少压榨脱水中的排水量，这增加后续干燥步骤中的干燥需求，从而可能成为造纸机生产率的限制因素。
大量的回收也会影响纸、纸板或其它类似物的制造过程中所用的水的质量。如今，大多数造纸厂和纸板厂中的水循环实际上是封闭的或几乎封闭的，并且淡水的使用被最小化。与再生原材料的使用一起，水循环的封闭导致水循环中荷电物质(例如离子)、有机化合物和其他成分的浓度增加，这也可能会影响强度添加剂的功能性。因此，需要有效且具有成本效益的强度添加剂，其即使在工艺水中离子物质的浓度可能很高的工艺中也适用。
除了纸和纸板制造工艺之外，诸如聚合物的化学品还用于污泥脱水，例如市政水处理或工业废水处理，例如来自纸浆和纸张制造的废水。在废水处理工艺中处理废水，其中通常形成大量的湿污泥。各种污泥包含悬浮在水相中的固体材料和/或微生物。在能够处置污泥之前必须将其脱水。脱水可以通过使用重力、过滤、压榨或离心力来完成。在脱水和其他后处理步骤中使污泥暴露于各种力，例如高剪切力。可以通过添加化学品(例如铁和石灰的无机化合物或者诸如聚合物凝结剂和絮凝剂的有机化合物)，在增稠和脱水之前对污泥进行调节。添加化学品以改善污泥处理、将悬浮的固体凝结和/或絮凝成更大的附聚物并增加脱水效果。当使用化学物添加来处理污泥时，所形成的絮状物应当能抵抗各种力，例如剪切力，而不会破坏絮状物。这将确保从脱水步骤获得具有低浊度的高质量水相，并且脱水后污泥的固体含量高。
还一直需要新型有效絮凝剂，其能够用于使来自废水处理工艺的污泥脱水，例如市政废水或来自纸浆、纸和/或纸板制造工艺的废水的净化。
发明内容
本发明的一个目的是减少甚至消除现有技术中出现的上述问题。
本发明的一个目的是提供一种水溶性聚合结构体，其可有效提高纸、纸板或其它类似物的干强度性质，尤其是z方向拉伸强度(ZDT)、SCT强度和爆裂强度。本发明的一个目的还在于提供一种在污泥脱水中有效的聚合结构体。
通过具有以下独立权利要求的特征部分中呈现的特征的本发明实现了这些目的。在从属权利要求中公开了一些优选的实施方案。
除非另有明确说明，否则从属权利要求和说明书中的实施方案中记载的特征可以相互自由组合。
本文中呈现的示例性实施方案及其优点通过可适用部分与本发明的所有方面相关，尽管这并不总是单独提及。
根据本发明的典型的水溶性聚合结构体是通过在包含至少第一主体聚合物的聚合介质中聚合(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体获得的，其中第一主体聚合物包含水解度为至少70％的聚乙烯醇，聚合过程中的pH值为酸性，优选pH值在2-6的范围内。
根据本发明的聚合结构体的典型用途是在纸、纸板、纸巾或其它类似物的制造中作为强度剂。
根据本发明的聚合结构体的另一种典型用途是用于污泥脱水。
根据本发明用于处理纤维浆料或含水污泥的典型方法包括将根据本发明的聚合结构体添加到包括水相和悬浮固体的纤维浆料或含水污泥中，并将所述纤维浆料或含水污泥脱水。
现在已经令人惊讶地发现，通过在至少包含聚乙烯醇作为主体聚合物的聚合介质中聚合(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体而形成的聚合结构体在纸和纸板制造中提供干强度性质的意料之外的改进。聚乙烯醇的使用在聚乙烯醇的羟基官能团与纤维之间产生氢键，从而加强聚合物与纤维之间的链接并提供更好的干强度性能。还已经观察到在聚合结构体中使用聚乙烯醇通过氢键增加Z方向强度而不降低松厚度。根据本发明的聚合结构体同时产生一个或多个强度性质(例如拉伸强度、爆裂强度、Z方向强度和/或压缩强度)方面的改进以及对所获得的松厚度值(bulk value)的有益影响。例如，压缩强度和爆裂强度是纸和纸板(尤其是用于包装的纸板等级)的重要干强度性质。压缩强度通常作为短跨度压缩测试(SCT)强度进行测量和给出，其可用于预测最终产品的抗压性。爆裂强度表示纸或纸板对破裂的抵抗力，它被定义为当压力跨样品的侧面均匀地施加时，样品爆裂所需的静水压力。
还已经观察到根据本发明的聚合结构体甚至可以在具有升高的电导率、碱度和/或硬度的条件下使用而不会显著丧失其性能。在不希望受到理论约束的情况下，假设聚合物结构中聚乙烯醇的存在抑制了在升高的电导率、碱度和/或硬度条件下存在的荷电离子对聚合结构体的影响，但聚合物保持其结构体而无实质性压缩。
根据本发明的聚合结构体也被观察到是一种有效的聚合物絮凝剂，其提供来自废水处理工艺的含水污泥的改进的脱水，例如市政废水或工业废水(例如源自纸浆、纸和/或纸板制造工艺的废水)的净化。因此，本发明提供了一种改进的污泥脱水方法，其中可以观察到污泥干度的增加。根据本发明的一个实施方案的聚合结构体(其通过在包含至少聚乙烯醇作为主体聚合物的聚合介质中聚合(甲基)丙烯酰胺和至少一种阳离子单体而获得)除了来自阳离子聚合物的高摩尔质量和阳离子电荷之外还包含羟基和乙酰基。所获得的聚合结构体在一种产品内还包含疏水性基团，而不牺牲聚合物的溶解度或分子量。根据本发明形成的聚合结构体具有比正常的阳离子聚丙烯酰胺更复杂的结构，但没有复杂的合成过程。这种更复杂的聚合结构体有利于污泥的脱水，尤其是当污泥还包含不同的化学性质(包括疏水性部分，例如脂肪和排泄物脂质)时。据推测，根据本发明的聚合结构体能够与污泥的固体成分相互作用，以产生更坚固的絮状物并增强脱水性能。此外，包含聚合结构体的絮凝剂很好地耐受工艺条件的变化。
发明详述
本发明的聚合结构体是通过在包含至少第一主体聚合物的聚合介质中聚合(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体而获得的。根据本发明，第一主体聚合物包含聚乙烯醇(PVA；PVOH)，以及(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体的共聚物作为交错的(interlacing)第二聚合物。在本上下文中，聚合结构体表示包含至少两种聚合物网络(第一主体聚合物和第二聚合物)的结构体或聚合物材料或聚合物，所述至少两种聚合物网络在分子尺度上至少部分地彼此交错但彼此未共价键合。优选地，在主体聚合物和第二聚合物之间没有化学键，但它们的链不可分离地相互缠绕。除非化学键断裂，否则单个聚合物网络不能彼此分离。这意味着形成本发明的聚合结构体的各个聚合物不能彼此分离而不破坏各个聚合物链并因此破坏聚合结构体。在本上下文中，术语“交错聚合物”用于表示第二聚合物，其通过在包含至少第一主体聚合物的聚合介质中聚合(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体而形成，该第一主体聚合物包含水解度为至少70％的聚乙烯醇。根据本发明的聚合结构体是一种聚合物组合物，其包含水解度为至少70％的聚乙烯醇，以及(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体的共聚物，其中聚乙烯醇的聚合物链和所述共聚物的聚合物链在聚合结构体中不可分离地相互缠绕在。
优选地，根据本发明的聚合结构体通过自由基聚合获得。
根据本发明的聚合结构体可以通过(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体在包含第一主体聚合物的聚合介质中的溶液聚合或凝胶聚合获得。
根据本发明的一个实施方案，聚合结构体可以通过(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体在聚合介质中的溶液聚合获得。将(甲基)丙烯酰胺和单体添加到包含至少第一主体聚合物的水性聚合介质中，并且使形成的反应混合物在引发剂存在下通过使用自由基聚合进行聚合。聚合过程中的温度可以在60-100℃，优选70-90℃的范围内。在聚合过程中，pH值通常为酸性，聚合介质和所获得的聚合结构体的pH值都是如此。根据本发明的一个实施方案，pH值在2-6的范围内，优选在2.5-5的范围内，更优选在2.8-4.5的范围内。在根据本发明的一个优选实施方案中，聚合过程中的pH值约为3。在聚合结束时，聚合结构体呈溶液形式，其干固体含量为10-25重量％，通常为15-20重量％。
根据本发明的另一个实施方案，聚合结构体可以通过(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体在包含至少第一主体聚合物的聚合介质中的凝胶聚合获得。(甲基)丙烯酰胺和单体在引发剂的存在下通过使用自由基聚合进行聚合。聚合开始时聚合介质中的单体含量可以为至少20重量％。聚合开始时的温度可以低于40℃或低于30℃。有时聚合开始时的温度甚至可以低于5℃或低于0℃。聚合过程中的温度可以升高，例如升高到100℃，或例如升高到140℃，但通常聚合过程中的温度保持在100℃以下。聚合介质和聚合结构体的pH值通常是酸性的。根据本发明的一个实施方案，在聚合过程中，pH值在2-6的范围内，优选在2.5-5的范围内，更优选在2.8-4.5的范围内。在根据本发明的一个优选实施方案中，聚合过程中的pH值约为3。已经观察到聚合过程中的低pH值提高了聚合结构体的溶解度。
在凝胶聚合中，单体在包含至少第一主体聚合物的聚合介质中的自由基聚合产生聚合结构体，其为凝胶或高粘性液体的形式。所获得的聚合结构体中的总聚合物含量为至少60重量％，例如至少70重量％。在凝胶聚合之后，所获得的聚合结构体被机械粉碎，例如切碎或剁碎，以及干燥，从而获得颗粒状聚合结构体。取决于所使用的反应装置，切碎或剁碎可以在发生聚合的相同反应装置中进行。例如，聚合可以在螺杆混合器的第一区中进行，而所获得的聚合物组合物的切碎在所述螺杆混合器的第二区中进行。也可以在与反应装置分开的处理装置中进行切碎、剁碎或其他粒径调整。例如，所获得的凝胶形式的水溶性聚合结构体可以从反应装置(其是带式输送机)的第二端转移通过旋转孔筛或其它类似物，在那里它被切碎或剁碎成小颗粒。在切碎或剁碎后，将粉碎的聚合结构体干燥、研磨至期望的粒径并包装用于储存和/或运输。根据一个实施方案，聚合结构体可以被干燥至固体含量为至少85重量％，优选至少90重量％，更优选至少95重量％。所获得的干燥颗粒状产品的形式的聚合结构体易于储存和运输，并提供了极好的储存稳定性和长的保质期。有可能通过凝胶聚合获得具有更高聚合物含量的聚合物组合物，这也使其在物流方面更具成本效益。高聚合物含量具有改善絮凝性能的额外好处，尤其是在污泥脱水方面。
根据本发明的聚合结构体的聚合在如上所述的酸性pH值下进行，而与聚合方法无关，这避免或减少了在交错的第二聚合物的聚合过程中聚合物之间的复杂形成。所获得的聚合结构体的pH值也是酸性的，通常在2-6的范围内。如果聚合结构体是干颗粒形式，pH值通常通过将聚合结构体以0.1重量％固体浓度稀释或溶解在水中来确定。
聚合介质可以进一步包含pH调节剂、螯合剂和/或与主体聚合物或其生产(例如所用引发剂的反应产物)相关的化合物、添加剂或残留物质。如果需要，聚合介质可以包含链转移剂。
在一种或多种主体聚合物中和/或在第二交错聚合物中可以存在交联剂。交联剂的量可以小于0.1摩尔％，优选小于0.05摩尔％，并且对于凝胶聚合的聚合结构体，任选的交联剂的优选量小于0.002摩尔％，优选小于0.0005摩尔％，更优选小于0.0001摩尔％。根据本发明的一个优选实施方案，聚合结构体基本上不含交联剂和/或链转移剂。
在聚合开始时，聚合介质已经包含至少第一主体聚合物。因此，与聚合方法无关，聚合介质包含至少第一主体聚合物，该第一主体聚合物包含水解度为至少70％的聚乙烯醇。聚合介质可以进一步包含一种或多种在结构上不同于第一主体聚合物的随后的主体聚合物。第一主体聚合物和任何随后的主体聚合物可以同时或以任何顺序添加到聚合中。
根据本发明，第一主体聚合物包含聚乙烯醇。聚合介质包含水解度为至少70％或优选至少75％或至少80％的水溶性聚乙烯醇。PVOH的水溶性主要取决于水解度。优选地，聚乙烯醇的水解度在75-100％或75-99％，或更优选85-99％，或甚至更优选88-99％的范围内。在根据本发明的一个优选实施方案中，聚乙烯醇基本上完全水解，即水解度为约98％或99％。基本上完全水解的PVOH的溶液不会起泡。水解度还影响与纤维浆料和/或含水污泥中的悬浮颗粒产生氢键的倾向。未水解的聚乙烯醇部分被认为是疏水性的，因为它具有乙酰基而不是-OH基团。因此，聚乙烯醇为聚合物组合物提供了一些疏水性，这在例如污泥脱水中是有益的。根据一个优选实施方案，通过在聚乙烯醇作为第一主体聚合物的存在下使第二聚合物聚合所获得的聚合结构体包含疏水性乙酰基。这种更复杂的聚合结构体在污泥脱水中是有利的，尤其是当污泥还包含不同的化学物质时，因为聚合结构体的复杂性提供了对不同化学基团的更有效的处理，并改善了与污泥中存在的化学物质的相互作用。
用作第一主体聚合物的聚乙烯醇可以具有宽范围的平均分子量。根据本发明的一个实施方案，聚乙烯醇的平均分子量为至少5000g/mol，优选在5000–1000000g/mol的范围内。聚乙烯醇的分子量取决于聚合结构体的聚合方法和/或聚合结构体的应用。根据本发明的一个实施方案，干颗粒形式的聚合结构体是通过凝胶聚合获得的，其中聚乙烯醇的平均分子量可以为至少5000g/mol，优选地聚乙烯醇的平均分子量可以为5000–1000000g/mol。根据本发明的一个实施方案，聚乙烯醇可以具有相对高的分子量，可以观察到这改善聚合结构体的性能以及例如其在脱水中的絮凝能力。根据本发明的另一个实施方案，当聚合结构体式通过溶液聚合获得的且所获得的聚合结构体呈溶液形式时，聚乙烯醇的平均分子量可以在20000–250000g/mol的范围内，优选在50000–150000g/mol的范围内。这些平均分子量值(特别是优选的范围)足够高，使得主体聚合物保持在聚合结构体内，并且足够低以促进交错聚合物的容易聚合，并在提高聚合结构体的水溶性的范围内。
根据本发明的一个实施方案，由组合物的总聚合物含量计算，聚合结构体包含至少1重量％，通常2-50重量％，更通常3-30重量％或5-25重量％的作为第一主体聚合物的聚乙烯醇。聚合结构体中聚乙烯醇的量取决于聚合结构体的聚合方法和/或聚合结构体的应用。根据本发明的一个实施方案，由组合物的总聚合物含量计算，通过凝胶聚合所获得的聚合结构体包含至少1重量％，优选2-50重量％，更优选3-30重量％，甚至更优选3-15重量％的作为第一主体聚合物的聚乙烯醇。根据本发明的另一个实施方案，由组合物的总聚合物含量计算，通过溶液聚合所获得的聚合结构体包含至少5重量％，优选10-30重量％，更优选10-25重量％，甚至更优选15-25重量％或20-25重量％的作为第一主体聚合物的聚乙烯醇。
根据本发明的聚合结构体进一步包含第二聚合物，该第二聚合物是通过(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体的聚合所获得的聚合物。荷电单体可以包括阳离子和/或阴离子单体。根据一个优选实施方案，荷电单体包括阳离子单体，用于在包括带阴离子电荷的纤维的造纸过程中和/或在包括阴离子垃圾的污泥处理中提供有效结合。根据本发明的一个实施方案，聚合结构体的第二聚合物是通过聚合(甲基)丙烯酰胺和按非离子单体(例如(甲基)丙烯酰胺)和荷电单体的总量计为至少1摩尔％的荷电单体(优选4–90摩尔％的荷电单体)获得的。荷电单体的量取决于聚合结构体的聚合方法和/或聚合结构体的应用。
根据本发明的一个实施方案的聚合结构体的第二聚合物可以通过凝胶聚合由(甲基)丙烯酰胺和按非离子单体(例如(甲基)丙烯酰胺)和荷电单体的总量计为至少10摩尔％的荷电单体(优选10–90摩尔％，更优选15-85摩尔％，甚至更优选20-80摩尔％的荷电单体)的共聚获得。在本发明的一个优选实施方案中，聚合结构体的第二聚合物可以通过凝胶聚合由(甲基)丙烯酰胺和按非离子单体(例如(甲基)丙烯酰胺)和荷电单体的总量计为至少10摩尔％的带阳离子电荷的单体(优选10-90摩尔％，更优选15-85摩尔％，甚至更优选20-80摩尔％的带阳离子电荷的单体)的共聚获得。
根据本发明的另一个实施方案，聚合结构体的第二聚合物可以通过溶液聚合由(甲基)丙烯酰胺和按非离子单体(例如(甲基)丙烯酰胺)和荷电单体的总量计为至少1摩尔％的荷电单体(优选至少4摩尔％的荷电单体，更优选4-90摩尔％的荷电单体)的共聚获得。根据本发明的一个实施方案，聚合结构体的第二聚合物可以通过溶液聚合由(甲基)丙烯酰胺和按非离子单体(例如(甲基)丙烯酰胺)和荷电单体的总量计为4-40摩尔％(优选8-15摩尔％)的荷电单体的共聚获得。
根据本发明的聚合结构体的第二聚合物可以通过聚合(甲基)丙烯酰胺和荷电单体而获得，其中荷电单体可以包括带阳离子电荷和/或带阴离子电荷的单体。带阳离子电荷的单体可以包含选自以下的单体：丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯(ADAM)、[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)、丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯苄基氯、丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯硫酸二甲酯、甲基丙烯酸2-二甲氨基乙酯(MADAM)、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(MADAM-Cl)、甲基丙烯酸2-二甲氨基乙酯硫酸二甲酯、[3-(丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化铵(APTAC)、[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化铵(MAPTAC)和二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)。优选地，阳离子单体是[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)或二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)。优选地，用于第二聚合物的阳离子单体是[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)或二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)。带阴离子电荷的单体可以包括选自以下的单体：不饱和单羧酸或二羧酸，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、巴豆酸、异巴豆酸；不饱和磺酸，例如2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)、甲基烯丙基磺酸；乙烯基膦酸，以及它们的任何混合物，以及它们的盐。
根据本发明的一个实施方案的聚合结构体的第二聚合物也可以通过(甲基)丙烯酰胺与带阳离子电荷和带阴离子电荷的单体两者的聚合获得，其中共聚物是两性的。
根据本发明的一个优选实施方案，交错的第二聚合物的单体是水溶性的并且单体的溶解度通常为至少1g/L，更通常为至少5g/L，甚至更通常为至少10g/L。
根据本发明的一个实施方案，在聚合开始时，聚合介质可以已经包含至少第一主体聚合物，以及可能的一种或多种在结构体上与第一主体聚合物不同的第二主体聚合物。第二主体聚合物可包含阴离子、阳离子和/或两性聚合物。根据本发明的一个实施方案，第二聚合物可以是合成聚合物，例如(甲基)丙烯酰胺和至少荷电单体的共聚物。当交错的第二聚合物在包含聚乙烯醇作为第一主体聚合物和至少一种第二主体聚合物的聚合介质中进行聚合时，根据本发明的聚合结构体包括包含至少三种聚合物网络，这些聚合物网络在分子尺度上至少部分地彼此交错但不彼此共价键合。额外的第二主体聚合物可以为聚合结构体提供额外的性质，例如不同的电荷、疏水或亲水性质。
根据本发明的聚合结构体可以是干颗粒产品或溶液的形式。
本发明的聚合结构体基本上是水溶性的。术语“水溶性”在本上下文中被理解为聚合结构体与水完全混溶。当与过量的水混合时，聚合结构体优选基本上溶解，并且获得的聚合物溶液优选基本上不含离散的聚合物颗粒或细粒。优选地，聚合结构体含有至多30重量％、优选至多20重量％、更优选至多15重量％、甚至更优选至多10重量％的水不溶性材料。水溶性可以改善聚合结构体的官能团的可用性，从而改善与纤维浆料或污泥中存在的其他成分的相互作用。
根据一个实施方案，聚合结构体具有
-至多6mPas的标准粘度，其通过使用带有UL适配器的Brookfield DVII T粘度计，在25℃下在NaCl水溶液(1M)中以0.1重量％固体含量测量，或者
-至多10000mPas的体积粘度，其通过使用配备有小样品适配器、具有最大旋转速度的转子31的Brookfield DV1粘度计，在pH 3和25℃下在10重量％水溶液中测量。
根据一个实施方案，通过使用带有UL适配器的Brookfield DVII T粘度计，在25℃下在NaCl水溶液(1M)中以0.1重量％固体含量测量，优选通过凝胶聚合获得的聚合结构体可以具有2-6mPas、优选3.5-4.8mPas的标准粘度SV，以提供有效的絮凝性能。
根据一个实施方案，在pH 3、25℃下在10重量％水溶液中测量，优选通过溶液聚合获得的聚合结构体的体积粘度可以在100-15000mPas、优选500-10000mPas的范围内。体积粘度值是通过使用配备有小样品适配器、具有最大旋转速度的转子31的Brookfield DV1粘度计测量的。
根据本发明的聚合结构体可以用作纸、纸板、纸巾或其它类似物的制造中的干强度剂。它尤其提高了Z方向强度、爆裂强度和SCT强度值。除了良好的强度性能之外，根据本发明的聚合结构体提供良好的保留率和排水性能。
聚合结构体可以以100-4000g/kg干原料的量添加到纤维浆料中。在添加到纤维浆料之前，将聚合结构体溶解和/或稀释到合适的添加浓度，并且可以将它添加到稠浆或稀浆中，优选地被添加到稠浆中。
在本上下文中，术语“纤维浆料”(其中并入了根据本发明的聚合结构体)被理解为一种水性悬浮液，其不仅包含纤维，而且还包含填料和用于制造纤维幅(例如纸、纸板或纸巾)的其他无机或有机材料。纤维浆料也可以被称为纸浆浆液或纸浆悬浮液。纤维浆料可以包含任何纤维。在本发明的一个实施方案中，纤维浆料包含至少20重量％，优选至少30重量％，更优选至少40重量％的再生纤维材料(按干物质计)。在一些实施方案中，纤维浆料可以包含甚至>70重量％，有时甚至>80重量％的源自再生纤维材料的纤维。本发明的聚合结构体即使在使用大量再生纤维材料(甚至高达100重量％)时也能起作用。
如今，大多数造纸厂和纸板厂的水循环实际上是封闭的或几乎封闭的，并且淡水的使用被最小化。与再生原材料的使用一起，水循环的封闭导致水循环中荷电物质(例如离子)、有机化合物和其他成分的浓度增加，这也可能会影响强度添加剂的功能性。根据本发明的聚合结构体即使在升高的电导率、碱度和/或硬度条件下也提供干强度性能。根据本发明的聚合结构体在升高的电导率下具有良好的保留性能、强度和排水性能，即，它在升高的电导率下不会开始失去其性能。相应地，性能在纤维浆料的碱度下保持。
根据本发明的一个实施方案的用于制造纸或纸板的典型方法包括
-获得纤维浆料，
-将根据本发明的聚合结构体添加到纤维浆料中，
-将纤维浆料形成为纤维幅。
根据本发明的聚合结构体也适用于市政或工业过程中的含水污泥脱水。在本公开中，术语“污泥”可以表示源自废水处理厂的废水处理的污泥。污泥包含水相和悬浮的固体材料。污泥的组成取决于废水处理厂内的污泥来源。通常，用根据本发明的聚合结构体处理的污泥可以是初级和次级污泥的混合物，有时它还可以包括三级污泥，这在很大程度上取决于当地安装的废水处理厂的方法。由于废水处理厂的进料污泥和/或处理条件不同，污泥可能含有来自废水处理的每个处理步骤的不同比例的污泥，这些比例可能随天数和周数而变化。污泥的干固体含量可以在1-8重量％，优选3-5重量％的范围内。根据本发明，待脱水的污泥源自处理市政废水或工业废水的过程。
在本发明的一个实施方案中，污泥可以是在没有厌氧消化过程的废水处理厂获得的污泥。厌氧消化是残留固体处理过程。在厌氧消化过程中，被称为初级污泥的从原废水中去除的固体以及被称为二级污泥的从生物处理过程中去除的固体在溶气气浮增稠器(Dissolved Air Floatation Thickeners)中增稠后进行处理。待处理的污泥可以是未消化的污泥，但它也可以包含至少部分消化的污泥。在本发明的一个实施方案中，污泥是未消化的和消化的污泥的混合物。
根据本发明的污泥脱水包括在污泥脱水之前向污泥添加聚合结构体作为絮凝剂以使污泥絮凝。优选地，在脱水之前即刻将聚合结构体添加到污泥中。聚合结构体可以直接添加到将污泥输送到脱水的管道或其它类似物中。污泥的脱水可以通过使用机械脱水装置进行，例如离心机、带式压力机或箱式压力机，优选离心机。
污泥还可以源自纸浆、纸和/或纸板的制造过程，包括含水液相和悬浮在水相中的纤维材料。纤维材料是源自木材或非木材来源、优选源自木材来源的纤维素纤维材料。已经观察到聚合结构体在压制后提供了改进的脱水和更高的固体含量。
聚合结构体可以以0.5–20kg/t干污泥、优选0.75–6kg/t干污泥，优选1–4kg/t干污泥、甚至更优选1.5–2.5kg/t干污泥的量添加到污泥中。
根据本发明的用于污泥脱水的典型方法，该方法包括
-获得包含水相和悬浮材料的含水污泥，
-将包含根据本发明的聚合结构体的絮凝剂添加到所述污泥以获得化学调节的污泥，以及
-使用机械脱水装置对所述化学调节的污泥进行脱水以获得脱水的污泥滤饼。
在本发明的一个实施方案中，一种用于污泥脱水的方法可以进一步包括向所述污泥添加无机凝结剂。无机凝结剂优选在向所述污泥添加聚合结构体之前添加。如果要压制污泥，则优选添加无机凝结剂以获得更好的性能。根据本发明的一个实施方案，无机混凝剂可以是任何合适的凝结剂。通常，使用氯化铁作为无机凝结剂。
实验部分
通过以下实施例可以获得对本发明的更好的理解，给出这些实施例是为了说明但不应被解释为对本发明的限制。
产品特性的测定方法
体积粘度(溶液产品的粘度)
聚合物溶液的粘度通过配备有小样品适配器的Brookfield DV1粘度计测定。粘度是在25℃下通过使用最大适用转速的转子31测量的。
标准粘度(干产品的粘度)
干聚合物产品的粘度是通过带有UL适配器的Brookfield DVII T粘度计在25℃下以0.1重量％固体含量在NaCl水溶液(1M)中测定的。
干物质含量
干物质含量是通过如下测定的：将已知量的聚合物溶液样品在110℃的烘箱中干燥三小时，然后称重干物质的量，然后通过以下公式计算干物质含量：100×(干物质，g/聚合物溶液，g)。
pH
pH值是通过Knick Portamess 911型pH计在25℃下测定的。
电荷密度
电荷密度(μekv/l)通过Mütek PCD 03测定。
通过尺寸排阻色谱(SEC)测定阴离子聚合物的分子尺寸特性
分子大小由配备有集成的自动进样器、脱气机、柱温箱和折射率检测器的GPC系统测定。洗脱液是含有2.5重量％乙腈和0.1M硝酸钠的水溶液，在35℃下流速为0.8mL/min。柱组由三个柱和一个预柱(Ultrahydrogel precolumn、Ultrahydrogel 2000、Ultrahydrogel250和Ultrahydrogel 120，所有柱均来自Waters)组成。使用折射率检测器进行检测。分子量和多分散性是使用聚(环氧乙烷)/聚(乙二醇)窄分子量分布标准品(Polymer StandardsService)的常规(柱)校准来测定的。注射体积为50μL，取决于样品，样品浓度在0.1–4mg/mL之间。使用乙二醇(1mg/mL)作为流量标记物。
实施例1：溶液形式的聚合结构体的生产：具有PVOH的净阳离子聚合结构体
具有聚乙烯醇(PVOH)的水性聚合结构体是通过两阶段聚合工艺生产的。首先将“随后的第二主体聚合物”(其是阴离子主体聚合物)在以下程序中聚合。将387g去离子水进料到配备有搅拌器和用于加热和冷却的夹套的反应器中。将水加热到100℃。通过将525g丙烯酰胺(37.5重量％)、0.5g次磷酸钠、50g丙烯酸和0.5g二亚乙基三胺-五乙酸五钠盐(40％)混合，将单体溶液制备到单体罐中。将单体混合物用氮气吹扫15分钟。引发剂溶液是通过将2g过硫酸铵溶解在34g去离子水中制成的。单体溶液和引发剂溶液的进料同时开始。单体溶液的进料时间为60分钟，引发剂溶液的进料时间为105分钟。进料过程中温度保持在100℃。当引发剂溶液的进料完成后，将混合物在100℃下搅拌30分钟。然后将反应混合物冷却至25℃。“随后的第二主体聚合物”的特性在表1中给出。
表1.随后的第二主体聚合物的特性
特性 测定值
干物质含量，％ 25.9
粘度，mPas 1010
pH 4.2
MWr，g/mol 121000
MWn，g/mol 14600
MWp，g/mol 104000
第二聚合阶段是在以下两种主体聚合物的水溶液中使第二单体组聚合：第一主体聚合物(其是PVOH产品Mowiol 28-99(98％))和上述“随后的第二主体聚合物”(其是阴离子的)。在如主体聚合物的生产中所述的反应器中，通过在90℃温度下混合30分钟，将37gPVOH产品Mowiol28-99(98％)溶解在550g去离子水中。将106g随后的第二主体聚合物和1g柠檬酸进料到反应器中。通过添加2.1g 50％硫酸将pH值调节至3.0。将混合物用氮气吹扫5分钟，并通过加热将温度调节至80℃。在单体罐中通过将170g丙烯酰胺(37.5重量％)、24g丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(80重量％)和0.38g二亚乙基三胺-五乙酸，五钠盐(40％)钠混合来制备第二单体混合物。通过添加0.35g 50％硫酸将第二单体混合物的pH值调节至3.0。将单体混合物用氮气吹扫15分钟。通过将0.34g过硫酸铵溶解在34g去离子水中制备引发剂溶液。单体溶液和引发剂溶液的进料同时开始。单体溶液的进料时间为60分钟，引发剂溶液的进料时间为90分钟。在进料过程中通过加热和/或冷却将温度保持在80℃。当引发剂溶液的进料完成时，将混合物在80℃下搅拌30分钟。然后在20分钟时将0.5g过硫酸铵和20g去离子水的水溶液添加到混合物中。使混合物在80℃下反应30分钟。将反应混合物用56g去离子水稀释，然后将反应混合物冷却至25℃。所获得的产品“聚合结构体”其是具有PVOH的净阳离子聚合结构体，其特性在表2中给出。
表2.聚合结构体的特性
干固体，％ 15.0
粘度，mPas 9010
pH 3.0
pH7时的电荷密度，meq/g 0.2
实施例2：溶液形式的水溶性阳离子聚合结构体“20PVOH”和“35PVOH”的制备
包含总聚合物含量的约17重量％PVOH的溶液形式的阳离子聚合结构体是通过使丙烯酰胺和阳离子单体在聚乙烯醇中在约3.5的pH值下以以下程序聚合来制备的：由743.1g PVOH溶液制备反应物溶液，其是通过以下来实现的：在90℃下将19.8g水解度为80％且摩尔质量为约10kDa的聚乙烯醇(来自Sigma-Aldrich CAS#9002-89-5)溶解到723.3g去离子水中30分钟，在PVOH溶液冷却后，将154.1g丙烯酰胺(50重量％)、0.942g硫酸(93％)、溶解在34.7g去离子水中的3.1g乙酸钠、27.54g丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(ADAM-Cl，80重量％)和0.256g二亚乙基三胺五乙酸的五钠盐(40％)溶解。将混合物用氮气吹扫并加热至约80℃。使用过硫酸铵(总共0.625g，溶解在去离子水中)和焦亚硫酸钠(1g，溶解在去离子水中)的系统来引发和控制聚合。混合物在约80℃下反应直至完成，然后冷却至25℃。这种聚合结构体的体积粘度为16300mPas，干物质含量为12.54％。产品被标记为20PVOH。被标记为35PVOH的另一种阳离子聚合结构体以相同的方式制备，但使用34.65g聚乙烯醇，因此含有总聚合物含量的约26重量％的PVOH。35PVOH在13.7％固体含量下的体积粘度为35500mPas。被标记为PAM的阳离子对照聚合物以相同方式制备，但不使用任何聚乙烯醇，并且在11.8％固体含量下的体积粘度为8230mPas，大约对应于Mw为0.8MDa。所有这些聚合物在阳离子第二(最后聚合的)聚合物网络中含有约10摩尔％的阳离子单体。
实施例3：干形式的凝胶聚合的聚合结构体“3SPHOL50”和“DPSrdx”的制备
包含总聚合物含量的约6重量％PVOH的粉末形式的阳离子聚合结构体“3SPHOL50”是通过使丙烯酰胺和阳离子单体在聚乙烯醇中在约4的pH值下以以下操作聚合来制备的：在去离子水中由9g水解度为80％且摩尔质量为约10kDa的聚乙烯醇(来自Sigma-AldrichCAS#9002-89-5)、250.6g 50％丙烯酰胺溶液、32.9g 80％ADAM-Cl、2.96g葡萄糖酸钠、0.01g 40％DTPA钠盐、1.88g己二酸、7.21g柠檬酸和4.44g二丙二醇制备单体和聚乙烯醇的反应物溶液。搅拌混合物直至固体物质溶解，并用柠檬酸将pH值调节至4左右。引发剂是5ml6％2-羟基-2-甲基苯丙酮在聚乙二醇-水(1:1重量比)中的溶液。根据上述说明制备反应物溶液后，将其用氮气流吹扫以去除氧气。将引发剂(即，聚乙二醇-水(1:1重量比)中的2-羟基-2-甲基苯丙酮)添加到反应物溶液中，并将溶液放置在托盘上以在紫外光下形成约1cm的层，该紫外光主要在350-400nm(AS1/AS2/AS3＝10/5/25)范围内。光的强度随着聚合的进行而增加以完成聚合(从约550μW/cm2到约2000μW/cm2)。使获得的凝胶通过挤出机并在60℃的温度下干燥至水分含量小于10％。将干燥的聚合物研磨并筛分至粒径0.5-1.0mm。产品被标记为“3SPHOL50”。它具有约3.4mPas的标准粘度，对应于约3.5MDa的分子量，并且在阳离子第二(最后聚合的)聚合物网络中含有约7摩尔％的阳离子单体。
粉末形式的具有更高摩尔质量的PVOH的另一种阳离子聚合结构体“DPSrdx”是通过使丙烯酰胺和阳离子单体在聚乙烯醇中在约3-4的pH值下以以下程序聚合来制备的：在去离子水中由17.93g水解度为约99.4％且摩尔质量为约100000g/mol的聚乙烯醇(来自Sigma-Aldrich)、405.74g50％丙烯酰胺溶液、77.37g 80％ADAM-Cl、3.87g 0.1％次磷酸钠、0.64ml5％DTPA钠盐和1.66g己二酸来制备单体和聚乙烯醇的反应物溶液。搅拌混合物直至固体物质溶解，并将pH值调节至3–4左右。引发剂系统包含5ml V50水溶液(0.77g/7ml)作为热引发剂，以及5ml 0.098％过硫酸铵和5ml 0.053％硫酸亚铁铵的氧化还原对。在根据以上说明制备反应物溶液后，添加热引发剂并在低温下用氮气对反应物溶液进行脱气。然后将氧化还原对注入到反应物溶液中以开始聚合。使获得的凝胶通过挤出机并在60℃的温度下干燥至水分含量小于10％。将干燥的聚合物研磨并筛分至粒径0.5-1.0mm。
该聚合结构体含有总聚合物含量的约6重量％的PVOH，并被标记为“DPSrdx”。它具有约3.4mPas的标准粘度并且在阳离子第二(最后聚合的)聚合物网络中含有约10摩尔％的阳离子单体。
应用实验
进行应用实验1和3以提供关于根据本发明的聚合结构体作为干强度组合物的行为和效果的信息。表3和表4给出了在应用实验中用于纸浆表征和纸张测试的方法和标准。
表3.纸浆表征方法
表4.纸张测试装置和用于生产的纸张的标准方法
测量 装置 标准
基重 MettlerToledo ISO536
灰分含量，525℃ - ISO1762
抗压强度SCT Lorentzen&Wettre ISO9895
Taber，弯曲刚度 PTA TappiT569
Z方向拉伸(ZDT) Lorentzen&Wettre ISO15754
拉伸强度 Lorentzen&Wettre ISO1924-3
应用实施例1
此实施例模拟瓦楞纸(例如箱板纸(testliner)或瓦楞芯纸(fluting))的制备。使用中欧箱板纸作为原材料。该箱板纸含有约17％灰分和5％表面施胶淀粉。通过用70％乙酸钙、20％硫酸钠和10％碳酸氢钠的盐混合物将电导率调节至4mS/cm，由自来水制备稀释水。将箱板纸板切割成2×2cm的正方形。将2.7升稀释水加热到70℃。在破碎前，将箱板纸片材以2％浓度在稀释水中润湿10分钟。将浆液在Britt罐式破碎机中以30,000转的速度进行破碎。通过添加稀释水将纸浆稀释至0.6％。
在手抄纸制备中，将使用过的化学品在动态滤水罐(DDJ)中在1000rpm混合下添加到测试纤维浆料中。在进料前将强度化学品稀释至0.1重量％浓度。使用根据实施例1的聚合结构体作为强度化学品。对照“Refpol.”是与实施例1的聚合结构体相似的聚合物，但不含PVA。所用的强度化学品的添加量在表5中给出。在片材制造前30s将强度化学品添加到测试纤维浆料中。在片材制造前10s将CPAM保留聚合物以0.2kg/t的进料量进料。调节CPAM进料量以获得手抄纸的15％灰分含量。所有化学品的量均以每吨干纤维浆料的干活性化学品kg数给出。
根据ISO 5269-2:2012，通过使用快速抄纸机形成基重为110g/m2的手抄纸，其中回水中的电导率为4mS/cm，用70％乙酸钙、20％硫酸钠和10％碳酸氢钠的盐混合物调节。将手抄纸在真空干燥器中在92℃、1000mbar下干燥6分钟。在测试之前，根据ISO 187，将手抄纸在23℃、50％相对湿度下预调节24小时。
表5.应用实施例1的手抄纸测试：化学品添加和测量的结果
测试 Refpol. 实施例1 SCT指数
kg/t干物质 kg/t干物质 Nm/g
1 0 19.6
2 3 20.3
3 3 21.0
表5中示出的结果表明，根据本发明的聚合结构体增加了SCT指数。
应用实施例2
实施例1模拟瓦楞纸(例如箱板纸或瓦楞芯纸)的制备。使用中欧箱板纸作为原材料。该箱板纸含有约17％灰分和5％表面施胶淀粉。通过用CaCl2将Ca2+浓度调节至520mg/l并通过用NaCl将电导率调节至4mS/cm，由自来水制成稀释水。将箱板纸板切割成2×2cm的正方形。将2.7升稀释水加热到70℃。在破碎前，将箱板纸片材在2％浓度的稀释水中润湿10分钟。将浆液在Britt罐式破碎机中以30,000转的速度进行破碎。通过添加稀释水将纸浆稀释至0.6％。
在手抄纸制备中，将使用过的化学品在动态滤水罐中在1000rpm混合下添加到测试纤维浆料中。在进料前将强度化学品稀释至0.1重量％浓度。所用的强度化学品及其添加量在表6中给出。在实施例2和3中描述了根据本发明的聚合结构体“20PVOH”、“35PVOH”和“3SPHOL50”。对照化学品“PAM”是ADAM-Cl和丙烯酰胺的共聚物(阳离子电荷10摩尔％，MW＝800000g/mol)。在片材制造前30s将强度化学品添加到测试纤维浆料中。除了强度化学品之外，在片材制造前10s将保留化学品CPAM以0.2kg/t的进料量进料。所有化学品的量均以每吨干纤维浆料的干活性化学品kg数给出。
根据ISO 5269-2:2012，通过使用快速抄纸机形成基重为80g/m2的手抄纸，其中回水中的电导率为4mS/cm，用CaCl2(520mg/l Ca2+)和NaCl调节。将手抄纸在真空干燥器中在92℃、1000mbar下干燥6分钟。在测试之前，根据ISO 187，将手抄纸在23℃、50％相对湿度下预调节24小时。
表6.应用实施例2的手抄纸测试：化学品添加和测量的结果
测试 PAM 20PVOH 35PVOH 3SPHOL50 SCT指数 爆裂指数
kg/t干物质 kg/t干物质 kg/t干物质 kg/t干物质 Nm/g kPam2/g
1 0 21.8 1.6
2 1 22.3 1.8
3 1 23.1 1.8
4 3 23.6 1.8
5 1 22.7 1.8
6 3 23.6 1.9
7 1 22.8 1.8
表6中示出的结果表明，根据本发明的聚合结构体提高了SCT指数和爆裂指数。
应用实施例3
用含有CTMP纸浆(80％)和涂布的损纸(20％)的折叠箱板配料研究了在多组分强度系统中添加阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和聚乙烯醇(PVOH)的聚合结构体“DPSrdx”对z方向拉伸强度(ZDT)的影响。聚合结构体“DPSrdx”是如实施例3所述通过凝胶聚合制备的。用动态抄纸机(DSF)如下形成150g/m2片材：将测试纤维浆料用去离子水稀释至0.6％稠度，将pH值调节至7并将电导率调节至1.5mS/cm。将获得的纸浆混合物添加到DSF。对DSF的混合罐进行化学品添加。将所有纸浆喷雾后，将水排干。转鼓以1250rpm运行，纸浆混合器450rpm，纸浆泵950rpm/min，扫描(sweep)次数100和铲起(scoop)时间60s。在网和片材另一侧的一张吸墨水纸之间，从转鼓上取下片材。去除湿的吸墨水纸和网。片材在Techpap压区压制机(nip press)处在5bar压力下湿压，两次通过，每次通过前，片材的每一面都有新的吸墨水纸。通过称量片材的一部分并在110℃的烘箱中干燥4小时，确定压制片材的干物质含量。将片材在滚筒干燥机中在受限条件下干燥。将转鼓温度调节到92℃，将传递时间调节为1分钟。进行了四次传递。前两次传递在吸墨水纸之间，而两次传递没有吸墨水纸。在实验室测试之前，根据标准ISO 187，将片材在50％相对湿度下，在23℃下预调节24小时。
实验中使用的强度添加剂是阳离子淀粉(8kg/t)以及阳离子蜡状淀粉与聚合结构体“DPSrdx”的混合物(添加水平为1.5和2.5kg/t)和阴离子聚合物强度添加剂(2.4kg/t)。所有化学品的量均为每吨干纤维浆料的干化学品kg数。聚合结构体“DPSrdx”是干聚合物，并且在所述聚合结构体中，CPAM的取代度为10摩尔％，PVOH的比例为6重量％。所有点都包括助留剂(CPAM 200g/t和APAM 200g/t)。
表7中示出的结果表明，根据本发明的聚合结构体“DPSrdx”显著增加了Z方向强度而不降低多组分强度系统中的松厚度。
表7.不同强度系统对纸板性质的影响
应用实施例4
实施应用实施例4，以提供关于根据本发明的聚合结构体在污泥脱水中的行为和效果的信息。
阳离子聚丙烯酰胺和聚乙烯醇(PVOH)的聚合结构体包含PVOH作为第一主体聚合物和第二聚合物，该第二聚合物是在包含第一主体聚合物的聚合介质中聚合的，是丙烯酰胺和30摩尔％[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)的共聚物。PVOH的量为聚合介质中的6和9重量％。所用的PVOH的摩尔质量和水解度各不相同。本研究中使用的PVOH的性质显示在表8中。最终的干聚合物组合物包含聚合物、阳离子聚丙烯酰胺和PVOH。
表8.聚乙烯醇性质
聚乙烯醇名称 摩尔质量 水解度 聚合度
PVOH-80 9500 80 n/a
PVOH15-99 100000 99.4 n/a
PVOH56-98 195000 98 2400
所有聚乙烯醇产品都是干燥的。为了制备PVOH的水溶液，将聚合物在高温(约95℃)下溶解在水中所需的时间，在剧烈搅拌下制成清澈透明的水溶液(约1小时)。使用配备有机械搅拌器和制冷剂的圆形烧瓶。将烧瓶浸入油浴中。将PVOH水溶液冷却并用于在其中进行阳离子聚丙烯酰胺反应。用PVOH制成的聚合物的反应特性和聚合物性质显示在表9中。聚合结构体的聚合基本上与实施例3中呈现的聚合结构体“DPSrdx”一样制备。
使用商用干阳离子聚丙烯酰胺作为对照，其通常通过使用丙烯酰胺和30摩尔％[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(ADAM-Cl)的聚合反应形成。
表9.
如下研究了Minipress的污泥调节和机械脱水。在烧杯中提供220g污泥。使污泥经受约300rpm的快速混合。添加计算量的氯化铁，然后混合2分钟。然后通过添加2kg/t聚合物使经调节的污泥絮凝。使污泥再次经受快速混合约2-5秒。一旦形成絮状物，就停止混合。将烧杯中所有经调节的污泥转移到Minipress进行脱水。Minipress测试完成后，取出获得的污泥滤饼，并通过在105℃的烘箱中加热过夜来测量滤饼干度(即，固体含量)。
污泥主要是来自主要处理市政废水的废水处理厂的未消化的污泥。进入的污泥具有6.2–7.0的pH值和约3.17–5.0重量％的固体含量。
表10显示了污泥用氯化铁和包含PVOH-80的聚合结构体调节后的干度。表11显示了污泥用氯化铁和包含PVOH 15-99或PVOH 56-98的聚合结构体调节后的干度。
在结果中可以观察到与对照样品相比，采用根据本发明的聚合结构体的污泥干度增加。
表10.
表11.

Claims (24)

1.一种水溶性聚合结构体，其包含至少部分地彼此交错的至少以下三种聚合物网络：
-第一主体聚合物，包含水解度为至少70％的聚乙烯醇(PVA)，
-第二主体聚合物，包括阴离子、阳离子和/或两性聚合物，以及
-交错的聚合物，其为(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体的共聚物，且
所述聚合结构体通过在包含所述第一主体聚合物和至少一种第二主体聚合物的聚合介质中聚合(甲基)丙烯酰胺和至少一种荷电单体而获得，并且聚合过程中的pH值在2-6的范围内，
其中，所述聚合结构体具有
-至多6mPas的标准粘度，其通过使用带有UL适配器的Brookfield DVIIT粘度计，在25℃下在1M的NaCl水溶液中以0.1重量％固体含量测量，或者
-至多10000mPas的体积粘度，其通过使用配备有小样品适配器、具有最大旋转速度的转子31的Brookfield DV1粘度计，在pH 3和25℃下在10重量％水溶液中测量。
2.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚合结构体通过溶液聚合或凝胶聚合获得。
3.根据权利要求2所述的聚合结构体，其中通过使用带有UL适配器的BrookfieldDVIIT粘度计，在25℃下在1M的NaCl水溶液中以0.1重量％固体含量测量，通过凝胶聚合获得的干颗粒产品形式的聚合结构体的标准粘度SV为2-6mPas。
4.根据权利要求2所述的聚合结构体，其中通过使用带有UL适配器的BrookfieldDVIIT粘度计，在25℃下在1M的NaCl水溶液中以0.1重量％固体含量测量，通过凝胶聚合获得的干颗粒产品形式的聚合结构体的标准粘度SV为3.5-4.8mPas。
5.根据权利要求2所述的聚合结构体，其中使用配备有小样品适配器、具有最大旋转速度的转子31的Brookfield DV1粘度计，在pH 3和25℃下在10重量％水溶液中测量，通过溶液聚合获得的聚合结构体的体积粘度在100–10000mPas的范围内。
6.根据权利要求2所述的聚合结构体，其中使用配备有小样品适配器、具有最大旋转速度的转子31的Brookfield DV1粘度计，在pH 3和25℃下在10重量％水溶液中测量，通过溶液聚合获得的聚合结构体的体积粘度在500–10000mPas的范围内。
7.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中由聚合结构体的总聚合物含量计算，聚合结构体包含至少1重量％的作为第一主体聚合物的聚乙烯醇。
8.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中由聚合结构体的总聚合物含量计算，聚合结构体包含2–50重量％的作为第一主体聚合物的聚乙烯醇。
9.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚乙烯醇的水解度在75–99％的范围内。
10.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚乙烯醇的水解度在85–99％的范围内。
11.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚乙烯醇的水解度在88–99％的范围内。
12.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚乙烯醇的平均分子量为至少5000g/mol。
13.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚乙烯醇的平均分子量在5000-1000000g/mol的范围内。
14.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚合结构体是通过聚合(甲基)丙烯酰胺和按(甲基)丙烯酰胺和按荷电单体的总量计为至少1摩尔％的荷电单体而获得的。
15.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚合结构体是通过聚合(甲基)丙烯酰胺和按(甲基)丙烯酰胺和按荷电单体的总量计为4–80摩尔％的荷电单体而获得的。
16.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中荷电单体包括阳离子和/或阴离子单体。
17.根据权利要求1所述的聚合结构体，其中聚合结构体是通过聚合(甲基)丙烯酰胺和荷电单体而获得的，其中荷电单体包括
-带阳离子电荷的单体，其选自丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯ADAM、[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵ADAM-Cl、丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯苄基氯、丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯硫酸二甲酯、甲基丙烯酸2-二甲氨基乙酯MADAM、[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵MADAM-Cl、甲基丙烯酸2-二甲氨基乙酯硫酸二甲酯、[3-(丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵APTAC、[3-(甲基丙烯酰胺基)丙基]三甲基氯化铵MAPTAC和二烯丙基二甲基氯化铵DADMAC，和/或
-带阴离子电荷的单体，其选自不饱和单羧酸或二羧酸；不饱和磺酸；乙烯基膦酸，以及它们的任何混合物，以及它们的盐。
18.根据权利要求17所述的聚合结构体，其中所述不饱和单羧酸或二羧酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、巴豆酸和异巴豆酸，且不饱和磺酸选自2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸AMPS和甲基烯丙基磺酸。
19.根据权利要求1–18中任一项所述的聚合结构体在纸的制造中作为强度剂的用途。
20.根据权利要求19所述的用途，其中所述纸为纸板或纸巾。
21.根据权利要求19或20所述的用途，其特征在于，聚合结构体以100-4000g/kg干纸浆的量添加到纤维浆料中。
22.根据权利要求1–18中任一项所述的聚合结构体在污泥脱水中的用途。
23.根据权利要求22所述的用途，其特征在于，聚合结构体以0.5–20kg/吨干污泥的量添加到污泥中。
24.一种用于处理纤维浆料或含水污泥的方法，其中所述方法包括将根据前述权利要求1-18中任一项所述的聚合结构体添加到包含水相和悬浮固体的纤维浆料或含水污泥中，以及使所述纤维浆料或含水污泥脱水。
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