專(zhuān)利名稱(chēng)：紙張施膠用組合物的制作方法
紙張施膠用組合物本發(fā)明涉及紙張施膠用組合物，它包括鏈烯基琥珀酸酐(ASA)作為施膠劑，以及陰離子乳化劑和非離子組分的乳化劑體系，和涉及其制備方法。在紙張的生產(chǎn)中，過(guò)去發(fā)生了紙張施膠劑從常規(guī)的松香施膠劑變化為合成施膠劑，例如烷基酮烯二聚體(以下稱(chēng)為AKD)和鏈烯基琥珀酸酐(以下也稱(chēng)為ASA)。通過(guò)使用這些新型的纖維素反應(yīng)性施膠劑，可尤其顯著降低施膠劑的消耗，例如10-20倍。相關(guān)的商業(yè)優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致快速地達(dá)到這些施膠劑的變化，和AKD與ASA是目前寬泛使用的纖維素反應(yīng)性施膠劑。與AKD相反，ASA不是以含水乳液而是以純物質(zhì)形式從生產(chǎn)者輸送給消費(fèi)者。對(duì)于施膠來(lái)說(shuō)，必須使用含水乳液形式的ASA。然而，由于A(yíng)SA對(duì)水解敏感，因此必須在造紙機(jī)所在的場(chǎng)所直接形成乳液，這要求安裝乳化單元和與額外的成本有關(guān)。因此需要在乳化單元最小成本的情況下，確保在粒度和施膠效率方面，具有施膠劑滿(mǎn)意性能的體系。這種乳化單元是采用降低的剪切力操作的單元。盡管如此，為了實(shí)現(xiàn)具有高施膠效率和乳液穩(wěn)定性的ASA乳液的目的，施膠劑ASA必須化學(xué)改性，或者必須向其中添加乳化劑?；谔砑尤榛瘎┑腁SA的施膠劑根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)是已知的。因此，W02006/096216公開(kāi)了紙產(chǎn)品施膠的方法，該方法包括在不存在高剪切力的情況下，形成含有鏈烯基琥珀酸酐組分的含水施膠乳液作為第二步，其中在陽(yáng)離子組分存在下獲得該乳液。鏈烯基琥珀酸酐組分含有在聚合物水溶液內(nèi)懸浮的鏈烯基琥珀酸酐，其中該聚合物尤其可選自陰離子和非離子聚合物。盡管可使用降低的剪切力乳化含有ASA的這一施膠劑，但它的缺點(diǎn)是，施膠效率低，和不可能在高剪切力下，生產(chǎn)穩(wěn)定乳液。在W02007/073321中公開(kāi)了這類(lèi)進(jìn)一步的施膠劑。它是纖維素反應(yīng)性施膠劑，例如ASA，和陰離子聚電解質(zhì)以及含氮有機(jī)化合物的含水分散體，所述含氮有機(jī)化合物是分子量低于180和/或具有一個(gè)或更多個(gè)羥基的胺或季銨。然而，這種施膠劑的缺點(diǎn)是，它們不可能用熱淀粉，例如在任何造紙機(jī)上提供的熱淀粉乳化。然而，要求連續(xù)冷卻淀粉與生產(chǎn)工序和安裝設(shè)計(jì)中的額外難度有關(guān)，并尤其導(dǎo)致安裝成本增加。在WO 02/33172中公開(kāi)了與纖維素反應(yīng)性施膠劑一起使用的進(jìn)一步的乳化劑體系。它公開(kāi)了一種含水組合物，所述含水組合物包括反應(yīng)性施膠劑(所述反應(yīng)性施膠劑可以是鏈烯基琥珀酸酐)以及第一陰離子分散劑和第二分散劑的分散劑體系，所述第二分散劑選自陽(yáng)離子或非離子分散劑，和至少一種無(wú)機(jī)金屬鹽。通過(guò)使用這一分散劑體系，據(jù)說(shuō)使得可能同時(shí)使用ASA和明礬，其中明礬用于紙纖維網(wǎng)脫水。聚氧化乙烯被提及作為非離子分散劑的實(shí)例。實(shí)施例示出了僅僅包括無(wú)機(jī)酮烯二聚體(AKD)與陰離子和陽(yáng)離子分散劑的紙張施膠乳液，盡管據(jù)說(shuō)也可使用在含水組合物內(nèi)的鏈烯基琥珀酸酐。在工地上，在乳化過(guò)程中使用低剪切力/高剪切力的問(wèn)題在這一專(zhuān)利申請(qǐng)中是不重要的，且本身沒(méi)有列出基于 AKD的紙張施膠劑，它們僅僅以實(shí)例形式列出AKD是一種蠟，它在室溫下為固體且已經(jīng)以乳液形式輸送給消費(fèi)者。最后，美國(guó)申請(qǐng)No. 2008/0277084尤其要求保護(hù)包括ASA和至少一種陰離子表面活性劑和至少一種非離子表面活性劑的ASA共混物。作為這種共混物，公開(kāi)了含磺基琥珀酸酯作為陰離子表面活性劑和聚氧亞烷基化合物，例如聚氧亞烷基烷基醚作為非離子表面活性劑的ASA共混物。據(jù)說(shuō)這一結(jié)合物對(duì)乳液內(nèi)的平均粒度具有影響，從而導(dǎo)致比單一表面活性劑小的粒度，于是可使用低剪切的設(shè)備。通過(guò)以上提及類(lèi)型的組合物，實(shí)現(xiàn)ASA乳液的以上提及的目的，所述ASA乳液可在高的施膠效率和乳液穩(wěn)定性下用作紙張施膠劑，所述組合物含有乳化劑體系，其中陰離子乳化劑選自脂族羧酸或脂族二羧酸的堿金屬鹽，和非離子組分選自聚乙二醇(下文也稱(chēng)為 PEG)。鏈烯基長(zhǎng)度為12-24C原子，優(yōu)選16-18C原子的鏈烯基琥珀酸酐尤其合適作為施膠劑。 陰離子乳化劑優(yōu)選是鏈烯基長(zhǎng)度為12-24C原子，優(yōu)選16-18C原子的鏈烯基琥珀酸的鈉或鉀鹽。也可注意到本發(fā)明組合物進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即可通過(guò)添加堿金屬氫氧化物到纖維素反應(yīng)性施膠劑中，就地形成陰離子乳化劑。因此，陰離子乳化劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常類(lèi)似于施膠劑。非離子組分優(yōu)選平均分子量為200-8000，優(yōu)選2000的聚乙二醇。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的組合物包括用量最多5wt %的乳化劑體系，基于烷基琥珀酸酐(ASA)，優(yōu)選OJwt^-l.Swt^。在本發(fā)明的上下文中，陰離子乳化劑與非離子組分之比以重量為基礎(chǔ)優(yōu)選為1 10-10 1。此處和在說(shuō)明書(shū)的其余部分中，措辭“陰離子乳化劑”和“陰離子組分”包括單一的乳化劑/單一組分和數(shù)種陰離子乳化劑或非離子組分的混合物。可通過(guò)以任何所需的順序混合相應(yīng)組分，制備本發(fā)明用于紙張施膠的組合物。有利地通過(guò)添加堿金屬氫氧化物到鏈烯基琥珀酸酐(ASA)中，其結(jié)果是就地形成陰離子乳化劑，和隨后優(yōu)選在約100-140°C的升高的溫度下，在其內(nèi)溶解非離子組分聚乙二醇，從而制備組合物?；蛘咭部稍谕ㄟ^(guò)皂化，就地形成陰離子乳化劑之前，添加非離子組分。因此也可提供母料(concentrate)形式的紙張施膠用組合物，所述母料含有例如鏈烯基琥珀酸酐和 14-18wt %，更實(shí)際地約16wt %的乳化劑體系。視需要，可在沒(méi)有使用升高的溫度的情況下， 通過(guò)在不含乳化劑的ASA內(nèi)攪拌，稀釋這一母料到本發(fā)明組合物的常規(guī)濃度。對(duì)于在紙張施膠中使用來(lái)說(shuō)，使用低剪切力，用任選地含有淀粉的水相乳化按照這一方式獲得的混合物，以便得到施膠乳液?？赏ㄟ^(guò)靜態(tài)混合、孔隙、噴嘴、蠕動(dòng)或離心泵或轉(zhuǎn)子-定子體系，在低到中等旋轉(zhuǎn)速度下，生成在本發(fā)明上下文中的低剪切力。此處通過(guò)乳化劑體系引入的能量低。采用特殊的剪切工具，例如具有高速或高壓乳化劑體系(> IOObar)的轉(zhuǎn)子-定子體系，實(shí)現(xiàn)高剪切力。在本發(fā)明上下文中，引入到乳液內(nèi)的能量高。以下在實(shí)施例輔助下，更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明組合物的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例1這一實(shí)施例說(shuō)明了作為所使用的乳化劑或乳化劑體系的函數(shù)的施膠效率。由于在紙張施膠中的相關(guān)參數(shù)是施膠效率或者疏水作用，因此，在每一情況下，在實(shí)驗(yàn)室片材輔助下，在乳化劑/乳化劑體系變化之后，檢驗(yàn)施膠。為此，使用CcAb 60值(下文稱(chēng)為CcAb 60)，它描述了在60秒內(nèi)水的吸收(g/m2)。
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為了測(cè)試ASA乳化劑混合物，使用實(shí)驗(yàn)室片材形成單元，Rapid lUithen。所使用的紙漿是粉碎到khopper-Riegler打漿度為30°的具有70%長(zhǎng)纖維和30%短纖維含量的漂白的硫酸紙漿。采用高剪切力的乳化方法為了能評(píng)價(jià)乳化劑體系的效率，按照常規(guī)方式，即使用非常高的剪切力，乳化作為標(biāo)準(zhǔn)物的不含乳化劑的ASA (AS 1000)作為施膠劑。添加1份液體施膠劑到99份4%濃度的陽(yáng)離子淀粉溶液(Hicat 5103A)中，然后，采用剪切裝置(Ultraturrax)，在10，000轉(zhuǎn)/ 分鐘下乳化該混合物1分鐘。用水1 10稀釋這一乳液，并將等分的這一稀釋液用于施膠實(shí)驗(yàn)室片材。若使用不含乳化劑的施膠劑，則不可能制備實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)意的施膠效率的乳液，所述改性乳化方法與本發(fā)明的這一乳化方法相反。采用低剪切力的乳化方法這一乳化方法包括采用剪切裝置(Ultraturrax)，在僅僅4，000轉(zhuǎn)/分鐘下用95 份水乳化5份施膠劑1分鐘。在80g 5%濃度的陽(yáng)離子淀粉溶液中攪拌20g按照這一方式獲得的預(yù)乳液。用水1 10稀釋這一乳液，并將等分的這一稀釋液用于施膠實(shí)驗(yàn)室片材。將各種陰離子或非離子乳化劑/組分及其混合物加入到ASA中，形成實(shí)驗(yàn)室片材， 并進(jìn)行施膠試驗(yàn)。根據(jù)下表可看出結(jié)果。表 Ia在添加陰離子乳化劑之后的施膠值以CcAb 60描述施膠值[g吸收的水/m2]。
權(quán)利要求
1.用于紙張施膠的組合物，它包括鏈烯基琥珀酸酐(ASA)作為施膠劑，以及陰離子乳化劑和非離子組分的乳化劑體系，其特征在于陰離子乳化劑選自脂族羧酸或脂族二羧酸的堿金屬鹽，且陰離子組分選自聚乙二醇。
2.權(quán)利要求1的組合物，其特征在于陰離子乳化劑是鏈烯基的鏈長(zhǎng)為12-24C原子，優(yōu)選16-18C原子的鏈烯基琥珀酸的鈉或鉀鹽。
3.權(quán)利要求1或2的組合物，其特征在于非離子組分是平均分子量為200-8000，優(yōu)選 2000的聚乙二醇。
4.權(quán)利要求1-3任何一項(xiàng)的組合物，其特征在于乳化劑體系的存在量為最多5wt%，基于烷基琥珀酸酐，優(yōu)選0. 3wt% -1.5wt%。
5.權(quán)利要求1-4任何一項(xiàng)的組合物，其特征在于陰離子乳化劑與非離子組分的重量比為 1 10-10 1。
6.權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)的組合物的制備方法，其特征在于通過(guò)視需要在100-140°C 的升高的溫度下，添加堿金屬氫氧化物到作為施膠劑使用的鏈烯基琥珀酸酐(ASA)中，就地獲得陰離子乳化劑。
7.制備包括權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)組合物的施膠乳液的方法，其特征在于在低的剪切力下，采用任選含有淀粉的水相來(lái)乳化組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于紙張施膠的組合物，它包括鏈烯基琥珀酸酐(ASA)作為施膠劑，以及陰離子乳化劑和非離子組分的乳化劑體系，其特征在于陰離子乳化劑選自脂族羧酸或脂族二羧酸的堿金屬鹽，和陰離子組分選自聚乙二醇。
文檔編號(hào)D21H21/24GK102245834SQ200980149996
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者J·薩托利, L·施密德 申請(qǐng)人:凱米拉化學(xué)有限公司