專利名稱：紙張不透明劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于造紙過程中的組合物，使用該組合物以增加紙張的不透明度的造紙方法，以及使用該組合物制備的紙張。
背景技術(shù)：
由纖維素纖維(即木漿或由某種紙張回用再生產(chǎn)的漿料)生產(chǎn)的紙張的質(zhì)量經(jīng)常由其不透明度來判斷。長期以來，紙張生產(chǎn)者一直想改善不透明度，從而得到性能改進的紙張。
過去，在纖維素纖維的漿料進入造紙機之前加入各種助劑已獲得了這種和其它希望的特性。在本領(lǐng)域中，已知有各種助劑。例如，二氧化鈦粉末為已知的優(yōu)秀的增白劑。然而，二氧化鈦是添加至漿料中的最昂貴的材料之一。因此，盡管這種材料可用作增白劑，但是，它的使用仍受到限制，所以，需要一種令人滿意的替代物。
高嶺土也在紙張中用作填料，以改善最終產(chǎn)品的亮度。在添加至漿料之前，通常要對高嶺土進行鍛燒，然后懸浮于水溶液中。在加至漿料或在高嶺土儲罐的底部固體顆粒開始形成沉淀物之前，必須對高嶺土進行連續(xù)攪拌。盡管高嶺土給紙成品提供了亮度以及不透明度，但是將它添加至漿料中相當(dāng)困難這是它的一個缺點。
當(dāng)高嶺土添加至漿料時，還需要加另外的化學(xué)劑。加入助留劑使高嶺土留著于紙頁中，這將使紙張增加額外的成本。此外，將高嶺土添加至漿料中還將對紙頁的干燥產(chǎn)生副作用。抄紙工人將減慢紙機抄速以進行最大程度的干燥，從而保證紙頁被干燥，這將增加紙頁的成本。高嶺土還將增加對紙機的磨損。這種磨損將縮短紙機某些部件的壽命。當(dāng)使用高嶺土?xí)r，尤其是成形網(wǎng)，毛毯，刮刀和精磨機將出現(xiàn)磨損。隨著高嶺土磨損性增加，停機時間變長且更加頻繁。這類含高嶺土的產(chǎn)品描述于US3014836(Proctor，Jr.)和US4826536(Raythatha等人)。
在造紙方法中，水合硅酸鋁也用作高嶺土的替代物。它具有類似于高嶺土的性質(zhì)，因此，當(dāng)用于造紙時，出現(xiàn)同樣的缺點。
已對紙漿添加了多種組合物，以便對紙張進行施膠，即將助劑添加至紙頁中，使紙張具有排水或防水性能。大多數(shù)施膠劑，如在US2142986(Arnold，Jr.)和US3096232(Chapman)所公開的那些都使用蠟類。例如，Arnold，Jr.公開了在脫乙?；瘹ざ嗵堑娜芤褐械南炄橐骸⑹?、野漆樹蠟、巴西棕櫚蠟、高級脂肪醇、或合成蠟可以在施膠組合物中用作防水劑。如含12-20碳原子的脂肪醇這樣的柔軟劑還可存在于Arnold，Jr.的組合物中。Chapman公開了與陽離子改性淀粉一起使用石蠟或樹脂的水不溶性衍生物來生產(chǎn)含水的蠟乳液。
已知有許多施膠劑。這些已知的施膠劑通常是陽離子材料，特別是對紡織工業(yè)中的織物進行施膠用的那些施膠劑。盡管施膠劑的陽離子性質(zhì)增加了它們被所施加的纖維的吸收性，但是它們的陽離子性質(zhì)通常將阻止增亮劑和不透明劑的充分使用。在本領(lǐng)域中熟知的是，陽離子材料經(jīng)常提高施膠作用，但降低它們所施加的材料的亮度。因為將陽離子施膠劑添加至紙張中通常將導(dǎo)致其亮度的降低，所以，陽離子施膠劑迄今為止一直沒被優(yōu)選作為紙張的施膠劑，特別是用作由回用紙漿制備的紙張的施膠劑，該種紙張通常缺少由原漿制備的紙張的固有亮度。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是提供一種在造紙過程中添加至紙張中的組合物，從而使得到的紙張具有改良的特性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種使被添加的紙張的不透明度提高的組合物。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種在沒有明顯降低所生產(chǎn)紙張的磨擦系數(shù)或亮度下提高紙張不透明度的組合物。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種在造紙過程中將組合物添加至纖維素纖維漿料中的方法，該方法將使紙張具有增加的不透明度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有增加不透明度的希望特性的紙張。
總的來說，本發(fā)明涉及一種用作纖維素漿料的助劑的組合物，紙張由所述漿料形成；由該含助劑的漿料的造紙方法；以及根據(jù)該方法制得的紙張。該組合物含有烷基二(烷基酰氨基烷基)-2-羥基烷基銨烷基鹽。此外，還可將下述物質(zhì)添加至組合物中調(diào)節(jié)pH的酸，調(diào)節(jié)粘度的有機或無機鹽，和控制發(fā)泡的消泡劑。
發(fā)明的詳細(xì)說明在木漿已進行漂白除去木素和其它雜質(zhì)后，如果使用回用紙漿的話，則在脫墨后，在漿料進入紙機網(wǎng)前箱之前，將本發(fā)明的組合物添加至漿料中。該組合物可以單獨添加，或與其它增亮劑、不透明劑和施膠劑一起使用。例如，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，組合物可以與造紙粘土如高嶺土或與基于氨基乙基乙醇胺的硬脂酸二酰胺的增亮劑和不透明劑一起使用。
本發(fā)明的組合物可添加至任何纖維素纖維的漿料中以獲得所希望的物理特性，特別是可用來增強由回用的纖維素纖維漿制備的紙張的特性。組合物的用量以及組合物中每種成分的用量將根據(jù)添加組合物的紙漿的特性和種類而變化。正如眾所周知的那樣，不同來源的木漿具有使它們能增白，變得更為不透明和更加耐水并且容易處理的不同特性。例如，對于生產(chǎn)具有相同特性的最終產(chǎn)品來說，有些木漿需要比其它木漿更高的增白劑和不透明劑的濃度。
本發(fā)明中使用的組合物包括烷基二(烷基酰氨基烷基)-2-羥基烷基銨烷基鹽。更具體地說，該組合物含有具有下面通式的二酰氨基胺的鹽 式中每個R1表示相同或不同的C4-C22烷基、鏈烯基或羥烷基基團，其中每個R4表示相同或不同的C2-C6亞烷基，其中R2表示C1-C4烷基或芐基，其中R3表示C2-C4亞烷基，其中n為0-20的數(shù)。在優(yōu)選的實施方案中，每個R1表示相同或不同的C11-C19烷基，其中每個R4表示相同或不同的C2-C3亞烷基，其中R2表示C1-C2烷基，其中R3表示C2-C3亞烷基，其中n為0-4的數(shù)。
用于二酰氨基胺的鹽所選擇的陰離子可以是基于季銨化技術(shù)的任何合適的陰離子，包括硫酸鹽、氯化物或其它鹵化物。優(yōu)選的鹽是硫酸鹽，因為它們對金屬設(shè)備的腐蝕性較小，優(yōu)選的鹽是C1-C4烷基硫酸鹽，由于工業(yè)效果，更優(yōu)選的是甲基或乙基硫酸鹽。
優(yōu)選的組合物含有甲基二(牛脂酰氨基乙基)-2-羥基乙基銨甲基硫酸鹽。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，該組合物能在不明顯降低所生產(chǎn)紙的磨擦系數(shù)或亮度下賦予最終的紙以增加的不透明度。該組合物通常以纖維素纖維重量的0.2-5％(重量)d/d(絕干對絕干)，優(yōu)選以0.5-2％(重量)d/d的用量添加至纖維素纖維的紙漿中。
組合物的組成可根據(jù)由制備紙漿的纖維素纖維的種類而變化。此外，當(dāng)使用由紙張回用所得到的紙漿時，特別是當(dāng)回用紙漿色澤較深或褪色時，可能要對組合物進行另外的調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明在此所公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易作出對組合物的所有這些調(diào)節(jié)。
利用常規(guī)技術(shù)將添加組合物的紙漿制成漿料。對紙漿進行漂白以除去不想要的雜質(zhì)，比如如果使用由回用紙張制得的紙漿時要進行脫墨。用常規(guī)的方式將漿料儲存于儲罐中或送至造紙機，例如長網(wǎng)紙機。在此所公開的造紙組合物可添加至存放于儲罐中的漿料中，或者當(dāng)漿料沿著紙機網(wǎng)前箱移動時，添加至漿料中。優(yōu)選將組合物添加至沿網(wǎng)前箱移動的流動紙漿中。
當(dāng)含組合物的漿料到達紙機網(wǎng)前箱時，利用常規(guī)的造紙技術(shù)和材料由此形成紙張。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的紙張顯示出優(yōu)異的不透明性，而亮度或磨擦系數(shù)沒有明顯的降低。
此外，將組合物添加至漿料中對整個造紙過程漿料的移動不會產(chǎn)生明顯的副作用。不降低磨擦系數(shù)是很重要的，因為低磨擦系數(shù)會產(chǎn)生折皺和卷纏問題。低磨擦系數(shù)在印刷機上還會引起重影問題。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，可與組合物一起添加其它材料。例如，本發(fā)明組合物中還可加入高嶺土，由此制得的紙張顯示出增加的不透明度以及改善的潤滑性能。本領(lǐng)域熟知的其它的添加劑也可以與在此公開的組合物一起添加。
該組合物優(yōu)選含有調(diào)節(jié)pH的弱酸。該酸能將酸性pH優(yōu)選調(diào)節(jié)在約3-約6的范圍內(nèi)。該酸用作分散組合物助劑。在該組合物中，弱有機酸如乙酸或甲酸是特別優(yōu)選的。當(dāng)然，強酸也可用來控制pH，但成本和安全性問題將限制它們的使用。
在造紙組合物生產(chǎn)期間，優(yōu)選加入粘度控制劑如一種鹽。通常，已知的粘度控制劑有鈉鹽和氯化物。優(yōu)選的鹽包括乙酸鈉和氯化鈉。該成分的作用是降低粘度。組合物還可含有控制發(fā)泡的消泡劑，以及控制細(xì)菌生長的生物殺傷劑。
參考下面實施例本發(fā)明將變得更加清楚。
實施例將99g甲基二(牛脂酰氨基)-2-羥基乙基銨甲基硫酸鹽分散于含2.2g乙酸(84％)和0.5g苛性鈉(25％)的200g 80℃的水中而制備試樣。用99g水稀釋1g試樣形成0.3％的固體分散體。將8ml分散體與含60g固體紙漿的回用新聞紙漿混合。制備手抄紙并對沒有添加劑制得的紙頁和用等量基于氨基乙基乙醇胺的硬脂酸二酰胺的對比不透明劑制得的紙頁進行試驗。
通過在40psig壓榨脫水并調(diào)理(TAPPI標(biāo)準(zhǔn)T402 OM-88)，然后在150F和600psig進行壓光而制備手抄紙。然后，在Technobrite儀器上對手抄紙進行亮度和不透明度測試，取五個讀數(shù)的平均值。通過ModelTMI3225滑動角測試儀測量磨擦系數(shù)(C.O.F.)。
沒有添加劑實施例 對比例亮度 57.09 56.77 58.86不透明度(ISO)92.79 95.20 93.55不透明度(TAPPI) 87.50 91.25 88.92C.O.F. 0.435 0.473 0.379與沒有添加劑相比，實施例的產(chǎn)品顯示出了不透明度的明顯提高，而亮度和磨擦系數(shù)沒有明顯降低。實際上，還觀察到了c.o.f.的增加。對比例則顯示出磨擦系數(shù)的明顯降低。
權(quán)利要求
1.一種在造紙過程中添加到纖維素纖維漿料中以提高由此漿料生產(chǎn)的紙張的不透明度的組合物，所述的組合物含有具有下面通式的二酰氨基胺的鹽 式中每個R1表示相同或不同的C4-C22烷基、鏈烯基或羥烷基基團，其中每個R4表示相同或不同的C2-C6亞烷基，其中R2表示C1-C4烷基或芐基，其中R3表示C2-C4亞烷基，其中n為0-20的數(shù)。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述的鹽選自硫酸鹽，氯化物和其它的鹵化物。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述的鹽是硫酸鹽。
4.權(quán)利要求3的組合物，其中所述的鹽是C1-C4烷基硫酸鹽。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中所述的鹽是甲基硫酸鹽。
6.權(quán)利要求4的組合物，其中所述的鹽是乙基硫酸鹽。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中每個R1表示相同或不同的C11-C19烷基，其中每個R4表示相同或不同的C2-C3亞烷基，其中R2表示C1-C2烷基，其中R3表示C2-C3亞烷基，其中n為0-4的數(shù)。
8.權(quán)利要求1的組合物，其中組合物為甲基二(牛脂酰氨基乙基)-2-羥基乙基銨甲基硫酸鹽。
9.權(quán)利要求1的組合物，其還含有酸。
10.權(quán)利要求9的組合物，其還含有消泡劑、生物殺傷劑以及有機或無機鹽。
11.一種生產(chǎn)具有增強不透明度的紙張的方法，其包括如下步驟提供纖維素纖維的漿料；將含有具有下面通式的羥基化二酰氨基胺的鹽的組合物添加至所述的漿料中 式中每個R1表示相同或不同的C4-C22烷基，鏈烯基或羥烷基基團，其中每個R4表示相同或不同的C2-C6亞烷基，其中R2表示C1-C4烷基或芐基，其中R3表示C2-C4亞烷基，其中n為0-20的數(shù)；將所述的漿料形成所述的紙張。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述的鹽選自硫酸鹽，氯化物和其它的鹵化物。
13.權(quán)利要求11的方法，其中所述的鹽是硫酸鹽。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述的鹽是C1-C4烷基硫酸鹽。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述的鹽是甲基硫酸鹽。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述的鹽是乙基硫酸鹽。
17.權(quán)利要求11的方法，其中每個R1表示相同或不同的C11-C19烷基，其中每個R4表示相同或不同的C2-C3亞烷基，其中R2表示C1-C2烷基，其中R3表示C2-C3亞烷基，其中n為0-4的數(shù)。
18.權(quán)利要求11的方法，其中組合物為甲基二(牛脂酰氨基乙基)-2-羥基乙基銨甲基硫酸鹽。
19.權(quán)利要求18的方法，其中組合物還含有酸。
20.權(quán)利要求19的方法，其中組合物還含有消泡劑、生物殺傷劑以及有機或無機鹽。
21.權(quán)利要求11的方法，其中將所述的組合物添加至漿料中，其用量為纖維素纖維重量的0.2-5.0％d/d。
22.權(quán)利要求11的方法，其中將所述的組合物添加至漿料中，其用量為纖維素纖維重量的0.5-2.0％d/d。
23.一種具有增加不透明度的由纖維素纖維制得的紙成品，所述成品中含有一種組合物，該組合物含有具有下面通式的羥基化二酰氨基胺的鹽 式中每個R1表示相同或不同的C4-C22烷基、鏈烯基或羥烷基基團，其中每個R4表示相同或不同的C2-C6亞烷基，其中R2表示C1-C4烷基或芐基，其中R3表示C2-C4亞烷基，其中n為0-20的數(shù)；
24.權(quán)利要求23的紙成品，其中每個R1表示相同或不同的C11-C19烷基，其中每個R4表示相同或不同的C2-C3亞烷基，其中R2表示C1-C2烷基，其中R3表示C2-C3亞烷基，其中n為0-4的數(shù)。
25.權(quán)利要求23的紙成品，其中組合物為甲基二(牛脂酰氨基乙基)-2-羥基乙基銨甲基硫酸鹽。
26.權(quán)利要求23的紙成品，其中組合物的用量為纖維重量的0.2-5.0％d/d。
27.權(quán)利要求23的紙成品，其中組合物的用量為纖維重量的0.5-2.0％d/d。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在造紙過程中使用的化學(xué)組合物，以便能生產(chǎn)出具有增強不透明度的紙張。本發(fā)明還提供了使用該組合物制備紙張的方法以及由此制得的紙張。該組合物含有烷基二(烷基酰氨基烷基)-2-羥基烷基銨烷基鹽。
文檔編號D21H17/07GK1146787SQ95192762
公開日1997年4月2日 申請日期1995年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月15日
發(fā)明者L·R·德拉納, B·諾思 申請人:西卡化學(xué)品公司