專利名稱：上漿分散體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括上漿劑、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑以及一元醇的基本無水的組合物和含水上漿組合物。本發(fā)明進一步涉及這些組合物用于原料(stock)上漿或?qū)埢虬宓谋砻嫔蠞{的用途，以及制備所述含水分散體的方法。
背景技術(shù)：
在紙和板的生產(chǎn)中通常使用上漿劑，以便得到具有增強的耐水溶液滲透性的產(chǎn)品。上漿劑不是以原樣加入到紙漿懸浮液中，而是以乳液或分散體的形式加入。由于上漿劑通常是疏水的，因此在均化作用過程中存在利于形成分散體的化合物。均化過程是通過在高剪切力存在時混合上漿劑、一種或多種分散劑而實現(xiàn)的，通過使用高壓均化設(shè)備來引入高剪切力。
上漿劑的數(shù)量非常多，其被劃分成兩組，即非纖維素反應性上漿劑和纖維素反應性上漿劑，據(jù)信后者與纖維素纖維形成共價鍵。然而，纖維素反應性上漿劑不僅與懸浮體的纖維素纖維反應，而且與含水溶液即分散體中的水分相互作用，從而進行水解，水解最終導致有活性的纖維素反應性上漿劑的量減少。從而限制了含有纖維素反應性上漿劑的含水分散體或乳液的穩(wěn)定性。
GB2122656公開了一種上漿組合物，它含有羧酸酐和與低級烷基、?；虬被柞；鶊F和/或含硫陰離子表面活性劑的堿土金屬嵌段的聚氧化烯非離子表面活性劑。
US4376177涉及使用上漿化合物的紡織品上漿過程。
EP984101涉及含有上漿劑和有機絡合劑的上漿組合物。
WO9749865公開了ASA上漿乳液，其中含有低分子量水溶性陽離子紫羅烯和高分子量陽離子聚乙烯的陽離子聚合物混合物，而且，表面活性劑也存在于該乳液中。
US5059675涉及含三聚氰氨甲醛化合物與長鏈飽和或不飽和醇和聚乙氧基化醇的反應產(chǎn)物的表面上漿組合物。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種容易均化的上漿組合物，即僅通過引入較小剪切力如輕微攪拌就能形成的分散體或乳液。
本發(fā)明的另一個目的是提供貯存穩(wěn)定的上漿組合物。
進一步的目的將在下面述及。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)了一種基本無水的上漿組合物和一種含水上漿組合物，其包括上漿劑、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑以及一元醇。另外，本發(fā)明還涉及該組合物用于原料上漿或紙或板表面上漿的用途，以及制備含水分散體的方法，該方法包括在非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和一元醇存在時均化上漿劑。
在上漿組合物中存在的上漿劑可以是非纖維素反應性試劑和/或纖維素反應性試劑，非纖維素反應性試劑包括松香即歧化松香、氫化松香、聚合松香、甲醛處理過的松香、酯化松香、強化松香以及這些處理劑和如此處理的松香的混合物、脂肪酸及其衍生物如脂肪酸酯和酰胺如雙硬脂酰胺、樹脂及其衍生物如烴類樹脂、樹脂酸、樹脂酸酯和酰胺、蠟如粗石蠟和精制石蠟、合成蠟、天然蠟等、和/或纖維素反應性試劑。優(yōu)選地，上漿劑為纖維素反應性上漿劑。在上漿分散體中包括的纖維素反應性上漿劑可以選自本領(lǐng)域已知的任何纖維素反應性試劑。適當?shù)?，所述上漿劑選自疏水烯酮二聚物、烯酮多聚物、酸酐、有機異氰酸酯、氨基甲酰氯及其混合物，優(yōu)選為烯酮二聚物和酸酐，最優(yōu)選為烯酮二聚物。優(yōu)選的烯酮二聚物具有下述的通式(I)，其中R1和R2表示飽和或不飽和的、非支鏈或支鏈烴基，所述烴基適當具有8-36個碳原子，通常為具有12-20個碳原子的烷基，如十六烷基和十八烷基。在一個優(yōu)選的實施方案中，在環(huán)境溫度即25℃下，適當在20℃下，所述烯酮二聚物為液體，從而R1和/或R2適當為具有12-20個碳原子的不飽和烷基例如油基，或具有8-18個碳原子的短鏈烷基。適當?shù)乃狒梢杂上率龅耐ㄊ?II)來表征，其中R3和R4可以相同也可以不同，表示飽和的或不飽的適當含有8-30個碳原子的烴基，或者R3和R4與-C-O-C-部分一起構(gòu)成5-6元環(huán)，任選進一步用含有高達30個碳原子的烴基取代。工業(yè)上常用的酸酐的例子包括烷基和烯基琥珀酸酐，特別是異十八烯基琥珀酸酐。
適當?shù)南┩畚?、酸酐和有機異氰酸酯包括US4522686中公開的化合物，其在此作為參考引入。適當?shù)陌被柞Ｂ鹊膶嵗║S3887427中公開的那些化合物，其亦在此作為參考引入。
在該組合物或分散體中包括的非離子表面活性劑優(yōu)選是聚氧化烯化合物，其可以包括具有至少8個碳原子，特別是8個碳原子直至36個碳原子的疏水部分。該疏水部分可以含有除碳和氫以外的其它原子，只要該部分具有總的疏水特性即可。該疏水部分可以是支鏈、非支鏈的飽和或不飽和烴，該烴適當含有芳族官能度，例如芳環(huán)系統(tǒng)或稠合芳環(huán)系統(tǒng)，所述芳環(huán)系統(tǒng)是主烴結(jié)構(gòu)的一部分，或是連接到支鏈或非支鏈主烴結(jié)構(gòu)上的側(cè)基。優(yōu)選地，該疏水部分是非支鏈飽和烴鏈，該鏈可以含有8-36個碳原子，適當為10-20個碳原子，最優(yōu)選為10-15個碳原子。聚氧化烯化合物可以僅含有一種類型的重復烯化氧單元或由式(1)R1O表示的不同類型的烯化氧單元，其中R1是具有2-4個碳原子的烴基。該聚氧化烯化合物可有具有2-30個相同或不同類型的烯化氧單元，一般是5-10個烯化氧單元，優(yōu)選為5-8個烯化氧單元。最優(yōu)選地，該聚氧化烯化合物含有氧化乙烯和/或氧化丙烯單元，適當?shù)刂挥醒趸蚁﹩卧?，其量?-10個氧化乙烯單元，優(yōu)選為5-7個氧化乙烯單元。該聚氧化烯化合物的重均分子量可以高達4000，適當為200-2300。該聚氧化烯化合物可以由通式(2)R2-[-(R3O)n-]-H表示，其中R2是如上文所定義的疏水部分，適當是含有8-36個碳原子的非支鏈烷基，R3是亞乙基，n是2-30的整數(shù)。適當?shù)?，該聚氧化烯化合物選自四(乙二醇)十一醚、五(乙二醇)十一醚、六(乙二醇)十一醚、七(乙二醇)十一醚和十(乙二醇)十一醚。
本發(fā)明的組合物進一步含有一元醇。所述一元醇是指含一個醇基的醇。適當?shù)?，一元醇是脂族醇，其起利于均化的兩親化合物的作用。任何連接到醇官能團上的脂族基均可以使用，只要該一元醇具有輕微的表面活性特征或者是表面活性的即可。該一元醇可含至少4個碳原子，適當?shù)臑?-20個碳原子，這些碳原子可以形成非支鏈、支鏈或者環(huán)形烴基。該烴基可以是飽和的、不飽和的，任選含有芳環(huán)系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述一元醇是具有通式(3)R4-OH的脂族醇，其中R4是飽和或不飽和烴基，適當含有4-20個碳原子，優(yōu)選為8-16個碳原子，最優(yōu)選為10-14個碳原子。更優(yōu)選地，R4是飽和烴基如具有4-20個碳原子的烷基。所述一元醇可以選自1-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-丁醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲基-2-丁醇、2，2-二甲基-1-丙醇、1-己醇、2-甲基-1-戊醇、4-甲基-1-戊醇、4-甲基-2-戊醇、2-乙基-1-丁醇、1-庚醇、2-庚醇、3-庚醇、4-庚醇、2，4-二甲基-3-戊醇、1-辛醇、2-辛醇、2-乙基-1-己醇、3，5-二甲基-1-己醇、2，2，4-三甲基-1-戊醇、1-壬醇、5-壬醇、3，5-二甲基-4-庚醇、2，6-二甲基-4-庚醇、3，5，5-三甲基-1-己醇、1-癸醇、1-十一醇、1-十二醇、2，6，8-三甲基-4-壬醇、1-十三醇、1-十四醇、1-十五醇、1-十六醇、1-十七醇、1-十八醇、1-十九醇、1-二十醇、1-二十六醇。
按照本發(fā)明，該組合物還含有陰離子表面活性劑。適當?shù)年庪x子表面活性劑是含硫陰離子表面活性劑，其可以為堿土金屬鹽形式如磺酸型或硫酸酯型。例如，該陰離子表面活性劑可以是具有至少一個支鏈或直鏈烷基的烷基苯磺酸，所述烷基一般含有6-22個碳原子，適當?shù)厥?0-18個碳原子，例如十二烷基苯磺酸和十一烷基苯磺酸。另外該陰離子表面活性劑可以包括α-烯屬磺酸，其一般含有8-20個碳原子，優(yōu)選為10-18個碳原子，最優(yōu)選為12-16個碳原子；磺基琥珀酸酯，即磺基琥珀酸與醇形成的酯，該醇一般含有6-20個碳原子，實例為二烷基磺基琥珀酸酯如二-2-乙基己基磺基琥珀酸酯，和二環(huán)烷基磺基琥珀酸酯如二環(huán)己基磺基琥珀酸酯；萘磺酸和具有至少一個含1-18個碳原子的烷基的烷基萘磺酸，如二異丙基萘磺酸，以及它們與甲醛的縮合產(chǎn)品，其適當具有縮合度為1-20，優(yōu)選為1-8；一般含有8-20個碳原子的烯烴磺酸例如十四烷基磺酸；和脂肪酸酰胺磺酸，其一般含有10-20個碳原子，如N-甲基油酰氨基乙基磺酸(N-methyl-oleylamidoethyl sulphonic acid)、石油磺酸、木質(zhì)磺酸，以上僅提到了一部分。
適當?shù)牧蛩狨グㄍ榛蛩狨?，如直鏈?或支鏈飽和的和/或不飽的醇的硫酸酯，其適當含6-20個碳原子，優(yōu)選為12-18個碳原子，實例為癸基硫酸酯、月桂基硫酸酯、具有11-12個碳原子并且具有50％或更多側(cè)鏈的羰基合成醇的硫酸酯，一般具有12-18個碳原子的α-烯烴硫酸酯；聚氧化烯烷基硫酸酯，即一般具有6-20個碳原子的直鏈和/或支鏈飽和和/或不飽和醇的烯氧基加合物的硫酸酯，以每摩爾醇計，其一般含有2-50摩爾、優(yōu)選2-20摩爾烯氧基單元，如癸醇EO(1)、月桂基醇-EO(4)和十六醇-EO(8)的硫酸酯；聚氧化烯烷基芳基醚硫酸酯，即具有至少一個適當含8-12個碳原子的烷基的烷基酚的烯氧基加合物的硫酸酯，以每摩爾酚計，其一般含有2-50摩爾、優(yōu)選2-20摩爾的烯氧基，例如壬基酚-EO(2)硫酸酯；脂族酯硫酸酯，即具有10-20個碳原子的飽和和/或不飽和脂肪酸酯的硫酸酯如單-、二-和三-甘油酯以及低級和高級烷基酯，實例為單甘油酯硫酸酯即椰油脂肪酸單甘油酯硫酸酯，硫酸酯化油如磺化蓖麻油和硫酸酯化脂肪酸酯如硫酸酯化油酸甲酯。優(yōu)選地，陰離子表面活性劑是烷基芳基磺酸或烯基芳基磺酸，如烷基苯磺酸，其中烷基可以是直鏈或支鏈的，適當為支鏈的，含有6-20個碳原子，更優(yōu)選為8-14個碳原子。陰離子表面活性劑的重均分子量一般為200-2000，適當?shù)貫?00-600，優(yōu)選為200-400。
本發(fā)明涉及的包括上漿劑、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和一元醇的上漿組合物可以進一步含有其它化合物，如合成的和/或天然的聚合物，即具有凈陰離子或陽離子電荷的聚合電解質(zhì)。這些聚合物為多糖如淀粉、縮合物如聚胺和鏈反應聚合物如乙烯基加成聚合物。
以重量計，在基本無水的組合物中含有的上漿劑的量為總的組合物重量的70-99％，適當為75-90％，最優(yōu)選為80-90％?；緹o水是指少量水，或者可以存在任何其它含水溶液，只要上漿組合物的穩(wěn)定性不被明顯破壞即可，優(yōu)選低于5％重量，更優(yōu)選低于1％重量。隨著組合物中水量的減少，貯存穩(wěn)定性將自然地增加，因此最優(yōu)選的是該組合物是無水的。在含水組合物中上漿劑的量可以為總組合物重量的1-50％重量，優(yōu)選為3-45％重量，最優(yōu)選為25-45％重量。
以(干)上漿劑計，在組合物即基本無水和含水組合物中存在的非離子表面活性劑的量可以為0.5-20％重量，更優(yōu)選為5-15％重量，最優(yōu)選為5-10％重量。
以上漿劑計，在無水和含水組合物中含有的陰離子表面活性劑的量為0.5-10％重量，適當為2-5％重量。
以上漿劑計，在組合物含有的一元醇的量可以為0.5-20％重量，適當為5-10％重量。
在組合物中含有的非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和一元醇的量通常分別選擇，從而使組合物具有最佳的紙漿懸浮液乳化度和上漿性能。
按照本發(fā)明的一個實施方案，在基本無水和含水組合物中的非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑的重量比為10∶1-1∶10，更優(yōu)選為7∶1-1∶3，最優(yōu)選為5∶1-1∶2。
本發(fā)明的分散體可以在使用任合類型的纖維素纖維生產(chǎn)紙的過程中按傳統(tǒng)方式用作上漿劑，并且該組合物既可以用于表面上漿也可以用于內(nèi)部上漿。在此使用的術(shù)語“紙”不僅包括紙還包括基于纖維素的所有類型的片狀和網(wǎng)狀產(chǎn)品，例如包括板和紙板。該上漿組合物可以加入到任何含纖維素纖維的原料中，任選與礦物填料組合，通常纖維素纖維含量以干原料(stock)計至少為50％重量。傳統(tǒng)類型的礦物填料的例子包括高嶺土、陶土、二氧化鈦、石膏、滑石、天然的和合成碳酸鈣如白堊、研磨的大理石和沉積碳酸鈣。
以纖維素纖維和任選的填料的干重計，加入到原料中的上漿劑的量可以為0.01-5％重量，優(yōu)選為0.05-1.0％重量，其中所述用量主要取決于所要上漿的紙漿或紙的質(zhì)量、所使用的上漿劑和所希望的上漿程度。
本發(fā)明進一步用下面的實施例來描述，但這并不意味著限制本發(fā)明。
實施例1在本實施例中的乳液是通過將AKD、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和一元醇組成的基本無水的組合物加入到溫度為60℃的水中來制備的。所得到的含水混合物在60℃下攪拌30分鐘(磁性攪拌器，大約400rpm)。在所有組合物(乳液)中均使用由Eka Chemicals AB供應的標準級AKD。在該組合物中存在的具體表面活性劑和醇以及其比例(量)由下表1可清楚看出。
測量該乳液的穩(wěn)定性和粒度。在平底試驗管中進行乳化后，將該乳液在60℃下保持1小時，隨后測量該乳液的乳漿高度來評估其穩(wěn)定性。在表1中，穩(wěn)定性由1-5的整數(shù)來表示，其中1表示乳液的穩(wěn)定性很差5表示乳液的穩(wěn)定性很好。
用低角激光衍射儀Malvern Mastersizer Microplus來測量乳液的粒度。在測量前，通過將1體積份乳液加入到100份水中將乳液稀釋，其中乳液和水的溫度均為60℃。粒度測量值以D(50％)和D(90％)來表示，分別表示50％和90％顆粒的最大直徑。
表1

A)此處醇指一元醇。
B)此處油包括AKD和一元醇，而表面活性劑包括陰離子和非離子表面活性劑。
表2粒度和穩(wěn)定性

實施例2制備實施例1描述的兩種乳液，其含有等重量的7.23克烷基烯酮二聚物、0.67克六(乙二醇)十一醚(C11E6)和0.34克十二烷基苯磺酸鈣(Ca-DBS，65％活性)。然而，一種乳液在此稱為乳液1(按照本發(fā)明)還含0.80克十二烷醇。乳液1進一步含有16.04克水，而乳液2(不含十二烷醇)含有16.84克水。按照實施例1所示的方法測量這兩種乳液的穩(wěn)定性和粒度，結(jié)果示于表3和4中。
表3粒度*

*測量該粒度的設(shè)備與實施例1中使用的設(shè)備不同。
表4乳液穩(wěn)定性

除了粒度和穩(wěn)定性以外，還進一步通過對標準原料進行上漿來評價其內(nèi)部上漿性能，所述標準原料含80重量％的樺木/松木紙漿(60/40，200CSF)、20重量％的碳酸鈣，并且pH為8.44。使用的保持(retention)系統(tǒng)含有陽離子淀粉和硅溶膠。乳液1和2的上漿結(jié)果示于表5中。按3kg AKD/噸干漿的量將乳液加入到原料中。
表5上漿性能

實施例3制備兩種上漿乳液(乳液1和2)，二者均含有0.15克AKD、0.0075克Ziegler醇乙酸酯(C12-14EO(8))、0.0075克三苯乙烯化酚乙酸酯PO(10)EO(25)PO(3)和0.0075克十二烷基苯磺酸鈣(Ca-DBS，65％活性)。除了上述組分外，還向乳液2(按照本發(fā)明)中加入0.0167克十二烷醇和29.81克水，而除了上述組分外向乳液1中僅加入29.83克水。按照實施例1所描述的那樣來制備這兩種乳液。評估乳液1和乳液2的粒度分布(表6)以及上漿效果(表7)。按照實施例1的方法測量粒度。使用cobb 60方法來測量上漿效果，其中使用與實施例2類似的配料以及具有相同加入量的相同的保持系統(tǒng)。
表6粒度

表7上漿性能

權(quán)利要求
1.一種基本無水的上漿組合物，其中所述組合物包括上漿劑、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和一元醇。
2.一種含水上漿組合物，其中所述分散體包括上漿劑、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和一元醇。
3.按照前述權(quán)利要求任一項的上漿組合物，其中一元醇是脂族醇。
4.按照權(quán)利要求3的上漿組合物，其中一元醇包括至少4個碳原子。
5.按照權(quán)利要求3的上漿組合物，其中一元醇包括具有4-20個碳原子的烷基。
6.按照前述權(quán)利要求任一項的上漿組合物，其中非離子表面活性劑是聚氧化烯化合物。
7.按照權(quán)利要求6的上漿組合物，其中聚氧化烯化合物包括具有至少8個碳原子的疏水部分。
8.按照前述權(quán)利要求任一項的上漿組合物，其中非離子表面活性劑的重均分子量至多4000。
9.按照前述權(quán)利要求任一項的上漿組合物，其中陰離子表面活性劑的重均分子量至多2000。
10.按照前述權(quán)利要求任一項的上漿組合物，其中非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑的比為10∶1-1∶10。
11.按照前述權(quán)利要求任一項的上漿組合物，其中上漿劑是纖維素反應性上漿劑。
12.按照權(quán)利要求11的上漿組合物，其中上漿劑是烯酮二聚物或酸酐。
13.按照權(quán)利要求11的上漿組合物，其中上漿劑是烯酮二聚物。
14.制備含水分散體的方法，包括在非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑和一元醇存在時使上漿劑均化。
15.權(quán)利要求2所定義的含水上漿組合物在紙或板的生產(chǎn)過程中作為原料上漿或表面上漿的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及基本無水的上漿組合物和含水上漿分散體，其包括上漿劑、非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑以及一元醇。本發(fā)明還涉及制備含有上述組分的含水分散體的方法，以及該分散體用于表面和原料上漿的用途。
文檔編號C11D3/20GK1507520SQ02809508
公開日2004年6月23日 申請日期2002年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月8日
發(fā)明者K·赫爾穆比爾格, H·雷彥, K·莫林, K 赫爾穆比爾格 申請人:阿克佐諾貝爾公司