專利名稱：紙張施膠組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紙張施膠組合物，包含a)施膠劑，b)分散體系，和c)無(wú)機(jī)鹽；另外，本發(fā)明還涉及利用所述組合物對(duì)紙張施膠的方法，以及利用所述施膠組合物制得的產(chǎn)品。

背景技術(shù)：
纖維素活性施膠劑、如烷基烯酮二聚體(AKD)作為施膠分散體配方的組分已廣泛用于造紙工業(yè)中。所述施膠劑的有用性得自其直接結(jié)合至紙張纖維素組分羥基上地能力。經(jīng)常地，在這些施膠配方中，施膠劑例如AKD與包括陽(yáng)離子淀粉和/或木素磺酰鈉的分散體系混合。所述分散體的例子可在US4,861,376(Edwards)和US3,223,544(Savina)中找到。在此將這兩篇文獻(xiàn)引入作為參考。
無(wú)機(jī)鹽如明礬、或含鋁的鹽，在造紙過(guò)程中的有用性也已知道了一段時(shí)間。實(shí)際上，通過(guò)增加脫水作用，這些鹽大大地改善了紙機(jī)的生產(chǎn)能力。一般地，鹽的濃度越高、脫水能力就越強(qiáng)。
因此，有機(jī)施膠劑如AKD分散體和無(wú)機(jī)鹽如明礬的混合物是有價(jià)值的混合物，它不僅提供施膠作用而且還提供脫水能力。所述混合物的例子列于US5,145,522(Nakagawa等人)和US5,627,224(Lyrmalm等人)中，在此將其引入作為參考。然而，該混合物所遇到的問(wèn)題在于有機(jī)施膠劑往往與無(wú)機(jī)鹽特別不相容，如果無(wú)機(jī)鹽的濃度在有機(jī)施膠分散體液相中變得太高的話，將分離出。
因而，本領(lǐng)域需要一種與無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)施膠劑相容的分散體系。在文獻(xiàn)中已描述了許多分散體系。例如，US5,627,224中，將兩性聚合物用作唯一的分散劑，以便將聚合鋁化合物引入AKD的分散體中。然而，使包含有機(jī)施膠劑和無(wú)機(jī)鹽的組合物取得良好的穩(wěn)定性一直是難以理解的。因此，本領(lǐng)域需要一種解決上述問(wèn)題的組合物。
發(fā)明概述
根據(jù)前面所述，本發(fā)明的目的是提供帶有改善穩(wěn)定性的施膠分散體。
本發(fā)明的另一目的是提供增強(qiáng)脫水能力的施膠分散體。
本發(fā)明的另一目的是提供施膠分散體，所述分散體包含有機(jī)施膠劑，和不同濃度的無(wú)機(jī)鹽，其中包括高無(wú)機(jī)鹽濃度。
另外，本發(fā)明還涉及包含(a)纖維素活性施膠劑、(b)包含主分散劑和輔分散劑的分散體系、和(c)無(wú)機(jī)鹽的組合物；和所述組合物的生產(chǎn)方法和使用方法；以及包含所述組合物的產(chǎn)品。
通過(guò)提供一種含水組合物實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，該組合物包含纖維素活性施膠劑、包含陰離子分散劑和至少一種陽(yáng)離子分散劑或非離子分散劑的分散體系、和至少一種以纖維素活性施膠劑重量計(jì)等于或大于約5.5％重量鋁元素的鹽。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，纖維素活性施膠劑包含烯酮二聚體和烯酮多聚體中的至少一種；更優(yōu)選的是，烯酮二聚體包含烯基烯酮二聚體和烷基烯酮二聚體中的至少一種。在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，纖維素活性施膠劑包含烯基丁二酸酐和硬脂酸酐中的至少一種。
纖維素活性施膠劑可以包含含約12至約22個(gè)碳原子的有機(jī)環(huán)氧化物、含約12至約22個(gè)碳原子的?；u、含約12至約22個(gè)碳原子的脂肪酸酐、或含約12至約22個(gè)碳原子的有機(jī)異氰酸酯。
優(yōu)選的是，所述組合物包含結(jié)構(gòu)式I的烯酮二聚體或烯酮多聚體
式中n為0-約20的整數(shù)，R和R2相同或不同并且是帶有約6至約24個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的烴基，并且R1為帶有約2至約40個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的烴基。優(yōu)選的是，n從0至約6；更優(yōu)選的是，n從0至約3；而最優(yōu)選的是，其中n為0。R可以是帶有約10-20個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的烴基；優(yōu)選的是R為帶有約14-16個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的烴基。R2優(yōu)選為帶有約10-20個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的烴基；更優(yōu)選的是，R2為帶有約14-16個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的烴基。優(yōu)先的是，R1為帶有約4至約40個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的烴基。
所述陰離子分散劑可以包含含硫酸鹽或磺酸鹽的聚合分散劑。所述陰離子分散劑包括萘磺酸鈉的甲醛縮合物、烷基萘磺酸鈉的甲醛縮合物、苯酚磺酸鈉的甲醛縮合物、苯酚硫酸鈉的甲醛縮合物、和木素磺酸鹽，所述木素磺酸鹽優(yōu)選包含木素磺酸鈉。優(yōu)選的是，木素磺酸鈉包含以木素磺酸鈉總重量計(jì)，含有少于約5.9％重量、優(yōu)選少于約5％重量、更優(yōu)選少于約4.5％重量、更優(yōu)選少于約4％重量、且最優(yōu)選少于約3.6％重量磺酸鹽硫的木素磺酸鈉。
陰離子分散劑的含量可以為纖維素活性施膠劑重量的約0.02至約20％重量、更優(yōu)選約0.4至約7％重量、最優(yōu)選約0.9至約3％重量。
優(yōu)選的組合物包含陽(yáng)離子分散劑，所述陽(yáng)離子分散劑優(yōu)選地是陽(yáng)離子改性的淀粉、陽(yáng)離子改性的瓜耳膠、或低電荷陽(yáng)離子聚合物。優(yōu)選的是，組合物包含陽(yáng)離子改性的淀粉，其含量為纖維素活性施膠劑重量的約0.4至約400％重量、更優(yōu)選的是從約2至約100％重量、最優(yōu)選的是從10至約30％重量。
所述鹽可以包含選自第I、II、III、IV、V族、和過(guò)渡元素的金屬，以及其組合。優(yōu)選的是，所述鹽包含鋁、鎂、鈣或鋇。優(yōu)選的是，所述組合物包含式Alx(SO4)y(H2O)z的鋁鹽，式中x為1-3，y為1-4，z為0-20。優(yōu)選的是，鋁鹽為硫酸鋁。鋁鹽也可以具有式Aln(OH)mX3n-m，式中X為負(fù)離子，n和m為大于零的整數(shù)，3n-m大于零。在所述鹽中，負(fù)離子優(yōu)選包含氯化物或乙酸鹽、并且所述鋁鹽包含聚合氯化鋁。
在本發(fā)明的一方面，所述鹽的含量以纖維素活性施膠劑重量計(jì)相當(dāng)于約5.5％重量鋁至約10％重量鋁；更優(yōu)選的是，其含量以纖維素活性施膠劑重量計(jì)相當(dāng)于約6％重量鋁至約8％重量鋁。
另外，通過(guò)提供一種含水組合物實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，所述組合物包含纖維素活性施膠劑，包含改性的木素磺酸鈉和陽(yáng)離子分散劑、非離子分散劑、和其組合中至少之一的分散體系，和至少一種含有以纖維素活性施膠劑重量計(jì)等于或大于約0.2％重量鋁元素的鹽。在所述組合物中，以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，所述鹽的含量相當(dāng)于或大于約0.4％重量的鋁。優(yōu)選的是，以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，所述鹽的含量相當(dāng)于或大于約1.5％重量、更優(yōu)選的是相當(dāng)于或大于約3％重量、更優(yōu)選的是相當(dāng)于或大于約4.4％重量、更優(yōu)選的是相當(dāng)于或大于約5.5％重量，最優(yōu)選的是相當(dāng)于或大于約6％重量的鋁。
組合物可以包含鹽，以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，其含量相當(dāng)于或少于約40％重量、更優(yōu)選相當(dāng)于或少于約30％重量、更優(yōu)選相當(dāng)于或少于約20％重量、更優(yōu)選相當(dāng)于或少于約15％重量、更優(yōu)選相當(dāng)于或少于約12％重量、更優(yōu)選相當(dāng)于或少于約10％重量、最優(yōu)選相當(dāng)于或少于約8％重量的鋁。
組合物可以包含鹽，以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，其含量相當(dāng)于從約0.2至約40％重量、更優(yōu)選從約0.4至約30％重量、更優(yōu)選從約1.5至約20％重量、更優(yōu)選從約3至約15％重量、更優(yōu)選從約4.4至約12％重量、更優(yōu)選從約5.5至約10％重量、最優(yōu)選從約6至約8％重量的鋁。
另外，通過(guò)提供一種含水組合物也實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，該組合物包含烯酮二聚體和烯酮多聚體中的至少之一、包含改性木素磺酸鈉和陽(yáng)離子改性淀粉的分散體系、和硫酸鋁。
另外，通過(guò)提供一種用于紙產(chǎn)品施膠的含水組合物，也實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明，通過(guò)將纖維素活性施膠劑、包含陰離子分散劑以及陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中的至少之一的分散體系、和以纖維素活性施膠劑重量計(jì)包含大于或等于約5.5％重量鋁元素的至少一種鹽混合而生產(chǎn)所述組合物。
另外，通過(guò)對(duì)纖維素基產(chǎn)品施膠的方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述方法包括將纖維素活性施膠劑、包含陰離子分散劑以及陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中至少之一的分散體系、和以纖維素活性施膠劑重量計(jì)包含大于或等于約5.5％重量鋁元素的至少一種鹽添加至纖維素材料中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，纖維素材料可以包含紙漿或紙產(chǎn)品的表面。
另外，通過(guò)提供一種對(duì)纖維素基產(chǎn)品施膠的組合物(kit)而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述組合物包含纖維素活性施膠劑、包含陰離子分散劑以及陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中至少之一的分散體系、和以纖維素活性施膠劑重量計(jì)包含大于或等于約5.5％重量鋁元素的至少一種鹽。
發(fā)明詳述
本發(fā)明提供包含無(wú)機(jī)鹽、分散體系、和纖維素活性施膠劑如烯酮二聚體的紙張施膠組合物。本發(fā)明的施膠組合物甚至在高無(wú)機(jī)鹽濃度環(huán)境下也是穩(wěn)定的。包括無(wú)機(jī)鹽以及分散劑的施膠組合物，在造紙期間將促進(jìn)活性施膠劑的作用并提供改善的膠水效率。
除非另有說(shuō)明，在本發(fā)明中指出的所有百分比、份數(shù)、比率等均以重量計(jì)。此外，除非另有說(shuō)明，在本申請(qǐng)中所有百分值均以給出試樣重量的100％為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。因此，例如30％表示每100重量份試樣中的30重量份。
除非另有說(shuō)明，化合物或組分的標(biāo)準(zhǔn)包括化合物或組分本身，以及與其它化合物或組分的組合，如化合物的混合物。例如，在此使用的術(shù)語(yǔ)纖維素活性施膠劑意指包括纖維素活性施膠劑，和/或纖維素活性施膠劑的混合物，而術(shù)語(yǔ)無(wú)機(jī)鹽意指包括無(wú)機(jī)鹽和/或無(wú)機(jī)鹽的混合物。
在此使用的術(shù)語(yǔ)“烴基”應(yīng)當(dāng)理解為包括“脂族”、“環(huán)脂族”、和“芳族”。烴基應(yīng)當(dāng)理解為包括烷基、烯基、炔基、環(huán)烷基、芳基、芳烷基、和烷芳基。另外，“烴基”應(yīng)當(dāng)理解為包括未取代的烴基，和取代的烴基，后者指的是除碳和氫以外，還帶有輔加取代基的烴部分。
在此使用的術(shù)語(yǔ)“穩(wěn)定的”意指所要求保護(hù)的組合物滿足至少三個(gè)條件1)所述組合物進(jìn)行至少兩周老化時(shí)不膠凝；2)所述含水組合物在進(jìn)行至少兩周老化時(shí)粘度低于5000厘泊；和3)在至少兩周老化期間，含水組合物不分離成獨(dú)立的相。下面將描述每一個(gè)條件。
第一個(gè)條件是不存在膠凝。在此所使用的凝膠或膠凝意指組合物在機(jī)械力作用下顯示出固體狀性能。如下對(duì)膠凝進(jìn)行測(cè)試在制備組合物后，立即將兩個(gè)試樣分別置于100克的瓶中。第一個(gè)瓶立即進(jìn)行膠凝測(cè)試。通過(guò)對(duì)慢慢地傾鈄至15°的試樣進(jìn)行觀察而進(jìn)行試樣的膠凝測(cè)試。如果該試樣不流動(dòng)，就認(rèn)為是被膠凝。第二瓶在32℃儲(chǔ)存兩周后進(jìn)行膠凝測(cè)試。在室溫測(cè)量膠凝作用。
第二個(gè)條件是粘度。優(yōu)選的是，試樣的粘度低于5000，更優(yōu)選的是低于4000、更為優(yōu)選的是低于3000，更優(yōu)選的是低于1000，更優(yōu)選的是低于500，更優(yōu)選的是低于300，最優(yōu)選的是低于200厘泊。粘度是通過(guò)利用Brookfield DV-II粘度計(jì)而測(cè)量的。錠子和速度的選擇通過(guò)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員能夠容易地確定。如下進(jìn)行粘度測(cè)試在制備組合物后，立即將兩個(gè)100克的試樣分別置于100克的瓶中。第一瓶立即進(jìn)行粘度測(cè)試。第二瓶在32℃儲(chǔ)存兩周后進(jìn)行粘度測(cè)試。在測(cè)試之前，應(yīng)當(dāng)使每個(gè)試樣瓶降至室溫。
第三個(gè)條件是分離，其是根據(jù)含水組合物的底部總固體量來(lái)測(cè)量的。在25℃老化兩周的時(shí)間內(nèi)，底部總固體量(BTS％)的變化不應(yīng)超過(guò)20％。更優(yōu)選的是，底部總固體量變化不應(yīng)超過(guò)15％、更優(yōu)選的是不超過(guò)10％、最優(yōu)選的是不超過(guò)5％。
底部總固體量應(yīng)如下進(jìn)行測(cè)量在制備組合物之后立即將兩份100克的試樣分別置于100克的瓶中。第一瓶對(duì)其底部總固體量立即進(jìn)行測(cè)量。第二瓶在25℃老化兩周后對(duì)其底部總固體量進(jìn)行測(cè)量。利用吸移管對(duì)每個(gè)試樣的“底部”進(jìn)行取樣而測(cè)量底部總固體量。優(yōu)選的是，將吸移管接觸100克試樣瓶的底部并取出約2克試樣而進(jìn)行該取樣步驟。根據(jù)該約2克的試樣，將1.5克置于鋁稱重盤(pán)上。將該1.5克吸移的試樣在150℃的烘箱中加熱約45分鐘。分散體中非揮發(fā)性物質(zhì)的百分比通過(guò)測(cè)量干燥后殘留物質(zhì)的質(zhì)量而確定。由100克試樣瓶底部得到的試樣的殘留物百分比稱之為“底部總固體”BTS％。通過(guò)由老化試樣的底部總固體與未老化試樣的底部總固體相比而計(jì)算出老化期間百分比改變。
在穩(wěn)定性條件的前述說(shuō)明中，兩周的老化周期被認(rèn)為是優(yōu)選的。更優(yōu)選的是，在至少一個(gè)月之后，該條件仍將是令人滿意的，更優(yōu)選的是，在三個(gè)月之后，該條件仍將是令人滿意的。最為優(yōu)選的是，在六個(gè)月之后，組合物仍滿足所述穩(wěn)定性條件。
本發(fā)明的組合物包含(a)纖維素活性施膠劑，(b)包含主陰離子分散劑和輔分散劑的分散體系，所述輔分散劑包含選自陽(yáng)離子或非離子分散劑中的至少之一，和(c)無(wú)機(jī)鹽。組分(a)，(b)和(c)的細(xì)節(jié)將在下面描述。纖維素活性施膠劑
適用于本發(fā)明的纖維素活性施膠劑優(yōu)選包括據(jù)信能夠通過(guò)與纖維素的羥基反應(yīng)形成共價(jià)化學(xué)鍵的施膠劑。適用于本發(fā)明的纖維素活性施膠劑優(yōu)選是疏水的，在最終產(chǎn)品中可以起疏水劑的作用。
優(yōu)選的纖維素活性施膠劑包括但不局限于烯酮二聚體和多聚體，如烷基烯酮二聚體(AKD)和烯基烯酮二聚體；烯基丁二酸酐(ASA)；硬脂酸酐；含約12至約22個(gè)碳原子的有機(jī)環(huán)氧化物；含約12至約22個(gè)碳原子的?；u；含約12至約22個(gè)碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐；和含12至約22個(gè)碳原子的有機(jī)異氰酸酯。
根據(jù)本發(fā)明使用的烯酮二聚體和多聚體優(yōu)選具有結(jié)構(gòu)式I
式中n為0-20或更大的整數(shù)，優(yōu)選從0-6，更優(yōu)選從0-3，最優(yōu)選為0。R和R2可以相同或不同，它們是飽和或不飽和的烴基，帶有約6至約24個(gè)碳原子、優(yōu)選約10至約20個(gè)碳原子、更優(yōu)選約14-16個(gè)碳原子。R1為飽和或不飽和的烴基，帶有約2至約40個(gè)碳原子、優(yōu)選約4至約20個(gè)碳原子。優(yōu)選的是，R和R2的至少約25％是不飽和的。
優(yōu)選的是，烯酮二聚體包含(a)辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、二十烷基、二十二烷基、二十四烷基、苯基、芐基、β-萘基、和環(huán)已基的烯酮二聚體，和/或(b)由一種或多種如下有機(jī)酸制得的烯酮二聚體二十九酸、環(huán)烷酸、9，10-癸烯酸、9，10-十二碳烯酸、十六碳烯酸、油酸、蓖麻酸、亞油酸、桐油酸、在椰子油、巴巴蘇仁油、棕櫚仁油、橄欖油、花生油、菜油、牛油、豬油、鯨脂中發(fā)現(xiàn)的脂肪酸的天然存在的混合物、以及上述脂肪酸的任意混合物。最優(yōu)選的烯酮二聚體選自辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、二十烷基、二十二烷基、二十四烷基、苯基、芐基、β-萘基、和環(huán)己基的烯酮二聚體。
烷基烯酮二聚體在工業(yè)上已使用多年，并且借助由飽和、直鏈脂肪酰氯制得的烷基烯酮的二聚合而制備；最廣泛使用的是由棕櫚酸和/或硬脂酸制得的烷基烯酮二聚體。這些物質(zhì)的水分散體可以Hercon紙張施膠劑得自Hercules Incorporated(Wilmington，DE)。
供本發(fā)明方法使用的烯酮多聚體具有上述結(jié)構(gòu)式I，其中，n為至少1的整數(shù)，R和R2可以相同或不同，它們是飽和或不飽和的、直鏈或支鏈烷基，其帶有6-24個(gè)碳原子、優(yōu)選10-20個(gè)碳原子、更優(yōu)選14-16個(gè)碳原子；并且R1是飽和或不飽和的、直鏈或支鏈亞烷基，其帶有2-40個(gè)碳原子、優(yōu)選帶有4-8個(gè)或28-40個(gè)碳原子。
烯酮多聚體描述于EP-A-0,629,741A1，US5,685,815，和PCT國(guó)際申請(qǐng)WO97/30218中，在此將所有這些文獻(xiàn)引入作為參考。
供本發(fā)明使用的烯酮二聚體和多聚體包括固體狀、或在25℃不為固體(本質(zhì)上不是晶體、半晶體或蠟狀固體、即它們?cè)诩訜釙r(shí)在沒(méi)有熔解熱的情況下流動(dòng))的那些物質(zhì)。
烯酮二聚體和多聚體可以是上述結(jié)構(gòu)式I化合物的混合物，其中，n優(yōu)選從0-6、更優(yōu)選從0-3、最優(yōu)選為0；R和R2可以相同或不同，它們是帶有6-24個(gè)碳原子的、飽和或不飽和的、直鏈或支鏈的烷基；R1是飽和或不飽和的、直鏈或支鏈亞烷基，其帶有2-40個(gè)碳原子、優(yōu)選帶有4-32個(gè)碳原子；并且在化合物的混合物中，R和R2的至少25％是不飽和的。
烯酮二聚體和多聚體可以包含烯酮二聚體或多聚體化合物的混合物，它們是包含不飽和單羧基脂肪酸的反應(yīng)混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。所述反應(yīng)混合物另外可以包含飽和的單羧基脂肪酸和二羧酸。優(yōu)選的是，所述用于制備二聚體和多聚體化合物的反應(yīng)混合物包含至少25％重量的不飽和單羧基脂肪酸，更優(yōu)選的是至少70％重量的不飽和單羧基脂肪酸。
包含在反應(yīng)混合物中的不飽和單羧基脂肪酸優(yōu)選具有10-26個(gè)碳原子、更優(yōu)選具有14-22個(gè)碳原子、最優(yōu)選具有16-18個(gè)碳原子。這些酸包括例如油酸、亞油酸、十二碳烯酸、十四碳烯酸(肉豆蔻腦酸)、十六碳烯酸(棕櫚烯酸)、十八碳烯酸(反亞油酸)、十八三烯酸(亞麻酸)、二十碳烯酸(鱈油酸)、二十四烯酸(花生四烯酸)、順-13-二十二烯酸(芥酸)、反-13二十二烯酸(巴西烯酸)、和鯡油酸(鯡十八酸)、以及它們的?；u，優(yōu)選的是?；取？梢允褂靡环N或多種單羧酸。優(yōu)選的不飽和單羧基脂肪酸是油酸、亞油酸和棕櫚烯酸、以及它們的?；u。最優(yōu)選的不飽和單羧基脂肪酸是油酸和亞油酸，以及它們的?；u。
優(yōu)選的是，用來(lái)制備在本發(fā)明中使用的烯酮二聚體和多聚體的飽和單羧基脂肪酸具有10-26個(gè)碳原子、更優(yōu)選具有14-22個(gè)碳原子、最優(yōu)選的是具有16-18個(gè)碳原子。這些酸包括例如硬脂酸、異硬脂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、十七酸、十五酸、癸酸、十一酸、十二酸、十三酸、十九酸、花生酸和二十二碳烷酸、以及它們的鹵化物、優(yōu)選氯化物。可以使用一種或多種飽和的單羧基脂肪酸。優(yōu)選的酸是棕櫚酸和硬脂酸。
用來(lái)制備供本發(fā)明使用的烯酮多聚體化合物的烷基二羧酸優(yōu)選具有6-44個(gè)碳原子、更優(yōu)選具有9-10、22、或36個(gè)碳原子。所述二羧酸包括例如癸二酸、壬二酸、1，10-十二烷二酸、辛二酸、巴西酸、二十二烷二酸、和C36二聚體酸，例如得自Henkel-Emery(Cincinnati，Ohio)的EMPOL 1008，及它們的鹵化物，優(yōu)選的是氯化物?？梢允褂靡环N或多種所述的這些二羧酸。帶有9-10個(gè)碳原子的二羧酸是更為優(yōu)選的。最優(yōu)選的二羧酸是癸二酸和壬二酸。
當(dāng)將二羧酸用于供本發(fā)明使用的烯酮多聚體的制備中時(shí)，二羧酸與單羧酸的最大摩爾比(飽和和不飽和之總和)優(yōu)選約為5、更優(yōu)選的最大值約為4、最優(yōu)選的最大值約為2。二聚體和多聚體化合物的混合物可以利用制備標(biāo)準(zhǔn)烯酮二聚體已知的方法來(lái)制備。在第一步驟中，利用PCI3或另外的鹵化劑、優(yōu)選為氯化劑，由脂肪酸、或脂肪酸混合物和二羧酸形成?；u、優(yōu)選是?；?。然后，在叔胺(包括三烷基胺和環(huán)烷基胺)、優(yōu)選三乙基胺的存在下，將?；u轉(zhuǎn)化成烯酮。然后使烯酮部分二聚合以形成希望的化合物。
烯酮二聚體和多聚體披露于US5,685,815，和PCT國(guó)際專利公開(kāi)WO97/30218中，在此將其引入作為參考。烯酮二聚體可以是Precis施膠劑，也得自Hercules Incorporated。
根據(jù)本發(fā)明，烯基丁二酸酐(ASA)優(yōu)選由包含丁二酸酐側(cè)基的不飽和烴鏈組成。它們通常由α-烯烴著手、用兩步法制備。通過(guò)由α-位置無(wú)規(guī)地移動(dòng)雙鍵而首先使烯烴異構(gòu)化。在第二步驟中，使異構(gòu)化的烯烴與馬來(lái)酸酐反應(yīng)，以得到具有結(jié)構(gòu)式II的最終ASA
用來(lái)與馬來(lái)酸酐反應(yīng)的典型烯烴包括含約8至約22個(gè)碳原子的烯基、環(huán)烯基和芳烯基化合物。具體的例子是異十八烯基丁二酸酐、正十八烯基丁二酸酐、正十六烯基丁二酸酐、正十二烷基丁二酸酐、異十二碳烯基丁二酸酐、正十二碳烯基丁二酸酐和正辛烯基丁二酸酐。
烯基丁二酸酐披露于US4,040,900中，在此將其引入作為參考，還披露于C.E.Farley和R.B.Wasser的The Sizing of Paper(第二版，由W.F.Reynolds編輯，Tappi Press，1989，第51-62頁(yè))中。多種烯基丁二酸酐可得自Albemarle Corporation(Baton Rouge，Louisiana)。優(yōu)選的是，供本發(fā)明使用的烯基丁二酸酐在25℃是液體。更優(yōu)選的是，它們?cè)?0℃時(shí)為液體。
纖維素活性施膠劑的用量?jī)?yōu)選為足以給組合物提供施膠作用的量。下限是，組合物中纖維素活性施膠劑的用量?jī)?yōu)選大于含水組合物重量的約1％、更優(yōu)選的是大于含水組合物重量的約5％、最優(yōu)選的是大于約含水組合物重量的約7％。上限是，纖維素活性施膠劑的用量?jī)?yōu)選小于含水組合物重量的約50％、更優(yōu)選的是小于含水組合物重量的約30％、最優(yōu)選的是小于含水組合物重量的約15％。當(dāng)以范圍表示時(shí)，纖維素活性施膠劑在組合物中的用量?jī)?yōu)選為含水組合物重量的約1至約50％、更優(yōu)選的是從含水組合物重量的約5至約30％、最優(yōu)選的是從含水組合物重量的約7至約15％。分散體系
所述組合物還包含優(yōu)選起使組合物穩(wěn)定的分散體系。所述分散體系包含主分散劑和輔分散劑。在此使用的術(shù)語(yǔ)“主”和“輔”只是為了參考方便，無(wú)論如何都不認(rèn)為是進(jìn)行限定。主分散劑包含至少一種陰離子分散劑。合適的陰離子分散劑包括但不局限于含磺酸鹽和硫酸鹽作為其官能團(tuán)的聚合分散劑。所述陰離子分散劑的例子包括但不局限于萘磺酸鈉的甲醛縮合物、烷基萘磺酸鈉的甲醛縮合物、苯酚磺酸鈉的甲醛縮合物、苯酚硫酸鈉的甲醛縮合物、和木素磺酸鹽，包括木素磺酸鈉和改性的木素磺酸鈉。
尤其優(yōu)選的陰離子分散劑是甚至在大量無(wú)機(jī)鹽存在下仍給組合物提供穩(wěn)定性的那些。優(yōu)選的是，陰離子分散劑包含至少一種木素磺酸鹽。優(yōu)選的是，木素磺酸鹽包含相對(duì)于通常的木素磺酸鹽顯示出增加疏水性的木素磺酸鹽，如Norlig 12F(lignotech，USA Inc.，WI)，并因此當(dāng)與未改性木素磺酸鹽相比時(shí)，具有朝更疏水值移動(dòng)的親水-親油平衡(HLB)。因此，優(yōu)選的木素磺酸鹽是疏水的木素磺酸鹽。木素磺酸鹽疏水性的增加可用許多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但優(yōu)選的是通過(guò)降低木素磺酸鹽中磺酸鹽硫的重量百分比來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)木素磺酸鹽改性方法的一般說(shuō)明，特別是降低磺酸鹽硫濃度的方法的一般說(shuō)明描述于“AWorking Chemist’s Guide to the Chemistry of Lignosulphonates”第1-12頁(yè)中(Reed Inc.，Chemical Division(Quebec，Canada))，在此將其全部?jī)?nèi)容引入作為參考。
優(yōu)選的木素磺酸鹽是木素磺酸鈉，以木素磺酸鈉總重量計(jì)，其包含低于約5.9％重量、更優(yōu)選低于約5％重量、更優(yōu)選低于約4.5％重量、更優(yōu)選低于約4％重量、最優(yōu)選約3.6％重量的磺酸鹽硫。優(yōu)選的是，以木素磺酸鈉的總重量計(jì)，所述木素磺酸鈉包含大于約0.5％重量、更優(yōu)選大于約1.5％重量、最優(yōu)選大于約2.5％重量的磺酸鹽硫。以木素磺酸鈉的總重量計(jì)，優(yōu)選的木素磺酸鈉包含從約0.5％至約5.9％重量、更優(yōu)選從約1.5％至約5％重量、最優(yōu)選從約2.5％至約4％重量的磺酸鹽硫。
優(yōu)選的是，合適的木素磺酸鈉的分子量大于約2000克/摩爾、更優(yōu)選大于約5000克/摩爾、最優(yōu)選大于約10000克/摩爾。合適的木素磺酸鈉其分子量?jī)?yōu)選低于約150000克/摩爾、更優(yōu)選的是低于120000克/摩爾、最優(yōu)選低于約80000克/摩爾。優(yōu)選的木素磺酸鈉的分子量范圍從約2000至約150000克/摩爾，最優(yōu)選從約10000至約80000克/摩爾。
優(yōu)選的是，以含水組合物重量計(jì)，陰離子分散劑的用量大于約0.01％重量、更優(yōu)選的是大于約0.05％重量、最優(yōu)選的是大于約0.1％重量。優(yōu)選的是，以含水組合物的重量計(jì)，陰離子分散劑的用量低于約10％重量、更優(yōu)選低于5％重量、最優(yōu)選低于3％。優(yōu)選的是，以含水組合物重量計(jì)，陰離子分散劑的用量從約0.01％至約10％重量、更優(yōu)選的是從約0.05％至約5％重量、最優(yōu)選的是從約0.1％至約3％重量。
陰離子分散劑的用量可以用纖維素活性施膠劑的重量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。優(yōu)選的是，陰離子分散劑的用量為施膠劑重量的約0.02％至約20％重量、更優(yōu)選的是為纖維素活性施膠劑重量的約0.4至約7％重量、最優(yōu)選的是為纖維素活性施膠劑重量的約0.90至約3％重量。
具有高疏水性的合適的木素磺酸鈉的例子是DynasperseLCD(Lignotech USA，Inc.m WI)，木素磺酸鈉的例子是Norlig12F(Lignotech，USA Inc.，WI)。
另外，所述分散體系還包含輔分散劑，其可以起穩(wěn)定劑的作用。輔分散劑適當(dāng)?shù)匕皇顷庪x子分散劑的物質(zhì)，即是陽(yáng)離子和/或非離子分散劑。陽(yáng)離子分散劑是具有凈陽(yáng)離子電荷的那些分散劑。陽(yáng)離子分散劑包括但不局限于陽(yáng)離子改性的淀粉和瓜耳膠或低電荷陽(yáng)離子聚合物。低電荷陽(yáng)離子聚合物優(yōu)選包括在帶陽(yáng)離子電荷的聚合物中具有少于51％的重復(fù)單元帶有正電荷，而其余重復(fù)單元不帶電荷或帶陰離子電荷，前提條件是，在聚合物上的凈電荷為陽(yáng)離子電荷。低電荷陽(yáng)離子聚合物的例子包括Kymene557H，LX，和ULX(HerculesIncorporated，Wilmington，DE)，它們是聚氨基聚酰胺-表氯醇樹(shù)脂，和Merquat 550(Calgon Corporation，Pittsburgh，PA)。聚氨基聚酰胺-表氯醇樹(shù)脂描述于US4,470,742(Bull等人)、US5,714,552(Bower)、US5,171,795(Miller等人)、和US5,614,597(Bower)，在此將所有這些文獻(xiàn)引入作為參考。陽(yáng)離子聚合物在施膠組合物中的應(yīng)用通常描述于均授權(quán)于Dumas的US4,243,481；4,240,935；4.279,794；4,295,931；4,317,756和4,522,686中，在此將所有這些文獻(xiàn)引入作為參考。非離子分散劑包括但不局限于任何水溶性非離子聚合物，如淀粉和聚氧化乙烯。輔分散劑優(yōu)選包含陽(yáng)離子改性的淀粉。
以含水組合物重量計(jì)，所述輔分散劑優(yōu)選大于約0.2％重量、更優(yōu)選大于約0.5％重量、最優(yōu)選大于約1％重量的用量使用；優(yōu)選的是，輔分散劑以低于20％重量、更優(yōu)選以低于5％重量、最優(yōu)選以低于3.5％重量的用量使用；優(yōu)選的是，輔分散劑的用量范圍從約0.2％至約20％重量、更優(yōu)選從約0.5％至約5％、最優(yōu)選從約1％至約3.5％重量。
輔分散劑的用量可以用所用纖維素活性施膠劑的重量的百分比表示。優(yōu)選的是，輔分散劑的用量為纖維素活性施膠劑重量的約0.4％至約400％重量、更優(yōu)選的是從約2％至約100％重量、最優(yōu)選的是從約10％至約30％重量。
優(yōu)選的輔分散劑包含各種淀粉，它們包括但不局限于任何水溶性陽(yáng)離子淀粉。優(yōu)選的淀粉包括具有叔氨基或季氨基作為電荷源的陽(yáng)離子蠟狀玉米淀粉。淀粉優(yōu)選的粘度范圍從低粘度至中等粘度。
借助在95℃，在4.5-6的pH下，溶液于水中熬煮30分鐘，能夠獲得淀粉溶液的粘度。在此所使用的中等粘度指的是利用10％重量淀粉溶液，通過(guò)100rpm和38℃的#2錠子而測(cè)量的從約101至約2000厘泊的Brookfield粘度。在此所使用的低粘度指的是利用10％重量淀粉溶液，通過(guò)100rpm和38℃的#2錠子而測(cè)量的從約1至約100厘泊的Brookfield粘度。優(yōu)選淀粉的例子是Sta lok140，由StaleyManufacturing Company(Illinois)制造。無(wú)機(jī)鹽
本發(fā)明的組合物包含鹽，優(yōu)選是無(wú)機(jī)鹽。優(yōu)選的是，所述鹽是改善脫水性能的化合物。優(yōu)選的無(wú)機(jī)鹽將完成這樣的作用，但無(wú)機(jī)鹽在組合物中還可以完成其它作用。例如，所述一種或多種無(wú)機(jī)鹽也可以起改善施膠劑留著率的作用。
優(yōu)選的是，無(wú)機(jī)鹽包含金屬鹽，它可以是堿土金屬(周期表第II族)鹽、堿金屬(周期表第I族)鹽、或由過(guò)渡金屬(周期表)形成的鹽、或由第III、IV和V(周期表)的金屬形成的鹽。關(guān)于此可以使用多種鹽，包括鎂、鋇、鋁、和鈣的鹽，但優(yōu)選的是，選自鋁鹽和鈣鹽。合適的鋁鹽包括但不局限于如下結(jié)構(gòu)式的硫酸鋁，Alx(SO4)y(H2O)z，式中x從1-3，y從1-4，而z從0-20。稱之為明礬的、合適的硫酸鋁可從市場(chǎng)得到(General Chemical Corporation，NJ)。其它鋁鹽包括下式的聚合鋁化合物，Aln(OH)mX3n-m，式中X為負(fù)離子如氯化物或乙酸鹽，并且n和m為大于零的整數(shù)，以致使(3n-m)大于零。當(dāng)X為氯化物時(shí)，所述鹽為聚合氯化鋁(PAC)。適用于本發(fā)明的鈣鹽優(yōu)選具有式CaYn，式中Y為負(fù)離子，如氯化物、乙酸鹽、或硝酸鹽，而n為1-2。另外也可以使用鹽的混合物。
當(dāng)使用鋁鹽時(shí)，其用量以含水組合物重量計(jì)，優(yōu)選提供從約0.02至約2％重量的鋁元素、更優(yōu)選從約0.04％至約1.5％、最優(yōu)選從約0.08％至約0.8％重量的鋁元素。當(dāng)使用鈣鹽時(shí)，其用量以含水組合物重量計(jì)，優(yōu)選提供從0.04％至約4.4％重量的鈣元素、更優(yōu)選從約0.1％至約3.3％重量的鈣元素、最優(yōu)選從約0.2％至約2％重量的鈣元素。
當(dāng)存在時(shí)，鋁元素的量可以用所用纖維素活性施膠劑重量的百分比表示。優(yōu)選的是，以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，鋁元素的含量大于約0.2％重量、更優(yōu)選大于約0.4％重量、更優(yōu)選大于約1.5％重量、更優(yōu)選大于約3％重量、更優(yōu)選大于約4.4％重量、更優(yōu)選大于約5.5％重量、最優(yōu)選大于約6％重量。優(yōu)選的是，以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，鋁元素的含量小于約40％重量、更優(yōu)選小于約30％重量、更優(yōu)選小于約20％重量、更優(yōu)選小于約15％重量、更優(yōu)選小于約12％重量、更優(yōu)選小于約10％重量、最優(yōu)選小于約8％重量。當(dāng)以范圍表示時(shí)，以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，鋁元素的含量從約0.2至約40％重量、更優(yōu)選從0.4至約30％重量、更優(yōu)選從約1.5至約20％重量、更優(yōu)選從約3至約15％重量、更優(yōu)選從約4.4至約12％重量、更優(yōu)選從約5.5至約10％重量、最優(yōu)選從約6至約8％重量。
根據(jù)本發(fā)明使用的金屬鹽的用量可以借助其鋁的當(dāng)量來(lái)確定。對(duì)于本申請(qǐng)而言，通過(guò)計(jì)算鹽中金屬元素的原子質(zhì)量與電荷的比值，可以確定鋁的當(dāng)量。例如，鋁的原子質(zhì)量為27，而電荷為3+，轉(zhuǎn)換成原子質(zhì)量與電荷的比值為9(27/3)。鈣的原子質(zhì)量為40，電荷為2+，因此原子質(zhì)量與電荷的比值為20。為確定鈣相對(duì)于鋁的當(dāng)量，將鈣的原子質(zhì)量與電荷的比值、即20，除以鋁的原子質(zhì)量與電荷的比值、即9，結(jié)果為2.2。得到的數(shù)值2.2為確定相當(dāng)于鋁重量的鈣重量的乘數(shù)。因此，如果需要一克鋁、那么，相當(dāng)?shù)拟}的克數(shù)為2.2克。作為其它的例子，鎂(24/2＝12)的乘數(shù)為1.3(12/9)；鈉(23/1＝23)為2.6(23/9)；鈹(9/2＝4.5)為0.50(4.5/9)；而鋰(6.9/1＝6.9)為0.77(6.9/9)。這些轉(zhuǎn)換可應(yīng)用于任何金屬。通過(guò)利用該當(dāng)量公式，可以將任何數(shù)量的不同的無(wú)機(jī)鹽結(jié)合，以取得希望的效果。
作為例子，可以考慮如下實(shí)施例1將445.6克48.5％的明礬溶液(硫酸鋁，Al2(SO4)3·14H2O，MW594)添加至222.8克AKD(纖維素活性施膠劑)的試樣中。所述用量的明礬包含19.6克鋁(445.6×.485＝216.116；216.116克硫酸鋁×54克鋁/594克硫酸鋁＝19.6克鋁)。使用上面所示的轉(zhuǎn)換，鋁的該含量相當(dāng)于43.2克鈣(19.6×2.2)，25.5克鎂(19.6×1.3)，9.8克鈹(19.6×0.5)，和15.1克鋰(19.6×0.77)。因此，能夠容易地用一種無(wú)機(jī)鹽替換另一種無(wú)機(jī)鹽，或者將不同的鹽結(jié)合，幾乎沒(méi)有任何困難。例如，在硫酸鋁中，硫酸鹽原子質(zhì)量與電荷的比值不予考慮。
因此，在此使用的、“相當(dāng)”于鋁量的元素的量是利用前述轉(zhuǎn)換計(jì)算出的、相當(dāng)?shù)牧?。例如，利用前述轉(zhuǎn)換，可以確定相當(dāng)于X％鋁重量的鈣、鎂、或鋇的量。簡(jiǎn)單地說(shuō)，必須確定X％重量鋁中鋁的克數(shù)。根據(jù)鋁的克數(shù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換，以便確定相當(dāng)于X％鋁重量的鈣、鎂、或鋇的量。
當(dāng)然，相當(dāng)于鋁量的鋁的量是同一量。因此，“相當(dāng)于6％重量鋁的鋁量”就是6％重量鋁。該顯而易見(jiàn)的事實(shí)只是為了清楚而在此列出。
該簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換方式也適用于涉及鋁量的量。例如在此所使用的“大于”或“小于”的元素的量，鋁的量就是利用前述轉(zhuǎn)換的、大于或小于的量。例如，利用前述轉(zhuǎn)換，確定大于X％重量鋁的鈣、鎂、或鋇的量。簡(jiǎn)單地說(shuō)，必須確定在X％重量鋁中鋁的克數(shù)。根據(jù)鋁的克數(shù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換，以便確定大于X％鋁重量的鈣、鎂、或鋇的量。
其它常用于造紙領(lǐng)域的成分如生物殺傷劑、粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、非離子表面活性劑、光學(xué)增亮劑、助留劑和助濾劑等等，也可以其正常的用量使用，并且發(fā)現(xiàn)或預(yù)期與上述組合物是相容的。水用來(lái)使總的組合物成為100％。
本發(fā)明可以用于其中施膠分散體在造紙過(guò)程的濕部添加至紙漿中的內(nèi)部施膠；或其中施膠分散體在壓榨機(jī)或涂布機(jī)處施加的表面施膠。另外，本發(fā)明還可以用于雙組分施膠體系的一個(gè)組分中或兩個(gè)組分中。例如一組分可以內(nèi)部地與木漿混合而第二組分在施膠壓榨時(shí)施加，這在造紙中是經(jīng)常使用的。
沒(méi)有進(jìn)一步的詳細(xì)內(nèi)容，據(jù)信，利用前述說(shuō)明，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將能夠最充分地使用本發(fā)明。因此，下面優(yōu)選的具體實(shí)施例只是說(shuō)明性的，無(wú)論如何都不是對(duì)本發(fā)明范圍的限定。除非另有說(shuō)明，所有百分比均以重量計(jì)。
上面和以下引證的所有專利和出版物的全部?jī)?nèi)容，在此均引入作為參考。
實(shí)施例1
施膠分散體的制備
如下制備AKD施膠分散體。將5.6克包含約6％磺酸鹽硫的未改性的木素磺酸鈉(Norlig 12F Lignotech，USA Inc.，WI)，和1269.2克水添加至射流蒸煮器中。進(jìn)行攪拌，直至Norlig 12F完全溶解為止。將55.8克陽(yáng)離子淀粉(Sta Lok 169，A.E.Staley Mfg.Co.，IL)添加至所述蒸煮器中。用蒸汽在95℃對(duì)蒸煮加熱60分鐘并在蒸煮期間在蒸煮器內(nèi)進(jìn)行攪拌。所形成的混合物是混合的分散劑體系。然后，將該混合物冷卻至70℃，并添加222.8克AKD(Aquapel 364，HerculesIncorporated，DE)和1.2克生物殺傷劑(AMA 424，Vinings Indus，GA)。在70℃攪拌5分鐘。然后在211kg/cm2的壓力下，借助15M GaulinLaboratory Homogenizer(Gaulin Corporation，MA)使混合物均勻化，然后迅速冷卻至25℃。冷卻之后，在攪拌的同時(shí)，通過(guò)添加445.6克48.5％的明礬溶液(General Chemical Co.，NJ)而制備AKD施膠分散體(I)。
實(shí)施例2
一系列施膠分散體的制備
類似地，如下制備由本發(fā)明的顯示出相對(duì)高疏水性的木素磺酸鈉制得的一系列AKD施膠分散體。將5.6克包含約3.6％磺酸鹽硫的木素磺酸鈉(Dynasperse LCD，Lignotech，USA Incorporated，inWisconsin)，和1269.2克水添加至射流蒸煮器中。進(jìn)行攪拌，直至Dynasperse LCD完全溶解為止。將55.8克陽(yáng)離子淀粉(Sta Lok 169，A.E.Staley Mfg.Co.，IL)添加至所述蒸煮器中。用蒸汽在95℃對(duì)蒸煮加熱60分鐘并在蒸煮期間在蒸煮器內(nèi)進(jìn)行攪拌。所形成的混合物是混合的分散劑體系。然后，將該混合物冷卻至70℃，并添加222.8克AKD(Aquapel 364，Hercules Incorporated，DE)和1.2克生物殺傷劑(AMA 424，Vinings Indus，GA)。在70℃攪拌5分鐘。然后在211kg/cm2的壓力下，借助15M Gaulin Laboratory Homogenizer (GaulinCorporation，MA)使混合物均勻化，然后迅速冷卻至25℃。冷卻之后，在攪拌的同時(shí)，通過(guò)添加445.6克48.5％的明礬溶液(由GeneralChemical Corp.出售，NJ)而制備AKD施膠分散體(II)。類似地，通過(guò)添加222.8克明礬溶液而制備AKD施膠分散體(III)，通過(guò)添加89.1克明礬溶液而制備施膠分散體(IV)。與分散體(II)類似地制備施膠分散體(V)，所不同的是，不添加Dynasperse LCD。與分散體(II)類似地制備施膠分散體(VI)，所不同的是，不添加陽(yáng)離子淀粉。
實(shí)施例3
將實(shí)施例1和2中制得的分散體用來(lái)進(jìn)行粘度穩(wěn)定性試驗(yàn)。所述粘度是利用帶#1錠子的Brookfield DV-II粘度計(jì)，在60RPM進(jìn)行測(cè)量的。分散體的粘度在制得分散體之后立即進(jìn)行測(cè)量。然后，在32℃老化兩周之后，再次測(cè)量粘度。結(jié)果概述于表1中。對(duì)于使用混合分散劑體系的試樣I-IV，其粘度是穩(wěn)定的；而對(duì)于將陽(yáng)離子淀粉或Dynasperse LCD獨(dú)立地用作唯一分散劑的試樣V和VI，分散劑或者發(fā)生膠凝或者分離。
表1
實(shí)施例4
將實(shí)施例1和2制得的分散體用來(lái)進(jìn)行分層穩(wěn)定性測(cè)試。典型地，將1.5克分散體置于鋁盤(pán)上并在150℃的爐中加熱45分鐘。通過(guò)這樣的加熱方法測(cè)量的分散體中非揮發(fā)性含量的百分比稱之為“底部總固體％”(BTS％)。在制得分散體之后，立即測(cè)量所述分散體的BTS％。然后將100克分散體置于100克的玻璃瓶中。在25℃進(jìn)行兩周老化之后，再次測(cè)量得自瓶底部試樣的BTS％。如果兩個(gè)BTS％之間的差值較小的話，那么認(rèn)為該分散體對(duì)于分層是穩(wěn)定的。結(jié)果概述于表2中。由未改性木素磺酸鈉和陽(yáng)離子淀粉的混合分散劑體系制得的分散體I，在兩周老化之后，將有很高程度的分層。然而，由疏水木素磺酸鈉和陽(yáng)離子淀粉的混合分散劑體系制得的試樣II-IV，對(duì)于分層是穩(wěn)定的。由陽(yáng)離子淀粉作為唯一分散劑制得的分散體V，具有低程度的分層，但是如表1中所示，它卻沒(méi)有粘度穩(wěn)定性。由疏水木素磺酸鈉作為唯一分散劑制得的分散體VI將分離。
表2
實(shí)施例5
將實(shí)施例2中制得的分散體II、III和IV和由HercluesIncorporation(Delaware)制得的對(duì)比試樣Hercon 70紙張施膠分散體用來(lái)進(jìn)行濾水效率測(cè)試。根據(jù)SCAN-C2165中描述的方法，利用加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(CSF)測(cè)試儀進(jìn)行所述測(cè)試。將精制至400CSF的回用舊瓦楞紙箱(OCC)的紙漿混入水中，以制備0.2％的漿液。以干漿重量計(jì)為0.04％AKD添加施膠分散體。另外，還將0.50％的Sta lok 400淀粉(A.E.Staley Manufacturing Co.，IL)，和0.025％的Reten-1523H(Hercules Incorporated，DE)添加至所述漿液中。將漿液的pH調(diào)節(jié)至7.0。測(cè)量混合物的游離度(CSF)并將結(jié)果概述于表3中。與對(duì)比Hercon 70相比，分散體II-IV在濾水方面顯示出了明顯的改進(jìn)。
表3
實(shí)施例6
實(shí)施例2的含水分散體II、III和IV，與對(duì)比試樣Hercon 70一起用來(lái)在中試紙機(jī)上制備內(nèi)部施膠紙。將由回用舊瓦楞紙箱(OCC)的紙漿制得的紙張打至350的加拿大游離度，并在pH7.0形成定量為40塝/3000英尺2的紙頁(yè)。在卷軸處將紙頁(yè)干燥至5％的水含量。恰好在混合漿泵處進(jìn)行稀釋之前，將施膠分散體添加至濃漿中。添加量以干紙重量計(jì)從0.0225％至0.068％AKD。另外，還將38.0％的硫酸鈉(Haviland Chemical Co.，MI)，0.15％明礬(General Chemical Corp，NJ)，和0.025％Reten-1523H(Hercules Incorporated)用于造紙。在卷軸處將紙頁(yè)干燥至5％的水含量。利用Hercules Size Test(HST)進(jìn)行施膠測(cè)試。在HST測(cè)試中，將施膠的紙張放置在包含1％甲酸和1.2％萘酚綠B的油墨溶液下。在該溶液的反面一開(kāi)始就對(duì)紙張的反射比進(jìn)行測(cè)量，然后監(jiān)測(cè)由于油墨滲透所致的下降。HST時(shí)間(秒)是反射比下降至其起始值80％時(shí)所化費(fèi)的時(shí)間。表4概述了施膠結(jié)果。由表4的結(jié)果表明不僅在高AKD添加量而且在低添加量時(shí)，分散體II-IV具有比對(duì)比Hercon 70明顯更強(qiáng)的施膠作用。
表4
根據(jù)前面說(shuō)明，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員能夠容易地確定本發(fā)明的主要特征，并且在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，能夠?qū)Ρ景l(fā)明作出各種改變和改進(jìn)，以使之適應(yīng)不同的用途和條件。
權(quán)利要求
1.一種含水組合物，包含
纖維素活性施膠劑；
分散體系，含有以木素磺酸鈉總重量計(jì)低于約5.9％重量磺酸鹽硫的木素磺酸鹽，和陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中的至少之一；和
含有至少一種金屬元素的至少一種鹽。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中，木素磺酸鹽包含以木素磺酸鈉總重量計(jì)低于約5％的磺酸鹽硫。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中，木素磺酸鹽包含以木素磺酸鈉總重量計(jì)低于約4.5％的磺酸鹽硫。
4.權(quán)利要求3的組合物，其中，木素磺酸鹽包含以木素磺酸鈉總重量計(jì)低于約4％的磺酸鹽硫。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中，木素磺酸鹽包含以木素磺酸鈉總重量計(jì)大約為3.6％的磺酸鹽硫。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或大于約0.2重量％的鋁。
7.權(quán)利要求6的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述的至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或大于約0.4重量％的鋁。
8.權(quán)利要求7的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或大于約1.5重量％的鋁。
9.權(quán)利要求8的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或大于約3重量％的鋁。
10.權(quán)利要求9的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或大于約4.4重量％的鋁。
11.權(quán)利要求10的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或大于約5.5重量％的鋁。
12.權(quán)利要求11的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或大于約6重量％的鋁。
13.權(quán)利要求1的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或小于約40重量％的鋁。
14.權(quán)利要求13的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或小于約30重量％的鋁。
15.權(quán)利要求14的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或小于約20重量％的鋁。
16.權(quán)利要求15的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或小于約15重量％的鋁。
17.權(quán)利要求16的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或小于約12重量％的鋁。
18.權(quán)利要求17的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或小于約10重量％的鋁。
19.權(quán)利要求18的組合物，其中，所述鹽以這樣的量存在，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或小于約8重量％的鋁。
20.權(quán)利要求4的組合物，其中，所述鹽的量以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，使所述的至少一種金屬元素的當(dāng)量等于從約0.2至約40％重量的鋁。
21.權(quán)利要求20的組合物，其中，所述鹽的量以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，使所述的至少一種金屬元素的當(dāng)量等于從約0.4至約30％重量的鋁。
22.權(quán)利要求21的組合物，其中，所述鹽的量以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，使所述的至少一種金屬元素的當(dāng)量等于從約1.5至約20％重量的鋁。
23.權(quán)利要求22的組合物，其中，所述鹽的量以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，使所述的至少一種金屬元素的當(dāng)量等于從約3至約15％重量的鋁。
24權(quán)利要求23的組合物，其中，所述鹽的量以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，使所述的至少一種金屬元素的當(dāng)量等于從約4.4至約12％重量的鋁。
25.權(quán)利要求24的組合物，其中，所述鹽的量以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，使所述的至少一種金屬元素的當(dāng)量等于從約5.5至約10％重量的鋁。
26.權(quán)利要求25的組合物，其中，所述鹽的量以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，使所述的至少一種金屬元素的當(dāng)量等于從約6至約8％重量的鋁。
27.一種含水組合物，包含
纖維素活性施膠劑；
分散體系，包含陰離子分散劑，和陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中的至少之一；和
含有至少一種金屬元素的至少一種鹽，其中所述鹽的量是這樣的，以致使以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量等于或大于約5.5％重量的鋁。
28.權(quán)利要求27的組合物，其中纖維素活性施膠劑包含烯酮二聚體和烯酮多聚體中的至少之一。
29.權(quán)利要求28的組合物，其中，烯酮二聚體包含烯基烯酮二聚體和烷基烯酮二聚體中的至少之一。
30.權(quán)利要求27的組合物，其中纖維素活性施膠劑包含烯基丁二酸酐和硬脂酸酐中的至少之一。
31.權(quán)利要求27的組合物，其中，纖維素活性施膠劑包括含約12-22個(gè)碳原子的有機(jī)環(huán)氧化物，含約12-22個(gè)碳原子的?；u，含約12-22個(gè)碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐，或含約12-22個(gè)碳原子的有機(jī)異氰酸酯。
32.權(quán)利要求28的組合物，其中，烯酮二聚體或烯酮多聚體包含結(jié)構(gòu)式I的化合物
式中，n為0-約20的整數(shù)，R和R2相同或不同并且是帶有約6至約24個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基，并且R1為帶有約2至約40個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基。
33.權(quán)利要求32的組合物，其中，n從0至約6。
34.權(quán)利要求33的組合物，其中，n從0至約3。
35.權(quán)利要求34的組合物，其中，n為0。
36.權(quán)利要求32的組合物，其中，R為帶有約10-20個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基。
37.權(quán)利要求36的組合物，其中，R為帶有約14-16個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基。
38.權(quán)利要求32的組合物，其中，R2為帶有約10-20個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基。
39.權(quán)利要求32的組合物，其中，R2為帶有約14-16個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基。
40.權(quán)利要求32的組合物，其中，R1為帶有約4至約20個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基。
41.權(quán)利要求27的組合物，其中，陰離子分散劑包含含硫酸鹽或磺酸鹽的聚合分散劑。
42.權(quán)利要求27的組合物，其中，陰離子分散劑包含萘磺酸鈉的甲醛縮合物，烷基萘磺酸鈉的甲醛縮合物，苯酚磺酸鈉的甲醛縮合物，苯酚硫酸鈉的甲醛縮合物，以及木素磺酸鹽。
43.權(quán)利要求42的組合物，其中木素磺酸鹽包含疏水的木素磺酸鹽。
44.權(quán)利要求43的組合物，其中，疏水的木素磺酸鹽包含疏水的木素磺酸鈉，以木素磺酸鈉總重量計(jì)，其含有低于約5.9％重量的磺酸鹽硫。
45.權(quán)利要求44的組合物，其中，疏水木素磺酸鈉包含疏水的木素磺酸鈉，以木素磺酸鈉總重量計(jì)，其含有低于約5％重量的磺酸鹽硫。
46.權(quán)利要求45的組合物，其中，疏水木素磺酸鈉包含疏水的木素磺酸鈉，以木素磺酸鈉總重量計(jì)，其含有低于約4.5％重量的磺酸鹽硫。
47.權(quán)利要求46的組合物，其中，疏水木素磺酸鈉包含疏水的木素磺酸鈉，以木素磺酸鈉總重量計(jì)，其含有低于約4％重量的磺酸鹽硫。
48.權(quán)利要求47的組合物，其中，疏水木素磺酸鈉包含疏水的木素磺酸鈉，以木素磺酸鈉總重量計(jì)，其含有低于約3.6％重量的磺酸鹽硫。
49.權(quán)利要求27的組合物，其中，陰離子分散劑的含量為纖維素活性施膠劑重量的約0.02至約20％重量。
50.權(quán)利要求49的組合物，其中，陰離子分散劑的含量為纖維素活性施膠劑重量的約0.4至約7％重量。
51.權(quán)利要求50的組合物，其中，陰離子分散劑的含量為纖維素活性施膠劑重量的約0.9至約3％重量。
52.權(quán)利要求27的組合物，其中，所述的陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中的至少之一包含陽(yáng)離子分散劑。
53.權(quán)利要求52的組合物，其中，陽(yáng)離子分散劑包含陽(yáng)離子改性的淀粉，陽(yáng)離子改性的瓜耳膠，或低電荷陽(yáng)離子聚合物。
54.權(quán)利要求53的組合物，包含陽(yáng)離子改性的淀粉，其含量為纖維素活性施膠劑重量的約0.4至約400％重量。
55.權(quán)利要求54的組合物，包含陽(yáng)離子改性的淀粉，其含量為纖維素活性施膠劑重量的約2至約100％重量。
56.權(quán)利要求55的組合物，包含陽(yáng)離子改性的淀粉，其含量為纖維素活性施膠劑重量的約10至約30％重量。
57.權(quán)利要求27的組合物，其中陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中的至少之一包含非離子分散劑。
58.權(quán)利要求27的組合物，其中所述鹽包含元素周期表第I、II、III、IV、V和過(guò)渡元素中的至少一種金屬。
59.權(quán)利要求58的組合物，其中，所述鹽包含鋁、鎂、鈣、和鋇中的至少之一。
60.權(quán)利要求59的組合物，其中，所述鹽包含式Alx(SO4)y(H2O)z的鋁鹽，式中x為1-3，y為1-4，z為0-20。
61.權(quán)利要求60的組合物，其中鋁鹽為硫酸鋁。
62.權(quán)利要求59的組合物，其中，所述鹽包含式Aln(OH)mX3n-m的鋁鹽，式中X為負(fù)離子，n和m為大于零的整數(shù)，3n-m大于零。
63.權(quán)利要求62的組合物，其中負(fù)離子包含氯化物或乙酸鹽。
64.權(quán)利要求63的組合物，其中，鋁鹽包含聚合氯化鋁。
65.權(quán)利要求27的組合物，其中，所述鹽的含量是這樣的，以致使以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，其量相當(dāng)于約5.5％至約10％重量的鋁。
66.權(quán)利要求65的組合物，其中，所述鹽的含量是這樣的，以致使，以纖維素活性施膠劑重量計(jì)，其量相當(dāng)于約6％至約8％重量的鋁。
67.一種含水組合物，包含
烯酮二聚體和多聚體中至少之一；
分散體系，包含疏水的木素磺酸鈉和陽(yáng)離子改性的淀粉；以及硫酸鋁。
68.一種用于對(duì)紙產(chǎn)品進(jìn)行施膠的含水組合物，它是通過(guò)將纖維素活性施膠劑、包含陰離子分散劑、以及陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中至少之一的分散體系、和含至少一種金屬元素的至少一種鹽混合而生產(chǎn)的；其中所述鹽的含量是這樣的，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量大于或等于5.5％重量的鋁。
69.一種對(duì)纖維素基產(chǎn)品進(jìn)行施膠的方法，包括將如下組分添加至纖維素材料中
纖維素活性施膠劑；
包含陰離子分散劑、以及陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中至少之一的分散體系；和
含至少一種金屬元素的至少一種鹽；
其中所述鹽的含量是這樣的，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量大于或等于5.5％重量的鋁。
70.權(quán)利要求69的方法，其中纖維素材料包含紙漿。
71.權(quán)利要求69的方法，其中纖維素材料包含紙產(chǎn)品的表面。
72.一種用于對(duì)纖維素基產(chǎn)品進(jìn)行施膠的組合物，所述組合物包含
纖維素活性施膠劑；
包含陰離子分散劑、以及陽(yáng)離子分散劑和非離子分散劑中至少之一的分散體系；和
含至少一種金屬元素的至少一種鹽；
其中所述鹽的含量是這樣的，以致使，以纖維素活性施膠劑的重量計(jì)，所述至少一種金屬元素的當(dāng)量大于或等于5.5％重量的鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種紙張施膠組合物，其包含(a)纖維素活性施膠劑，(b)含有陰離子主分散劑和選自陽(yáng)離子和/或非離子分散劑的輔分散劑的分散體系，以及(c)無(wú)機(jī)鹽。
文檔編號(hào)D21H17/15GK1454274SQ00819
公開(kāi)日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2000年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月12日
發(fā)明者林庭東 申請(qǐng)人:赫爾克里士公司