專利名稱：耐受熱滲透劑的施膠組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對紙板進行施膠以提供熱滲透劑耐受性能的方法。該方法可用于無菌包裝紙板，以為其提供對用于包裝消毒的熱過氧化氫溶液以及包裝于容器內的液體的耐受性能。
背景技術：
用由涂布紙板制造的容器包裝液體產品，尤其是液態(tài)乳制品如牛奶和奶油已有一段時間。這種在業(yè)內被稱為液體包裝紙板的紙板，通常是在兩面都涂布聚乙烯。為了這種應用，紙板必須能夠耐受所述液體的影響。對于液態(tài)乳制品來講，其最具侵蝕性的成分通常是乳酸。所述紙板最脆弱的部分通常是其裁切邊緣。已知用AKD(烷基烯酮二聚體)施膠的紙板對含乳酸的液體具有良好的抗邊緣浸透性。近幾年，有對可消費液體進行無菌包裝的趨勢。無菌容器由涂布或未涂布紙板、聚乙烯和鋁箔組成的復合結構形成。在灌裝之前，通過在高溫下通過過氧化氫溶液來對紙板進行消毒。因此，這種紙板不僅必須耐受最終將要被包裝入容器的液體，而且還必須耐受用于容器消毒的熱過氧化氫溶液。已知的對含乳酸液體的邊緣滲透提供良好的耐受性的AKD 基施膠劑，被發(fā)現(xiàn)對熱過氧化氫溶液僅一般有效(參見例如US 4, 927, 496,US 5，308，441， US 5，456，800，US 5，626，719)。已證明松香基施膠劑提供對熱過氧化氫溶液所需要的耐受性，但是其對包裝于這些容器中的酸性材料并不同樣有效(參見例如US 4，927，496，US 5，308，441，US 5，456，800，US 5,626,719)。因此，一種二元施膠體系被用于無菌包裝級別。AKD和松香兩者都用于提供無菌包裝的施膠，兩種施膠劑或者都內部添加(US 4，927，496)，或者一種內部使用，另一種添加在表面上(US 5，308，441)。不幸的是，松香施膠有效性的最佳pH值約為5，低于AKD施膠有效性的約7. 5的最佳pH值。因此，該體系在兩種施膠劑的折衷pH值下運行，約6. 5，這導致其性能低于最理想的表現(xiàn)(US 7，291，246)。此外，由于兩種施膠劑通常都必須開清單并計量加入到造紙體系中，所以該體系非常繁瑣。以前應對這些缺點的嘗試包括使用纖維素反應性和非反應性施膠劑與熱固性樹脂的混合物(US 5，456，800，US 5，626，719)，以及使用過氧化氫酶或錳礦來將過氧化氫分解形成氧氣，所述氧氣形成避免紙板被浸透的保護氣層(US 7，291，246)。美國專利US 4，859，244和US 3，311，532公開的紙張施膠劑由脂肪酸酐和烷基烯酮二聚體的混合物組成，其提供改善的施膠性能。然而，既沒有討論由熱過氧化氫消毒引發(fā)的問題，也沒有指出所公開的施膠劑會對熱過氧化氫或其它熱滲透劑的邊緣滲透耐受性能有任何影響。此外，US 4，859，244教導了“施膠質量基本不受明礬存在的影響”，提供的數(shù)據(jù)證明了在體系中有或沒有明礬的情況下都具有相同的表現(xiàn)
發(fā)明內容
本發(fā)明針對使用二元施膠體系的缺點，達到了無菌包裝紙板的施膠需求、對熱過氧化氫的耐受性能和對乳酸的耐受性能。已發(fā)現(xiàn)，單獨的脂肪酸酐或者與AKD組合，兩者均為反應性施膠劑，連同不溶化試劑一起使用，提供對含乳酸液體和熱過氧化氫溶液的耐受性能，其優(yōu)于單獨使用烯酮二聚體或使用烯酮二聚體和松香的二元施膠體系。反應性施膠劑是與纖維素起化學反應的試劑。本發(fā)明提供一種提高紙板對熱滲透劑滲透的耐受性的方法，該方法包括a)分別添加或者以混合物的形式添加i)包含反應性施膠劑的水性乳液和ii)不溶化試劑到含水紙漿中，其中所述反應性施膠劑包括至少30重量％的脂肪酸酐，以及b)將所述紙漿形成紙或紙板。
具體實施例方式已經發(fā)現(xiàn)，如果在接近中性PH值下(例如PH為6. 0-7. 5，優(yōu)選6. 5-7. 5，或者優(yōu)選 6. 7-7. 3)將脂肪酸酐或者脂肪酸酐和烯酮二聚體的混合物與不溶化試劑一起添加到紙漿中，然后將所述紙漿形成紙板，所述紙板對熱過氧化氫和乳酸溶液的邊緣滲透都具有良好的耐受性。此外，已經發(fā)現(xiàn)，當使用脂肪酸酐和烯酮二聚體的混合物時，紙板對熱過氧化氫的耐受性能出乎意料地好于兩種施膠劑單獨使用時加在一起預測到的效果。用于本發(fā)明的所述反應性施膠劑可以分別進行乳化并分別添加到紙漿中，分別乳化然后在加入紙漿之前在添加點處混合在一起或者在乳化之前進行混合。本領域已知的任何烯酮二聚體都可以用于本發(fā)明的方法中。用作施膠劑的烯酮二聚體是具有下式的二聚體
Rl - C C ■ CH — R2 I I
O C O其中，Rl和R2是烷基，其可以是飽和或不飽和的，具有6-Μ個碳原子，優(yōu)選多于 10個碳原子且最優(yōu)選14-16個碳原子。Rl和R2可以相同或不同。這些烯酮二聚體也已知于例如美國專利US 2，785，067，其所公開的內容在此援引加入。合適的烯酮二聚體包括癸基、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、二十四烷基烯酮二聚體，以及由棕櫚油酸、油酸、蓖麻油酸、亞油酸、肉豆蔻烯酸和桐酸制備的烯酮二聚體。該烯酮二聚體可以是單獨一種或者可以包含多種的混合物。最優(yōu)選的烯酮二聚體是由C14-C22線性飽和脂肪酸制備的烷基烯酮二聚體
用作施膠劑的酸酐可以由下式表示
； 3 — G 霧 O \
O
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'R-Λ - C=O其中R3和R4是烷基，其可以是飽和或不飽和的，具有6-Μ個碳原子，優(yōu)選多于10 個碳原子且最優(yōu)選14-16個碳原子。R3和R4可以相同或不同。最優(yōu)選的酸酐是由C14-C22 線性飽和脂肪酸制備的酸酐。
4
任何已知的用于制備烯酮二聚體分散體的方法都可以用來乳化所述酸酐和烯酮二聚體。所述AKD常常與包含陽離子淀粉和木素磺酸鈉的分散劑體系組合使用。這種分散體的例子可以在Edwards的美國專利US 4，861，376和Savina的美國專利US 3，223，544 中找到，這些專利所公開的內容在此援引加入?；蛘撸鏊狒拖┩垠w可以使用任何已知的方法在研磨的過程中進行乳化。這些乳液可以包含常用于施膠乳液的其它添加劑，例如，用于烯酮二聚體的促進樹脂、殺菌劑、消泡劑等。乳液中的固含量可以為約2-約50重量％，優(yōu)選約4-40%，且最優(yōu)選 5-35%。所述烯酮二聚體和脂肪酸酐可以分別乳化并分別加入到造紙體系中，或者可以在添加之前混合乳液。或者，所述酸酐和烯酮二聚體可以在乳化之前混合。所述脂肪酸酐和烯酮二聚體可以以混合物的形式制備或者它們可以分別制備。脂肪酸酐與纖維素反應生成酯和一分子游離脂肪酸。所述游離脂肪酸可以與不溶化試劑反應生成不溶性鹽。據(jù)信，正是該不溶性鹽提高了對熱滲透劑的耐受性。所述不溶化試劑可以是本領域已知的任何一種，比如，造紙明礬(硫酸鋁)、聚合氯化鋁(PAC)或其它聚合鋁化合物，優(yōu)選明礬。明礬的用量根據(jù)紙漿的類型、施膠劑的施加量及本領域技術人員已知的其它因素(例如，體系的堿度、陰離子“垃圾”的水平等)來決定。通常，不溶化試劑的量將為約5-151b/T(0. 25-0. 75%，基于纖維的干重)。所述不溶化試劑可以在與所述施膠劑相同的加入點添加，或者分開添加，使得一部分早些加入到體系中以中和陰離子材料，而剩余的部分與施膠劑一同加入。脂肪酸酐可以單獨使用或者與烷基烯酮二聚體組合使用。如果與烷基烯酮二聚體組合使用，該混合物必須包含至少30%脂肪酸酐。在優(yōu)選的混合物中，40-70%的反應性施膠材料是脂肪酸酐。本發(fā)明的施膠劑可以內部施膠劑或表面施膠劑的形式施用。內部施膠涉及在紙頁成形前將施膠劑加入到紙漿中，而表面施膠涉及將紙張浸在含有施膠劑的溶液中，隨后在高溫下用已知的干燥技術進行干燥。優(yōu)選內部施膠。本發(fā)明可用于對紙張材料，比如無菌包裝紙板進行施膠。所用的量基于客戶的施膠需求，取決于需要的施膠度、紙張的等級、用于造紙的紙漿的類型以及其它已知的和容易由本領域技術人員憑經驗確定的因素。通常，使用最少量的施膠劑以獲得所希望的施膠規(guī)格。通常施膠劑的用量為4-101b/T(0. 2-0. 5%，基于纖維的干重)?？梢匀魏蝹鹘y(tǒng)的方式處理所述紙漿，例如加工成無菌包裝用紙板，而且，可以根據(jù)需要添加任何其它傳統(tǒng)添加劑，比如助留劑、強度添加劑、顏料或填料。本發(fā)明也包括產品，例如由本發(fā)明的方法處理的紙漿而制備的紙板。除了提供對熱過氧化氫好的耐受性以外，本發(fā)明的組合物也提供對工業(yè)中常見的其它熱滲透劑(例如，在約40°C以上的滲透劑)好的耐受性，例如開水、熱咖啡和帶有奶油的熱咖啡，用于測試紙杯材料的通常測驗(例如，用于制備飲料杯的紙板)。實施例為了闡述本發(fā)明而給出下述實施例。除非另有說明，所有分數(shù)和百分數(shù)都基于重量。在下面的實施例中，使用一種模擬商業(yè)長網造紙機的小規(guī)模造紙機進行評價，包
5括漿料制備、精制和貯存。漿料通過重力作用從紙機貯漿池注入恒液位漿料池。漿料從那里被泵入一系列管路混合器中，在其中加入濕部助劑，然后被泵入一級沖漿泵中。漿料在沖漿泵中用白水稀釋到約0.2%固含量。在進入或離開所述沖漿泵時，可向漿料中加入其它的化學品。將所述漿料從一級沖漿泵泵入二級沖漿泵，在那里可以向該進入的漿料中添加化學品，然后，泵入布漿機并泵入堰板，在那里，漿料沉積在12英寸寬的長網上。在漿料沉積到長網上之后，立即通過三個真空箱對紙頁進行真空脫水，伏輥濃度通常是14-15%。將濕紙頁從伏輥轉移到馬達驅動的濕領紙毛毯處。在此處，水通過由真空泵操作的真空吸水箱從紙頁以及毛毯中去除。該紙頁在單毯壓榨機中被進一步脫水，且離開該壓榨部時固含量為38-40%。在下面的實施例中，使用加拿大標準游離度為350-400CC的漂白硬木硫酸鹽漿 (70% )和漂白軟木硫酸鹽漿(30% )的混合物作出評價。將稀釋水調整到含有50ppm的硬度和120ppm的堿度。所有添加劑的添加水平以基于纖維干重的百分含量來計。將0.95% 季胺取代的陽離子淀粉(Sta-Lok 400，Α. Ε. Staley, Decatur, 111.)在漿料泵和沖漿泵出口之間分段加入。明礬和施膠劑以實施例中所述的用量在沖漿泵入口處加入。PerForm PM9025，一種無機微粒助留劑(Hercules Incorporated, Wilmington, DE)在第二沖菜泵處以0.038%的量加入。漿料的溫度保持在55°C。除非另有說明，將流漿箱的pH值控制在 6. 8。形成244g/m2 (1501b/3000ft2令)的紙頁，并在7個干燥滾筒上干燥到水分含量為 5% (干燥滾筒的表面溫度從65°C增加到110°C )，且在28pli的壓力下，通過有5個壓區(qū)、 6個輥子的壓光機的單個壓區(qū)。在CT室(50% RH, 250C )中自然老化的條件下測量紙板上的抗邊緣吸收性(edgewick resistance)。邊緣吸收試驗(edgewick test)是液體包裝工業(yè)測量施膠度的標準試驗。對于該試驗，用自粘膠帶將紙板試樣的兩側層壓。從層壓的紙板上裁切下給定施膠的試樣，稱重， 然后在設定溫度下浸在試驗溶液中。在指定的時間之后，將試樣從試驗溶液中取出，吸干后重新稱重。結果以每平方米暴露邊緣所吸收的溶液kg數(shù)(kg/m2)進行報告。低的邊緣吸收值要好于高的邊緣吸收值。所需的施膠量取決于要制造的紙板的等級。所使用的試驗溶液是熱過氧化氫70°C下35%的過氧化氫，浸泡10分鐘乳酸25°C下20%的乳酸，浸泡30分鐘實施例1 對熱過氧化氫的超級耐受性Aquapel 364 燒基煉麗二聚體(Hercules Incorporated, Wilmington, DE)禾口硬脂酸酐(99%Aldrich)的用陽離子淀粉穩(wěn)定的乳液，通過已知的方法(參見，例如US 3，223，544，US 4，861，376)來制備，并在如上所述的小規(guī)模造紙機上進行評價。作參照的是由 Hi-pHase 35 陽離子分散松香施膠劑(Hercules Incorporated, Wilmington,DE)和 Aquapel 364乳液組成的二元施膠體系。在該評價中，使用0. 375%的明礬作為不溶化試劑。通過以60/40 (基于活性物質) 的比例混合加入硬脂酸酐乳液和AKD乳液來制備所述SA/AKD混合物，以達到施膠劑的目標水平(例如，對于0. 10%的施膠劑，加入0. 06%的硬脂酸酐和0. 04%的AKD乳液(基于活性物質))。
表權利要求
1.提高紙板對熱滲透劑滲透的耐受性的方法，所述方法包括a)分別添加或者以混合物的形式添加i)包含反應性施膠劑的水性乳液和ii)不溶化試劑到含水紙漿中，其中所述反應性施膠劑包括至少30%的脂肪酸酐，以及b)將所述紙漿形成紙板。
2.權利要求1所述的方法，其中所述紙板是無菌包裝紙板。
3.權利要求1所述的方法，其中所述紙漿的pH值為約6.5-7. 5。
4.權利要求1所述的方法，其中所述紙漿的pH值為約6.7-7. 3。
5.權利要求1所述的方法，其中所述反應性施膠劑包括40-70%的脂肪酸酐。
6.權利要求1所述的方法，其中所述脂肪酸酐是由C14-C22線性飽和脂肪酸制備的。
7.權利要求1所述的方法，其中所述不溶化試劑選自明礬(硫酸鋁)、聚合氯化鋁 (PAC)和其它聚合鋁化合物。
8.權利要求1所述的方法，其中所述不溶化試劑是明礬。
9.權利要求1所述的方法，其中所述不溶化試劑加入到所述紙漿中的量為每噸干紙漿約5-約151bs不溶化試劑。
10.權利要求1所述的方法，其中所述施膠劑還包括烷基烯酮二聚體。
11.權利要求10所述的方法，其中所述烷基烯酮二聚體是由C14-C22的線性飽和脂肪酸制備的。
12.提高紙板對熱滲透劑滲透的耐受性的方法，所述方法包括a)分別添加或者以混合物的形式添加i)包含反應性施膠劑的水性乳液和ii)不溶化試劑到含水紙漿中，其中所述紙漿的PH值為6. 5-7. 5，以及所述反應性施膠劑包括至少30%的脂肪酸酐，以及b)將所述紙漿形成為無菌包裝紙板。
13.提供對熱過氧化氫改善的耐受性的組合物，所述組合物包含a)脂肪酸酐，其任選包含烷基烯酮二聚體，所述烷基烯酮二聚體對脂肪酸酐的重量比小于2 1，以及b)不溶化試齊LU
14.權利要求13所述的組合物，其中，所述不溶化試劑選自明礬(硫酸鋁)、聚合氯化鋁(PAC)和其它聚合鋁化合物。
15.權利要求14所述的組合物，其中所述不溶化試劑是明礬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用含有脂肪酸酐的施膠劑和不溶化試劑來提高紙板對熱滲透劑耐受性的方法，此外，還公開了一種用于賦予熱滲透劑耐受性的組合物。
文檔編號D21H21/16GK102472018SQ201080033449
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權日2009年7月23日
發(fā)明者S·M·埃爾哈特 申請人:赫爾克里士公司