施膠組合物的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了包含疏水性紙張施膠劑和疏水改性的聚(氨基酰胺)的施膠組合物。還公開(kāi)了制備施膠組合物的方法以及使用施膠組合物的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】施膠組合物
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在造紙業(yè)中用作施膠劑的疏水性材料例如松香、ASA、AKD等的新型含水分散體。具體而言，本發(fā)明涉及包含施膠劑的細(xì)碎顆粒和疏水改性的聚(氨基酰胺)的含水分散體，特別優(yōu)選為水溶性烷基縮水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)，其用作細(xì)碎顆粒在水中的分散劑。本發(fā)明的新型含水分散體在用于紙張施膠時(shí)顯示出提高的功效。
【背景技術(shù)】
[0002]施膠劑用于造紙業(yè)以阻止水分滲透至紙張和紙板。用于提供施膠特性的主要產(chǎn)品是松香、烯基琥珀酸酐(ASA)和烷基烯酮二聚體(AKD)。因?yàn)檫@些疏水性材料在水中不可溶，它們通常作為含水分散體供應(yīng)至造紙機(jī)。這有利于在它們?cè)谛纬杀∑疤砑?稱(chēng)作內(nèi)部施膠)的情況下與含水紙漿漿體充分混合；或者在它們?cè)谑┠z壓機(jī)上添加至薄片表面(稱(chēng)作表面施膠)的情況下與淀粉溶液充分混合。
[0003]這些疏水性材料的含水分散體必須具有特定的可用于施膠的特性。乳液必須在不損害物理或化學(xué)特性的情況下在足以由造紙機(jī)的制造位置獲取的時(shí)間內(nèi)是穩(wěn)定的。額外地，乳液必須包括將疏水性顆粒保持在纖維表面上的成分。
[0004]若疏水性材料是水解不穩(wěn)定的(例如ASA)，則可以在造紙廠制造(現(xiàn)場(chǎng)乳化)，或者在遠(yuǎn)離造紙廠的位置制造。在遠(yuǎn)處位置制備分散體的情況下，產(chǎn)品必須包含足夠高含量的固體以使運(yùn)輸成本最小化，并且必須在足以運(yùn)輸和在造紙廠位置儲(chǔ)存的時(shí)間內(nèi)足夠穩(wěn)定的。
[0005]由于這些要求，疏水性紙張施膠劑的乳液的制備是許多目的在于提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和/或施膠功效的專(zhuān)利的基礎(chǔ)。例如，Edwards等人教導(dǎo)了通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)的淀粉基穩(wěn)定化系統(tǒng)中包含水溶性羧酸獲得的烯酮二聚體的穩(wěn)定的固體含量高的分散體(第4，861，376號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)，Blixt等人公開(kāi)了通過(guò)使用更高度取代的陽(yáng)離子淀粉具有改善的施膠功效的烯酮二聚體的分散體(第4，964，915號(hào)美國(guó)專(zhuān)利).Aldrich公開(kāi)了使用陽(yáng)離子氨基聚酰胺-環(huán)氧氯丙烷樹(shù)脂以穩(wěn)定化的強(qiáng)化松香的穩(wěn)定的分散體(第3，966，654號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)，Lauzon教導(dǎo)了利用包含陰離子組分和陽(yáng)離子組分以改善施膠特性的團(tuán)聚體分散劑使強(qiáng)化松香的分散體(第5，846，308號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)和纖維素反應(yīng)性施膠劑(第6，315，824B1號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)穩(wěn)定化。Dumas教導(dǎo)了后期添加陽(yáng)離子聚合物至疏水性纖維素反應(yīng)性施膠劑的分散體以改善施膠功效(第4，317，756號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)，及Varnell (第6，123，760號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)公開(kāi)了后期添加疏水改性的水溶性聚合物至疏水性紙張施膠劑的含水分散體以改善穩(wěn)定性。
[0006]Frolich等人(第6，093, 217號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)公開(kāi)了纖維素反應(yīng)性施膠劑的含水分散體，其利用疏水改性的陰離子纖維素衍生物穩(wěn)定化，以在具有高的陽(yáng)離子需求和/或高的親脂性提取物含量的造紙?jiān)O(shè)備和/或具有高度封閉性的造紙機(jī)中提供改善的施膠。在說(shuō)明書(shū)中，疏水改性的纖維素衍生物最初稱(chēng)作“疏水改性的分散劑”，提供了一長(zhǎng)串可能的選擇。然后指出，該發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案還包括表面活性劑,這意味著疏水改性的纖維素衍生物并非發(fā)揮分散劑的作用，而是用作穩(wěn)定劑。額外地，沒(méi)有提供使用除疏水改性的陰離子纖維素衍生物以外的任何“疏水改性的分散劑”的實(shí)施例。
[0007]Conner等人(第6，183，550B1號(hào)美國(guó)專(zhuān)利)公開(kāi)了紙張施膠化合物的含水分散體，其利用具有“至少兩個(gè)親水性基團(tuán)和至少一個(gè)疏水性基團(tuán)”的水溶性分散劑穩(wěn)定化，涉及一類(lèi)稱(chēng)作“雙子表面活性劑”的化合物。這些表面活性劑可以按原接收狀態(tài)使用，或者連同淀粉或其他分散劑一起使用，以制備含水分散體。
[0008]Q-M Gu等人(US2010/014746A1)公開(kāi)了疏水改性的聚(氨基酰胺)，其可用作在造紙系統(tǒng)中用于粘性和樹(shù)脂控制的固定的防粘劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，疏水改性的聚(氨基酰胺)，特別是烷基縮水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)，可用于制備疏水性紙張施膠劑的分散體，其提供改善的施膠功效。
[0010]公開(kāi)了紙張施膠組合物。該組合物包含反應(yīng)性或非反應(yīng)性施膠劑的分散體，其利用疏水改性的聚(氨基酰胺)、優(yōu)選以如US2010/0147476所公開(kāi)的方式制備的烷基縮水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)穩(wěn)定化?？梢哉{(diào)節(jié)PH低于4.0，以提供該組合物的改善的穩(wěn)定性。該施膠組合物不含木制紙漿或纖維素。
[0011]公開(kāi)了制備施膠組合物的方法。該方法包括:1)提供疏水改性的聚(氨基酰胺)；2)用水稀釋疏水改性的聚(氨基酰胺)至適當(dāng)?shù)臐舛龋?)將疏水性施膠劑與經(jīng)稀釋的疏水改性的聚(氨基酰胺)混合；及4)采用任何已知的方法將該混合物均化。特別優(yōu)選的疏水改性的聚(氨基酰胺)是烷基縮水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)。
[0012]公開(kāi)了制備穩(wěn)定的施膠組合物的方法。該方法包括:1)調(diào)節(jié)疏水改性的聚(氨基酰胺)、優(yōu)選烷基縮水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)的PH低于約4.0 ;2)用水稀釋調(diào)節(jié)了PH的疏水改性的聚(氨基酰胺)至適當(dāng)?shù)臐舛?步驟I和2可以顛倒);3)將疏水性施膠劑與調(diào)節(jié)了 PH的疏水改性的聚(氨基酰胺)混合；及4)采用任何已知的方法將該混合物均化。通過(guò)調(diào)節(jié)PH提供最終組合物的改善的穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】
[0013]公開(kāi)了紙張施膠組合物。該組合物包含反應(yīng)性或非反應(yīng)性施膠劑的分散體，其利用疏水改性的聚(氨基酰胺)穩(wěn)定化。任選地，可以調(diào)節(jié)PH低于4.0，以提供該組合物的改善的穩(wěn)定性。還公開(kāi)了制備紙張施膠組合物的方法。還公開(kāi)了使用本發(fā)明的施膠組合物對(duì)紙張進(jìn)行施膠的方法。
[0014]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述施膠組合物是通過(guò)以下步驟制備的:1)提供疏水改性的聚(氨基酰胺)的水溶液；2)稀釋疏水改性的聚(氨基酰胺)至適當(dāng)?shù)臐舛龋?)將疏水性施膠劑與疏水改性的聚(氨基酰胺)混合 '及4)采用任何已知的方法將該混合物均化。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提供紙張施膠組合物，其包含疏水性紙張施膠劑的分散體，該分散體是穩(wěn)定的并提供改善的施膠功效。該穩(wěn)定的紙張施膠組合物包含疏水改性的聚(氨基酰胺)、優(yōu)選以如US2010/0147476所公開(kāi)的方式制備的烷基縮水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)以及疏水性紙張施膠劑。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述施膠組合物是通過(guò)以下步驟制備的:1)調(diào)節(jié)疏水改性的聚(氨基酰胺)的PH低于約4.0 ;2)稀釋調(diào)節(jié)了 pH的疏水改性的聚(氨基酰胺)至適當(dāng)?shù)臐舛?步驟I和2可以顛倒)；3)將疏水性施膠劑與調(diào)節(jié)了 pH的疏水改性的聚(氨基酰胺)混合；及4)采用任何已知的方法將該混合物均化。通過(guò)調(diào)節(jié)pH提供所述施膠組合物的改善的穩(wěn)定性。
[0017]由于技術(shù)上的不確定性，術(shù)語(yǔ)“分散體”和“乳液”在本說(shuō)明書(shū)中以可互換的方式使用。術(shù)語(yǔ)“乳液”是指兩相系統(tǒng)，其中液滴在連續(xù)的液體介質(zhì)中，術(shù)語(yǔ)“分散體”是指兩相系統(tǒng)，其中固體顆粒在連續(xù)的液體介質(zhì)中。施膠劑的物理狀態(tài)取決于施膠劑的性質(zhì)和系統(tǒng)的溫度；可商購(gòu)的施膠劑可以是液體或固體。因此，在造紙業(yè)及本專(zhuān)利中涉及可商購(gòu)的施膠劑時(shí)，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)以可互換的方式使用。
[0018]本發(fā)明的分散相的優(yōu)選的疏水性紙張施膠化合物選自以下組中:纖維素反應(yīng)性紙張施膠化合物和纖維素非反應(yīng)性紙張施膠化合物。出于本發(fā)明的目的，纖維素反應(yīng)性施膠劑定義為能夠通過(guò)與纖維素的羥基的反應(yīng)形成共價(jià)化學(xué)鍵的施膠劑，纖維素非反應(yīng)性施膠劑定義為不與纖維素形成這些共價(jià)鍵的施膠劑。
[0019]用于本發(fā)明的優(yōu)選的纖維素反應(yīng)性施膠劑包括烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基烯酮二聚體(AKD)和多聚體、具有約12至22個(gè)碳原子的有機(jī)環(huán)氧化物、具有約12至22個(gè)碳原子的酰鹵、具有約12至22個(gè)碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐和具有約12至22個(gè)碳原子的有機(jī)異氰酸酯。還可以使用反應(yīng)性施膠劑的混合物。最優(yōu)選為ASA和AKD。
[0020]烯基琥珀酸酐(ASA)由具有鏈上的琥珀酸酐基的不飽和烴鏈組成。其通常在由α-烯烴起始的兩步過(guò)程中制備。烯烴首先通過(guò)雙鍵由α位隨機(jī)移動(dòng)而異構(gòu)化。在第二步驟中，異構(gòu)化的烯烴與馬來(lái)酸酐反應(yīng)生成最終ASA。用于與馬來(lái)酸酐反應(yīng)的典型的烯烴包括具有約8至約22個(gè)碳原子的烯基化合物、環(huán)烯基化合物和芳烯基化合物。特別的例子是異十八烯基琥珀酰酐、正十八烯基琥珀酰酐、正十六烯基琥珀酰酐、正十二烷(烯)基琥珀酰酐、異十二烯基琥珀酰酐、正癸烯基琥珀酸酐和正辛烯基琥珀酰酐。
[0021]在第4，040，900號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了烯基琥珀酸酐(“ASA”)，在此將其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)部引入本申請(qǐng)作為參考，以及公開(kāi)于C.E.Farley和R.B.Wasser的The Sizing ofPaper,第二版，ff.F.Reynolds編輯，Tappi出版社，1989年,第51-62頁(yè)。各種不同的烯基琥珀酸酐是可商購(gòu)獲得的。
[0022]造紙者使用的烯基琥珀酸酐通常包含表面活性劑，以有利于其在水中乳化。用于ASA乳化的表面活性劑是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。合適的表面活性劑包括但不限于磷酸化乙氧基化物，其可以包含烷基、芳基、芳烷基或烯基等烴取代基；磺化產(chǎn)物，例如通過(guò)使脂肪醇或芳族脂肪醇磺化獲得的磺化產(chǎn)物；乙氧基化烷基酚，如壬基苯氧基聚乙氧基乙醇和辛基苯氧基聚乙氧基乙醇；聚乙二醇，如PEG400單油酸酯和PEG600 二月桂酸酯；乙氧基化磷酸酯；二烷基磺基琥珀酸鹽，如二辛基磺基琥珀酸鈉；聚氧化烯烷基醚或聚氧化烯烷基芳基醚或?qū)?yīng)的單酯或二酯；及三烷基胺及其酸和季銨鹽；以及胺水合物，如油基二甲基胺和硬脂基二甲基胺。表面活性劑可以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的量存在于在本發(fā)明中使用的疏水性紙張施膠化合物中。
[0023]優(yōu)選的烯酮二聚體和多聚體是式(I)的材料，其中η是O至約20的整數(shù)，R和R''可以相同或不同并且代表飽和或不飽和的、直鏈或分支的、具有6至24個(gè)碳原子的烷基或烯基是飽和或不飽和的、直鏈或分支的、具有約2至約40個(gè)碳原子的亞烷基。
[0024]
【權(quán)利要求】
1.含水的紙張施膠組合物，其包含疏水性紙張施膠劑和疏水改性的聚(氨基酰胺)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述疏水改性的聚(氨基酰胺)是水溶性烷基縮水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的組合物，其中所述疏水改性的聚(氨基酰胺)的pH被調(diào)節(jié)至低于PH4.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的組合物，其中通過(guò)粘度測(cè)量表明所述組合物是穩(wěn)定的；在32°C下經(jīng)歷4周儲(chǔ)存,該粘度不超過(guò)約400cps。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的組合物，其中所述疏水性紙張施膠劑選自以下組中:纖維素反應(yīng)性紙張施膠化合物、纖維素非反應(yīng)性紙張施膠化合物及其混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的組合物，其中基于活性疏水性施膠劑的干重，所述疏水改性的聚(氨基酰胺)的干重為0.5至50%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的組合物，其中基于疏水性施膠劑的干重，所述疏水改性的聚(氨基酰胺)的干重為I至20%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的組合物，其中所述疏水性紙張施膠劑選自以下組中:烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基烯酮二聚體(AKD)、烯酮二聚體、烯酮多聚體、具有約12至22個(gè)碳原子的有機(jī)環(huán)氧化物、具有約12至22個(gè)碳原子的酰鹵、具有約12至22個(gè)碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐、具有約12至22個(gè)碳原子的有機(jī)異氰酸酯或其混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的組合物，其中所述疏水性施膠劑選自以下組中:烯基琥珀酰酐、烷基烯酮二聚體或其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的組合物，其中所述纖維素非反應(yīng)性紙張施膠劑選自以下組中:未改性的松香、強(qiáng)化松香、松香酯、氫化松香、增量松香、蠟、烴類(lèi)樹(shù)脂及其混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的組合物，其中所述纖維素非反應(yīng)性紙張施膠劑包含強(qiáng)化松香。
12.制備施膠組合物的方法，其包括: a)制備包含疏水改性的聚(氨基酰胺)的稀溶液的水相， b)將至少一種疏水性施膠劑與疏水改性的聚(氨基酰胺)混合以形成混合物，及 c )將該混合物均化以形成穩(wěn)定的水包油乳液。
13.紙張施膠的方法，其包括: a)制備包含疏水改性的聚(氨基酰胺)的稀溶液的水相， b)將疏水性施膠劑與疏水改性的聚(氨基酰胺)溶液混合， c)將該混合物均化以形成穩(wěn)定的水包油乳液，及 d)將乳化的疏水性施膠劑施加至木制紙漿。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中所述疏水改性的聚(氨基酰胺)是水溶性烷基縮水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14之一的方法，其中所述疏水改性的聚(氨基酰胺)的pH被調(diào)節(jié)至低于4.0。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中通過(guò)粘度測(cè)量表明所述組合物是穩(wěn)定的；其中在32°C下經(jīng)歷4周儲(chǔ)存,該粘度不超過(guò)約400cps。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16之一的方法，其中所述疏水性紙張施膠劑選自以下組中:纖維素非反應(yīng)性紙張施膠化合物、纖維素反應(yīng)性紙張施膠化合物或其混合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17之一的方法，其中所述疏水性紙張施膠劑選自以下組中:烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基烯酮二聚體(AKD)、烯酮二聚體、烯酮多聚體、具有約12至22個(gè)碳原子的有機(jī)環(huán)氧化物、具有約12至22個(gè)碳原子的酰鹵、具有約12至22個(gè)碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐、具有約12至22個(gè)碳原子的有機(jī)異氰酸酯或其混合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18之一的方法，其中所述疏水性施膠劑選自以下組中:烯基琥珀酰酐、烷基烯酮二聚體或其組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求12至173的方法，其中所述纖維素非反應(yīng)性紙張施膠劑選自以下組中:未改性的松香、強(qiáng)化松香、松香酯、氫化松香、增量松香、蠟、烴類(lèi)樹(shù)脂及其混合物。
21.根據(jù)權(quán)利 要求20的方法，其中所述纖維素非反應(yīng)性紙張施膠劑包含強(qiáng)化松香。
【文檔編號(hào)】D21H21/16GK103459719SQ201280017050
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月31日
【發(fā)明者】S·M·埃爾哈特 申請(qǐng)人:赫爾克里士公司