专利名称：浓荧光增白剂溶液的制作方法
技术领域：
本发明涉及可在没有增溶剂如脲的存在下稳定贮存的六磺化茋荧光增白剂的浓水溶液。
现有技术六磺化茋荧光增白剂(OBA)是生产高白度涂料纸的一种成熟的手段。此种荧光增白剂以水溶液形式销售和使用最为方便。
日本Kokai62-106965公开了一种荧光增白剂或其盐， 其中R1和R2各自独立地代表选自下列的基团 -NHCH2CH2CO2H，和 并且A代表选自以下的基团氢原子；1～4个碳原子的烷基基团，其上可具有侧链；羟甲基基团、羟乙基基团、甲硫基乙基基团、苄基基团、羧甲基基团和羧乙基基团。
按照该Kokai，所述荧光增白剂具有非常高的水中溶解度并且可在通过适当方法除掉反应中生成的氯化钠并浓缩其水含量以后以稠溶液的形式销售。该荧光增白剂据称在表面处理中用于纸的增白非常有效。
该Kokai的每个实例都描述了荧光增白剂的制备，其都是通过超滤脱盐生产出稠溶液的。假定，在实例1中，起始化合物的反应给出100％所述荧光增白剂的收率，则所述稠溶液中的最大浓度将等于0.214mol/kg(30～32％)。则每种溶液便是通过加入10％脲而变得贮存稳定的。
因此，该文献公开的情况是，所述荧光增白剂的水溶液在等于0.214mol/kg(30～32％)的浓度下若不加脲便不稳定。
可是，目前需要一种更浓的荧光增白剂水溶液。水溶液的浓度在荧光增白剂随含颜料的涂料组合物施涂时特别重要；众所周知，造纸商的目标是尽可能减少涂料组合物中的水含量以便减少干燥能耗，和尽量减少水和胶粘剂向原纸中的迁移(例如参见，“The Essential Guide toAqueous Coating of Paper and Board(纸和纸板水性涂料指南)”，T.W.R.Dean编，PITA，1997。)发明内容令人惊奇并且与所述日本文献的公开内容形成对照的是，现已发现，这些六磺化茋OBA当中的某些可制成在最高0.350mol/kg(约54wt％)的浓度能稳定贮存的高度浓缩水溶液形式。当施涂到纸表面时，不论在含颜料涂料组合物中抑或在施胶压榨中，这些水溶液都提供卓越的荧光增白效果。
因此，本发明的目的是一种包含式(1)的荧光增白剂的贮存稳定的水溶液，
其中M是氢、碱金属阳离子、铵或被C2～C3-羟烷基基团单-、二-或三取代的铵，优选氢或钠阳离子，并且n是1～4，优选1或2，其特征在于，荧光增白剂的量高于0.214mol/kg，优选为0.215～0.350mol/kg，更具体地说0.250～0.340mol/kg，并且溶液中不含增溶剂。
荧光增白剂的水溶液可任选地包含一种或多种载体、防冻剂、防腐剂、络合剂等，以及荧光增白剂制备期间生成的有机副产物。
载体已知能改进增白特性并且可以是，例如，聚乙二醇、聚乙烯醇或羧甲基纤维素。
防冻剂可以是，例如，脲、二甘醇或三甘醇。
式(1)的化合物通过氰尿酰卤与下列物质的分步骤反应制备a)式(A)的二胺 b)式(B)的胺 以及c)式(C)的胺
作为氰尿酰卤可举出酰溴或者，优选地，酰氯。
每个反应可在水介质中实施，其中氰尿酰卤悬浮在水中，或者在水/有机介质中，其中氰尿酰卤溶解在溶剂如丙酮中。每种胺可不经稀释地，或者以水溶液或分散体的形式引入。这些胺可以任意顺序起反应，虽然优选让芳族胺首先反应。每种胺可按化学计量或者以过量参与反应。一般地，芳族胺可按化学计量或者以略微过量参与反应；脂族胺一般以超过化学计量5～30％的量使用。
为实施氰尿酰卤的第一卤素的取代反应，优选操作在0～20℃的温度和在酸性到中性pH条件下，优选在2～7的pH范围。为达到氰尿酰卤的第二卤素的取代，优选操作在20～60℃的温度和在弱酸性到弱碱性条件下，优选在4～8的pH范围。为达到氰尿酰卤的第三卤素的取代，优选操作在60～102℃的温度和在弱酸性到碱性条件下，优选在7～10的pH范围。pH值可通过根据需要加入适当酸或碱来控制，优选的酸是，例如，盐酸、硫酸、甲酸或乙酸，优选的碱是，例如，碱金属(例如，锂、钠或钾)氢氧化物、碳酸盐或碳酸氢盐，或者脂族叔胺，例如，三乙醇胺或三异丙醇胺。
本发明另一个目的是制备所述水溶液的方法，其中式(1)的化合物按上面所述制备，且其中作为胺与氰尿酰卤之间的每一个反应的副产物生成的碱金属或胺盐被从反应溶液中除去。
为了制备浓度高于0.214mol/kg(32～33wt％)，优选0.214～0.350mo/kg，更具体地说0.250～0.340mol/kg的式(1)化合物的稳定水溶液，同时又不加增溶助剂如乙二醇、脲或单-、二-或三-(2-羟乙基)-或(2-羟丙基)-胺，必须除去至少50％，优选至少80wt％作为胺与氰尿酰卤之间的每个反应的副产物生成的碱金属或胺盐。这优选地通过如上所述形成的溶液的超滤或膜过滤来完成。替代地，式(1)的化合物可通过沉淀(例如，通过加入酸)随后再溶解来离析。
本发明又一个目的是本发明贮存稳定的水溶液用于纸或其它纤维素基材的增白的应用。
式(1)化合物的浓溶液特别适合纸页成形以后纸的增白。这可通过将该荧光增白剂溶液加入到含颜料涂料组合物中或者加入到施胶溶液或悬浮体中来实施。
在本发明的一个优选方面，式(1)化合物的浓溶液加到含颜料涂料组合物中施涂到纸的表面。
该涂料组合物基本上是水性组合物，包含至少一种胶粘剂和一种白颜料，特别是不透明的白颜料，并且可另外含有进一步的添加剂如分散剂和消泡剂。
虽然，有可能生产不含白颜料的涂料组合物，但是印刷用的最佳白基材是采用含有10～70wt％白颜料的不透明涂料组合物制造的。此类白颜料一般是无机颜料，例如，硅酸铝(高岭土或称作瓷土)、碳酸钙(白垩)、二氧化钛、氢氧化铝、碳酸钡、硫酸钡或硫酸钙(石膏)。
胶粘剂可以是造纸工业中生产涂料组合物中普遍采用的那些当中的任何一种并且可由单一胶粘剂或者由主和助胶粘剂的混合物组成。单独的或者主胶粘剂优选是合成胶乳，一般是苯乙烯-丁二烯、醋酸乙烯酯、苯乙烯-丙烯酸、vinyl acrylic或乙烯-醋酸乙烯酯聚合物。助胶粘剂可以是，例如，淀粉、羧甲基纤维素、酪蛋白、大豆聚合物，或聚乙烯醇。
单独的或主胶粘剂的用量一般为白颜料的5～25wt％的范围。助胶粘剂的用量一般为白颜料的0.1～2wt％的范围；而淀粉一般以白颜料的5～10wt％的数量使用。
式(1)的荧光增白剂的用量一般为白颜料的0.01～1wt％，优选在白颜料的0.05～0.5wt％的范围。
下面的实例将更详细地解释本发明。“份数”是指，如未另行定义，“重量份”。
制备实例1将21.3份苯胺-2，5-二磺酸和6.7份氢氧化钠在30份水中的溶液加入到15.5份氰尿酰氯在50份冰水中的搅拌下的悬浮体中。pH值通过滴加30％氢氧化钠维持在6。混合物在10℃以下搅拌至用重氮化反应不再能检测出伯芳族氨基团。随后，加入14.8份4，4′-二氨基茋-2，2′-二磺酸和3.2份氢氧化钠在20份水中的溶液，通过加入30％氢氧化钠将pH值调节到6.5～7.5之间，然后混合物在30℃下搅拌至得到重氮化反应呈阴性。加入12.2份L-天冬氨酸在22.9份16％氢氧化钠中的溶液，将混合物在回流下加热6h，其间通过加入30％氢氧化钠将pH值维持在7.5～8.5。如此制成的钠盐形式(2)的水溶液，浓度为约0.167mol/kg，经膜过滤脱盐并浓缩至0.330mol/kg(50wt％)。所获得的溶液，含2.0％氯化钠，具有0.23～0.25Pa.s的20℃粘度，并且在5℃下经2周后仍看不出沉淀迹象。
制备实例2钠盐形式(3)的水溶液，浓度0.330mol/kg(51wt％)按照实例1所述制备，但采用13.5份L-谷氨酸替代12.2份L-天冬氨酸。获得的溶液，含2.0％氯化钠，具有0.23～0.25Pa.s的20℃粘度，并且在5℃下经2周后仍看不出沉淀迹象。
应用实例1制备一种涂料组合物，包含500份白垩(以商品名Hydrocarb 90从OMYA购得)、500份粘土(以商品名Kaolin SPS从IMERYS购得)、470份水、6份分散剂(聚丙烯酸的钠盐，以商品名Polysalz S从BASF购得)、200份胶乳(丙烯酸酯共聚物，以商品名Acronal S320D从BASF购得)和30份10％羧甲基纤维素(以商品名Finnfix 5.0从Noviant购得)在水中的溶液。通过加入水将固体含量调节到65％，并用氢氧化钠将pH值调节到8～9。
按照制备实例1所述制备的钠盐形式(2)的荧光增白剂溶液按0.1～0.6％的浓度范围被加入到搅拌的涂料组合物中。随后，该增白的涂料组合物利用自动绕线棒刮涂器按标准速度设定值和标准棒上加载量施涂到市售75gsm中性-施胶的白色基础纸页上。涂布的纸随后在热空气流中干燥5min。让干燥的纸平衡，然后在标定的Elrepho分光光度计上测定CIE白度。
表1
该结果也以图形的形式表示在
图1中。
权利要求
1.包含式(1)的荧光增白剂的贮存稳定的水溶液， 其中M是氢、碱金属阳离子、铵或被C2～C3-羟烷基基团单-、二-或三取代的铵，并且n是1～4，其特征在于，荧光增白剂的量高于0.214mol/kg，并且溶液中不合增溶剂。
2.权利要求1的贮存稳定的水溶液，其中M是氢或钠阳离子，并且n是1或2。
3.权利要求1或2的贮存稳定的水溶液，其中荧光增白剂的浓度为0.215mol/kg～0.350mol/kg。
4.权利要求3的贮存稳定的水溶液，其中荧光增白剂的浓度为0.250mol/kg～0.340mol/kg。
5.权利要求1～4中任何一项的贮存稳定的水溶液，其中另外含有无机盐、载体、防冻剂、防腐剂或络合剂。
6.制备权利要求1～5中任何一项的贮存稳定的水溶液的方法，其中式(1)的化合物是通过氰尿酰卤与下列物质的分步骤反应制备的a)式(A)的二胺 b)式(B)的胺 以及c)式(C)的胺 且其中作为胺与氰尿酰卤之间的每一个反应的副产物生成的碱金属或胺盐的至少50wt％，优选至少80wt％被从反应溶液中除去。
7.权利要求6的方法，其中碱金属或胺盐的除去通过反应溶液的超滤或膜过滤或者通过离析该荧光增白剂，随后将它再次溶解来完成。
8.权利要求7的方法，其中除去是由膜过滤完成的。
9.权利要求1～5中任何一项的贮存稳定的水溶液用于增白纸或其它纤维素基材的应用，其中荧光增白剂以基于白颜料计0.05～0.5wt％的浓度使用。
10.权利要求9的应用，用于在含颜料涂料组合物中增白纸。
全文摘要
本发明涉及可在没有增溶剂如脲的存在下稳定贮存的六磺化茋荧光增白剂的浓水溶液。通过除去荧光增白剂制备期间产生的盐可达到最高0.350mol/kg的浓度而不丧失贮存稳定性。水含量的减少能使涂料组合物要求减少的干燥能量和表现出水和胶粘剂向纸中迁移的减少。
文档编号D21H21/30GK1926120SQ200580006630
公开日2007年3月7日 申请日期2005年2月17日 优先权日2004年3月5日
发明者A·C·杰克森 申请人:克莱里安特财务(Bvi)有限公司