专利名称：纸张不透明剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于造纸过程中的组合物，使用该组合物以增加纸张的不透明度的造纸方法，以及使用该组合物制备的纸张。
背景技术：
由纤维素纤维(即木浆或由某种纸张回用再生产的浆料)生产的纸张的质量经常由其不透明度来判断。长期以来，纸张生产者一直想改善不透明度，从而得到性能改进的纸张。
过去，在纤维素纤维的浆料进入造纸机之前加入各种助剂已获得了这种和其它希望的特性。在本领域中，已知有各种助剂。例如，二氧化钛粉末为已知的优秀的增白剂。然而，二氧化钛是添加至浆料中的最昂贵的材料之一。因此，尽管这种材料可用作增白剂，但是，它的使用仍受到限制，所以，需要一种令人满意的替代物。
高岭土也在纸张中用作填料，以改善最终产品的亮度。在添加至浆料之前，通常要对高岭土进行锻烧，然后悬浮于水溶液中。在加至浆料或在高岭土储罐的底部固体颗粒开始形成沉淀物之前，必须对高岭土进行连续搅拌。尽管高岭土给纸成品提供了亮度以及不透明度，但是将它添加至浆料中相当困难这是它的一个缺点。
当高岭土添加至浆料时，还需要加另外的化学剂。加入助留剂使高岭土留着于纸页中，这将使纸张增加额外的成本。此外，将高岭土添加至浆料中还将对纸页的干燥产生副作用。抄纸工人将减慢纸机抄速以进行最大程度的干燥，从而保证纸页被干燥，这将增加纸页的成本。高岭土还将增加对纸机的磨损。这种磨损将缩短纸机某些部件的寿命。当使用高岭土时，尤其是成形网，毛毯，刮刀和精磨机将出现磨损。随着高岭土磨损性增加，停机时间变长且更加频繁。这类含高岭土的产品描述于US3014836(Proctor，Jr.)和US4826536(Raythatha等人)。
在造纸方法中，水合硅酸铝也用作高岭土的替代物。它具有类似于高岭土的性质，因此，当用于造纸时，出现同样的缺点。
已对纸浆添加了多种组合物，以便对纸张进行施胶，即将助剂添加至纸页中，使纸张具有排水或防水性能。大多数施胶剂，如在US2142986(Arnold，Jr.)和US3096232(Chapman)所公开的那些都使用蜡类。例如，Arnold，Jr.公开了在脱乙酰化壳多糖的溶液中的蜡乳液、石蜡、野漆树蜡、巴西棕榈蜡、高级脂肪醇、或合成蜡可以在施胶组合物中用作防水剂。如含12-20碳原子的脂肪醇这样的柔软剂还可存在于Arnold，Jr.的组合物中。Chapman公开了与阳离子改性淀粉一起使用石蜡或树脂的水不溶性衍生物来生产含水的蜡乳液。
已知有许多施胶剂。这些已知的施胶剂通常是阳离子材料，特别是对纺织工业中的织物进行施胶用的那些施胶剂。尽管施胶剂的阳离子性质增加了它们被所施加的纤维的吸收性，但是它们的阳离子性质通常将阻止增亮剂和不透明剂的充分使用。在本领域中熟知的是，阳离子材料经常提高施胶作用，但降低它们所施加的材料的亮度。因为将阳离子施胶剂添加至纸张中通常将导致其亮度的降低，所以，阳离子施胶剂迄今为止一直没被优选作为纸张的施胶剂，特别是用作由回用纸浆制备的纸张的施胶剂，该种纸张通常缺少由原浆制备的纸张的固有亮度。
发明概要本发明的目的是提供一种在造纸过程中添加至纸张中的组合物，从而使得到的纸张具有改良的特性。
本发明的另一个目的是提供一种使被添加的纸张的不透明度提高的组合物。
本发明的再一个目的是提供一种在没有明显降低所生产纸张的磨擦系数或亮度下提高纸张不透明度的组合物。
本发明的又一个目的是提供一种在造纸过程中将组合物添加至纤维素纤维浆料中的方法，该方法将使纸张具有增加的不透明度。
本发明的另一个目的是提供一种具有增加不透明度的希望特性的纸张。
总的来说，本发明涉及一种用作纤维素浆料的助剂的组合物，纸张由所述浆料形成；由该含助剂的浆料的造纸方法；以及根据该方法制得的纸张。该组合物含有烷基二(烷基酰氨基烷基)-2-羟基烷基铵烷基盐。此外，还可将下述物质添加至组合物中调节pH的酸，调节粘度的有机或无机盐，和控制发泡的消泡剂。
发明的详细说明在木浆已进行漂白除去木素和其它杂质后，如果使用回用纸浆的话，则在脱墨后，在浆料进入纸机网前箱之前，将本发明的组合物添加至浆料中。该组合物可以单独添加，或与其它增亮剂、不透明剂和施胶剂一起使用。例如，在本发明的一个优选实施方案中，组合物可以与造纸粘土如高岭土或与基于氨基乙基乙醇胺的硬脂酸二酰胺的增亮剂和不透明剂一起使用。
本发明的组合物可添加至任何纤维素纤维的浆料中以获得所希望的物理特性，特别是可用来增强由回用的纤维素纤维浆制备的纸张的特性。组合物的用量以及组合物中每种成分的用量将根据添加组合物的纸浆的特性和种类而变化。正如众所周知的那样，不同来源的木浆具有使它们能增白，变得更为不透明和更加耐水并且容易处理的不同特性。例如，对于生产具有相同特性的最终产品来说，有些木浆需要比其它木浆更高的增白剂和不透明剂的浓度。
本发明中使用的组合物包括烷基二(烷基酰氨基烷基)-2-羟基烷基铵烷基盐。更具体地说，该组合物含有具有下面通式的二酰氨基胺的盐 式中每个R1表示相同或不同的C4-C22烷基、链烯基或羟烷基基团，其中每个R4表示相同或不同的C2-C6亚烷基，其中R2表示C1-C4烷基或苄基，其中R3表示C2-C4亚烷基，其中n为0-20的数。在优选的实施方案中，每个R1表示相同或不同的C11-C19烷基，其中每个R4表示相同或不同的C2-C3亚烷基，其中R2表示C1-C2烷基，其中R3表示C2-C3亚烷基，其中n为0-4的数。
用于二酰氨基胺的盐所选择的阴离子可以是基于季铵化技术的任何合适的阴离子，包括硫酸盐、氯化物或其它卤化物。优选的盐是硫酸盐，因为它们对金属设备的腐蚀性较小，优选的盐是C1-C4烷基硫酸盐，由于工业效果，更优选的是甲基或乙基硫酸盐。
优选的组合物含有甲基二(牛脂酰氨基乙基)-2-羟基乙基铵甲基硫酸盐。业已发现，该组合物能在不明显降低所生产纸的磨擦系数或亮度下赋予最终的纸以增加的不透明度。该组合物通常以纤维素纤维重量的0.2-5％(重量)d/d(绝干对绝干)，优选以0.5-2％(重量)d/d的用量添加至纤维素纤维的纸浆中。
组合物的组成可根据由制备纸浆的纤维素纤维的种类而变化。此外，当使用由纸张回用所得到的纸浆时，特别是当回用纸浆色泽较深或褪色时，可能要对组合物进行另外的调节。根据本发明在此所公开的内容，本领域普通技术人员将很容易作出对组合物的所有这些调节。
利用常规技术将添加组合物的纸浆制成浆料。对纸浆进行漂白以除去不想要的杂质，比如如果使用由回用纸张制得的纸浆时要进行脱墨。用常规的方式将浆料储存于储罐中或送至造纸机，例如长网纸机。在此所公开的造纸组合物可添加至存放于储罐中的浆料中，或者当浆料沿着纸机网前箱移动时，添加至浆料中。优选将组合物添加至沿网前箱移动的流动纸浆中。
当含组合物的浆料到达纸机网前箱时，利用常规的造纸技术和材料由此形成纸张。根据本发明生产的纸张显示出优异的不透明性，而亮度或磨擦系数没有明显的降低。
此外，将组合物添加至浆料中对整个造纸过程浆料的移动不会产生明显的副作用。不降低磨擦系数是很重要的，因为低磨擦系数会产生折皱和卷缠问题。低磨擦系数在印刷机上还会引起重影问题。
在本发明的另一个实施方案中，可与组合物一起添加其它材料。例如，本发明组合物中还可加入高岭土，由此制得的纸张显示出增加的不透明度以及改善的润滑性能。本领域熟知的其它的添加剂也可以与在此公开的组合物一起添加。
该组合物优选含有调节pH的弱酸。该酸能将酸性pH优选调节在约3-约6的范围内。该酸用作分散组合物助剂。在该组合物中，弱有机酸如乙酸或甲酸是特别优选的。当然，强酸也可用来控制pH，但成本和安全性问题将限制它们的使用。
在造纸组合物生产期间，优选加入粘度控制剂如一种盐。通常，已知的粘度控制剂有钠盐和氯化物。优选的盐包括乙酸钠和氯化钠。该成分的作用是降低粘度。组合物还可含有控制发泡的消泡剂，以及控制细菌生长的生物杀伤剂。
参考下面实施例本发明将变得更加清楚。
实施例将99g甲基二(牛脂酰氨基)-2-羟基乙基铵甲基硫酸盐分散于含2.2g乙酸(84％)和0.5g苛性钠(25％)的200g 80℃的水中而制备试样。用99g水稀释1g试样形成0.3％的固体分散体。将8ml分散体与含60g固体纸浆的回用新闻纸浆混合。制备手抄纸并对没有添加剂制得的纸页和用等量基于氨基乙基乙醇胺的硬脂酸二酰胺的对比不透明剂制得的纸页进行试验。
通过在40psig压榨脱水并调理(TAPPI标准T402 OM-88)，然后在150F和600psig进行压光而制备手抄纸。然后，在Technobrite仪器上对手抄纸进行亮度和不透明度测试，取五个读数的平均值。通过ModelTMI3225滑动角测试仪测量磨擦系数(C.O.F.)。
没有添加剂实施例 对比例亮度 57.09 56.77 58.86不透明度(ISO)92.79 95.20 93.55不透明度(TAPPI) 87.50 91.25 88.92C.O.F. 0.435 0.473 0.379与没有添加剂相比，实施例的产品显示出了不透明度的明显提高，而亮度和磨擦系数没有明显降低。实际上，还观察到了c.o.f.的增加。对比例则显示出磨擦系数的明显降低。
权利要求
1.一种在造纸过程中添加到纤维素纤维浆料中以提高由此浆料生产的纸张的不透明度的组合物，所述的组合物含有具有下面通式的二酰氨基胺的盐 式中每个R1表示相同或不同的C4-C22烷基、链烯基或羟烷基基团，其中每个R4表示相同或不同的C2-C6亚烷基，其中R2表示C1-C4烷基或苄基，其中R3表示C2-C4亚烷基，其中n为0-20的数。
2.权利要求1的组合物，其中所述的盐选自硫酸盐，氯化物和其它的卤化物。
3.权利要求1的组合物，其中所述的盐是硫酸盐。
4.权利要求3的组合物，其中所述的盐是C1-C4烷基硫酸盐。
5.权利要求4的组合物，其中所述的盐是甲基硫酸盐。
6.权利要求4的组合物，其中所述的盐是乙基硫酸盐。
7.权利要求1的组合物，其中每个R1表示相同或不同的C11-C19烷基，其中每个R4表示相同或不同的C2-C3亚烷基，其中R2表示C1-C2烷基，其中R3表示C2-C3亚烷基，其中n为0-4的数。
8.权利要求1的组合物，其中组合物为甲基二(牛脂酰氨基乙基)-2-羟基乙基铵甲基硫酸盐。
9.权利要求1的组合物，其还含有酸。
10.权利要求9的组合物，其还含有消泡剂、生物杀伤剂以及有机或无机盐。
11.一种生产具有增强不透明度的纸张的方法，其包括如下步骤提供纤维素纤维的浆料；将含有具有下面通式的羟基化二酰氨基胺的盐的组合物添加至所述的浆料中 式中每个R1表示相同或不同的C4-C22烷基，链烯基或羟烷基基团，其中每个R4表示相同或不同的C2-C6亚烷基，其中R2表示C1-C4烷基或苄基，其中R3表示C2-C4亚烷基，其中n为0-20的数；将所述的浆料形成所述的纸张。
12.权利要求11的方法，其中所述的盐选自硫酸盐，氯化物和其它的卤化物。
13.权利要求11的方法，其中所述的盐是硫酸盐。
14.权利要求13的方法，其中所述的盐是C1-C4烷基硫酸盐。
15.权利要求14的方法，其中所述的盐是甲基硫酸盐。
16.权利要求14的方法，其中所述的盐是乙基硫酸盐。
17.权利要求11的方法，其中每个R1表示相同或不同的C11-C19烷基，其中每个R4表示相同或不同的C2-C3亚烷基，其中R2表示C1-C2烷基，其中R3表示C2-C3亚烷基，其中n为0-4的数。
18.权利要求11的方法，其中组合物为甲基二(牛脂酰氨基乙基)-2-羟基乙基铵甲基硫酸盐。
19.权利要求18的方法，其中组合物还含有酸。
20.权利要求19的方法，其中组合物还含有消泡剂、生物杀伤剂以及有机或无机盐。
21.权利要求11的方法，其中将所述的组合物添加至浆料中，其用量为纤维素纤维重量的0.2-5.0％d/d。
22.权利要求11的方法，其中将所述的组合物添加至浆料中，其用量为纤维素纤维重量的0.5-2.0％d/d。
23.一种具有增加不透明度的由纤维素纤维制得的纸成品，所述成品中含有一种组合物，该组合物含有具有下面通式的羟基化二酰氨基胺的盐 式中每个R1表示相同或不同的C4-C22烷基、链烯基或羟烷基基团，其中每个R4表示相同或不同的C2-C6亚烷基，其中R2表示C1-C4烷基或苄基，其中R3表示C2-C4亚烷基，其中n为0-20的数；
24.权利要求23的纸成品，其中每个R1表示相同或不同的C11-C19烷基，其中每个R4表示相同或不同的C2-C3亚烷基，其中R2表示C1-C2烷基，其中R3表示C2-C3亚烷基，其中n为0-4的数。
25.权利要求23的纸成品，其中组合物为甲基二(牛脂酰氨基乙基)-2-羟基乙基铵甲基硫酸盐。
26.权利要求23的纸成品，其中组合物的用量为纤维重量的0.2-5.0％d/d。
27.权利要求23的纸成品，其中组合物的用量为纤维重量的0.5-2.0％d/d。
全文摘要
本发明提供了一种在造纸过程中使用的化学组合物，以便能生产出具有增强不透明度的纸张。本发明还提供了使用该组合物制备纸张的方法以及由此制得的纸张。该组合物含有烷基二(烷基酰氨基烷基)-2-羟基烷基铵烷基盐。
文档编号D21H17/07GK1146787SQ95192762
公开日1997年4月2日 申请日期1995年2月9日 优先权日1994年3月15日
发明者L·R·德拉纳, B·诺思 申请人:西卡化学品公司