专利名称：纸张施胶用组合物的制作方法
纸张施胶用组合物本发明涉及纸张施胶用组合物，它包括链烯基琥珀酸酐(ASA)作为施胶剂，以及阴离子乳化剂和非离子组分的乳化剂体系，和涉及其制备方法。在纸张的生产中，过去发生了纸张施胶剂从常规的松香施胶剂变化为合成施胶剂，例如烷基酮烯二聚体(以下称为AKD)和链烯基琥珀酸酐(以下也称为ASA)。通过使用这些新型的纤维素反应性施胶剂，可尤其显著降低施胶剂的消耗，例如10-20倍。相关的商业优点导致快速地达到这些施胶剂的变化，和AKD与ASA是目前宽泛使用的纤维素反应性施胶剂。与AKD相反，ASA不是以含水乳液而是以纯物质形式从生产者输送给消费者。对于施胶来说，必须使用含水乳液形式的ASA。然而，由于ASA对水解敏感，因此必须在造纸机所在的场所直接形成乳液，这要求安装乳化单元和与额外的成本有关。因此需要在乳化单元最小成本的情况下，确保在粒度和施胶效率方面，具有施胶剂满意性能的体系。这种乳化单元是采用降低的剪切力操作的单元。尽管如此，为了实现具有高施胶效率和乳液稳定性的ASA乳液的目的，施胶剂ASA必须化学改性，或者必须向其中添加乳化剂。基于添加乳化剂的ASA的施胶剂根据现有技术是已知的。因此，W02006/096216公开了纸产品施胶的方法，该方法包括在不存在高剪切力的情况下，形成含有链烯基琥珀酸酐组分的含水施胶乳液作为第二步，其中在阳离子组分存在下获得该乳液。链烯基琥珀酸酐组分含有在聚合物水溶液内悬浮的链烯基琥珀酸酐，其中该聚合物尤其可选自阴离子和非离子聚合物。尽管可使用降低的剪切力乳化含有ASA的这一施胶剂，但它的缺点是，施胶效率低，和不可能在高剪切力下，生产稳定乳液。在W02007/073321中公开了这类进一步的施胶剂。它是纤维素反应性施胶剂，例如ASA，和阴离子聚电解质以及含氮有机化合物的含水分散体，所述含氮有机化合物是分子量低于180和/或具有一个或更多个羟基的胺或季铵。然而，这种施胶剂的缺点是，它们不可能用热淀粉，例如在任何造纸机上提供的热淀粉乳化。然而，要求连续冷却淀粉与生产工序和安装设计中的额外难度有关，并尤其导致安装成本增加。在WO 02/33172中公开了与纤维素反应性施胶剂一起使用的进一步的乳化剂体系。它公开了一种含水组合物，所述含水组合物包括反应性施胶剂(所述反应性施胶剂可以是链烯基琥珀酸酐)以及第一阴离子分散剂和第二分散剂的分散剂体系，所述第二分散剂选自阳离子或非离子分散剂，和至少一种无机金属盐。通过使用这一分散剂体系，据说使得可能同时使用ASA和明矾，其中明矾用于纸纤维网脱水。聚氧化乙烯被提及作为非离子分散剂的实例。实施例示出了仅仅包括无机酮烯二聚体(AKD)与阴离子和阳离子分散剂的纸张施胶乳液，尽管据说也可使用在含水组合物内的链烯基琥珀酸酐。在工地上，在乳化过程中使用低剪切力/高剪切力的问题在这一专利申请中是不重要的，且本身没有列出基于 AKD的纸张施胶剂，它们仅仅以实例形式列出AKD是一种蜡，它在室温下为固体且已经以乳液形式输送给消费者。最后，美国申请No. 2008/0277084尤其要求保护包括ASA和至少一种阴离子表面活性剂和至少一种非离子表面活性剂的ASA共混物。作为这种共混物，公开了含磺基琥珀酸酯作为阴离子表面活性剂和聚氧亚烷基化合物，例如聚氧亚烷基烷基醚作为非离子表面活性剂的ASA共混物。据说这一结合物对乳液内的平均粒度具有影响，从而导致比单一表面活性剂小的粒度，于是可使用低剪切的设备。通过以上提及类型的组合物，实现ASA乳液的以上提及的目的，所述ASA乳液可在高的施胶效率和乳液稳定性下用作纸张施胶剂，所述组合物含有乳化剂体系，其中阴离子乳化剂选自脂族羧酸或脂族二羧酸的碱金属盐，和非离子组分选自聚乙二醇(下文也称为 PEG)。链烯基长度为12-24C原子，优选16-18C原子的链烯基琥珀酸酐尤其合适作为施胶剂。 阴离子乳化剂优选是链烯基长度为12-24C原子，优选16-18C原子的链烯基琥珀酸的钠或钾盐。也可注意到本发明组合物进一步的优点，即可通过添加碱金属氢氧化物到纤维素反应性施胶剂中，就地形成阴离子乳化剂。因此，阴离子乳化剂的化学结构非常类似于施胶剂。非离子组分优选平均分子量为200-8000，优选2000的聚乙二醇。为了实现本发明的优点，本发明的组合物包括用量最多5wt %的乳化剂体系，基于烷基琥珀酸酐(ASA)，优选OJwt^-l.Swt^。在本发明的上下文中，阴离子乳化剂与非离子组分之比以重量为基础优选为1 10-10 1。此处和在说明书的其余部分中，措辞“阴离子乳化剂”和“阴离子组分”包括单一的乳化剂/单一组分和数种阴离子乳化剂或非离子组分的混合物。可通过以任何所需的顺序混合相应组分，制备本发明用于纸张施胶的组合物。有利地通过添加碱金属氢氧化物到链烯基琥珀酸酐(ASA)中，其结果是就地形成阴离子乳化剂，和随后优选在约100-140°C的升高的温度下，在其内溶解非离子组分聚乙二醇，从而制备组合物。或者也可在通过皂化，就地形成阴离子乳化剂之前，添加非离子组分。因此也可提供母料(concentrate)形式的纸张施胶用组合物，所述母料含有例如链烯基琥珀酸酐和 14-18wt %，更实际地约16wt %的乳化剂体系。视需要，可在没有使用升高的温度的情况下， 通过在不含乳化剂的ASA内搅拌，稀释这一母料到本发明组合物的常规浓度。对于在纸张施胶中使用来说，使用低剪切力，用任选地含有淀粉的水相乳化按照这一方式获得的混合物，以便得到施胶乳液。可通过静态混合、孔隙、喷嘴、蠕动或离心泵或转子-定子体系，在低到中等旋转速度下，生成在本发明上下文中的低剪切力。此处通过乳化剂体系引入的能量低。采用特殊的剪切工具，例如具有高速或高压乳化剂体系(> IOObar)的转子-定子体系，实现高剪切力。在本发明上下文中，引入到乳液内的能量高。以下在实施例辅助下，更加详细地说明本发明组合物的优点。实施例1这一实施例说明了作为所使用的乳化剂或乳化剂体系的函数的施胶效率。由于在纸张施胶中的相关参数是施胶效率或者疏水作用，因此，在每一情况下，在实验室片材辅助下，在乳化剂/乳化剂体系变化之后，检验施胶。为此，使用CcAb 60值(下文称为CcAb 60)，它描述了在60秒内水的吸收(g/m2)。
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为了测试ASA乳化剂混合物，使用实验室片材形成单元，Rapid lUithen。所使用的纸浆是粉碎到khopper-Riegler打浆度为30°的具有70%长纤维和30%短纤维含量的漂白的硫酸纸浆。采用高剪切力的乳化方法为了能评价乳化剂体系的效率，按照常规方式，即使用非常高的剪切力，乳化作为标准物的不含乳化剂的ASA (AS 1000)作为施胶剂。添加1份液体施胶剂到99份4%浓度的阳离子淀粉溶液(Hicat 5103A)中，然后，采用剪切装置(Ultraturrax)，在10，000转/ 分钟下乳化该混合物1分钟。用水1 10稀释这一乳液，并将等分的这一稀释液用于施胶实验室片材。若使用不含乳化剂的施胶剂，则不可能制备实现满意的施胶效率的乳液，所述改性乳化方法与本发明的这一乳化方法相反。采用低剪切力的乳化方法这一乳化方法包括采用剪切装置(Ultraturrax)，在仅仅4，000转/分钟下用95 份水乳化5份施胶剂1分钟。在80g 5%浓度的阳离子淀粉溶液中搅拌20g按照这一方式获得的预乳液。用水1 10稀释这一乳液，并将等分的这一稀释液用于施胶实验室片材。将各种阴离子或非离子乳化剂/组分及其混合物加入到ASA中，形成实验室片材， 并进行施胶试验。根据下表可看出结果。表 Ia在添加阴离子乳化剂之后的施胶值以CcAb 60描述施胶值[g吸收的水/m2]。
权利要求
1.用于纸张施胶的组合物，它包括链烯基琥珀酸酐(ASA)作为施胶剂，以及阴离子乳化剂和非离子组分的乳化剂体系，其特征在于阴离子乳化剂选自脂族羧酸或脂族二羧酸的碱金属盐，且阴离子组分选自聚乙二醇。
2.权利要求1的组合物，其特征在于阴离子乳化剂是链烯基的链长为12-24C原子，优选16-18C原子的链烯基琥珀酸的钠或钾盐。
3.权利要求1或2的组合物，其特征在于非离子组分是平均分子量为200-8000，优选 2000的聚乙二醇。
4.权利要求1-3任何一项的组合物，其特征在于乳化剂体系的存在量为最多5wt%，基于烷基琥珀酸酐，优选0. 3wt% -1.5wt%。
5.权利要求1-4任何一项的组合物，其特征在于阴离子乳化剂与非离子组分的重量比为 1 10-10 1。
6.权利要求1-5任何一项的组合物的制备方法，其特征在于通过视需要在100-140°C 的升高的温度下，添加碱金属氢氧化物到作为施胶剂使用的链烯基琥珀酸酐(ASA)中，就地获得阴离子乳化剂。
7.制备包括权利要求1-5任何一项组合物的施胶乳液的方法，其特征在于在低的剪切力下，采用任选含有淀粉的水相来乳化组合物。
全文摘要
本发明涉及用于纸张施胶的组合物，它包括链烯基琥珀酸酐(ASA)作为施胶剂，以及阴离子乳化剂和非离子组分的乳化剂体系，其特征在于阴离子乳化剂选自脂族羧酸或脂族二羧酸的碱金属盐，和阴离子组分选自聚乙二醇。
文档编号D21H21/24GK102245834SQ200980149996
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月13日 优先权日2008年11月14日
发明者J·萨托利, L·施密德 申请人:凯米拉化学有限公司