施胶组合物的制作方法
【专利摘要】本申请公开了包含疏水性纸张施胶剂和疏水改性的聚(氨基酰胺)的施胶组合物。还公开了制备施胶组合物的方法以及使用施胶组合物的方法。
【专利说明】施胶组合物
【技术领域】
[0001]本发明涉及在造纸业中用作施胶剂的疏水性材料例如松香、ASA、AKD等的新型含水分散体。具体而言，本发明涉及包含施胶剂的细碎颗粒和疏水改性的聚(氨基酰胺)的含水分散体，特别优选为水溶性烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)，其用作细碎颗粒在水中的分散剂。本发明的新型含水分散体在用于纸张施胶时显示出提高的功效。
【背景技术】
[0002]施胶剂用于造纸业以阻止水分渗透至纸张和纸板。用于提供施胶特性的主要产品是松香、烯基琥珀酸酐(ASA)和烷基烯酮二聚体(AKD)。因为这些疏水性材料在水中不可溶，它们通常作为含水分散体供应至造纸机。这有利于在它们在形成薄片之前添加(称作内部施胶)的情况下与含水纸浆浆体充分混合；或者在它们在施胶压机上添加至薄片表面(称作表面施胶)的情况下与淀粉溶液充分混合。
[0003]这些疏水性材料的含水分散体必须具有特定的可用于施胶的特性。乳液必须在不损害物理或化学特性的情况下在足以由造纸机的制造位置获取的时间内是稳定的。额外地，乳液必须包括将疏水性颗粒保持在纤维表面上的成分。
[0004]若疏水性材料是水解不稳定的(例如ASA)，则可以在造纸厂制造(现场乳化)，或者在远离造纸厂的位置制造。在远处位置制备分散体的情况下，产品必须包含足够高含量的固体以使运输成本最小化，并且必须在足以运输和在造纸厂位置储存的时间内足够稳定的。
[0005]由于这些要求，疏水性纸张施胶剂的乳液的制备是许多目的在于提高产品的稳定性和/或施胶功效的专利的基础。例如，Edwards等人教导了通过在标准的淀粉基稳定化系统中包含水溶性羧酸获得的烯酮二聚体的稳定的固体含量高的分散体(第4，861，376号美国专利)，Blixt等人公开了通过使用更高度取代的阳离子淀粉具有改善的施胶功效的烯酮二聚体的分散体(第4，964，915号美国专利).Aldrich公开了使用阳离子氨基聚酰胺-环氧氯丙烷树脂以稳定化的强化松香的稳定的分散体(第3，966，654号美国专利)，Lauzon教导了利用包含阴离子组分和阳离子组分以改善施胶特性的团聚体分散剂使强化松香的分散体(第5，846，308号美国专利)和纤维素反应性施胶剂(第6，315，824B1号美国专利)稳定化。Dumas教导了后期添加阳离子聚合物至疏水性纤维素反应性施胶剂的分散体以改善施胶功效(第4，317，756号美国专利)，及Varnell (第6，123，760号美国专利)公开了后期添加疏水改性的水溶性聚合物至疏水性纸张施胶剂的含水分散体以改善稳定性。
[0006]Frolich等人(第6，093, 217号美国专利)公开了纤维素反应性施胶剂的含水分散体，其利用疏水改性的阴离子纤维素衍生物稳定化，以在具有高的阳离子需求和/或高的亲脂性提取物含量的造纸设备和/或具有高度封闭性的造纸机中提供改善的施胶。在说明书中，疏水改性的纤维素衍生物最初称作“疏水改性的分散剂”，提供了一长串可能的选择。然后指出，该发明的优选的实施方案还包括表面活性剂,这意味着疏水改性的纤维素衍生物并非发挥分散剂的作用，而是用作稳定剂。额外地，没有提供使用除疏水改性的阴离子纤维素衍生物以外的任何“疏水改性的分散剂”的实施例。
[0007]Conner等人(第6，183，550B1号美国专利)公开了纸张施胶化合物的含水分散体，其利用具有“至少两个亲水性基团和至少一个疏水性基团”的水溶性分散剂稳定化，涉及一类称作“双子表面活性剂”的化合物。这些表面活性剂可以按原接收状态使用，或者连同淀粉或其他分散剂一起使用，以制备含水分散体。
[0008]Q-M Gu等人(US2010/014746A1)公开了疏水改性的聚(氨基酰胺)，其可用作在造纸系统中用于粘性和树脂控制的固定的防粘剂。
【发明内容】
[0009]本发明的发明人发现，疏水改性的聚(氨基酰胺)，特别是烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)，可用于制备疏水性纸张施胶剂的分散体，其提供改善的施胶功效。
[0010]公开了纸张施胶组合物。该组合物包含反应性或非反应性施胶剂的分散体，其利用疏水改性的聚(氨基酰胺)、优选以如US2010/0147476所公开的方式制备的烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)稳定化。可以调节PH低于4.0，以提供该组合物的改善的稳定性。该施胶组合物不含木制纸浆或纤维素。
[0011]公开了制备施胶组合物的方法。该方法包括:1)提供疏水改性的聚(氨基酰胺)；2)用水稀释疏水改性的聚(氨基酰胺)至适当的浓度；3)将疏水性施胶剂与经稀释的疏水改性的聚(氨基酰胺)混合；及4)采用任何已知的方法将该混合物均化。特别优选的疏水改性的聚(氨基酰胺)是烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)。
[0012]公开了制备稳定的施胶组合物的方法。该方法包括:1)调节疏水改性的聚(氨基酰胺)、优选烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)的PH低于约4.0 ;2)用水稀释调节了PH的疏水改性的聚(氨基酰胺)至适当的浓度(步骤I和2可以颠倒);3)将疏水性施胶剂与调节了 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将该混合物均化。通过调节PH提供最终组合物的改善的稳定性。
【具体实施方式】
[0013]公开了纸张施胶组合物。该组合物包含反应性或非反应性施胶剂的分散体，其利用疏水改性的聚(氨基酰胺)稳定化。任选地，可以调节PH低于4.0，以提供该组合物的改善的稳定性。还公开了制备纸张施胶组合物的方法。还公开了使用本发明的施胶组合物对纸张进行施胶的方法。
[0014]在一个实施方案中，所述施胶组合物是通过以下步骤制备的:1)提供疏水改性的聚(氨基酰胺)的水溶液；2)稀释疏水改性的聚(氨基酰胺)至适当的浓度；3)将疏水性施胶剂与疏水改性的聚(氨基酰胺)混合 '及4)采用任何已知的方法将该混合物均化。
[0015]本发明的一个实施方案提供纸张施胶组合物，其包含疏水性纸张施胶剂的分散体，该分散体是稳定的并提供改善的施胶功效。该稳定的纸张施胶组合物包含疏水改性的聚(氨基酰胺)、优选以如US2010/0147476所公开的方式制备的烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)以及疏水性纸张施胶剂。
[0016]在一个实施方案中，所述施胶组合物是通过以下步骤制备的:1)调节疏水改性的聚(氨基酰胺)的PH低于约4.0 ;2)稀释调节了 pH的疏水改性的聚(氨基酰胺)至适当的浓度(步骤I和2可以颠倒)；3)将疏水性施胶剂与调节了 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将该混合物均化。通过调节pH提供所述施胶组合物的改善的稳定性。
[0017]由于技术上的不确定性，术语“分散体”和“乳液”在本说明书中以可互换的方式使用。术语“乳液”是指两相系统，其中液滴在连续的液体介质中，术语“分散体”是指两相系统，其中固体颗粒在连续的液体介质中。施胶剂的物理状态取决于施胶剂的性质和系统的温度；可商购的施胶剂可以是液体或固体。因此，在造纸业及本专利中涉及可商购的施胶剂时，这两个术语以可互换的方式使用。
[0018]本发明的分散相的优选的疏水性纸张施胶化合物选自以下组中:纤维素反应性纸张施胶化合物和纤维素非反应性纸张施胶化合物。出于本发明的目的，纤维素反应性施胶剂定义为能够通过与纤维素的羟基的反应形成共价化学键的施胶剂，纤维素非反应性施胶剂定义为不与纤维素形成这些共价键的施胶剂。
[0019]用于本发明的优选的纤维素反应性施胶剂包括烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基烯酮二聚体(AKD)和多聚体、具有约12至22个碳原子的有机环氧化物、具有约12至22个碳原子的酰卤、具有约12至22个碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐和具有约12至22个碳原子的有机异氰酸酯。还可以使用反应性施胶剂的混合物。最优选为ASA和AKD。
[0020]烯基琥珀酸酐(ASA)由具有链上的琥珀酸酐基的不饱和烃链组成。其通常在由α-烯烃起始的两步过程中制备。烯烃首先通过双键由α位随机移动而异构化。在第二步骤中，异构化的烯烃与马来酸酐反应生成最终ASA。用于与马来酸酐反应的典型的烯烃包括具有约8至约22个碳原子的烯基化合物、环烯基化合物和芳烯基化合物。特别的例子是异十八烯基琥珀酰酐、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、异十二烯基琥珀酰酐、正癸烯基琥珀酸酐和正辛烯基琥珀酰酐。
[0021]在第4，040，900号美国专利中公开了烯基琥珀酸酐(“ASA”)，在此将其公开的全部内部引入本申请作为参考，以及公开于C.E.Farley和R.B.Wasser的The Sizing ofPaper,第二版，ff.F.Reynolds编辑，Tappi出版社，1989年,第51-62页。各种不同的烯基琥珀酸酐是可商购获得的。
[0022]造纸者使用的烯基琥珀酸酐通常包含表面活性剂，以有利于其在水中乳化。用于ASA乳化的表面活性剂是现有技术中公知的。合适的表面活性剂包括但不限于磷酸化乙氧基化物，其可以包含烷基、芳基、芳烷基或烯基等烃取代基；磺化产物，例如通过使脂肪醇或芳族脂肪醇磺化获得的磺化产物；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单油酸酯和PEG600 二月桂酸酯；乙氧基化磷酸酯；二烷基磺基琥珀酸盐，如二辛基磺基琥珀酸钠；聚氧化烯烷基醚或聚氧化烯烷基芳基醚或对应的单酯或二酯；及三烷基胺及其酸和季铵盐；以及胺水合物，如油基二甲基胺和硬脂基二甲基胺。表面活性剂可以本领域技术人员已知的量存在于在本发明中使用的疏水性纸张施胶化合物中。
[0023]优选的烯酮二聚体和多聚体是式(I)的材料，其中η是O至约20的整数，R和R''可以相同或不同并且代表饱和或不饱和的、直链或分支的、具有6至24个碳原子的烷基或烯基是饱和或不饱和的、直链或分支的、具有约2至约40个碳原子的亚烷基。
[0024]
【权利要求】
1.含水的纸张施胶组合物，其包含疏水性纸张施胶剂和疏水改性的聚(氨基酰胺)。
2.根据权利要求1的组合物，其中所述疏水改性的聚(氨基酰胺)是水溶性烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)。
3.根据权利要求1或2的组合物，其中所述疏水改性的聚(氨基酰胺)的pH被调节至低于PH4.0。
4.根据权利要求3的组合物，其中通过粘度测量表明所述组合物是稳定的；在32°C下经历4周储存,该粘度不超过约400cps。
5.根据权利要求1至4之一的组合物，其中所述疏水性纸张施胶剂选自以下组中:纤维素反应性纸张施胶化合物、纤维素非反应性纸张施胶化合物及其混合物。
6.根据权利要求1至5之一的组合物，其中基于活性疏水性施胶剂的干重，所述疏水改性的聚(氨基酰胺)的干重为0.5至50%。
7.根据权利要求6的组合物，其中基于疏水性施胶剂的干重，所述疏水改性的聚(氨基酰胺)的干重为I至20%。
8.根据权利要求1至7之一的组合物，其中所述疏水性纸张施胶剂选自以下组中:烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基烯酮二聚体(AKD)、烯酮二聚体、烯酮多聚体、具有约12至22个碳原子的有机环氧化物、具有约12至22个碳原子的酰卤、具有约12至22个碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐、具有约12至22个碳原子的有机异氰酸酯或其混合物。
9.根据权利要求1至8之一的组合物，其中所述疏水性施胶剂选自以下组中:烯基琥珀酰酐、烷基烯酮二聚体或其组合。
10.根据权利要求1至7之一的组合物，其中所述纤维素非反应性纸张施胶剂选自以下组中:未改性的松香、强化松香、松香酯、氢化松香、增量松香、蜡、烃类树脂及其混合物。
11.根据权利要求10的组合物，其中所述纤维素非反应性纸张施胶剂包含强化松香。
12.制备施胶组合物的方法，其包括: a)制备包含疏水改性的聚(氨基酰胺)的稀溶液的水相， b)将至少一种疏水性施胶剂与疏水改性的聚(氨基酰胺)混合以形成混合物，及 c )将该混合物均化以形成稳定的水包油乳液。
13.纸张施胶的方法，其包括: a)制备包含疏水改性的聚(氨基酰胺)的稀溶液的水相， b)将疏水性施胶剂与疏水改性的聚(氨基酰胺)溶液混合， c)将该混合物均化以形成稳定的水包油乳液，及 d)将乳化的疏水性施胶剂施加至木制纸浆。
14.根据权利要求12或13的方法，其中所述疏水改性的聚(氨基酰胺)是水溶性烷基缩水甘油醚改性的聚(氨基酰胺)。
15.根据权利要求12至14之一的方法，其中所述疏水改性的聚(氨基酰胺)的pH被调节至低于4.0。
16.根据权利要求15的方法，其中通过粘度测量表明所述组合物是稳定的；其中在32°C下经历4周储存,该粘度不超过约400cps。
17.根据权利要求12至16之一的方法，其中所述疏水性纸张施胶剂选自以下组中:纤维素非反应性纸张施胶化合物、纤维素反应性纸张施胶化合物或其混合物。
18.根据权利要求12至17之一的方法，其中所述疏水性纸张施胶剂选自以下组中:烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基烯酮二聚体(AKD)、烯酮二聚体、烯酮多聚体、具有约12至22个碳原子的有机环氧化物、具有约12至22个碳原子的酰卤、具有约12至22个碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐、具有约12至22个碳原子的有机异氰酸酯或其混合物。
19.根据权利要求12至18之一的方法，其中所述疏水性施胶剂选自以下组中:烯基琥珀酰酐、烷基烯酮二聚体或其组合。
20.根据权利要求12至173的方法，其中所述纤维素非反应性纸张施胶剂选自以下组中:未改性的松香、强化松香、松香酯、氢化松香、增量松香、蜡、烃类树脂及其混合物。
21.根据权利 要求20的方法，其中所述纤维素非反应性纸张施胶剂包含强化松香。
【文档编号】D21H21/16GK103459719SQ201280017050
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月30日 优先权日:2011年3月31日
【发明者】S·M·埃尔哈特 申请人:赫尔克里士公司