專利名稱：烯基琥珀酸酐表面施加體系及其使用方法
背景造紙業(yè)者會得益于簡單、有效的纖維素反應(yīng)性表面施加施膠劑體系，該體系(i)向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能和(ii)在造紙工藝濕端降低或消除使用施膠劑的需要。令人遺憾地，已知的方法和組合物一直阻止造紙業(yè)者達(dá)到此目標(biāo)。
公知的是如應(yīng)用于紙的施膠性能表示纖維質(zhì)基材抗液體進(jìn)入紙片的潤濕或滲透的能力。烯基琥珀酸酐(ASA)纖維素反應(yīng)性施膠劑的含水分散體已廣泛用于紙板制造工業(yè)許多年，對于施膠有許多種品級，這些品級包括印刷和書寫品級和漂白和未漂白板品級。纖維素反應(yīng)性烯基琥珀酸酐乳液向紙板產(chǎn)品賦予疏水性能。
用于達(dá)到施膠性能的化學(xué)品已知為內(nèi)部膠料或表面膠料。內(nèi)部膠料可以是松香基或合成膠料如烯基琥珀酸酐，或其它材料。在片形成之前將內(nèi)部膠料加入到紙漿中。表面膠料是在形成紙片之后，最通常在壓膠機(jī)處加入的施膠劑，盡管也可以使用噴淋施加。
烯基琥珀酸酐施膠劑通常通過由如下方式施加將它分散在陽離子或兩性親水性物質(zhì)如淀粉或聚合物中。將淀粉或聚合物分散的烯基琥珀酸酐施膠乳液在紙纖網(wǎng)(web)形成之前加入到紙漿淤漿中。烯基琥珀酸酐施膠乳液向造紙系統(tǒng)中的此類型加入通常稱為烯基琥珀酸酐的濕端加入或內(nèi)部加入。
令人遺憾地，烯基琥珀酸酐向造紙機(jī)濕端的加入具有幾個缺點(diǎn)。經(jīng)內(nèi)部加入的烯基琥珀酸酐乳液從不完全保留在纖維上。未保留的部分游離地與造紙系統(tǒng)的水或其它組分反應(yīng)并可能在造紙機(jī)的濕端形成沉積物，或可能然后被帶到造紙機(jī)的壓擠或干燥工段和形成紙或板缺陷。此外，烯基琥珀酸酐乳液的內(nèi)部加入具有與其它濕端添加劑，如增白劑、消泡劑或分散劑、抗微生物劑、染料、強(qiáng)度劑等相互作用的可能性。
此外，填料加入，如碳酸鈣填料，在造紙系統(tǒng)濕端的增加也導(dǎo)致膠料需求的增加。填料粒子與纖維素纖維相比具有相對高的表面積和容易吸附經(jīng)內(nèi)部加入的施膠劑。烯基琥珀酸酐，它被吸附到碳酸鈣填料粒子上，與由經(jīng)纖維素反應(yīng)的烯基琥珀酸酐施膠劑施膠的未填充紙纖網(wǎng)的處理相比，導(dǎo)致較不有效的施膠，要求更高的劑量。開發(fā)能表面處理纖維質(zhì)基材的組合物和方法的努力一直不能生產(chǎn)簡單、有效的體系，該體系向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能和降低或消除在造紙工藝濕端使用施膠劑的需求。例如，常規(guī)表面膠料如苯乙烯-丙烯酸酯乳液、苯乙烯-丙烯酸類、苯乙烯、馬來酸酐、聚氨酯等要求內(nèi)部膠料是有效的。U.S.Pat.No.6,162,328公開了給紙施膠的方法，該方法包括向紙的表面加入包含纖維素反應(yīng)性和纖維素非反應(yīng)性膠料分散體的混合物的施膠組合物。纖維素非反應(yīng)性膠料是聚合物材料如苯乙烯或取代苯乙烯與包含羧基的乙烯基單體的共聚物。纖維素反應(yīng)性膠料包括膠料如烯酮二聚體和多聚體、烯基琥珀酸酐、有機(jī)環(huán)氧化物、酰鹵、源自脂肪酸的脂肪酸酐和有機(jī)異氰酸酯。淀粉可以為任何類型，包括但不限于氧化淀粉、乙基化淀粉、陽離子型淀粉和珠狀淀粉，和優(yōu)選用于水溶液中。纖維素反應(yīng)性膠料分散體和非反應(yīng)性膠料分散體可以與淀粉或淀粉衍生物的溶液一起在施加到紙上之前加入。
U.S.Pat.No.6,162,328要求至少一種纖維素反應(yīng)性膠料和至少一種纖維素非反應(yīng)性膠料的組合。此組合允許通過平衡兩種類型的性能而將烯基琥珀酸酐或烷基烯酮二聚體加入到壓膠機(jī)中。與單一施膠組分加入相比，使用聚合物材料組合的要求使組合物更昂貴和復(fù)雜。
U.S.Pat.No.4,872,951公開了用作紙和紙板產(chǎn)品的外部膠料的烯基琥珀酸酐處理的和陽離子型的淀粉的共混物。共混物包含30-90％(wt％)烯基琥珀酸酐處理的淀粉，它是淀粉的單酯和烷基或烯基琥珀酸酯，和10-70％(wt％)陽離子型淀粉。本發(fā)明要求與陽離子型淀粉結(jié)合的由淀粉與烯基琥珀酸酐生成的反應(yīng)產(chǎn)物，它被加入到紙的表面。制備此反應(yīng)產(chǎn)物是另外的工藝步驟。WO 02/08514描述了施膠乳液的制備，該乳液包含施膠劑，和能夠形成乳液的無機(jī)顆粒狀乳化劑，和水。施膠劑可以是2-氧雜環(huán)丁烷酮二聚體或多聚體，烯基琥珀酸酐，松香或氨基甲酰氯。無機(jī)顆粒狀乳化劑選自粘土、二氧化硅、沸石、云母、碳酸鈣、磷酸鹽或硫酸鹽；氧化鋁、氫氧化鋁、磷酸鋁或硅酸鋁；磷酸鎂或硅酸鎂；聚合氯化鋁、聚合磷酸鋁或聚合硅酸鋁，和亞鐵或鐵的磷酸鹽、硅酸鹽或氧化物。根據(jù)此專利，無機(jī)顆粒狀乳化劑的加入允許將烯基琥珀酸酐加入到壓膠機(jī)中。實(shí)施例28，對比例，公開了常規(guī)制備的烯基琥珀酸酐的″包含表面活性劑和淀粉的乳液在壓膠機(jī)中不起作用...″U.S.Pat.No.4,040,900公開了給紙施膠的方法，該方法包括取代環(huán)狀二羧酸酐和聚氧化亞烷基或烷基芳基醚或?qū)?yīng)的單酯或二酯。所述乳液要求當(dāng)加入到紙漿淤漿中時某種陽離子助留劑有效。該專利公開了混合物的乳化優(yōu)選在如下條件下進(jìn)行其中由于酸酐水解的可能性它是約25℃。該專利教導(dǎo)乳化″會直接在冷水中發(fā)生和在施膠混合物加入之前水的加熱是不必要的和甚至可能是有害的″。U.S.Pat.No.4,545,855報(bào)導(dǎo)了與U.S.Pat.No.4,040,900相似的表面活性劑的使用，其中具有在表面活性劑中的更高乙氧基化程度。優(yōu)選的表面活性劑是聚乙二醇二酯。這些現(xiàn)有技術(shù)乳化劑的主要缺點(diǎn)是如下事實(shí)一旦形成，琥珀酸酐-乳化劑混合物不穩(wěn)定和必須即時使用。
美國專利4,545,856報(bào)導(dǎo)了各種聚氧乙烯基表面活性劑的制備，該表面活性劑可以在低剪切下乳化烯基琥珀酸酐。表面活性劑包含疏水性基團(tuán)，環(huán)氧乙烷基團(tuán)和酰基封端基團(tuán)。此專利說明包含羥基的表面活性劑在ASA中在貯存時不穩(wěn)定并需要封端。
美國專利4,728,366和4,832,792公開了乙氧基化蓖麻油作為烯基琥珀酸酐的低剪切乳化用表面活性劑的用途。美國專利4,711,671和4,747,910使用乙氧基化羊毛脂作為表面活性劑。在將紙纖網(wǎng)通過干燥工段之前使用這些乳液。
美國專利4,666,523描述了含有端羥基的聚氧化亞烷基化合物用于乳化烯基琥珀酸酐的用途。特別使用叔羥基，由于它對ASA具有很小的反應(yīng)性或不具有反應(yīng)性。在濕端使用這些施膠乳液以將紙加以內(nèi)部施膠。
美國專利4,695,401，4,915,786，和4,849,131描述了經(jīng)反應(yīng)的烯基琥珀酸酐作為用于乳化烯基琥珀酸酐的表面活性劑的用途。親水性基團(tuán)通過酸酐而反應(yīng)到烯基琥珀酸酐分子上以形成酯、酰胺或類似鍵合，和游離酸基團(tuán)。此專利要求使ASA反應(yīng)以制備要求的表面活性劑的另外步驟。
U.S.Pat.No.5,759,249公開了包括如下物質(zhì)的組合物(a)烯基琥珀酸酐，和(b)基于烯基琥珀酸酐約3wt％-約20wt％的胺，該胺選自通式(I)的三烷基胺、通式(I)的三烷基胺的二甲基硫酸季鹽、通式(I)的三烷基胺的芐基氯季鹽，和 通式(I)的三烷基胺的二乙基硫酸季鹽，其中R1是甲基或乙基，R2是甲基或乙基，和R3是含有14-24個碳原子的烷基，和其中該組合物包含約0.1％水或更少。該專利公開了優(yōu)選使用冷水進(jìn)行它的組合物與水的乳化，例如混合，以降低施膠劑如ASA的水解和降低乳液液滴尺寸(參見Col.6，II.35-40)。該專利公開了乳化溫度可有效達(dá)到所需的液滴尺寸(參見Col.6，II.40-41)。該專利公開了用于乳化的水的溫度為約40℃或更低，更優(yōu)選約30℃或更低，甚至更優(yōu)選約20℃或更低，最優(yōu)選約13℃或更低。(參見Col.6，II.40-41)。該專利公開了它的施膠乳液也可以直接施加到從紙?jiān)闲纬傻募埨w網(wǎng)上，優(yōu)選由噴淋或由壓擠膠料，如在壓膠機(jī)上施加。(參見Col.7，II.48-49)。
上述文獻(xiàn)典型地具有現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，這些缺陷不能提供實(shí)施例或有意義的詳細(xì)情況，該實(shí)施例或詳細(xì)情況能夠使熟練技術(shù)人員實(shí)施一種簡單、有效的纖維素反應(yīng)性表面施加施膠劑體系，該體系(i)在造紙操作中通常發(fā)現(xiàn)的條件下，在高于約40°F，如高于120°F(約49℃)以上或以上的溫度下向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能和(ii)降低或消除在造紙工藝濕端使用施膠劑的需要。這些文獻(xiàn)沒有公開可用于其中期望會形成水解的烯基琥珀酸酐的條件下的體系。
由于上述原因，需要開發(fā)在通常操作條件下簡單、有效的纖維素反應(yīng)性表面施加的施膠劑體系，該體系(i)向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能和(ii)降低或消除在造紙工藝濕端使用施膠劑的需要。
概述本發(fā)明涉及含水施膠組合物，該施膠組合物包含(a)包括一種乳液的第一組分，該乳液含有烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含水中懸浮的(i)烯基琥珀酸酐粒子和(ii)表面活性劑組分；和(b)選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分；使得充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
本發(fā)明也涉及含水施膠組合物，該組合物包含(a)包含一種乳液的第一組分，該乳液含有第一組分，該第一組分包含在水中懸浮的(i)烷基烯酮二聚體粒子和(ii)表面活性劑組分；和(b)選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分；其中充分稀釋烷基烯酮二聚體組分和第二組分以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
本發(fā)明也涉及采用這樣的組合物處理的纖維質(zhì)基材，制備組合物的方法，和使用該組合物的方法。
參考如下描述和所附權(quán)利要求書將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方案和優(yōu)點(diǎn)。
描述本發(fā)明涉及含有一種乳液的施膠組合物，該乳液包含烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的烯基琥珀酸酐粒子和表面活性劑。本發(fā)明也涉及制備這樣的組合物的方法，該方法包括如下步驟(a)用水乳化包含表面活性劑的烯基琥珀酸酐組分，和由此形成一種乳液，和(b)將該乳液與選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物或其混合物的第二組分結(jié)合，和由此形成施膠組合物。在一個實(shí)施方案中，使用烷基烯酮二聚體代替烯基琥珀酸酐。在另一個實(shí)施方案中，使用烯基琥珀酸酐和烷基烯酮二聚體的混合物。
本發(fā)明是基于如下顯著發(fā)現(xiàn)在小心控制的條件下通過用水乳化包括烯基琥珀酸酐組分的第一組分，該烯基琥珀酸酐組分包含(i)烯基琥珀酸酐和(ii)表面活性劑組分；形成乳液，和然后將乳液與選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物和其混合物的第二組分結(jié)合，這樣可以制備簡單的，然而高度有效的施膠組合物，當(dāng)在壓膠機(jī)上典型發(fā)現(xiàn)的溫度下施加施膠組合物時，該組合物向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
本發(fā)明也基于如下發(fā)現(xiàn)即使根據(jù)本發(fā)明制備的施膠組合物包含水解的烯基琥珀酸酐(HASA)，該施膠組合物也可以向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能，只要烯基琥珀酸酐是足夠稀的。有利地，施膠組合物的使用降低或消除了在壓膠機(jī)、砑光機(jī)組，或造紙機(jī)的干燥工段處的沉積或粘附。同樣，本發(fā)明有利地消除在烯基琥珀酸酐乳化步驟中對淀粉的需要，采用較不復(fù)雜和較不昂貴的設(shè)備生產(chǎn)有效的施膠組合物。該施膠組合物在壓膠機(jī)的較高溫度下的采用也是有利的。
在此使用的詞語″有用的施膠性能″表示可用于紙產(chǎn)品的期望用途的施膠性能。相反，在此使用的詞語″無用的施膠性能″表示不可用于紙產(chǎn)品的期望用途的施膠性能。在此使用的術(shù)語″乳液″表示根據(jù)本發(fā)明制備的乳液，該乳液當(dāng)與第二組分結(jié)合時形成施膠組合物，當(dāng)在造紙工藝中的任何適當(dāng)位置，在該位置之后已形成纖維質(zhì)片，如壓膠機(jī)或涂覆器處施加時，該組合物是特別有用的。
本發(fā)明涉及含有乳液的施膠組合物，該乳液包含烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的烯基琥珀酸酐粒子和表面活性劑。本發(fā)明也涉及制備這樣的組合物的方法，該方法包括如下步驟(a)用于乳化包含表面活性劑的烯基琥珀酸酐組分，和由此形成一種乳液，和(b)將該乳液與選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物或其混合物的第二組分結(jié)合，和由此形成施膠組合物。
本發(fā)明的施膠組合物特別設(shè)計(jì)在壓膠機(jī)處使用。本發(fā)明的施膠組合物降低或消除了在造紙工藝濕端處對施膠劑使用的需求。當(dāng)然，本發(fā)明的施膠組合物可用于其中可以處理纖維質(zhì)基材表面的任何其它應(yīng)用。
本發(fā)明施膠組合物的第一組分包括乳液，該乳液含有烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的烯基琥珀酸酐粒子和表面活性劑組分。
烯基琥珀酸酐組分通常包括由單不飽和烴鏈組成的烯基琥珀酸酐化合物，該烴鏈包含琥珀酸酐側(cè)基。烯基琥珀酸酐化合物通常是液體和可以衍生自馬來酸酐和合適的烯烴。烯基琥珀酸酐化合物可以是固體。
一般而言，烯基琥珀酸酐化合物可以由如下方式制備在足以形成烯基琥珀酸酐化合物的溫度和時間下，將異構(gòu)化C14-C20單烯烴，優(yōu)選過量的內(nèi)烯烴，與馬來酸酐反應(yīng)。
如果要用于烯基琥珀酸酐化合物制備中的烯烴不是內(nèi)烯烴，例如采用α-烯烴的情況，則可以優(yōu)選首先將烯烴異構(gòu)化以提供內(nèi)烯烴。可用于烯基琥珀酸酐化合物制備中的烯烴可以是直鏈或支化的。優(yōu)選，烯烴可包含至少約14個碳原子。烯基琥珀酸酐化合物的典型結(jié)構(gòu)例如，公開于U.S.Pat.No.4,040,900，該文獻(xiàn)在此全文引入作為參考。烯基琥珀酸酐化合物和它們的制備方法例如，描述于C.E.Farley和R.B.Wasser，″紙的施膠，第二版(The Sizing of Paper，SecondEdition)″，編輯為W.F.Reynolds，TAPPI出版社，1989，第51-62頁，該文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此全部引入作為參考。
烯基琥珀酸酐組分可包含一些水解的烯基琥珀酸酐。水解的烯基琥珀酸酐的數(shù)量可以為約1-約99wt％，基于烯基琥珀酸酐組分的總重量。
烯基琥珀酸酐組分在第一組分中存在的數(shù)量通常為至少約0.1wt％，或約0.5-約70wt％，或約1wt％-約40wt％，基于包含第一組分的乳液的總重量。
乳液通常由如下方式制備在生產(chǎn)乳液的條件下用合適數(shù)量的水乳化合適數(shù)量的烯基琥珀酸酐和表面活性劑組分，該乳液當(dāng)與第二組分結(jié)合時，形成施膠組合物，當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，該組合物向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
表面活性劑組分包括表面活性劑，該表面活性劑當(dāng)用于制備根據(jù)本發(fā)明的乳液時，得到聚結(jié)最小化并在乳液接觸纖維質(zhì)基材之后向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能的乳液。當(dāng)制備表面施加的乳液時，表面活性劑組分起乳化劑的作用。當(dāng)制備乳液時，表面活性劑組分促進(jìn)用水組分對烯基琥珀酸酐的乳化。通常，表面活性劑是陰離子或非離子型的或可以是陽離子型的和可具有寬的HLB數(shù)值范圍。
合適表面活性劑的例子包括但不限于烷基和芳基伯、仲和叔胺和它們的對應(yīng)季鹽、磺基琥珀酸鹽(酯)、脂肪酸、乙氧基化脂肪酸、脂肪醇、乙氧基化脂肪醇、脂肪酯、乙氧基化脂肪酯、乙氧基化甘油三酯、磺化酰胺、磺化胺、乙氧基化聚合物、丙氧基化聚合物或乙氧基化/丙氧基化共聚物、聚乙二醇、磷酸酯、膦酸化脂肪酸乙氧基化物、膦酸化脂肪醇乙氧基化物，和烷基和芳基磺酸鹽和硫酸鹽。優(yōu)選的合適表面活性劑的例子包括但不限于酰胺，乙氧基化聚合物、丙氧基化聚合物或乙氧基化/丙氧基化共聚物，脂肪醇、乙氧基化脂肪醇、脂肪酯、羧基化醇或烷基酚乙氧基化物，羧酸，脂肪酸，二苯基磺酸鹽衍生物，乙氧基化醇、乙氧基化脂肪醇、乙氧基化烷基酚、乙氧基化胺、乙氧基化酰胺、乙氧基化芳基酚、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化甘油三酯、乙氧基化脂肪酯、乙氧基化二醇酯，聚乙二醇、脂肪酸酯、甘油酯、二醇酯、某些羊毛脂基衍生物，甘油單酯、甘油二酯和衍生物，烯烴磺酸鹽、磷酸酯、磷有機(jī)衍生物、膦酸化脂肪酸乙氧基化物，膦酸化脂肪醇乙氧基化物，聚乙二醇、聚合多糖，丙氧基化和乙氧基化脂肪酸，烷基和芳基硫酸鹽和磺酸鹽，乙氧基化烷基酚、磺基琥珀酰胺酸鹽(酯)、磺基琥珀酸鹽(酯)。
在一個實(shí)施方案中，表面活性劑組分包括選自如下的胺通式(I)的三烷基胺、 通式(I)的三烷基胺的二甲基硫酸季鹽、通式(I)的三烷基胺的芐基氯季鹽，和通式(I)的三烷基胺的二乙基硫酸季鹽，其中R1是甲基或乙基，R2是甲基或乙基，和R3是含有14-24個碳原子的烷基。在另一個實(shí)施方案中，表面活性劑排除此胺。表面活性劑水平可以為約0.1wt％-約20wt％，基于烯基琥珀酸酐組分。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在某些條件下如下例子不提供合適的結(jié)果(得到具有無用的施膠性能的紙產(chǎn)品)脫水山梨醇單月桂酸酯(Arlacel 20)、乙氧基化脫水山梨醇三油酸酯(Tween 85)、丙氧基化羊毛脂(SolulanPB-5)、乙氧基化羊毛脂(Laneto 100)、脫水山梨醇三油酸酯(Span 85)、異硬脂酸鏈烷醇酰胺(Monamid 150-IS)、羥基化奶(milk)甘油酯(Cremophor HMG)、磺基琥珀酸鈉的雙(十三烷基)酯(Aerosol TR-70)。
乳液粒子的中值粒度通常為約0.5微米或更高。依賴于應(yīng)用，用于乳化的表面活性劑類型，和表面活性劑性能，乳液的中值粒度可變化。在一個實(shí)施方案中，乳液的中值粒度為約0.1-約50微米，或約0.5-約30微米。將意識到的是，由水懸浮的粒子可顯示寬的粒子分布范圍。由于其更容易制備，所以使用具有寬粒子分布范圍的乳液的能力是有利的。通常公認(rèn)用于濕端應(yīng)用的乳液要求相對更窄和更小粒度分布以提供有效的施膠。本發(fā)明乳液的粒度分布優(yōu)選是單峰的。然而，在一些情況下，分布可以是雙峰或多峰的。
乳液由如下方式制備將烯基琥珀酸酐和表面活性劑和合適數(shù)量的水通過剪切設(shè)備，該設(shè)備提供足夠的能量以形成乳液。烯基琥珀酸酐在乳化過程之前應(yīng)當(dāng)不曝露于水。
烯基琥珀酸酐組分在施膠組合物中存在的數(shù)量通常為至少約0.001wt％，或約0.05-約5wt％，或約0.1wt％-約3wt％，基于施膠組合物的總重量。
制備乳液所采用的壓力和溫度足以制備如下乳液，該乳液可以與第二組分結(jié)合和形成施膠組合物，當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，該施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。在一個實(shí)施方案中合適乳化設(shè)備，如剪切設(shè)備的入口壓力，在高于約40到約150°F，或約200°F(4-約66℃或約94℃)或約120-約150°F，或約200°F的溫度下為約1psig，和出口壓力在高于約40-約150°F，或約200°F(約4-約66℃或約94℃)的溫度下為約20-約80psig和優(yōu)選大于約40到約60psig。在一個實(shí)施方案中，乳液在低于約40°F，如約32°F-約40°F的溫度下制備。
流向合適剪切設(shè)備的主水流量可以為約0.1-約2.0加侖/分鐘(gpm)，優(yōu)選約1gpm。優(yōu)選，乳液在低剪切條件，如由選自如下的設(shè)備產(chǎn)生的那些剪切條件下制備離心泵、靜態(tài)在線混合器、蠕動泵、燒杯中的磁力攪拌棒、架空攪拌器及其組合。
本發(fā)明施膠組合物的第二組分選自(i)淀粉組分(陽離子型淀粉，非離子型淀粉，陰離子型淀粉)，(ii)水，(iii)水溶性聚合物，或其混合物，使得充分稀釋在第二組分中的烯基琥珀酸酐組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，施膠組合物向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
用于制備本發(fā)明含水施膠組合物的水溶性聚合物包括那些聚合物，該聚合物當(dāng)根據(jù)本發(fā)明使用時得到施膠組合物，當(dāng)該施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，該施膠組合物向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
通常，本發(fā)明的合適水溶性聚合物是陽離子乙烯基加成聚合物、陰離子乙烯基加成聚合物、中性聚合物、兩性聚合物和縮聚物。
合適聚合物的例子包括分子量為10,000道爾頓至3,000,000道爾頓的水溶性聚合物。要用于本發(fā)明中的基本上水溶性的聚合物包括但不限于如下單體組成的均聚物和共聚物，以及導(dǎo)致三元共聚物和四元共聚物的其結(jié)合物丙烯酰胺、氯化二烯丙基二甲基銨、丙烯酸二甲基氨基乙基酯、丙烯酸二甲基氨基乙基酯季銨鹽、丙烯酸二乙基氨基乙基酯、丙烯酸二乙基氨基乙基酯季銨鹽、甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯季銨鹽、甲基丙烯酸二乙基氨基乙基酯和它的季銨鹽、氯化甲基丙烯酰氨基丙基三甲基銨、丙烯酸。合適的聚合物也包括已進(jìn)行″曼尼?！宸磻?yīng)的丙烯酰胺的聚合物和共聚物。同樣，在一個實(shí)施方案中，它們的對應(yīng)的季銨鹽是可能的水溶性聚合物。其它水溶性聚合物的例子包括由如下單體構(gòu)成的共聚物苯乙烯-丙烯酸烷基酯、苯乙烯-烷基丙烯酸類物、苯乙烯-馬來酸、苯乙烯-馬來酸酰胺、苯乙烯-馬來酸酯、苯乙烯-馬來酸酰胺酯、和它們的對應(yīng)鹽。在另一個實(shí)施方案中，合適的聚合物包括包含以上單體的反應(yīng)產(chǎn)物的組合的含水分散體、含有聚乙烯醇的聚氨酯分散體、乙烯醇—乙烯基胺共聚物、它們的對應(yīng)乙酸酯或甲酸酯(formamates)或部分水解的聚合物，或聚乙烯基胺。
共聚物的例子包括(甲基)丙烯酸-N，N-二烷基氨基—烷基酯和/或酰胺和/或(甲基)丙烯酸烷基酯，苯乙烯，異丁烯，二異丁烯，乙酸乙烯酯和/或丙烯腈的共聚物?？s聚物的例子包括三亞甲基二胺和1，2-二氯乙烷或1，3-二氯丙烷的縮聚物；己二酸與二亞乙基三胺、四亞乙基五胺或類似的多亞烷基的縮聚物；聚酰胺；與表氯醇的隨后反應(yīng)產(chǎn)物；二甲胺-表氯醇；乙二胺聚丙烯酰胺。其它例子包括聚乙烯基吡啶、氯化聚-N-甲基吡啶鎓、由三烷基胺季化的聚對氯苯乙烯。這樣的合適聚合物的例子描述于美國專利4,657,946、4,784,727、3,445,330、6,346,554，這些文獻(xiàn)在此全文引入作為參考。
包括在本發(fā)明實(shí)施方案中的天然聚合物、樹膠和它們的提取物可取自以下列舉的物質(zhì)瓜爾膠、阿拉伯膠、瓊脂、褐藻膠、角叉菜膠、纖維素和它的衍生物、甲殼質(zhì)、脫乙酰殼多糖、垯瑪樹脂、葡聚糖、糊精、乙基纖維素、明膠、膠凝糖(gellan)、球根牽牛、刺梧桐、海草、刺槐豆、甲基纖維素、乳香、果膠、rhamsan、山達(dá)脂、黃蓍樹脂、welan和黃原膠。這包括天然聚合物的鹽和衍生物。聚合物可以處于它們的天然狀態(tài)或其后衍生化以形成鹽或其它衍生物(如羥基乙基化的)。產(chǎn)物可以是陰離子型、陽離子型、兩性或中性的。
水溶性聚合物組分的pH變化。水溶性聚合物組分的優(yōu)選pH范圍應(yīng)當(dāng)是約3.0-約9.0，最優(yōu)選約5.0-約8.0。水溶性組分的溫度可以是任何溫度，條件是充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以使得當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，施膠組合物能向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。水溶性聚合物組分的優(yōu)選溫度是高于約40到約150°F，或約200°F(約4℃-約66℃，或約94℃)，最優(yōu)選約55-約100°F(約13℃-約38℃)。
以足以制備本發(fā)明的施膠組合物的數(shù)量使用水溶性聚合物組分。通常，水溶性聚合物組分在施膠組合物中以0.01wt％-20wt％存在。在一個實(shí)施方案中，水溶性聚合物組分通常在施膠組合物中以約0.05wt％-約10wt％，優(yōu)選0.075wt％-約5wt％，和最優(yōu)選約0.1wt％-約1wt％存在。
淀粉組分通?？梢允侨魏蔚矸?，該淀粉當(dāng)根據(jù)本發(fā)明使用時得到施膠組合物，當(dāng)該施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，該組合物向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。通常，淀粉組分包括經(jīng)改性的和通常本質(zhì)上是陰離子或非離子型的淀粉。然而，淀粉組分可包括兩性或陽離子型淀粉，如也用于壓膠機(jī)中的淀粉。
合適的淀粉典型地是陰離子或非離子型的，和可包括那些，其中通過使用酶、高溫和或化學(xué)/熱轉(zhuǎn)化技術(shù)而改性基礎(chǔ)玉米、馬鈴薯、小麥、木薯淀粉或高梁基淀粉?；瘜W(xué)改性包括但不限于氧化、酸改性、加熱、乙?；土u基乙基化。合適淀粉的例子包括但不限于Penford的Douglas3012氧化馬齒型(dent)玉米淀粉、Cargill的Filmflex60羥基乙基化馬齒型玉米淀粉、Staley的Ethylex2035羥基乙基化馬齒型玉米淀粉和Grain Processing Corporation的氧化馬齒型淀粉。
淀粉可以采用淀粉水溶液的形式使用。在典型的壓膠機(jī)溶液溫度下，淀粉溶液的粘度可為約10cP-約200cP。淀粉組分的溫度可以是任何溫度，條件是充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。淀粉組分溫度可以為約60-約200°F(約15-約94℃)。在一個實(shí)施方案中，淀粉的溫度是高于約40到約150°F(約4℃-約66℃)，或到約200°F，或約55-約100°F(約13℃-約38℃)。淀粉固體也不需要改性，但如需要可以改性。淀粉固體可以為約0.1-約20wt％，和優(yōu)選約5-約13wt％。在一個實(shí)施方案中，淀粉組分的pH可以在它的自生pH下使用。pH可以調(diào)節(jié)但不需要調(diào)節(jié)。淀粉組分的pH通常為約5-9，或優(yōu)選約7-約8.5。
典型地不單獨(dú)將水加入到在壓膠機(jī)處使用的乳液中。然而，在本發(fā)明中，當(dāng)水用作第二組分時，可以使用在濕端應(yīng)用中典型地用于造紙工藝中的水。水可以由任何合適的措施如管線進(jìn)料而加入。造紙水的優(yōu)選pH范圍應(yīng)當(dāng)是約4.0-約9.0，最優(yōu)選約5.0-約8.0。水的溫度可以是任何溫度，條件是充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。水的優(yōu)選溫度應(yīng)當(dāng)是高于約40到約150°F(約4℃-約66℃)，或約200°F，最優(yōu)選約55-約100°F(約13℃-約38℃)。有利地，當(dāng)水用作第二組分時，淀粉組分和水溶性聚合物組分不必須以任何可感知的數(shù)量使用，優(yōu)選無。
水是施膠組合物的主要組分。通常，水形成施膠組合物的至少約95wt％，或至少約90wt％或至少約80wt％。
通過結(jié)合乳液與第二組分(淀粉，水，或水溶性聚合物)制備施膠組合物。乳液可以與第二組分由任何合適的措施如通過混合而結(jié)合。優(yōu)選，在線結(jié)合乳液和第二組分。當(dāng)在低于約40℃的溫度下制備第一組分時，一般當(dāng)?shù)谝唤M分與第二組分結(jié)合時通過由第二組分加熱第一組分，使得獲得的施膠組合物的溫度高于約40°F，如高于約40-約200°F(約94℃)或150°F(約4℃-約66℃)，或約55-約100°F(約13℃-約38℃)?；蛘撸?dāng)在高于約40°F以上的溫度下制備第一組分時，獲得的含水施膠組合物的溫度也通常高于40°F以上，如高于約40°F，或50°F(10℃)到約200°F(約94℃)。當(dāng)在高于約40°F以上的溫度下制備第一組分時，第一組分的溫度通常低于第二組分的溫度。在一個實(shí)施方案中，當(dāng)在高于約40°F以上的溫度下制備第一組分時，第一組分的溫度與第二組分的溫度相同或大于第二組分的溫度。同樣地，不將第一組分直接加入到纖維質(zhì)基材的表面，而是在期望引起水解的條件下將第一組分與第二組分結(jié)合以形成含水施膠組合物，和然后將獲得的施膠組合物加入到纖維質(zhì)基材中。
在另一個實(shí)施方案中，施膠組合物進(jìn)一步包含表面施膠劑。然而，這不是必須的。合適的表面施膠劑包括但不限于苯乙烯-馬來酸酐共聚物、苯乙烯-丙烯酸共聚物、聚氨酯分散體和苯乙烯-丙烯酸酯乳液。優(yōu)選的苯乙烯-馬來酸酐共聚物是苯乙烯或取代苯乙烯與乙烯基單體如馬來酸酐和它們的部分酯化或水解的配對物的共聚物。一個例子是BaysizeS 48。優(yōu)選的苯乙烯—丙烯酸共聚物是苯乙烯或取代苯乙烯與乙烯基單體如丙烯酸和甲基丙烯酸的共聚物。例子是BaysizeS210和225。優(yōu)選的聚氨酯分散體是異氰酸酯或二異氰酸酯和胺或醇的共聚物。例子是GraphsizeTMA、C和T。優(yōu)選的苯乙烯-丙烯酸酯乳液是苯乙烯，取代苯乙烯或丙烯腈與丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的共聚物。例子是BaysizeS AGP，BMP和850，BasoplastTM400DS苯乙烯-丙烯酸酯乳液?；诟晌镔|(zhì)計(jì)，烯基琥珀酸酐組分對另外的施膠劑的比例為約1∶0.2-約1∶50。
在一個實(shí)施方案中，施膠組合物包含小于約1∶50wt％的另外施膠劑對烯基琥珀酸酐組分。在其它實(shí)施方案中，施膠組合物包含大于約0.5∶1wt％另外施膠劑對烯基琥珀酸酐組分，或小于約50∶1wt％另外施膠劑對烯基琥珀酸酐組分。
采用施膠組合物處理的纖維質(zhì)基材可以是任何紙產(chǎn)品的基材，該基材當(dāng)由根據(jù)本發(fā)明制備的施膠組合物處理時，獲得適于它預(yù)定用途的施膠性能。在一個實(shí)施方案中，纖維質(zhì)基材包括漂白和未漂白紙或紙板，該紙或紙板包含碳酸鈣、二氧化鈦和粘土填充紙產(chǎn)品。從纖維質(zhì)基材制備的紙產(chǎn)品可包括漂白或未漂白的紙或紙板，它們在壓膠機(jī)中在表面上處理，或采用根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物噴淋而處理。
本發(fā)明特別有益于將紙板產(chǎn)品、高級紙產(chǎn)品或新聞紙紙產(chǎn)品施膠。紙板典型地是造紙機(jī)生產(chǎn)的比高級紙重量大的纖維纖網(wǎng)。通常，紙板的重量為約120-約400克/平方米，(gsm)。紙板紙漿可以是漂白或未漂白的原生軟木、硬木類型或由回收紙共混物制成，該回收紙由一種或多種如下物質(zhì)組成波紋箱、舊新聞紙、混合辦公室廢物和舊雜志，后兩者包含碳酸鈣填料。新聞紙基本上是從如下物質(zhì)制備的含木涂覆和未涂覆雜志和報(bào)紙紙未經(jīng)化學(xué)處理的研磨木紙漿，或研磨木材和回收配料的結(jié)合物。高級紙通常稱為印刷紙和書寫紙，排除新聞紙。通常，高級紙的重量為約40-約120克/平方米，(gsm)。具體應(yīng)用包括雜志、目錄、書籍、商品印刷、復(fù)印和商務(wù)表格，和文具(stationary)。用于大多數(shù)這些品極的紙漿是經(jīng)化學(xué)處理的，采用限定回收的或含木紙漿。印刷和書寫紙通常從漂白的化學(xué)紙漿制備，(如牛皮紙打漿或亞硫酸鹽打漿)，和包含約5-約30％的碳酸鈣水平。它們也可部分包含脫墨/回收的漂白廢紙，(分類的混合辦公室廢物)。
在使用中，本發(fā)明包括將紙產(chǎn)品施膠的方法，該方法包括(a)從紙漿淤漿形成纖維質(zhì)片，和(b)采用本發(fā)明的施膠組合物處理纖維質(zhì)片的表面。在足夠高的數(shù)量下將本發(fā)明的施膠組合物加入到纖維質(zhì)基材的表面，該數(shù)量足以向獲得的紙產(chǎn)品賦予有用的施膠性能?？梢杂墒故┠z組合物能吸附到纖維質(zhì)基材表面上的任何方式，將施膠組合物加入到纖維質(zhì)基材中。施膠組合物以依賴于表面施加的淀粉拾取量的數(shù)量滲透入纖維質(zhì)基材中。在一個實(shí)施方案中，施膠組合物可以施加到未漂白的牛皮紙或含木紙上。將施膠組合物優(yōu)選就地制備和在它制備之后很快使用。
在一個實(shí)施方案中，在至少約0.1，或約0.1-約10，或約0.5-約5，或優(yōu)選約0.5-約3.0的烯基琥珀酸酐組分劑量(磅/噸干燥紙)下將施膠組合物施加到形成的纖網(wǎng)表面上。以千克/公噸干燥紙計(jì)，這些劑量對應(yīng)于至少約0.05，或約0.05-約5，或約0.25-約2.5，或優(yōu)選約0.25-約1.5。用于制備板紙產(chǎn)品的烯基琥珀酸酐組分的特別有利劑量為約1.5-約3.0，優(yōu)選約1.5-約2.5磅/噸干燥紙(約0.75-約1.5，優(yōu)選約0.75-約1.25千克/公噸干燥紙)。
用于制備高級紙產(chǎn)品的特別有利劑量為約0.1-約5磅/噸干燥紙，或約0.5-約2.0，或優(yōu)選約0.5-約1.5磅/噸干燥紙(約0.05-約2.5干燥紙，約0.25-約1，或優(yōu)選約0.25-約0.75千克/公噸干燥紙)。用于制備新聞紙紙產(chǎn)品的特別有利劑量為約0.1-約5，約0.1-約3或約0.1-約1.5磅/噸干燥紙(約0.05-約2.5，約0.05-約1.5或約0.05-約0.75千克/公噸))。其它合適的范圍可以為約0.1-約1.0，優(yōu)選0.2-約0.7磅/噸干燥紙(約0.05-約0.5，優(yōu)選約0.1一約0.35千克/公噸干燥紙)。
以重量百分比說明，烯基琥珀酸酐組分在纖維質(zhì)基材中的數(shù)量可以為至少約0.005wt％和可以為約0.005-約1wt％，基于生產(chǎn)的纖維質(zhì)基材的重量，或在相同基礎(chǔ)上優(yōu)選約0.025-約1wt％。
使用施膠組合物所處的溫度通常低于約180°F(約82℃)或小于約190°F(約88℃)，和可以為從約120°F(約49℃)或從約40°F(約4℃)到約180°F(約82℃)或約190°F(約88℃)，或從約140°F(約60℃)到約160°F(約71℃)。其中使用施膠組合物的pH條件通常為約4.0-約9，或約7-約8。
采用本發(fā)明的施膠組合物處理的纖維質(zhì)基材獲得對于它的預(yù)計(jì)用途適當(dāng)?shù)氖┠z性能。通常，采用施膠組合物制備的高級紙產(chǎn)品會顯示如下的施膠性能至少20秒的油墨拒滲(penetration holdout)，如在TAPPI標(biāo)準(zhǔn)方法T530 om96中所述，優(yōu)選約20-約500秒，或優(yōu)選約50-約200秒。
對于紙板產(chǎn)品，依賴于生產(chǎn)的紙板的最終用途，施膠組合物能夠?qū)⒓埌謇w維質(zhì)基材施膠，使得獲得的紙產(chǎn)品顯示約50-約120克/平方米的Cobb施膠值(基于2分鐘試驗(yàn))。Cobb施膠是使用如在TAPPI方法T441 om98中所述的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備和操作方法，在預(yù)說明數(shù)量的時間(在此情況下2分鐘)內(nèi)吸附入紙板或紙樣品表面中的液體，通常為水的數(shù)量的量度。或者，采用施膠組合物制備的板紙產(chǎn)品可顯示約30-約120gsm，或優(yōu)選約50-約80gsm的Cobb施膠值。
對于高級紙產(chǎn)品，施膠組合物能夠?qū)⒗w維質(zhì)基材施膠，使得獲得的紙產(chǎn)品顯示約18-約40gsm的Cobb施膠值(基于1分鐘)?；蛘?，依賴于高級紙的品級，本發(fā)明可賦予從20秒Hercules膠料試驗(yàn)(HST，也稱為″TAPPI 530″，1％甲酸，80％反射率)到500秒的耐滲透性。
對于新聞紙紙產(chǎn)品，施膠組合物能夠?qū)⒗w維質(zhì)基材施膠，和生產(chǎn)獲得的紙產(chǎn)品，依賴于制備的公開品級的最終用途，該獲得的紙產(chǎn)品顯示約10-約100秒的施膠性能，該性能由水滴試驗(yàn)(基于5μL水滴尺寸)測量。水滴試驗(yàn)是在新聞紙應(yīng)用中通常使用的試驗(yàn)，其中測量水滴滲透入纖維質(zhì)基材中的時間。
采用本發(fā)明施膠組合物制備的紙產(chǎn)品也可以包含經(jīng)內(nèi)部加入的施膠劑，使得對于良好的壓膠機(jī)運(yùn)行性能，預(yù)壓膠機(jī)施膠在任何地方具有約2-約10秒的HST。
當(dāng)期望實(shí)施其中將某種施膠劑加入到濕端的方法時，將濕端施膠劑組分加入到紙漿淤漿中和從淤漿形成纖維質(zhì)片。然后將纖維質(zhì)片采用本發(fā)明的施膠組合物處理和將纖維質(zhì)基材施膠。
濕端施膠劑組分可包括用于濕端中的任何施膠劑，如松香或松香乳液和，同樣包括相信能夠由與纖維素的羥基的反應(yīng)而形成共價(jià)化學(xué)鍵的那些膠料。用于濕端施膠劑組分中的合適膠料包括烯酮二聚體和多聚體、烯基琥珀酸酐、含有約12-22個碳原子的有機(jī)環(huán)氧化物、含有約12-22個碳原子的酰鹵、源自含有約12-22個碳原子的脂肪酸的脂肪酸酐和含有約12-22個碳原子的有機(jī)異氰酸酯。烯酮二聚體和多聚體是已知的并描述于U.S.Pat.No.6,162,328，該文獻(xiàn)在此全文引入。
在一個實(shí)施方案中，濕端施膠劑包含陽離子型組分。在另一個實(shí)施方案中，濕端施膠劑包含陽離子型淀粉和烯基琥珀酸酐。在另一個實(shí)施方案中，濕端施膠劑組分包含陽離子型淀粉和烯基琥珀酸酐。在另一個實(shí)施方案中，濕端施膠劑可以是用于制備本發(fā)明施膠組合物的乳液。在此實(shí)施方案中，通常用于制備本發(fā)明施膠組合物的某種乳液用于濕端施膠組分用的用途。
當(dāng)將纖維素反應(yīng)性施膠劑加入到濕端和本發(fā)明的施膠組合物用于表面處理纖維質(zhì)基材時，(i)在濕端施加的施膠劑對(ii)在施膠組合物中的烯基琥珀酸酐組分的重量比優(yōu)選小于約1∶1，或優(yōu)選小于約0.5∶1。
申請人不理解如下現(xiàn)象的原因盡管將本發(fā)明的施膠組合物經(jīng)歷引起烯基琥珀酸酐快速水解的條件，但施膠組合物向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。不受理論約束，相信其中充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以使施膠組合物能夠賦予有用的乳化和穩(wěn)定化性能。
本發(fā)明提供先前不可得到的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明降低或消除在濕端使用的施膠劑數(shù)量，和因此降低或消除與已知引起造紙機(jī)清潔度問題的其它化學(xué)添加劑和配料組分的濕端相互作用。在一個實(shí)施方案中，在濕端施膠劑組分中的烯基琥珀酸酐是操作周期期間使用的總烯基琥珀酸酐的50％或更少。在另一個實(shí)施方案中，在濕端中烯基琥珀酸酐的存在數(shù)量是操作周期期間使用的總纖維素反應(yīng)性施膠劑的40％或更少，或30％或更少，20％或更少或10％或更少。
包含在施膠組合物中的烯基琥珀酸酐組分，當(dāng)施加到纖維質(zhì)基材的表面上時，以與當(dāng)將烯基琥珀酸酐加入到紙漿淤漿中時相比更高的水平保留在纖維質(zhì)基材中。
本發(fā)明也使它的用戶通過使用更少的施膠劑生產(chǎn)與通常由已知方法生產(chǎn)的相同數(shù)量的紙。在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明使用比常規(guī)工藝中使用的少約70-約30％的施膠劑和仍然生產(chǎn)出相同數(shù)量的紙而沒有出現(xiàn)采用已知施膠工藝一般遇到的問題。本發(fā)明也提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使它的用戶能夠使用更少數(shù)量的烯基琥珀酸酐而不犧牲在工廠生產(chǎn)的紙的質(zhì)量或數(shù)量。
由于避免了采用常規(guī)施膠方法一般遇到的問題和通過直接處理纖維質(zhì)基材而獲得更高的膠料保留，所以造紙業(yè)者現(xiàn)在可以使用比他們習(xí)慣使用的更少的施膠劑生產(chǎn)更多的紙。本發(fā)明允許造紙業(yè)者運(yùn)行造紙機(jī)更長的時間而沒有出現(xiàn)采用通常施膠組合物典型遇到的問題，如與運(yùn)行性能，沉積物形成，或紙產(chǎn)品的不一致質(zhì)量有關(guān)的問題。本發(fā)明例如允許造紙機(jī)運(yùn)行長的時間而沒有出現(xiàn)壓膠機(jī)或砑光機(jī)組的可見的沉積。
本發(fā)明主要涉及目前優(yōu)選的實(shí)施方案，其中采用包含烯基琥珀酸酐組分的乳液制備本發(fā)明的施膠組合物。然而，本發(fā)明也包括一些實(shí)施方案，其中采用烯基琥珀酸酐組分以外的纖維素反應(yīng)性試劑制備乳液。例如，在一個實(shí)施方案中，可以采用包含選自如下的乳化纖維素反應(yīng)性試劑的乳液制備施膠組合物異氰酸酯、烷基烯酮二聚體(AKD)和酸酐。
同樣，在一個實(shí)施方案中，可以采用AKD代替ASA制備和實(shí)施本發(fā)明。在此使用的術(shù)語″AKD″表示具有由本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)的化學(xué)結(jié)構(gòu)的形成為二聚體的烷基和烯基烯酮，其中AKD包含疏水性基團(tuán)，該疏水性基團(tuán)包含大于約4個碳原子和選自如以上定義的烷基、烯基、芳烷基或芳烯基。優(yōu)選，每個烴基獨(dú)立地是包含約4個碳原子-約36個碳原子的疏水性基團(tuán)。AKD施膠劑詳細(xì)描述于幾篇參考文獻(xiàn)中，例如美國專利3,992,345和5,510,003；J.W.Davis等人，TAPPI 39(1)，21(1956)；和R.E.Cates等人，″烷基烯酮二聚體膠料″，The Sizing ofPaper(紙的施膠)中的第2章，第2版，W.F.Reynolds，編者，Tappi出版社，1989，第33-50頁。可用于本發(fā)明中的AKD施膠劑的具體例子包括但不限于辛基烯酮二聚體、癸基烯酮二聚體、十二烷基烯酮二聚體、十四烷基烯酮二聚體、十六烷基烯酮二聚體、十八烷基烯酮二聚體、二十烷基烯酮二聚體、二十二烷基烯酮二聚體、二十四烷基烯酮二聚體和由已知方法從有機(jī)酸和脂肪酸的天然存在的混合物制備的那些，后者如在以下物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的那些棕櫚油酸、油酸、蓖麻油酸、亞油酸、亞麻酸、椰油、棕櫚油、橄欖油和花生油。也可以使用任何這樣酸的混合物。優(yōu)選的AKD施膠劑包含但不限于包含至少一個烷基或烯基的那些，該烷基或烯基包含約8-約36個碳原子。更優(yōu)選的AKD施膠劑包括但不限于十六烷基、十八烷基和油基烯酮二聚體。應(yīng)理解，其中使用AKD代替ASA的實(shí)施方案，上述包含ASA的施膠組合物(和制備和使用該組合物的方法)的描述也可用于其中使用AKD的施膠組合物。因此，當(dāng)術(shù)語″烯基琥珀酸酐″或″ASA″以上用于描述本發(fā)明時，術(shù)語″AKD″也可使用以代替術(shù)語″烯基琥珀酸酐″或″ASA″。在一個實(shí)施方案中，AKD排除2-氧雜環(huán)丁烷酮烯酮多聚體。在以下說明性實(shí)施例中進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中除非另外說明，所有的份數(shù)和百分比按重量計(jì)。
實(shí)施例材料，試驗(yàn)操作過程，測試紙制備操作過程用于這些實(shí)施例中的紙從兩個來源制備。第一個操作過程，紙制備A，使用中試造紙機(jī)進(jìn)行。配料由30％精制到420加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度的漂白軟木牛皮紙和70％精制到350加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度的漂白硬木牛皮紙組成。在每次制備中使用陰離子型聚丙烯酰胺助留劑。
制備三種紙。紙A是包含14.9％碳酸鈣(ALBACAR5970，SpecialityMinerials Inc)的70g/m2片，它不包含內(nèi)部施膠。紙B是包含14.9％碳酸鈣和預(yù)定數(shù)量的加入的內(nèi)部膠料，烯基琥珀酸酐(ASA)(BAYSIZEI18合成膠料)的70g/m2片。紙C是包含25％碳酸鈣(ALBACAR 5970)和沒有內(nèi)部施膠的125-g/m2片。
采用陽離子型淀粉(Hi-CatCWS淀粉，Penford)和BaysizeI 18內(nèi)部膠料在1∶1的重量比(淀粉∶膠料)下使用Ross均化器制備用于內(nèi)部加入而制備的淀粉施膠乳液。這稱為膠料乳液A。
第二個操作過程使用市售手抄紙機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)(8″x8″)Noble and Wood手抄紙模具，到50磅/TAPPI令的目標(biāo)基礎(chǔ)重量。在約0.6％稠度下每10克纖維批料的典型化學(xué)品加入順序是施膠劑(如果要求)，混合1分鐘，陰離子型助留劑(約1磅/噸)，混合15sec。每個批料分成三個2.8克干燥片。將片成形，在氈之間在氣動輥壓機(jī)中的輥隙中在約15psig下壓擠，和在旋轉(zhuǎn)干燥器上在約2450°F下回轉(zhuǎn)干燥約1分鐘。這稱為紙制備B。
淀粉溶液淀粉溶液由如下方式制備制備市售表面膠料淀粉(Filmflex60淀粉，Cargill)在去離子水中的15％淀粉固體淤漿，該去離子水已由0.5N HCl或0.5N NaOH調(diào)節(jié)到pH7.0+/-0.2(因此稱為處理水A)和加熱混合物到95℃達(dá)1小時。這稱為淀粉溶液A。
向150份淀粉溶液A中加入171份處理水A。然后，滴加0.5N NaOH溶液以提供pH 7.1-7.3的淀粉溶液。這稱為淀粉溶液B。
淀粉溶液由如下方式制備制備市售表面膠料淀粉(StaCoteH44，AE Staley)在處理水A中的15％淀粉固體淤漿和加熱混合物到95℃達(dá)1小時。這稱為淀粉溶液C。
向150份淀粉溶液C中加入412.5份處理水A。然后，滴加0.5NNaOH溶液以提供pH 7.1-7.3的淀粉溶液。這稱為淀粉溶液D。
表面施加操作過程A適當(dāng)?shù)氖┠z組合物然后用于處理紙樣品?；诮M合物在干燥紙片上的液體拾取量而計(jì)算所需的劑量。這通過如下方式確定測量在干燥片和已經(jīng)浸入表面處理溶液(和壓擠)的片之間的重量差。將測試紙切割成合適的尺寸，稱重，浸入各種施膠組合物，在12psig的壓力下壓擠，和然后在240°F下干燥35秒。以磅/噸，即磅干燥施膠劑/噸干燥紙計(jì)報(bào)導(dǎo)劑量水平。
表面施加操作過程B適當(dāng)?shù)募堅(jiān)谥性囋旒垯C(jī)上生產(chǎn)。在壓膠機(jī)處，將適當(dāng)?shù)氖┠z組合物用于處理紙。將施膠組合物從運(yùn)行罐加料到壓膠機(jī)，其中過量的材料再循環(huán)到運(yùn)行罐?；诮M合物在干燥紙上的液體拾取量計(jì)算所需的劑量。這通過測量淀粉溶液在壓膠機(jī)處的體積吸收量而確定。然后將紙直接送入第二干燥器工段和在卷軸上卷繞。
表面施加操作過程C
將Werner Mathis實(shí)驗(yàn)室壓膠機(jī)適配用于溢流-輥隙，紙壓膠機(jī)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室溢流-輥隙壓膠機(jī)由兩個硬橡膠輥組成。根據(jù)紙的基礎(chǔ)重量調(diào)節(jié)在兩個輥之間的輥隙壓力。變化輥的速度以最大化拾取量。通過在通過包含目標(biāo)壓膠機(jī)液體的輥隙之前和之后對試驗(yàn)片稱重而確定壓膠機(jī)溶液的拾取量。然后將試驗(yàn)液體與適當(dāng)數(shù)量的處理溶液一起計(jì)量(基于干燥淀粉拾取量的實(shí)際固體)。將試驗(yàn)溶液加入到輥隙中和將紙樣品通過輥隙送料。劑量表達(dá)為磅實(shí)際基材/噸干燥紙。將經(jīng)處理的紙樣品立即通過在240°F下加熱的轉(zhuǎn)鼓干燥器35sec。
表面活性劑測試以下列出的表面活性劑
處理效力測試通過進(jìn)行以下所述的各種測試中的一些測定施膠劑和條件的處理效力。以下提供這些測試的通用操作過程。在測試之前將所有的紙樣品在50％相對濕度和70℃下調(diào)節(jié)24小時。
測試A油墨拒滲油墨拒滲使用類似于在TAPPI方法T 530pm-89中所述的方法測量，區(qū)別在于使用如U.S.Pat.No.5,483,078中所述的儀器。該測試測量在接觸油墨的相對側(cè)面上紙的反射率降低到初始值的80％的時間(以秒計(jì))。油墨由緩沖到pH7的1.25％Napthol Green B染料組成。假定數(shù)值隨基礎(chǔ)重量的立方變化，對于紙的基礎(chǔ)重量歸一化測試數(shù)值。結(jié)果以秒單位表達(dá)。
圖象分析使用裝配有形態(tài)測定學(xué)應(yīng)用軟件，帶有CCD照相機(jī)的立體放大顯微鏡和環(huán)纖維光學(xué)照明的Optomax Sorcerer圖象分析系統(tǒng)進(jìn)行圖象分析。使用幾種類型的測試。
測試B黑圖象分析市售噴墨打印機(jī)用于打印由粗體，8點(diǎn)，Arial字體組成的幾列字母″H″到測試片上。然后測量四個字母的面積和平均化以提供″黑字母面積″。較小的字母面積對應(yīng)于著黑區(qū)域的較小鋪展或芯吸。結(jié)果以mm2為單位表達(dá)。
測試C顏色滲出采用黑圖象分析中描述的相似方式，通過測量在黃色背景上打印的黑字母的面積而測定顏色滲出；必須使用彩色噴墨打印機(jī)。平均化四個字母的面積以提供″字母面積″。較小的字母面積對應(yīng)于著黑區(qū)域的較小鋪展或芯吸。結(jié)果以mm2為單位表達(dá)。
測試D光學(xué)密度將至少1-cm2的實(shí)心黑色區(qū)域打印到要測試的片上。采用市售X-Rite光譜密度計(jì)測量打印區(qū)域的光學(xué)密度(OD)。數(shù)值是五次測量的平均值。數(shù)值是無量綱的。較高的光學(xué)密度數(shù)值通常指示改進(jìn)的可打印性。
測試E超聲衰減測量此分析技術(shù)記錄在它的一個面與液體接觸時，通過紙樣品傳輸?shù)某曅盘柕膹?qiáng)度的變化。測量使用滲透動力學(xué)分析儀(PDA)(BmtecElectronic，Gmbh)進(jìn)行。對于這些實(shí)施例記錄兩個參數(shù)?！錋-值″對應(yīng)于進(jìn)入紙的液體吸收，是無量綱的數(shù)和與Cobb值關(guān)聯(lián)(測試I)。″Max″值是表面疏水性的特征和以秒計(jì)報(bào)導(dǎo)。典型地，每次處理測試三張手抄紙，其中每個面測試一次，氈和線，每片共測試二次，和每套六次測試。平均化這些數(shù)以提供該套的A-值或Max值。
測試F粒度市售光散射粒子分析儀Horiba LA-300和Horiba LA-700用于測定乳液的粒度。結(jié)果報(bào)導(dǎo)為以μm計(jì)的中值粒度。
測試G環(huán)破碎此測試根據(jù)TAPPI測試方法T822 pm-84進(jìn)行。
測試H ISO亮度此測試基于ISO 2469使用TAPPI測試方法T525 om-92與Technibrite Eric 950儀器進(jìn)行。
測試I水吸收Cobb測試此測試根據(jù)TAPPI測試方法T441 om-90進(jìn)行。使用兩分鐘的保持時間。
實(shí)施例1，2，3，4，5實(shí)施例1，2和3是在手抄紙中和在中試機(jī)器應(yīng)用中在壓膠機(jī)處的降低的剪切ASA的應(yīng)用概述。沒有遇到沉積物或運(yùn)行性能問題。實(shí)施例3，4和5比較降低的剪切水-乳化ASA施膠體系相對高剪切淀粉-乳化ASA施膠體系的施膠性能。
實(shí)施例1將包含5％Brij98的ASA采用單一葉輪、敞口離心泵乳化在水中。將低剪切離心泵連接到自來水供應(yīng)源和使用源自自來水供應(yīng)源的壓力操作該泵。在乳化之前不對自來水進(jìn)行pH或溫度調(diào)節(jié)。將ASA從校準(zhǔn)塔經(jīng)過齒輪泵供應(yīng)到離心泵和剛好在離心泵之前進(jìn)入水入口。水流量是大約1L/min和ASA流量是大約240mL/min。離心泵是單程乳化工藝，其中沒有再循環(huán)。獲得的ASA乳液包含19wt％ASA。
實(shí)施例2實(shí)施例1中制備的施膠乳液通過紙制備A用于將紙B施膠。將乳液加入另外的淀粉溶液B，第二淀粉組分中，以制備用于紙?zhí)幚淼目偸┠z組合物。施膠的效力由上述測試A油墨拒滲而測定。該乳液的乳液粒度使用上述測試F粒度而測量和是1μm。在表1中提供油墨滲透結(jié)果。
表1
結(jié)果顯示，低剪切乳化施膠體系向基礎(chǔ)片有效地提供另外的施膠。
實(shí)施例3采用與實(shí)施例1相似的方式制備ASA在水中的乳液，區(qū)別在于ASA流量是大約120mL/min。獲得的ASA乳液是11％ASA濃度。
實(shí)施例4(對比例)此實(shí)施例的施膠乳液在羥基乙基化馬齒型玉米淀粉(淀粉B)中制備。淀粉pH是7和淀粉溫度是30-35℃。在高剪切工業(yè)摻混機(jī)中通過取1429份淀粉溶液和100份BaysizeS 180對于1∶1淀粉∶ASA比例和6.5％的在淀粉中的最終ASA濃度制備乳液。
實(shí)施例5在實(shí)施例3-4中制備的施膠乳液通過紙制備A用于將紙A施膠。將每種乳液單獨(dú)加入另外的淀粉溶液B，第二淀粉組分中，以制備用于紙?zhí)幚淼目偸┠z組合物。將1.5磅/噸劑量的ASA輸送到紙。由上述的測試A油墨拒滲測定施膠的效力。在下表2中提供結(jié)果。
表2
此比較顯示，采用兩種ASA乳液，降低的剪切(實(shí)施例3)和高剪切(實(shí)施例4)施膠體系獲得的施膠提供等同的油墨滲透。
實(shí)施例6，7，8，9，10，11，12，13，14如下實(shí)施例展示在施膠劑中表面活性劑水平范圍內(nèi)使用兩種不同表面活性劑的本發(fā)明的有用性。使用的表面活性劑是Larostat264A(BASF)或RhodafacRS610(Rhodia)。
實(shí)施例6用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。乳液由如下方式制備在25℃下在家用摻混機(jī)中將10份由95份ASA和5份Larostat264 A組成的ASA組分加入到189.5份水中和在低設(shè)定下混合30秒。
實(shí)施例7根據(jù)實(shí)施例6制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由90份ASA和10份Larostat264 A組成。
實(shí)施例8根據(jù)實(shí)施例6制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由85份ASA和15份Larostat264 A組成。
實(shí)施例9根據(jù)實(shí)施例6制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由99.9份ASA和0.1份RhodafacRS610組成。
實(shí)施例10根據(jù)實(shí)施例6制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由99.5份ASA和0.5份RhodafacRS610組成。
實(shí)施例11根據(jù)實(shí)施例6制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由95份ASA和5份RhodafacRS610組成。
實(shí)施例12根據(jù)實(shí)施例6制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由90份ASA和10份RhodafacRS610組成。
實(shí)施例13根據(jù)實(shí)施例6制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由85份ASA和15份RhodafacRS610組成。
實(shí)施例14在實(shí)施例6-13中制備的施膠乳液通過表面施加A用于將紙施膠。將每種乳液單獨(dú)加入另外的淀粉溶液B，第二淀粉組分中，以制備用于紙?zhí)幚淼目偸┠z組合物。表面施加A用于處理紙A。使用2磅施膠劑/噸紙的劑量。向150g淀粉溶液B中加入4.0g施膠乳液。由上述測試A油墨拒滲而測定施膠的效力。使用上述測試F粒度而測量每種乳液的乳液粒度。在下表3中提供結(jié)果。
表3
從這些數(shù)據(jù)我們得出的結(jié)論是，當(dāng)采用本發(fā)明中所述的數(shù)量使用上述表面活性劑時達(dá)到有效的粒度和油墨拒滲兩者。
實(shí)施例15-19如下實(shí)施例顯示在乳液中烯基琥珀酸酐的濃度的影響和打印性能。
實(shí)施例15用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。向家用摻混機(jī)中加入99.0份處理水A。摻混機(jī)的速度設(shè)定為低。向渦流中加入0.9份烯基琥珀酸酐和0.1份稱為表面活性劑B的Brij78和保持30秒。
實(shí)施例16用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例15的操作過程，區(qū)別在于使用95.0份處理水，4.5份ASA，0.5份表面活性劑B。
實(shí)施例17用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例15的操作過程，區(qū)別在于使用90.0份處理水，9.0份ASA，1.0份表面活性劑B。
實(shí)施例18用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例15的操作過程，區(qū)別在于使用85.0份處理水，13.5份ASA，1.5份表面活性劑B。
實(shí)施例19在實(shí)施例15-18中制備的施膠乳液由表面施加操作過程A用于將紙施膠以處理紙C。將每種乳液加入到淀粉溶液A中。
為了比較的目的，采用淀粉溶液A使用表面施加操作過程A處理紙C。
實(shí)施例15-18的處理效力由如下方式測定在商業(yè)噴墨打印機(jī)上打印經(jīng)處理的紙片和由用于油墨滲透(測試A)，顏色滲出(測試C)，和黑圖象面積(測試B)的測試測量性能。結(jié)果見表4。
表4
實(shí)施例20-25如下實(shí)施例支持表面活性劑濃度對施膠和打印物質(zhì)量性能的影響。
實(shí)施例20用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。向帶有磁力攪拌的燒杯中加入82.0份處理水A。向渦流中加入17.973份烯基琥珀酸酐和0.027份表面活性劑B和保持30秒。
實(shí)施例21用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。向家用摻混機(jī)中加入90.0份處理水A。將攪拌器設(shè)定為低和向渦流中一次性加入9.9份ASA和0.1份表面活性劑B。攪拌持續(xù)30秒。
實(shí)施例22用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例21的操作過程，區(qū)別在于使用90.0份處理水，9.5份ASA，0.5份表面活性劑B。
實(shí)施例23用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例21的操作過程，區(qū)別在于使用99.0份處理水，0.95份ASA，0.05份表面活性劑B。
實(shí)施例24用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例21的操作過程，區(qū)別在于使用90.0份處理水，8.5份ASA，1.5份表面活性劑B。
實(shí)施例25在實(shí)施例20-24中制備的施膠乳液由表面施加操作過程A用于將紙施膠以處理紙C。將每種乳液加入到淀粉溶液A中。
對于實(shí)施例20和21，將紙C采用淀粉溶液A使用表面施加操作過程A處理以用作對照物。
單獨(dú)地，對于實(shí)施例22-24，將紙C采用淀粉溶液A使用表面施加操作過程A處理以用作對照物。
在這兩項(xiàng)研究中施膠的效力由如下方式測定在商業(yè)打印機(jī)上打印經(jīng)處理的紙片和由用于油墨滲透(測試A)，顏色滲出(測試C)，黑圖象面積(測試B)，和超聲衰減測量(測試E)的測試測量性能。結(jié)果見表5。
表5
這些實(shí)施例顯示在寬的表面活性劑對ASA水平范圍內(nèi)，可以達(dá)到有效的施膠性能。
實(shí)施例26-31如下實(shí)施例顯示具有不同粒子分布的施膠組合物。
實(shí)施例26用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。向家用摻混機(jī)中加入95.0份處理水A。將摻混機(jī)的速度設(shè)定為低。向渦流中加入4.25份烯基琥珀酸酐和0.75份表面活性劑B，攪拌持續(xù)30秒。
實(shí)施例27用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例26的操作過程，區(qū)別在于使用4.75份ASA和0.25份表面活性劑B。
實(shí)施例28用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例26的操作過程，區(qū)別在于使用85.0份處理水，14.25份ASA和0.75份表面活性劑B和攪拌持續(xù)15秒。
實(shí)施例29用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例26的操作過程，區(qū)別在于使用85.0份處理水，14.85份ASA和0.15份表面活性劑B。
實(shí)施例30用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。重復(fù)實(shí)施例26的操作過程，區(qū)別在于使用82.0份處理水，17.973份ASA和0.027份表面活性劑B和攪拌持續(xù)5秒。
實(shí)施例31施膠組合物采用實(shí)施例26-30中制備的施膠乳液制備。實(shí)施例26-30中制備的施膠乳液由表面施加操作過程A用于將紙施膠以處理紙C。將每種乳液加入到淀粉溶液A中。
單獨(dú)地，對于實(shí)施例28-30，將紙C采用淀粉溶液A使用表面施加操作過程A處理以用作對照物。
施膠的效力由如下方式測定在商業(yè)打印機(jī)上打印經(jīng)處理的紙片和采用油墨滲透(測試A)，顏色滲出(測試C)，黑圖象面積(測試B)，和超聲衰減測量(測試E)測量性能。結(jié)果見表6。
表6
這些實(shí)施例顯示在粒度和模態(tài)的寬范圍內(nèi)，可以達(dá)到有效的施膠性能。
對比例32，33，34，35如下實(shí)施例32-35顯示表面活性劑的類型和數(shù)量對降低的剪切ASA乳液的質(zhì)量的影響。
對比例32用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。乳液由如下方式制備在家用摻混機(jī)中將0.5份由95份ASA和5份Span 85組成的ASA組分加入到由稀硫酸將pH調(diào)節(jié)到4.2的49.5份水中和在低設(shè)定下混合30秒。
對比例33根據(jù)實(shí)施例32制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由95份ASA和5份Tween 85組成。
對比例34目測乳液穩(wěn)定性和在下表7中報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)。
表7
從這些數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是，一些類別的表面活性劑并不提供合適的ASA乳液。
對比例35用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。乳液由如下方式制備在家用摻混機(jī)中將0.5份由95份ASA和5份Arlacel 20組成的ASA組分加入到由稀硫酸將pH調(diào)節(jié)到4.5的49.5份水中和在低設(shè)定下混合1分鐘。
對比例36根據(jù)實(shí)施例35制備用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的ASA乳液，區(qū)別在于ASA組分由95份ASA和5份Tween 85組成。
對比例37目測乳液穩(wěn)定性和在下表8中報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)。
表8
從這些數(shù)據(jù)可以看出，不是所有的表面活性劑都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
實(shí)施例38，39，40，41，42這些實(shí)施例顯示使用本發(fā)明的降低的剪切施膠體系，強(qiáng)度樹脂對施膠性能的影響。
實(shí)施例38用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。乳液由如下方式制備在家用摻混機(jī)中將3.09份由97份ASA和3份Brij 98組成的ASA組分加入到96.1份水中和在低設(shè)定下混合1分鐘。
實(shí)施例39在實(shí)施例38中制備的施膠乳液由表面施加A用于將紙施膠。將3.75份乳液單獨(dú)加入到300份另外的淀粉溶液D，第二淀粉組分中，以制備用于紙?zhí)幚淼目偸┠z組合物。表面施加A用于處理紙B。施膠的效力和強(qiáng)度由上述的測試A油墨拒滲和測試G環(huán)破碎測定。在下表9中報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)。
實(shí)施例40在實(shí)施例38中制備的施膠乳液和陰離子型聚丙烯酰胺強(qiáng)度樹脂，BaystrengthFP 200(Bayer Chemicals Corporation)，由表面施加A用于將紙施膠。將3.75份乳液和6.75份強(qiáng)度樹脂單獨(dú)加入到300份另外的淀粉溶液D，第二淀粉組分中，以制備用于紙?zhí)幚淼目偸┠z組合物。表面施加A用于處理紙B。施膠的效力和強(qiáng)度由上述的測試A油墨拒滲和測試G環(huán)破碎測定。在下表9中報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)。
實(shí)施例41在實(shí)施例38中制備的施膠乳液和陰離子型聚丙烯酰胺強(qiáng)度樹脂，BaystrengthFP 100(Bayer Chemica1s Corporation)，由表面施加A用于將紙施膠。將3.75份乳液和6.75份強(qiáng)度樹脂單獨(dú)加入到300份另外的淀粉溶液D，第二淀粉組分中，以制備用于紙?zhí)幚淼目偸┠z組合物。表面施加A用于處理紙B。施膠的效力和強(qiáng)度由上述的測試A油墨拒滲和測試G環(huán)破碎測定。在下表9中報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)。
實(shí)施例42將基礎(chǔ)片紙B采用300份淀粉溶液D加以表面施膠。表面施加A用于處理紙B。施膠的效力和強(qiáng)度由上述的測試A油墨拒滲和測試G環(huán)破碎測定。在下表9中報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)。
表9
從數(shù)據(jù)我們得出的結(jié)論是，強(qiáng)度劑與本發(fā)明的使用對施膠具有最小的影響和表達(dá)了強(qiáng)度性能。
實(shí)施例43，44，45如下實(shí)施例說明熒光增白劑和電導(dǎo)率對本發(fā)明性能的影響。
實(shí)施例43使用離心泵制備乳液。使用自來水而沒有進(jìn)行pH調(diào)節(jié)。pH是8.1和電導(dǎo)率是178μS/cm@22℃。水流量大約為1升/分鐘。離心泵在1700rpm下使用室溫自來水壓力運(yùn)行。ASA組分由97份ASA和3份Brij98組成和從校準(zhǔn)塔采用大約120mL/分鐘的流量輸送到離心泵。獲得的在水中ASA的濃度是10.7％。
實(shí)施例44在實(shí)施例43中制備的施膠乳液用于將如下方式制備的紙A施膠在中試造紙機(jī)上通過計(jì)量3磅乳液/噸干燥紙漿加到淀粉溶液C，第二淀粉組分中，以在壓膠機(jī)運(yùn)行罐中制備總施膠組合物。此外，將劑量為15磅/噸干燥紙漿的氯化鈉和劑量為10磅/噸干燥紙漿的BlankophorPl50，一種熒光增白劑，加入到壓膠機(jī)中。對于每種添加劑輸送到造紙機(jī)中的適當(dāng)劑量是基于淀粉拾取量計(jì)。
由上述的測試A油墨拒滲和測試H ISO亮度測定施膠效力和亮度。在下表10中報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)。
實(shí)施例45將沒有其它壓膠機(jī)添加劑的淀粉溶液C在壓膠機(jī)運(yùn)行罐中作為對照物運(yùn)行。在下表10中報(bào)導(dǎo)數(shù)據(jù)。
表10
從這些數(shù)據(jù)，我們得出的結(jié)論是，電解質(zhì)和熒光增白劑的使用不影響本發(fā)明的施膠改善。
實(shí)施例46-61這些實(shí)施例顯示本發(fā)明在高和低電導(dǎo)率環(huán)境中制備的配料中的用途。同樣，這些實(shí)施例顯示與ASA濕端加入和AKD濕端加入相比，在表面上施加的本發(fā)明的益處。
對比例46獲得源自本地工廠的回收紙漿用于這些實(shí)施例。配料大多數(shù)是混合辦公室廢物與一些舊波紋容器。氯化鈣和硫酸鈉(分別為5∶8的重量比)的溶液用于調(diào)節(jié)配料混合物以達(dá)到1500μS/cm的低電導(dǎo)率。基本重量為27磅/1000ft2的手抄紙作為目標(biāo)和在1磅/噸干燥紙漿的劑量下使用陽離子型聚丙烯酰胺助留劑。
向配料中采用足以提供4磅施膠劑/噸干燥紙的劑量的數(shù)量，加入稱為施膠劑C的AKD商業(yè)樣品。
對比例47手抄紙如在實(shí)施例46中所述制備。向配料中以足以提供5磅施膠劑/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C。
對比例48手抄紙如在實(shí)施例46中所述制備。向配料中以足以提供6磅施膠劑/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C。
對比例49將陽離子型馬鈴薯淀粉(StaLok400，AE Staley)作為在處理水A中15％的淀粉淤漿在95℃下蒸煮1小時。將獲得的溶液采用處理水A稀釋到4％固體。這是淀粉溶液E。手抄紙如在實(shí)施例46中所述制備，區(qū)別在于淀粉的加入。向配料中以足以提供4磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C和采用足以提供1∶1的活性膠料對活性淀粉比例的數(shù)量加入淀粉溶液E。
對比例50手抄紙如在實(shí)施例46中所述制備，區(qū)別在于淀粉的加入。向配料中以足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C和采用足以提供1∶1的活性膠料對活性淀粉比例的數(shù)量加入淀粉溶液E。
對比例51手抄紙如在實(shí)施例46中所述制備，區(qū)別在于淀粉的加入。向配料中以足以提供6磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C和采用足以提供1∶1的活性膠料對活性淀粉比例的數(shù)量加入淀粉溶液E。
對比例52向工業(yè)摻混機(jī)中加入190份淀粉溶液E，和在低設(shè)定下攪拌溶液。向渦流中一次性加入7.6份ASA的商業(yè)樣品(BaysizeI 18，BayerChemicals)。然后將速度調(diào)高，和保持3分鐘。然后將溶液采用處理水A稀釋使得活性施膠劑的濃度是0.5％。這稱為施膠劑D。
手抄紙如在實(shí)施例46中所述制備，區(qū)別在于由ASA替代AKD。向配料中以足以提供4磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D。
對比例53手抄紙如在實(shí)施例52中所述制備，區(qū)別在于向配料中以足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D。
對比例54手抄紙如在實(shí)施例52中所述制備，區(qū)別在于向配料中以足以提供6磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D。
添加劑A將商業(yè)明礬的溶液采用處理水A稀釋到0.5％。這是添加劑A。
對比例55手抄紙如在實(shí)施例52中所述制備，區(qū)別在于明礬的加入。向配料中以足以提供4磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D和采用足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入添加劑A。
對比例56手抄紙如在實(shí)施例52中所述制備，區(qū)別在于明礬的加入。向配料中以足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D和采用足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入添加劑A。
對比例57手抄紙如在實(shí)施例52中所述制備，區(qū)別在于明礬的加入。向配料中以足以提供6磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D和采用足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入添加劑A。
實(shí)施例58另外的手抄紙如在實(shí)施例46中所述制備，區(qū)別在于不加入濕端膠料。施膠劑E使用乳液操作過程A制備，區(qū)別在于使用5份Brij98。
將手抄紙采用施膠劑E和淀粉溶液C的混合物使用表面施加操作過程A處理。采用足以提供1.5磅施膠劑/磅干燥纖維的劑量的數(shù)量加入施膠劑E。
實(shí)施例59手抄紙如實(shí)施例58那樣處理。采用足以提供2磅施膠劑/磅干燥纖維E的劑量的數(shù)量加入施膠劑E，和淀粉溶液C使用表面施加操作過程A加入。
實(shí)施例60手抄紙如實(shí)施例58那樣處理。采用足以提供3磅施膠劑/磅干燥纖維E的劑量的數(shù)量加入施膠劑E，和淀粉溶液C使用表面施加操作過程A加入。
實(shí)施例61手抄紙如實(shí)施例58那樣處理。采用足以提供4磅施膠劑/磅干燥纖維E的劑量的數(shù)量加入施膠劑E，和淀粉溶液C使用表面施加操作過程A加入。
使用2-分鐘Cobb測試，測試I，分析實(shí)施例46-61的施膠。在表11中報(bào)導(dǎo)這些結(jié)果。
表11
從這些數(shù)據(jù)，我們顯示本發(fā)明的施膠劑具有相對于對比濕端施膠實(shí)施例的優(yōu)異性能和不受低電導(dǎo)率造紙條件的影響和提供相對于常規(guī)合成膠料的改進(jìn)的水吸附保持(holdout)效率。
對比例62獲得源自本地工廠的回收紙漿用于這些實(shí)施例。配料大多數(shù)是混合辦公室廢物與一些舊波紋容器。氯化鈣和硫酸鈉(分別為5∶8的重量比)的溶液用于調(diào)節(jié)配料混合物以達(dá)到5,000μS/cm的低電導(dǎo)率。制備基礎(chǔ)重量為27磅/1000ft2的手抄紙和在1磅/噸干燥紙漿的劑量下使用陽離子型聚丙烯酰胺助留劑。
向配料中采用足以提供4磅施膠劑/噸干燥紙的劑量的數(shù)量，加入施膠劑C。
對比例63手抄紙如在實(shí)施例62中所述制備。向配料中以足以提供5磅施膠劑/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C。
對比例64手抄紙如在實(shí)施例62中所述制備。向配料中以足以提供6磅施膠劑/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C。
對比例65手抄紙如在實(shí)施例62中所述制備，區(qū)別在于淀粉的加入。如對比例51那樣蒸煮陽離子型淀粉。向配料中以足以提供4磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C和采用足以提供1∶1的活性膠料對活性淀粉比的數(shù)量加入淀粉溶液E。
對比例66手抄紙如在實(shí)施例65中所述制備。向配料中以足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C和采用足以提供1∶1的活性膠料對活性淀粉比的數(shù)量加入淀粉溶液E。
對比例67手抄紙如在實(shí)施例65中所述制備。向配料中以足以提供6磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑C和采用足以提供1∶1的活性膠料對活性淀粉比的數(shù)量加入淀粉溶液E。
對比例68手抄紙如在實(shí)施例62中所述制備，區(qū)別在于由ASA替代AKD。向配料中以足以提供4磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D。
對比例69手抄紙如在實(shí)施例68中所述制備。向配料中以足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D。
對比例70手抄紙如在實(shí)施例68中所述制備。向配料中以足以提供6磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D。
對比例71手抄紙如在實(shí)施例68中所述制備，區(qū)別在于明礬的加入。向配料中以足以提供4磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D和采用足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入添加劑A。
對比例72手抄紙如在實(shí)施例71中所述制備。向配料中以足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D和采用足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入添加劑A。
對比例73手抄紙如在實(shí)施例71中所述制備。向配料中以足以提供6磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入施膠劑D和采用足以提供5磅/噸干燥紙的劑量的數(shù)量加入添加劑A。
實(shí)施例74另外的手抄紙如在實(shí)施例62中所述使用紙漿制備，區(qū)別在于不加入濕端膠料。施膠劑E使用乳液操作過程A制備，區(qū)別在于使用Brij98。
將手抄紙采用施膠劑E和淀粉溶液C使用表面施加操作過程A處理。采用足以提供1.5磅施膠劑/磅干燥纖維的劑量的數(shù)量加入施膠劑E。
實(shí)施例75如實(shí)施例74那樣制備的手抄紙采用施膠劑E和淀粉溶液C使用表面施加操作過程A處理。采用足以提供2磅施膠劑/磅干燥纖維的劑量的數(shù)量加入施膠劑E。
實(shí)施例76如實(shí)施例74那樣制備的手抄紙采用施膠劑E和淀粉溶液C使用表面施加操作過程A處理。采用足以提供3磅施膠劑/磅干燥纖維的劑量的數(shù)量加入施膠劑E。
實(shí)施例77如實(shí)施例74那樣制備的手抄紙采用施膠劑E和淀粉溶液C使用表面施加操作過程A處理。采用足以提供4磅施膠劑/磅干燥纖維的劑量的數(shù)量加入施膠劑E。
使用2-分鐘Cobb測試，測試I，分析實(shí)施例62-77的施膠。在表12中報(bào)導(dǎo)這些結(jié)果。
表12
從這些數(shù)據(jù)，我們得出的結(jié)論是高電導(dǎo)率造紙條件對本發(fā)明的性能具有很少有意義的影響。此外，相對于常規(guī)濕端施膠劑，本發(fā)明的性能顯著改進(jìn)。
實(shí)施例78-80此實(shí)施例顯示本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)室制備的漂白紙板條件中的益處。這些研究比較了本發(fā)明與濕端松香施膠。
實(shí)施例78使用精制到420加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度的漂白軟木牛皮紙和精制到350加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度的漂白硬木牛皮紙的1∶1混合物模擬實(shí)驗(yàn)室漂白紙板條件。不使用填料和將原料pH調(diào)節(jié)到4.5。向原料中加入淀粉溶液E，使得加入4磅/噸的淀粉，3磅/噸的陰離子型聚丙烯酰胺(BAYSTRENGTH85樹脂)，和1磅/噸的陰離子型助留劑。
手抄紙根據(jù)表面施加操作過程C采用根據(jù)乳液操作過程A制備的乳液處理，區(qū)別在于使用5份表面活性劑D，使得劑量是3磅/噸干燥纖維。采用紙制備C。
對比例79手抄紙根據(jù)實(shí)施例78制備，區(qū)別在于在淀粉加入之前加入10磅/噸的松香施膠乳液和劑量為20磅/噸的明礬。
對比例80手抄紙根據(jù)實(shí)施例78制備，區(qū)別在于在淀粉加入之前加入10磅/噸的松香施膠乳液和劑量為30磅/噸的明礬。
使用Cobb測試，測試I，和超聲衰減測量，MAX值，測試E，測試實(shí)施例78-80的手抄紙的施膠。在表13中報(bào)導(dǎo)這些結(jié)果。從這些數(shù)據(jù)，我們得出的結(jié)論是，本發(fā)明在更低的劑量下提供與松香等同的施膠，和由超聲衰減調(diào)制測量的更多的水保持。
表13
實(shí)施例81手抄紙根據(jù)實(shí)施例78制備，區(qū)別在于將pH采用稀NaOH調(diào)節(jié)到7.5，以200磅/噸干燥纖維的劑量加入碳酸鈣填料(ALBACAR 5970)，和加入10磅/噸或20磅/噸的淀粉。
手抄紙根據(jù)表面施加操作過程C采用根據(jù)操作過程A制備的乳液處理，區(qū)別在于使用5份Brij 98，使得膠料的劑量水平是2磅/噸干燥纖維。
實(shí)施例82將根據(jù)實(shí)施例81制備的手抄紙根據(jù)表面施加操作過程C處理，使得膠料的劑量水平是2.5磅/噸干燥纖維。
實(shí)施例83將根據(jù)實(shí)施例81制備的手抄紙根據(jù)表面施加操作過程C處理，使得膠料的劑量水平是3磅/噸干燥纖維。
實(shí)施例84將根據(jù)實(shí)施例81制備的手抄紙根據(jù)表面施加操作過程C處理，使得膠料的劑量水平是4磅/噸干燥纖維。
使用Cobb測試，測試I，測試實(shí)施例81-84的手抄紙的施膠。結(jié)果見表14。
表14
從這些數(shù)據(jù)我們顯示，本發(fā)明的膠料在填充的漂白紙板品極中賦予施膠而不使用松香或明礬。
實(shí)施例85-90實(shí)施例85-90說明在基于淀粉，聚合物或水的壓膠機(jī)溶液中施加的低剪切ASA的施膠效率。
這些實(shí)施例顯示在第一組分中含有乳液的施膠組合物的施膠效率，該第一組分在低剪切烯基琥珀酸酐下制備，施加到包括壓膠機(jī)溶液的第二組分中，該壓膠機(jī)溶液基于淀粉，聚合物或水。
紙D紙D在商業(yè)造紙機(jī)上制備。配料是廢舊波紋容器，其基礎(chǔ)重量是200g/m2。該紙包含10wt％碳酸鈣和沒有內(nèi)部膠料。
ASA乳液C將總計(jì)10.5份包含5wt％Brij 98表面活性劑的ASA用189.5份水，使用家用摻混機(jī)在低速度下乳化30秒。
實(shí)施例85采用10.64份ASA乳液C和139.36份7-wt％淀粉溶液B的混合物使用表面施加操作過程A，以每噸干燥紙纖維加入2磅ASA的劑量的方式處理紙D。
實(shí)施例86采用8.18份ASA乳液C和141.82份處理水A的混合物，使用表面施加操作過程A，以每噸干燥紙纖維加入2磅ASA的劑量的方式處理紙D。
實(shí)施例87通過將1.42份10-wt％固體聚合物加入到140.51份處理水A中制備BaysizeE LS(陽離子型聚丙烯酰胺，Bayer ChemicalsCorporation)的0.1-wt％溶液。
采用8.07份ASA乳液C和141.93份0.1-wt％聚合物溶液的混合物根據(jù)表面施加操作過程A處理紙D，使得每噸干燥紙纖維加入2磅ASA的劑量。
實(shí)施例88通過將3.48份10wt％聚合物加入到135.88份處理水A中制備Baysize E LS的0.25-wt％溶液。采用10.64份ASA乳液C和139.36份0.25-wt％聚合物溶液的混合物根據(jù)表面施加操作過程A處理紙D，使得每噸干燥紙纖維加入2磅ASA的劑量。
實(shí)施例89通過將0.46份30-wt％固體聚合物加入到138.84份處理水A中而制備BaystrengthFP 100(陰離子型聚丙烯酰胺，Bayer ChemicalsCorporation)的0.1-wt％溶液。
采用10.70份ASA乳液C和139.30份0.1-wt％聚合物溶液的混合物，使用表面施加操作過程A，以每噸干燥紙纖維加入2磅ASA的方式處理紙D。
實(shí)施例90通過將1.16份30-wt％固體聚合物加入到138.18份處理水A中而制備Baystrength FP 100的0.25-wt％溶液。
采用10.66份膠料乳液C和139.34份0.25-wt％聚合物溶液的混合物使用表面施加操作過程A，以每噸干燥紙纖維加入2磅ASA的方式處理紙D。
使用Cobb測試，測試I，和超聲衰減測量，測試E，測試實(shí)施例85，86，87，88，89和90中處理的紙的施膠。這些結(jié)果見表15。
表15
從這些數(shù)據(jù)我們顯示，當(dāng)?shù)诙M分是淀粉溶液、水、陰離子或陽離子聚合物溶液時可以達(dá)到有效的施膠。
實(shí)施例91-94這些實(shí)施例顯示水解的ASA對本發(fā)明的影響。
采用包含5％Brij 98表面活性劑的ASA與加入到392份未處理水中的8份施膠表面活性劑混合物制備乳液。在家用摻混機(jī)中使用低設(shè)定30秒制備乳液。然后將乳液放入裝配有架空攪拌器的容器中。將容器在保持在50℃的水浴中加熱。周期性地，將等分試樣抽取和分析酸酐含量和表面施膠效率。使用嗎啉滴定測量乳液中的酸酐數(shù)量(參照R.B.Wasser，″烯基琥珀酸酐的反應(yīng)性它對堿性施膠的相關(guān)性″，1985Alkaline Papermaking Conference，第17頁，TAPPI出版社)。表面施膠試驗(yàn)根據(jù)表面處理操作過程A進(jìn)行。將等分試樣的固體內(nèi)容物加入到淀粉溶液B中，使得膠料在經(jīng)處理的紙片上的劑量是0.5磅膠料/噸干燥紙。對于實(shí)施例，處理紙B。
對于4.5小時，每1.5小時，將在50℃下攪拌的初始乳液的等分試樣取出和測試其％酸酐和粒度(測試F)。如關(guān)于陳化乳液所述處理紙片。將獲得的紙片使用測試A測試施膠。對每個紙片進(jìn)行十二次施膠測量并平均化。結(jié)果見表16。
表16
這些實(shí)施例說明，即使施膠溶液包含水解的ASA，在紙片中觀察到有效數(shù)量的油墨保持。令人驚奇地，沒有ASA或水解的ASA在淀粉/ASA乳液中的分相或沉積。此溶液保持穩(wěn)定達(dá)幾天。
實(shí)施例95-97實(shí)施例95，96，和97說明與相似的新制備的ASA表面活性劑混合物樣品相比，ASA表面活性劑混合物(ASA和5％Brij98，伯醇乙氧基化物)的穩(wěn)定性，該混合物在38℃烘箱中貯存一個月。顯示乳液粒度，和油墨滲透數(shù)據(jù)。
實(shí)施例95用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。乳液由如下方式制備在25℃下在家用摻混機(jī)中將10份包含5％Brij 98的ASA加入到189.5份水中，所述ASA在38℃烘箱中貯存一個月，和在低設(shè)定下混合30秒。
實(shí)施例96用于制備根據(jù)本發(fā)明的施膠組合物的乳液如下制備。乳液由如下方式制備在25℃下在家用摻混機(jī)中將10份新制備的包含5％Brij 98的ASA加入到189.5份水中和在低設(shè)定下混合30秒。
實(shí)施例97實(shí)施例95和96中制備的施膠乳液由表面施加A用于將紙施膠。將每種乳液單獨(dú)加入另外的淀粉溶液B，第二淀粉組分中，以制備用于紙?zhí)幚淼目偸┠z組合物。向400g淀粉溶液B中加入6.31g乳液。由上述的測試A油墨拒滲測定施膠的效力。使用上述的測試F粒度測量每種乳液的乳液粒度。在下表17中提供結(jié)果。
表17
此研究指示，陳化的ASA樣品(實(shí)施例95)的性能可比于新制備的樣品(實(shí)施例96)，指示基于乳液的粒度或油墨滲透數(shù)據(jù)，加速陳化對包含伯醇乙氧基化物表面活性劑的ASA的性能沒有影響。
盡管參考其某些優(yōu)選的方案詳細(xì)描述了本發(fā)明，但其它變化也是可能的。因此，所附權(quán)利要求書的主旨和范圍不應(yīng)當(dāng)受限于在此包含的方案的描述。
權(quán)利要求
1.一種含水施膠組合物，其包含(a)包括一種乳液的第一組分，該乳液含有烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的(i)烯基琥珀酸酐粒子和(ii)表面活性劑組分；和(b)選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分；其中充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
2.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中表面活性劑組分選自磺基琥珀酸酯或鹽、烷基和芳基酰胺和伯、仲和叔胺和它們的對應(yīng)季鹽，脂肪酸、乙氧基化脂肪酸、脂肪醇、乙氧基化脂肪醇、脂肪酯、乙氧基化脂肪酯、乙氧基化甘油三酯、某些乙氧基化羊毛脂、磺化胺、磺化酰胺、乙氧基化聚合物、丙氧基化聚合物、乙氧基化/丙氧基化共聚物、聚乙二醇、磷酸酯、膦酸化脂肪酸乙氧基化物、膦酸化脂肪醇乙氧基化物、烷基磺酸鹽、芳基磺酸鹽、烷基硫酸鹽、芳基硫酸鹽，及其組合。
3.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中表面活性劑組分的存在水平為約0.1wt％到約20wt％，基于烯基琥珀酸酐。
4.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中烯基琥珀酸酐粒子的中值粒度為約0.5-約20微米。
5.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中烯基琥珀酸酐組分進(jìn)一步包含數(shù)量為約1-約99％的水解的烯基琥珀酸酐，基于烯基琥珀酸酐的總重量。
6.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中施膠組合物是充分稀釋的，使得當(dāng)施膠組合物處理纖維質(zhì)基材時，經(jīng)處理的纖維質(zhì)基材的Cobb施膠對于30分鐘為小于約150gsm或?qū)τ趦煞昼姙榧s100gsm。
7.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中施膠組合物是充分稀釋的，使得如果施膠組合物處理纖維質(zhì)基材，則經(jīng)處理的纖維質(zhì)基材延遲油墨滲透，得到至少十秒的HST值。
8.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中施膠組合物是充分稀釋的，以最小化在約40-約200°F的溫度下施膠組合物的聚結(jié)。
9.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中烯基琥珀酸酐粒子具有單模態(tài)粒子分布。
10.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中烯基琥珀酸酐粒子具有雙模態(tài)或多模態(tài)粒子分布。
11.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中烯基琥珀酸酐的存在量為約0.001-約5wt％。
12.權(quán)利要求1的施膠組合物，其中聚合物組分是選自如下的水溶性聚合物陽離子型乙烯基加成聚合物、陰離子型乙烯基加成聚合物、中性聚合物、兩性聚合物、縮聚物及其組合。
13.采用權(quán)利要求1的施膠組合物處理的纖維質(zhì)基材。
14.權(quán)利要求13的纖維質(zhì)基材，其中基材是紙板。
15.權(quán)利要求13的纖維質(zhì)基材，其中基于一分鐘，紙板顯示約50-約120克/平方米的Cobb施膠值。
16.權(quán)利要求13的纖維質(zhì)基材，其中基材是高級紙。
17.權(quán)利要求16的纖維質(zhì)基材，其中基于一分鐘，高級紙顯示約18-約40gsm的Cobb施膠值。
18.權(quán)利要求13的纖維質(zhì)基材，其中基材選自新聞紙、其它含木紙品級及其組合。
19.權(quán)利要求18的纖維質(zhì)基材，其中基材是顯示約10-約100秒的施膠性能的新聞紙基材，由水滴試驗(yàn)測定該施膠性能，基于5μL水滴尺寸。
20.一種制備施膠組合物的方法，其包括如下步驟(a)采用水乳化包含(i)烯基琥珀酸酐和(ii)表面活性劑組分的烯基琥珀酸酐組分；并由此形成一種乳液；和(b)將該乳液與選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分結(jié)合，由此形成施膠組合物，該施膠組合物包含(1)包含一種乳液的第一組分，該乳液含有烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的烯基琥珀酸酐粒子和表面活性劑組分，和(2)選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分；其中充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
21.權(quán)利要求20的方法，其中表面活性劑組分選自磺基琥珀酸酯或鹽，烷基和芳基酰胺和伯、仲和叔胺和它們的對應(yīng)季鹽，脂肪酸、乙氧基化脂肪酸、脂肪醇、乙氧基化脂肪醇、脂肪酯、乙氧基化脂肪酯、乙氧基化甘油三酯、某些乙氧基化羊毛脂、磺化胺、磺化酰胺、乙氧基化聚合物、丙氧基化聚合物、乙氧基化/丙氧基化共聚物、聚乙二醇、磷酸酯、膦酸化脂肪酸乙氧基化物、膦酸化脂肪醇乙氧基化物、烷基磺酸鹽、芳基磺酸鹽、烷基硫酸鹽、芳基硫酸鹽，及其組合。
22.權(quán)利要求20的方法，其中表面活性劑組分的存在水平為約0.1wt％到約20wt％，基于烯基琥珀酸酐。
23.權(quán)利要求20的方法，其中制備乳液所處的壓力是約1psig-約150psig。
24.權(quán)利要求20的方法，其中制備乳液所處的溫度為高于約40°F到約200°F。
25.權(quán)利要求20的方法，其中采用入口壓力為至少約1psig-約5psig的剪切設(shè)備制備乳液。
26.權(quán)利要求20的方法，其中采用入口壓力為約5psig-約25psig的剪切設(shè)備制備乳液。
27.權(quán)利要求20的方法，其中采用出口壓力為約15psig-約150psig的剪切設(shè)備制備乳液。
28.權(quán)利要求20的方法，其中采用出口壓力為約30psig-約100psig的剪切設(shè)備制備乳液。
29.權(quán)利要求20的方法，其中乳液在由選自如下的設(shè)備產(chǎn)生的剪切條件下制備離心泵、靜態(tài)在線混合器、蠕動泵、燒杯中的磁力攪拌棒、架空攪拌器及其組合。
30.權(quán)利要求20的方法，其中制備乳液所處的溫度低于約40°F，第二組分所處的溫度為高于約40°F到約200°F，和當(dāng)乳液與第二組分結(jié)合時加熱乳液。
31.一種將紙產(chǎn)品施膠的方法，其包括采用含水施膠組合物處理纖維質(zhì)基材表面，該含水施膠組合物包括(1)包含一種乳液的第一組分，該乳液含有烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的烯基琥珀酸酐粒子和表面活性劑組分，和(2)選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分，并由此形成施膠的纖維質(zhì)基材。
32.權(quán)利要求31的方法，其中施膠的纖維質(zhì)基材是紙板。
33.權(quán)利要求31的方法，其中基于一分鐘，紙板顯示約50-約120克/平方米的Cobb施膠值。
34.權(quán)利要求31的方法，其中施膠的纖維質(zhì)基材是高級紙。
35.權(quán)利要求31的方法，其中將施膠組合物加入到水箱中。
36.權(quán)利要求31的方法，其中基于1分鐘，施膠的纖維質(zhì)基材顯示約18-約40gsm的Cobb施膠值。
37.權(quán)利要求36的方法，其中施膠的纖維質(zhì)基材選自新聞紙、其它含木紙品級及其組合。
38.權(quán)利要求37的方法，其中基材是顯示約10-約100秒的施膠性能的新聞紙，由水滴試驗(yàn)測定該施膠性能，基于5μL水滴尺寸。
39.權(quán)利要求31的方法，其中施膠組合物中約100％的烯基琥珀酸酐保留在纖維質(zhì)基材中。
40.權(quán)利要求31的方法，其中在處理纖維質(zhì)基材表面之前，該方法進(jìn)一步包括采用濕端施膠劑處理纖維質(zhì)片，其中濕端施膠劑組分的存在數(shù)量是使用的總施膠劑的50％或更小。
41.權(quán)利要求31的方法，其中施膠組合物由如下方式制備(a)采用水乳化包含(i)烯基琥珀酸酐和(ii)表面活性劑組分的烯基琥珀酸酐組分；并由此形成包含一種乳液的第一組分，該乳液含有烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的(i)烯基琥珀酸酐粒子和(ii)表面活性劑組分；和(b)將該乳液與選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分結(jié)合，由此形成施膠組合物。
42.權(quán)利要求41的方法，其中乳液在由選自如下的設(shè)備產(chǎn)生的剪切條件下制備離心泵、靜態(tài)在線混合器、蠕動泵、燒杯中的磁力攪拌棒、架空攪拌器及其組合。
43.權(quán)利要求42的方法，其中制備第一組分所處的溫度低于約40°F，第二組分所處的溫度為高于約40°F到約200°F，和當(dāng)乳液與第二組分結(jié)合時加熱乳液。
44.一種含水施膠組合物，其包含(a)加熱的包括一種乳液的第一組分，該乳液含有烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的(i)烯基琥珀酸酐粒子和(ii)表面活性劑組分；和(b)選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分；其中充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能，并且其中施膠組合物在高于約40°F的溫度下。
45.一種含水施膠組合物，其包含(a)包括一種乳液的第一組分，該乳液含有烯烴烯酮二聚體組分，該烯烴烯酮二聚體組分包含在水中懸浮的(i)烯烴烯酮二聚體粒子和(ii)表面活性劑組分；和(b)選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分；其中充分稀釋烯烴烯酮二聚體組分和第二組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含水施膠組合物，該施膠組合物包括(a)包含一種乳液的第一組分，該乳液含有烯基琥珀酸酐組分，該烯基琥珀酸酐組分包含在水中懸浮的烯基琥珀酸酐粒子和表面活性劑組分；和(b)選自陽離子型淀粉、非離子型淀粉、陰離子型淀粉、水、水溶性聚合物及其混合物的第二組分；使得充分稀釋烯基琥珀酸酐組分和第二組分，以當(dāng)施膠組合物接觸纖維質(zhì)基材時，使施膠組合物能夠向纖維質(zhì)基材賦予有用的施膠性能。本發(fā)明也涉及采用這樣的組合物處理的纖維質(zhì)基材以及制備和使用該組合物的方法。在一個實(shí)施方案中，使用烷基烯酮二聚體代替烯基琥珀酸酐。
文檔編號D21H17/36GK1726320SQ200380106428
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者L·帕洛斯卡, K·C·迪爾茨, C·R·亨特, M·P·奧圖爾, R·J·普羅沃伯, T·T·朗, G·加羅, D·L·多普萊斯, K·科瑪羅斯卡, H·A·戈斯貝里三世, G·E·貝科 申請人:蘭科瑟斯公司