專利名稱：疏水性物質(zhì)的水性分散體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疏水性物質(zhì)的水性分散體，更特別是涉及具有由帶有相反電荷的兩種化合物組成的分散劑體系的分散體，其制備和用途。
疏水性物質(zhì)的水性分散體是公知的，用于多種用途。比如，在造紙上，疏水性物質(zhì)的水性分散體用作上漿劑，以在一定程度上提高紙張或紙板抵抗水性液體浸濕和滲透的能力。廣泛用于上漿的疏水性物質(zhì)的例子包括纖維素活性上漿劑如烷基烯酮二聚物和取代的琥珀酸酐，以及非纖維素活性上漿劑如松香基和樹脂基上漿劑。
疏水性物質(zhì)的分散體一般含有水相和分散在其中的極細碎化的疏水性物質(zhì)的粒子或液滴。分散體的制備通常是，在分散劑的存在下，在高的剪切力和較高的溫度的條件下，把疏水性、水不溶性物質(zhì)勻質(zhì)化在水相中。通常采用的分散劑包括陰離子、兩性或陽離子高分子量聚合物，如木質(zhì)素磺酸鹽、淀粉、聚胺、聚酰胺-胺或烯類加成聚合物。聚合物可以單獨使用，共用或同其它化合物配合使用以形成分散劑體系。有賴于分散劑體系各組分的總體電荷，上漿分散體在本體上會是陽離子性或陰離子性的。
甚至在固體含量相當(dāng)?shù)偷那闆r下，疏水性物質(zhì)的分散體常常表現(xiàn)出相當(dāng)差的穩(wěn)定性和高的粘度，明顯地導(dǎo)致分散體處理中的困難，比如在貯存和使用時。更進一步的缺點是產(chǎn)品只能以低濃度分散體的形式供應(yīng)，進一步提高了活性疏水性物質(zhì)的運輸成本。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供具有改進的穩(wěn)定性和粘度特性的疏水性物質(zhì)水性分散體。本發(fā)明的另外一個目的是提供上漿劑，最好是纖維素活性上漿劑的改進型水性分散體。進一步的目的見后。
按照本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)借助疏水性物質(zhì)的水性分散體，能夠?qū)崿F(xiàn)改進的穩(wěn)定性和粘度特性，其中疏水性物質(zhì)通過由兩種帶相反電荷并且分子量相當(dāng)?shù)偷幕衔锝M成的分散劑，而分散在水相中。更特別地，本發(fā)明涉及含有分散相的水性分散體，其中含有疏水性物質(zhì)和由分子量小于50,000并選自有機化合物和含硅化合物的陰離子化合物以及分子量小于50,000的陽離子有機化合物組成的分散劑。本發(fā)明因此涉及水性分散體，其制備和用途，這一點在權(quán)利要求中進一步說明。
本發(fā)明使制備具有改進的貯存穩(wěn)定性、高固含量和/或低的粘度的疏水性物質(zhì)的分散體成為可能。除此之外，當(dāng)分散體用于涉及初始高濃分散體的非常高稀釋度的用途時，發(fā)現(xiàn)分散相更穩(wěn)定，即，分散體表現(xiàn)出改進的稀釋穩(wěn)定性。涉及極高稀釋度用途的例子包括造紙的銅網(wǎng)部環(huán)境，以及漿體或內(nèi)體上漿，其中涉及將疏水性物質(zhì)的分散體添加到含有纖維素纖維和可選填料的水性懸浮體中。在本文中，改進的稀釋穩(wěn)定性意味著疏水性上漿劑粒子或液滴會聚集得更少，于是形成低含量的較大凝體和低的上漿率，同時疏水性上漿劑在造紙設(shè)備上更少的沉積，更少的網(wǎng)格沾染，因此減少造紙設(shè)備維護的需要。本分散體帶來的更大的益處包括干擾物質(zhì)存在下的改進穩(wěn)定性，如來自不純的紙漿和/回用纖維的陰離子廢物，以及疏水性物質(zhì)在造紙工藝再循環(huán)白水中更少的積累。因此，本發(fā)明的分散體在白水深度再循環(huán)以及纖維素懸浮體含有顯著量的廢物的工藝中特別有用。而且，本發(fā)明分散體也實現(xiàn)了一種可能，在同樣的上漿劑用量下，達到了比常用的上漿分散體改進的上漿性，而在同樣的上漿度下，上漿劑的用量更低。使用較低量的上漿劑卻達到了指定的上漿度，這種可能性降低了工藝再循環(huán)的白水中的未吸附疏水上漿劑累積的風(fēng)險，因而更降低了疏水性物質(zhì)在造紙設(shè)備上的凝集和沉淀的風(fēng)險。本發(fā)明由此具有大的經(jīng)濟和技術(shù)效益。
分散體中存在的疏水性物質(zhì)優(yōu)選基本不溶于水的。適宜的疏水性物質(zhì)的例子包括在造紙中可以用作上漿劑的化合物，可以衍生自天然和合成途徑，如纖維素活性疏水劑和非纖維素活性疏水劑。在一個優(yōu)選的實施方案中，疏水性物質(zhì)具有約低于100℃的熔點，最好低于75℃。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，疏水性物質(zhì)是纖維素活性上漿劑，可以從現(xiàn)有技術(shù)已知的任何纖維素活性上漿劑中選擇。適宜的上漿劑可以從疏水烯酮二聚物、烯酮多聚體、酸酐、有機異氰酸酯、甲氨酰氯和它們的混合物中選擇，優(yōu)選烯酮二聚物和酸酐，更優(yōu)選烯酮二聚物。適宜的烯酮二聚物如下通式(I)所示，其中R1和R2代表飽和或不飽和的烴基，通常是飽和烴基，烴基基團適宜具有8～36個碳原子，通常是具有12～20個碳原子的直鏈或支鏈的烷基，如正十六烷基和正十八烷基。適宜的酸酐以如下通式(II)為特征，其中R3和R4可以相同或不同，代表適宜含有8～30個碳原子的飽和或不飽和的烴基，或者R3和R4同-C-O-C-部分一起構(gòu)成5～6元環(huán)，可選進一步被含有多達30個碳原子的烴基取代。市面上常用的酸酐的例子包括烷基和鏈烯基琥珀酸酐，尤其是異十八鏈烯基琥珀酸酐。
適宜的烯酮二聚物、酸酐和有機異氰酸酯包括美國專利4,522,686中公開的化合物，此處因此就其參考引用。適宜的甲氨酰氯的例子包括那些在美國專利3,887,427中公開的化合物，此處因此就其參考引用。
在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方案中，疏水性物質(zhì)是非纖維素活性疏水劑，可以從現(xiàn)有技術(shù)已知的任何非纖維素活性上漿劑中選擇。適宜的非纖維素活性上漿劑可以選自基于松香的疏水劑如松香、歧化松香、氫化松香、聚合松香、甲醛處理過的松香、酯化松香、強化松香和這些方法混合處理的松香以及這些方法處理過松香的混合物，脂肪酸及其衍生物如脂肪酸酯和酰胺如雙硬脂酰胺，樹脂及其衍生物如氫化樹脂、樹脂酸、樹脂酸酯和酰胺，蠟如粗制和精制石蠟、合成蠟、天然蠟等。
本發(fā)明的分散體含有分散劑，或分散劑體系，包括至少一種陰離子化合物和至少一種陽離子化合物，兩者都具有低的分子量(此后稱LMW)。LMW化合物優(yōu)選靠靜電引力鍵合在一起，于是呈現(xiàn)出集束分散劑的狀態(tài)。當(dāng)復(fù)合使用時，LMW化合物能有效地起到疏水性物質(zhì)的分散劑的作用，雖然陽離子化合物和陰離子化合物在單獨使用時不一定，通常不適合作為分散劑。在一個優(yōu)選的實施方案中，陰離子和陽離子化合物至少其一是聚電解質(zhì)。此處用到的“聚電解質(zhì)”這個詞的意思指的是帶有一個或多個帶電荷基團(陰離子/陽離子)的化合物，以及比如通過化學(xué)的非離子作用或引力而起到聚電解質(zhì)作用的帶電荷(陰離子/陽離子)化合物。
分散劑的陰離子化合物帶有一個或多個相同或不同類型的陰離子基團，并包括帶有一個陰離子基團的陰離子化合物和帶有兩個或更多陰離子基團的陰離子化合物，此處稱之為陰離子聚電解質(zhì)。陰離子聚電解質(zhì)可以帶有一個或多個陽離子基團，只要總體上具有陰離子電荷。適宜的陰離子基團的例子包括硫酸根基團和羧酸、磺酸、磷酸、膦酸基團，可以以自由酸或水溶性銨鹽或堿金屬鹽(通常是鈉鹽)的形式存在，比如鈉的羧酸鹽和磺酸鹽。陰離子聚電解質(zhì)具有的取代度可以在寬的范圍內(nèi)變動陰離子取代度(DSA)可以是0.01～1.4，適宜的是0.1～1.2，優(yōu)選0.2～1.0。
分散劑的陰離子化合物可以衍生自天然或合成途徑并優(yōu)選是水溶性或水分散性的。在一個優(yōu)選的實施方案中，此陰離子化合物是有機化合物，即，含有碳原子。適宜的陰離子化合物包括陰離子表面活性劑如烷基、芳基和烷芳基硫酸鹽和醚硫酸鹽，烷基、芳基和烷芳基羧酸鹽，烷基、芳基和烷芳基磺酸鹽，烷基、芳基和烷芳基磷酸鹽和醚磷酸鹽，以及二烷基磺化琥珀酸鹽，其中烷基基團含有1～18個碳原子，芳基基團含有6～12個碳原子，烷芳基基團含有7～30個碳原子。適宜的陰離子表面活性劑的例子包括十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉。適宜的陰離子化合物更多的例子包括陰離子聚電解質(zhì)比如陰離子有機LMW聚合物，可選降解過的，磷酸鹽化、磺酸鹽化和羧酸鹽化的多糖諸如如淀粉、瓜耳膠、纖維素，優(yōu)選纖維素衍生物，最好是羧甲基纖維素，以及縮合產(chǎn)物如陰離子聚氨酯和縮合萘磺酸鹽，更包括從帶有陰離子基團的單體如丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、衣康酸、巴豆酸、乙烯基磺酸、磺化苯乙烯和丙烯酸及甲基丙烯酸羥烷酯的磷酸酯制備的烯基加成聚合物，可選同非離子單體包括丙烯酰胺、丙烯酸烷酯、苯乙烯和丙烯腈及這些單體的衍生物、乙烯酯及其類似物共聚。陰離子化合物也可以選自含硅的LMW無機化合物，比如，硅酸鹽和不同形式的縮合或聚合硅酸如低聚硅酸、多聚硅酸、聚硅酸鹽、聚硅酸鋁、聚硅酸鹽微溶膠、聚硅酸鋁微溶膠以及硅基物質(zhì)如帶負性羥基的硅溶膠形式。
分散劑的陽離子化合物帶有一個或多個相同或不同類型的陽離子基團，并包括帶有一個陽離子基團的陽離子化合物和帶有兩個或更多陽離子基團的陽離子化合物，此處稱之為陽離子聚電解質(zhì)。陽離子聚電解質(zhì)可以帶有一個或多個陰離子基團，只要總體上具有陽離子電荷。適宜的陽離子基團的例子包括锍鹽基團，鏻鹽基團，伯、仲和叔胺或氨基以及季銨鹽基團的酸加成鹽，比如其中氮已被氯代甲烷、硫酸二甲酯或苯基氯季銨化，優(yōu)選胺/氨基和季銨鹽基團的酸加成鹽。陽離子聚電解質(zhì)具有的取代度可以在寬的范圍內(nèi)變動陽離子取代度(DSC)可以是0.01～1.0，適宜的是0.1～0.8，優(yōu)選0.2～0.6。
分散劑的陽離子化合物可以衍生自天然或合成途徑并優(yōu)選是水溶性或水分散性的。陽離子化合物優(yōu)選是有機化合物。適宜的陽離子化合物的例子包括陽離子表面活性劑，如式R4N+X-類型的化合物，其中每一個R基團獨立地從如下中選擇(i)氫；(ii)烴基，適宜的是含1～30個、優(yōu)選1～22個碳原子的脂肪烴基，優(yōu)選烷基；和(iii)烴基，適宜的是含多達30個、優(yōu)選4～22個碳原子的脂肪烴基，優(yōu)選烷基，并插入有一個或多個雜原子如氧和氮，和/或含雜原子基團如羰基和酰氧基；其中至少一個，適宜至少三個，優(yōu)選全部所述的R基團含有碳原子；適宜至少一個，優(yōu)選至少兩個所述的R基團含至少7個、優(yōu)選至少9個、最優(yōu)選至少12個碳原子；而其中X-是一種陰離子，典型是鹵離子如氯，或分散劑陰離子化合物中存在的陰離子基團，比如其中表面活性劑是式R3N所示的質(zhì)子化胺，其中R和N定義如上。適宜的表面活性劑的例子包括二辛基二甲基氯化銨、二癸基二甲基氯化銨、二椰子油基二甲基氯化銨、椰子油基芐基二甲基氯化銨、椰子油基(分級過)芐基二甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、二(十八烷基)二甲基氯化銨、二(十六烷基)二甲基氯化銨、二(氫化牛脂基)二甲基氯化銨、二(氫化牛脂基)芐基甲基氯化銨、氫化牛脂基芐基二甲基氯化銨、二油基二甲基氯化銨和二(亞乙基十六烷酸酯)二甲基氯化銨。特別優(yōu)選的陽離子表面活性劑因而包括那些至少帶有一個9～30個碳原子的烴基基團的物質(zhì)，最好是季銨化合物。更為適宜的陽離子表面活性劑包括帶有至少一個烴基基團的季二和多銨化合物，適宜的是9～30個、優(yōu)選12～22個碳原子的脂肪烴，優(yōu)選烷基。此類適宜的表面活性劑的例子包括N-十八烷基-N-二甲基-N′-三甲基-亞丙基-二氯化二銨。適宜的陽離子化合物進一步的例子包括陽離子聚電解質(zhì)如陽離子有機LMW聚合物，可選降解過的，如衍生自多糖如淀粉和瓜耳膠的化合物，陽離子縮合產(chǎn)物如聚氨酯，聚酰胺-胺如聚酰胺胺-表氯醇，多胺如二甲胺表氯醇共聚物、二甲胺-乙二胺-表氯醇共聚物、氨-二氯乙烯共聚物，從帶有陽離子基團的單體制備的烯基加成聚合物如二烯丙基二甲基氯化銨和二烷基氨基烷基的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及其丙烯酰胺(如丙烯酸和甲基丙烯酸二甲基氨乙酯)的均聚或共聚物，通常以酸加成鹽或季銨鹽，可選同非離子單體包括丙烯酰胺、丙烯酸烷酯、苯乙烯和丙烯腈及這些單體的衍生物、乙烯酯及其類似物共聚。
用于本發(fā)明的陰離子LMW化合物和陽離子LMW化合物都具有小于50,000的分子量(此后稱MW)，適宜小于30,000，優(yōu)選小于20,000。當(dāng)分散劑的陰離子化合物和/或陽離子化合物的MW甚至更低，比如小于15,000，最好小于10,000時，可獲得進一步的益處。陰離子和陽離子化合物一般具有高于200的分子量，優(yōu)選高于500。陰離子和陽離子表面活性劑通常具有比陰離子和陽離子聚電解質(zhì)更低的分子量；優(yōu)選表面活性劑具有MW為200～800。當(dāng)分散劑中的一種化合物是表面活性劑時，分散劑的另一種化合物應(yīng)該優(yōu)選是聚電解質(zhì)，其MW定義如上。
本發(fā)明優(yōu)選的分散體含有分散劑，選自分散劑(i)，它由陽離子表面活性劑和陰離子聚電解質(zhì)組成，其中分散劑具有總體的陰離子電荷；分散劑(ii)，它由陽離子聚電解質(zhì)和陰離子聚電解質(zhì)組成，其中分散劑具有總體的陰離子電荷；分散劑(iii)，它由陰離子表面活性劑和陽離子聚電解質(zhì)組成，其中分散劑具有總體的陽離子電荷；分散劑(iv)，它由陰離子聚電解質(zhì)和陽離子聚電解質(zhì)組成，其中分散劑具有總體的陽離子電荷；陰陽離子表面活性劑、陰陽離子聚電解質(zhì)及其分子量的定義見上。
分散劑的陰離子和陽離子化合物在分散體中可以存在的量在寬范圍內(nèi)變動，尤其有賴于化合物的分子量、化合物的離子取代度即電荷密度、希望的分散體的總體電荷及選用的疏水性物質(zhì)?；谑杷晕镔|(zhì)，陰離子化合物和陽離子化合物可以存在的量都是最多100wt％，適宜是0.1～20wt％，優(yōu)選是1～10wt％。
已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的分散體可以制備成高固體含量而依然表現(xiàn)出非常好的貯存穩(wěn)定性和低的粘度。因此本發(fā)明給出了具有改進的貯存穩(wěn)定性和/或高固體含量的疏水性物質(zhì)的分散體。本文特別優(yōu)選的分散體包括纖維素活性上漿劑的分散體，最好是含總體陰離子性電荷的分散劑的分散體。本發(fā)明的纖維素活性上漿劑分散體一般具有上漿劑含量為0.1～50wt％，適宜高于20wt％。本發(fā)明的含有烯酮二聚物上漿劑的分散體，可能具有烯酮二聚物含量在范圍5～50wt％內(nèi)，優(yōu)選10～35wt％。本發(fā)明的含有酸酐類上漿劑的分散體或乳液，可能具有酸酐含量為0.1～30wt％，通常1～20wt％。非纖維素活性上漿劑分散體一般具有上漿劑含量為5～50wt％，優(yōu)選10～35wt％。
本發(fā)明的分散體的制備是，優(yōu)選在疏水性物質(zhì)呈液態(tài)的溫度下，將水相與分散劑體系和疏水性物質(zhì)混合，并且勻質(zhì)化如此得到的混合物，適宜在壓力下。然后冷卻得到的水性乳液，其中含有通常粒徑為0.1～3.5μm的疏水劑的液滴。除了上述的組分外，上漿分散體中也可以添加其它的物質(zhì)，比如額外分散劑和穩(wěn)定劑如非離子分散劑，增量劑如脲和脲衍生物和防腐劑。推薦分散劑化合物的正或負電荷原位形成，比如借助于化合物的彼此接觸和/或?qū)⒒衔锿嗷旌虾?或降低水相的pH值。比如，酸基團失去氫就會形成陰離子電荷，而堿式胺或氨基通過質(zhì)子化或吸收一個氫就會表現(xiàn)陽離子性。因此，分散體的制備可以始于不帶電荷的化合物。比如，可以采用帶有堿式氨基基團的有機化合物或式R3N示的堿式胺，其中對應(yīng)的銨鹽部分R4N+X-在制備過程中生成，其中R、N和X定義同上。
進一步發(fā)現(xiàn)分散體的組分在水相存在下能夠很容易地勻質(zhì)化，特別是在分散劑LMW化合物同熔點約低于100℃、最好低于75℃的疏水性物質(zhì)配合使用的條件下。同制備通常分散體的工藝相比，此工藝一般需要更少的能量和更低的剪切力，因而簡化了應(yīng)用設(shè)備。因此，制備分散體的一個更進一步的方法包括(i)疏水性物質(zhì)與分散劑的陰離子和陽離子化合物混合，得到中間體組合物，和(ii)在水相的存在下勻質(zhì)化中間體組合物，如上述。優(yōu)選組分在階段(i)中均勻混合。階段(i)中采用的疏水劑可以是固態(tài)的，雖然優(yōu)選液態(tài)以簡化均勻混合過程。若希望的話，中間體組合物經(jīng)歷了階段(i)的混合后就可以出料了，可選冷卻固化，就得到了含有分散劑和疏水性物質(zhì)的基本無水的中間體組合物，以經(jīng)濟上具吸引力的方式實現(xiàn)了運輸?shù)暮喕?。在所使用地點或別的地方，中間體疏水組合物能在水的存在下以通?；蚝喕姆绞絼蛸|(zhì)化，可選在升高的溫度下，以保持中間體組合物的液體狀態(tài)。在制備烯酮二聚物和酸酐的分散體時，此法特別具有吸引力，而后者經(jīng)常在直接涉及其作為造紙上漿劑的用途的造紙廠中進行制備。貯存穩(wěn)定的基本無水的上漿組合物的出現(xiàn)于是可以提供相當(dāng)大的經(jīng)濟和技術(shù)效益。本發(fā)明因此也涉及由疏水性物質(zhì)、選自含碳化合物和含硅化合物的陰離子LMW化合物以及陽離子有機LMW化合物組成的基本無水的濃縮組合物，其中陰離子和陽離子化合物在復(fù)合使用時能有效地起到水相中疏水性物質(zhì)的分散劑體系的作用，還涉及組合物的制備和用途，這一點在權(quán)利要求中進一步說明。
本發(fā)明的濃縮組合物中含有的各組分，即，疏水性物質(zhì)、陰陽離子化合物，優(yōu)選如上述所定義。本組合物基本無水，此處意即可以含有少量的水；水的含量可以是0～10wt％，適宜的是少于5wt％，優(yōu)選少于2wt％。最優(yōu)選不含水。以質(zhì)量為計，組合物優(yōu)選含有占多數(shù)量的疏水性物質(zhì)，即，至少50wt％，組合物適宜具有疏水劑含量在范圍80～99.9wt％內(nèi)，優(yōu)選90～99.7wt％。相對于其重量百分數(shù)以疏水性物質(zhì)為基的分散體，陰陽離子化合物可以以上述的量存在于組合物中。基于疏水性物質(zhì)，組合物中陰離子化合物和陽離子化合物可以含有的量都是最多100wt％，適宜是0.1～20wt％，優(yōu)選是1～10wt％。
本發(fā)明的分散體可以以通常的方式在采用任何類型的纖維素纖維的紙張制造中作為上漿劑，可用來表面上漿，也可以是內(nèi)體或漿體上漿。此處用到的“紙”這個詞的意思不僅包括紙張而且包括片材和織物形態(tài)的所有類型的纖維素制品，包括，比如，板材和紙板。漿體中含有纖維素纖維，可選同礦物質(zhì)填料配合，一般纖維素纖維的含量至少是50wt％，基于干的漿體。常用類型的礦物質(zhì)填料的例子包括高嶺土、瓷土、鈦白粉、石膏、滑石和天然和合成碳酸鈣如白堊、重質(zhì)大理石和沉淀法碳酸鈣。添加到漿體中的疏水性上漿劑的量可以是0.01～5wt％，優(yōu)選0.05～1.0wt％，基于纖維素纖維和可選填料的干重，其中用量主要由紙漿或待上漿紙的質(zhì)地、選用的上漿劑和希望達到的上漿度決定。
在一個優(yōu)選的實施方案中，分散體用于纖維素紙漿的漿體上漿，其中漿體具有高的陽離子需求度和/或含有顯著量親油性物質(zhì)，如制備自具有一定的含木素和回收紙漿的漿體，例如其中白水深度再循環(huán)。這類用途中最優(yōu)選的分散體包括纖維素活性上漿劑的分散體和含有總體陰離子電荷分散劑的分散體。通常陽離子需求度至少是50，適宜至少100，優(yōu)選至少150μeq/l母濾液。陽離子需求度可以用通常的方法測定，比如借助Mütek粒子電荷檢測儀，使用的母濾液取自經(jīng)1.6μm濾器過濾而成的粗漿液，以聚(二烯丙基二甲基氯化銨)為滴定劑。親油性提取物的含量可能至少為10ppm，通常至少20ppm，適宜至少30ppm和優(yōu)選至少50ppm，采用已知的方法利用DCM(二氯甲烷)進行抽提，測量結(jié)果以ppm DCM表示。本分散體更優(yōu)選用于白水被深度再循環(huán)的造紙工藝中，即，白水高度封閉，例如其中制造每噸干紙使用0～30噸新鮮水，通常每噸紙少于20，適宜少于15，優(yōu)選少于10和最好少于5噸新鮮水/噸紙。工藝中白水再循環(huán)的優(yōu)選實施是，在上漿分散體添加之前或之后，優(yōu)選以漿體或懸浮液的形式將白水同纖維素纖維混合，例如形成待脫水的漿體。新鮮水可以在任何階段下引入到工藝里；比如，它可以在漿體同白水混合之前或之后和在上漿分散體添加之前或之后，同纖維素纖維混合以形成漿體，也可以同含有纖維素纖維的漿體混合，稀釋它以形成待脫水的漿體。
造紙上通常在漿體中添加的化學(xué)物質(zhì)，比如助留劑、鋁化合物、染料、濕強樹脂和上光劑等，當(dāng)然可以同本上漿分散體復(fù)合使用。非纖維素活性上漿劑通常同鋁化合物配合使用，以便將上漿劑固定在纖維素纖維上。鋁化合物的例子包括明礬、鋁酸鹽和多鋁化合物如氯化多鋁和硫酸多鋁鹽。適宜的助留劑的例子包括陽離子聚合物，有機高分子復(fù)合陰離子無機物，如陽離子聚合物復(fù)合膨潤土、陽離子聚合物或陰陽離子聚合物復(fù)合硅基溶膠。本發(fā)明的分散體配以含有陽離子聚合物的助留劑使用時，能達到特別好的漿體上漿。適宜的陽離子聚合物包括陽離子淀粉、瓜耳膠、丙烯酸酯和丙烯酰胺基聚合物、聚哌嗪、二氰基二酰胺-甲醛、多胺、聚酰胺-胺和聚(二烯丙基二甲基氯化銨)以及它們的混合物。優(yōu)選陽離子淀粉和陽離子丙烯酰胺基聚合物，或單獨使用或彼此混合或同其它物質(zhì)混合使用。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，分散體的應(yīng)用配以一種助留體系，含有至少一種陽離子聚合物和陰離子硅基粒子。本分散體可以在陽離子聚合物添加之前、中間、之后或同時添加。也可能把上漿分散體同助留劑例如陽離子聚合物如陽離子淀粉或陽離子丙烯酰胺基聚合物，或陰離子硅基物質(zhì)預(yù)混合，然后把如此制備的混合物添加到漿體中。因此，本分散體可以在即將把它添加到漿體中之前，通過把含有陽離子化合物，優(yōu)選陽離子表面活性劑的上漿分散體同如上所述的陰離子硅基物質(zhì)進行接觸而制備。
本發(fā)明在如下的實施例中作進一步的說明，可本發(fā)明并不限于此。份數(shù)和wt％分別表示重量份數(shù)和重量百分數(shù)，除非另有說明。實施例1本發(fā)明的疏水性烷基烯酮二聚物(AKD)分散體的制備是，在70℃，將二(氫化牛脂基)二甲基氯化銨，MW為340的陽離子表面活性劑，以商品名Querton 442有售，Akzo Nobel制，與熔化的AKD混合，在一種縮合萘磺酸鈉(推算MW約6,000，以商品名OrotanTMSN有售，羅姆&哈斯公司制)的水溶液的存在下，混合物經(jīng)由勻質(zhì)器，然后冷卻如此得到的分散體。加入酸使分散體的pH值調(diào)整到約5。此分散體，表示為No.1分散體，具有AKD含量30wt％，并含有6wt％的陰離子化合物和4wt％的陽離子化合物，都基于AKD的質(zhì)量。分散體含有纖維素活性疏水劑粒子，其平均粒徑約1μm，帶陰離子電荷，這一點體現(xiàn)在負的ζ電勢上，以ZetaMaster S Version PCS測定。實施例2實施例1分散體的穩(wěn)定性如下測定分散體用水稀釋，得到含有40ppmAKD的分散體。有些實驗里，為評價親油性陰離子廢物存在下的穩(wěn)定性，添加了10ppm的硬脂酸。稀釋的分散體裝入配備有濁點測試裝置、環(huán)路、循環(huán)器件和加熱及冷卻器件的廣口瓶中。一定體積的稀釋分散體在環(huán)路中循環(huán)，同時自動記錄濁度，并使分散體經(jīng)受固定45分鐘長的加熱和冷凍循環(huán)。分散體的溫度從20℃升至62℃，然后又降低到20℃。濁度受粒徑影響，溫度循環(huán)之前和之后的分散體濁度的差異是考驗分散粒子經(jīng)受住因聚集而長大能力的尺度，最終分散體穩(wěn)定性的尺度。濁度差(ΔT)如下計算ΔT＝(最終濁度/初始濁度)×100。ΔT越大穩(wěn)定性越高。
為比較目的，兩個標準分散體也進行測試參考例1是陰離子AKD分散體，含有由木質(zhì)素磺酸鈉和高分子量(HMW)陽離子淀粉組成的分散劑體系，其中陰離子木質(zhì)素磺酸鹽在離子數(shù)上過量；參考例2是陽離子AKD分散體，也含有木質(zhì)素磺酸鈉和HMW陽離子淀粉，其中陽離子淀粉在離子數(shù)上過量。表1給出得到的的結(jié)果。表1分散體號硬脂酸[ppm]ΔT1 - 721 10 55參考例1- 45參考例110 32參考例2- 35參考例210 6如表1所示，同標準分散體的那些ΔT值相比，本發(fā)明分散體的值相當(dāng)高，這因而意味著更好的稀釋穩(wěn)定性。實施例393份AKD丸粒，3份陽離子表面活性劑以及4份實施例1采用的陰離子化合物進行干混，以制備本發(fā)明的無水濃縮組合物。然后把此干的混合物添加到熱水中，并將如此得到的水性混合物加熱到80℃，泵送過高壓剪切泵后冷卻到室溫。最終的陰離子分散體，分散體No.2，具有AKD含量20wt％，平均粒徑約1μm。
對上漿效率進行評判，按照適用于實驗室規(guī)模的SCAN-C23X標準方法來制備紙張，選用的造紙漿體中含有80wt％的60∶40的漂白樺木/松木硫酸鹽和20wt％的白堊，加有0.3g/l的Na2SO4·10H2O。漿體的稠度為0.5wt％，pH值8.0。分散體在使用時配以工業(yè)助留和脫水體系，CompozilTM，由陽離子淀粉和陰離子鋁改性硅溶膠組成，二者分別加入到漿體中；陽離子淀粉添加的量為12kg/噸，基于干漿體，硅溶膠添加的量為0.8kg/噸，以SiO2為計并基于干漿體。
Cobb值按照TAPPI標準的T 441 OS-63進行測定，實驗結(jié)果列于表2中。AKD的投料量基于干漿體。表2分散體號AKD投料量[kg/噸]Cobb 60[g/m2]20.305820.4030參考例1 0.3084參考例1 0.4065參考例2 0.3066參考例2 0.4040表2表明，借助本發(fā)明的上漿分散體，達到了紙張上漿的改進。實施例4通過制備具有不同AKD含量的陰離子AKD分散體，對本發(fā)明分散體制備的難易度進行評判。本發(fā)明的分散體的制備是，將0.8wt％的二(氫化牛脂基)二甲基氯化銨，1.6wt％的縮合萘磺酸鈉，77.6wt％的水和20wt％的AKD的混合物 Ultra Turrax混合器勻質(zhì)化一段固定的時間，轉(zhuǎn)數(shù)15,000rpm，然后冷卻如此得到的分散體2小時。以同樣的方式制備AKD含量不同的類似分散體，以獲得AKD含量10、20、30和40wt％的分散體。這些分散體稱為發(fā)明例，跟隨以AKD含量wt％。
為比較目的，以同樣的方式，在相同的條件下，將1.0wt％陽離子淀粉、0.25wt％木質(zhì)素磺酸鈉、89wt％水和10wt％AKD的混合物勻質(zhì)化，制備標準AKD分散體。制備AKD含量不同的類似分散體，以獲得AKD含量10、20、30和40wt％的標準分散體。這些分散體稱為參考例3，跟隨以AKD含量wt％。
以常用的方法測定粒徑和粘度。表3給出得到的結(jié)果。表3AKD分散體號粒徑[μm]粘度[cps]發(fā)明例-10wt％2.98 10發(fā)明例-20wt％3.12 20發(fā)明例-30wt％3.50 20發(fā)明例-40wt％3.50 25參考例3-10wt％ 4.31 15參考例3-20wt％ 4.52 20參考例3-30wt％ 5.20 25參考例3-40wt％ 5.57 40表3表明，本發(fā)明的分散體較容易制造；相同AKD含量得到更低的粘度，同樣量的表面自由化能量給出更小的粒徑。比起標準分散體，為制備相等粒徑的分散體，本發(fā)明于是需要更少的能量和更低的剪切力。除此之外，攪拌速度升至25,000rpm使本發(fā)明分散體的粒徑疾降至范圍1～2μm內(nèi)。
權(quán)利要求
1.由分散劑和含有疏水性物質(zhì)的分散相組成的水性分散體，其特征在于分散劑含有(a)分子量小于50,000并選自含碳和含硅化合物的陰離子化合物，以及(b)分子量小于50,000的陽離子有機化合物。
2.權(quán)利要求1的分散體，其特征在于陰離子化合物和陽離子化合物具有小于20,000的分子量。
3.權(quán)利要求1或2的分散體，其特征在于陰離子化合物是有機化合物。
4.權(quán)利要求1、2或3的分散體，其特征在于分散劑是陰離子性的，并由陽離子表面活性劑和陰離子聚電解質(zhì)組成。
5.權(quán)利要求1、2或3的分散體，其特征在于分散劑是陰離子性的，并由陽離子聚電解質(zhì)和陰離子聚電解質(zhì)組成。
6.權(quán)利要求1、2或3的分散體，其特征在于分散劑是陽離子性的，并由陰離子表面活性劑和陽離子聚電解質(zhì)組成。
7.權(quán)利要求1、2或3的分散體，其特征在于分散劑是陽離子性的，并由陰離子聚電解質(zhì)和陽離子聚電解質(zhì)組成。
8.前述權(quán)利要求任何一個的分散體，其特征在于它具有疏水性物質(zhì)含量至少20wt％。
9.前述權(quán)利要求任何一個的分散體，其特征在于疏水性物質(zhì)是纖維素活性上漿劑。
10.權(quán)利要求9的分散體，其特征在于上漿劑是烯酮二聚物或酸酐。
11.權(quán)利要求9的分散體，其特征在于疏水性物質(zhì)是非纖維素活性上漿劑。
12.權(quán)利要求8、9、10或11的分散體，其特征在于疏水性物質(zhì)具有低于75℃的熔點。
13.水性分散體的制備方法，是通過疏水性物質(zhì)在水相和由分子量小于50,000并選自含碳和含硅化合物的陰離子化合物，以及分子量小于50,000的陽離子有機化合物構(gòu)成的分散劑的存在下勻質(zhì)化。
14.權(quán)利要求13的方法，其特征在于陰離子化合物和陽離子化合物具有小于20,000的分子量。
15.權(quán)利要求13或14的方法，其特征在于陰離子化合物是有機化合物。
16.權(quán)利要求1～12任何一個的水性分散體的用途，用在造紙中的漿體上漿或表面上漿。
17.基本無水的上漿組合物，含有疏水性物質(zhì)、分子量小于50,000并選自含碳和含硅化合物的陰離子化合物以及分子量小于50,000的陽離子有機化合物。
18.權(quán)利要求17的組合物，其特征在于陰離子化合物是有機化合物。
19.權(quán)利要求17或18的組合物，其特征在于疏水性物質(zhì)是烯酮二聚物或酸酐。
20.權(quán)利要求17、18或19的組合物的用途，用于制備權(quán)利要求1～12任何一個的水性分散體。
全文摘要
本發(fā)明涉及由分散劑和含有疏水性物質(zhì)的分散相組成的水性分散體,分散劑由分于量小于50,000并選自含碳和含硅化合物的陰離子化合物,以及分子量小于50,000的陽離子有機化合物組成。本發(fā)明進一步涉及分散體的制備和在造紙上的用途。本發(fā)明也涉及由疏水性物質(zhì)、分子量小于50,000并選自含碳和含硅化合物的陰離子化合物以及分子量小于50,000的陽離子有機化合物組成的基本無水的組合物,及其在水性分散體制備中的用途。
文檔編號D21H21/14GK1246900SQ98802330
公開日2000年3月8日 申請日期1998年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月5日
發(fā)明者H·霍爾斯特羅姆, S·弗羅里奇, E·林德格蘭, R·?？?申請人:阿克佐諾貝爾公司