專利名稱：2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種堿性條件下造紙用施膠組合物，以及用該施膠組合物施膠的紙和該紙的使用方法。
堿性條件下生產(chǎn)的高級紙的數(shù)量一直在迅速增長，而且費用的節(jié)省，使用沉淀碳酸鈣的能力，對提高紙張耐久性和白度要求的增長，以及封閉造紙機械濕部的趨勢的增長都促進了紙張數(shù)量的增長。
目前有關(guān)高級紙的用途，如高速照相拷貝紙，信封紙，成形高級書寫紙包括計算機印刷紙和計算機紙在加工或最終使用之前都要求特別注意施膠處理。堿性條件下造紙最常用的施膠劑是烯基丁二酸酐(ASA)和烷基烯酮二聚物(AKD)。這二類施膠劑都帶有一個活性官能基，它們通過共價鍵連接到纖維素纖維上，同時還帶有遠離纖維定向的疏水性尾鏈。這些疏水性尾鏈的性質(zhì)和定向?qū)е吕w維的排水性。
含一個β-內(nèi)酯環(huán)的商品AKD施膠劑是通過烷基烯酮的二聚化反應(yīng)制得，該烷基烯酮通過兩個飽和直鏈脂肪酸氯化物反應(yīng)獲得，最常用的是從十六烷酸和/或十八烷酸制得。其它烯酮二聚物，如烯基烯酮二聚體(Aquapel421，Hercules Incorporated，Wilmington，DE，U.S.A生產(chǎn))也已經(jīng)在工業(yè)上使用。烯酮多聚體，即含多于一個的β-內(nèi)酯環(huán)，描述在JP公開168992/89中，此處全文引用該專利。
AKD施膠劑盡管在工業(yè)上是成功的，但仍存在不足之處。這種施膠劑在典型的高速加工過程中還存在著操作方面的問題，這種加工過程對目前堿性條件制造的高級紙的使用(堿性高級紙)是必需的。這些問題包括在版式印刷機和其它加工機上降低了操作速度，在高速復(fù)印機上的雙重進紙或塞紙以及在高速運轉(zhuǎn)的印刷和信封折疊設(shè)備上的紙張粘合和記錄錯誤。
通常，酸性條件制得的高級紙(酸性高級紙)不存在這些問題。用于制造堿性高級紙的填料的種類和用量與用于制造酸性高級紙的有明顯不同，而且它們對紙張的性能如挺度和摩擦系數(shù)造成差別，這些性能會影響紙張的處理。堿性高級紙中明礬的用量與酸性高級紙中的用量明顯不同，明礬的用量對紙頁導(dǎo)電性和靜電分散性有影響。這是非常重要的，因為紙張的電性能影響著它的加工特性。氯化鈉通常被添加到堿性高級紙的表面以改善其最終使用性能。
堿性高級紙在加工和最終使用處理時所遇到的典型問題涉及1.與配料組成有關(guān)的紙張?zhí)匦?.紙張成形過程中產(chǎn)生的紙張?zhí)匦?.與施膠有關(guān)的問題。
受堿性條件造紙過程影響的紙張?zhí)匦园?所述堿性條件影響加工和最終使用特性)·卷曲度·摩擦系數(shù)的變化·水份含量·全幅橫向水份含量·挺度
·尺寸穩(wěn)定性·MD/CD強度比其中的一個問題已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)和測試，并描述在″IBM 3800激光印刷機用堿性高級紙的性能改進?！錞APPI Paper MakersConference Proceedings(1991)一文中。當(dāng)使用IBM 3800高速連續(xù)版式激光印刷機時會出現(xiàn)這個問題，因為該印刷機沒有進行便于堿性高級紙操作的特殊改進。因此，工業(yè)上具有重要意義的激光印刷機能夠用作確定本領(lǐng)域公知的加工裝置中所用各種施膠紙的加工性和其后最終使用性能的有效的測試裝置。尤其是″波動″現(xiàn)象給出了在IBM 3800印刷機中的滑動程度的測試指標(biāo)，該滑動是在熱定影器下的主動輥和交疊接紙臺上的從動輥之間產(chǎn)生的。
這種波動現(xiàn)象跟紙傳送路徑與高出基準(zhǔn)板兩英寸的輥軸間的直線之間的偏離有關(guān)，并造成記錄誤差和交疊接紙臺上的紙張皺折。穩(wěn)態(tài)運行期間紙張的波動速率通過測量運行600秒后高于直線紙路徑的波動高度的英寸數(shù)再乘以10,000而得到。
每噸紙使用2.2磅施膠料(即每0.9公噸用1公斤的施膠料)的典型的AKD施膠的高級紙具有不可接受的波動速率，其波動速度典型的數(shù)值為20到80。在其它高速加工機械如Hamilton-Stevens連續(xù)版式印刷機或Winkler&Dunnebier CH信封折迭機中，紙的處理速度也可提供作為加工性能的測量數(shù)值。
JP 4-36258和JP4-36259描述了由基于飽和羧酸，不飽和羧酸及其混合物的氯化脂肪酸制得的2-氧雜環(huán)丁酮化合物，但沒有提供使用這種不飽和化合物或混合物的具體實施例。而且，脂肪酸是天然物質(zhì)，它們通常是不純的。
EP 0666368公開了含2-氧雜環(huán)丁酮二聚體和多聚體的紙張施膠劑，它們在35℃時不呈現(xiàn)固態(tài)。優(yōu)選的施膠劑在羥基側(cè)鏈中含不飽和鏈或支鏈。EP 0629741公開了含二聚體和多聚體混合物的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑，其中混合物中至少50％化合物是多聚體。兩份申請都聲明與標(biāo)準(zhǔn)烷基烯酮二聚體施膠紙相比，該紙在高速加工機械和復(fù)印機上具有改進的性能。
然而，對堿性高級紙而言仍有必要在典型的加工和復(fù)印操作中提供改進的加工性能。與此同時，對堿性高級紙而言，施膠擴展量需要與AKD目前的配料量所獲得的膠料擴展量相匹配。
本發(fā)明的施膠組合物尤其適于纖維素卷筒紙，對于堿性條件生產(chǎn)的紙張效果最為顯著。
本發(fā)明的施膠組合物在35℃時不呈固態(tài)，它含有一種2-氧雜環(huán)丁酮化合物的混合物，該化合物是含約10-85％(摩爾)飽和脂肪酸和約90-15％(摩爾)不飽和脂肪酸混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，2-氧雜環(huán)丁酮化合物是(a)主要含不飽和脂肪酸的原料和(b)主要含飽和脂肪酸的原料的反應(yīng)產(chǎn)物。
在一個優(yōu)選的實施例中，2-氧雜環(huán)丁酮化合物是2-氧雜環(huán)丁酮二聚體。在另一個優(yōu)選的實例中，化合物(c)，一種烷基二羧酸，存在于反應(yīng)混合物中。如果化合物(c)存在，該2-氧雜環(huán)丁酮化合物即為二聚體和多聚體的混合物。
優(yōu)選的脂肪酸含有約20-60％(摩爾)的飽和脂肪酸和約80-40％(摩爾)的不飽和脂肪酸，更優(yōu)選的是約30-55％(摩爾)飽和脂肪酸和約70-45％(摩爾)不飽和脂肪酸。
優(yōu)選的2-氧雜環(huán)丁酮施膠組合物在25℃時不呈固態(tài)，更優(yōu)選的是20℃時不呈固態(tài)。優(yōu)選的組合物在35℃時為液態(tài)，更優(yōu)選的25℃時為液態(tài)，最優(yōu)選的20℃時為液態(tài)。
優(yōu)選的脂肪酸是具有6-26個碳原子的單羧酸或單羧酸鹵化物，更優(yōu)選的是具有12-22個碳原子，最優(yōu)選的是具有16-18個碳原子。
優(yōu)選的飽和脂肪酸選自二十八碳烷酸、異十八碳烷酸，十四碳烷酸，十六碳烷酸，十七碳烷酸，十五碳烷酸，十碳烷酸(癸酸)，十一碳烷酸，十二碳烷酸(月桂酸)，十三碳烷酸，十九碳烷酸，二十碳烷酸和二十二碳烷酸及其酸氯化物和它們的混合物。優(yōu)選的不飽和脂肪酸選自油酸、亞油酸、十二碳烯酸，十四碳烯酸(內(nèi)豆蔻腦酸)，十六碳烯酸(棕櫚油酸)，十八碳二烯酸(反亞油酸)，十八碳三烯酸(亞麻酸)，二十碳烯酸(順9-二十碳烯酸)，二十碳四烯酸(花生四烯酸)，二十二碳烯酸(芥酸)，二十二碳烯酸(巴西烯酸)和二十二碳五烯酸( 魚酸)和其酸鹵化物和它們的混合物。
優(yōu)選的飽和脂肪酸原料含有至少80％(摩爾)的飽和脂肪酸，而不飽和脂肪酸原料含有至少70％(摩爾)的不飽和脂肪酸，更優(yōu)選的分別是至少約95％(摩爾)的飽和脂肪酸和至少約90％(摩爾)的不飽和脂肪酸。
優(yōu)選的不飽和脂肪酸原料與飽和脂肪酸原料的摩爾比約為1∶1-4∶1，優(yōu)選約為1∶1，1∶4和7∶3。
優(yōu)選地，根據(jù)一個實例，該產(chǎn)物是2-氧雜環(huán)丁酮二聚體。優(yōu)選地，根據(jù)另一個實例，反應(yīng)混合物另外還含有(c)具有6-44個碳原子的烷基二羧酸。優(yōu)選地，這種二羧酸具有8-36個碳原子，更優(yōu)選地為9-10個碳原子。
根據(jù)另一個實例，本發(fā)明涉及一種制備2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑的方法，該方法包括提供不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸，該脂肪酸含有約10-85％(摩爾)的飽和脂肪酸和約90-15％(摩爾)的不飽和脂肪酸，并將它們反應(yīng)以得到2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑，該施膠劑在35℃時不是固態(tài)。
本發(fā)明還涉及一種制備2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑的方法，該方法包括(i)提供(a)至少一種主要含飽和脂肪酸的原料和(b)至少第二種主要含飽和脂肪酸的原料，和(ii)將它們反應(yīng)以得到2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑，該施膠劑在35℃時不是固態(tài)。
在一個優(yōu)選的實例中，產(chǎn)物是2-氧雜環(huán)丁酮二聚體。在另一個優(yōu)選的實例中，至少具有8-44個碳原子的二羧酸(c)也參與了反應(yīng)。
本發(fā)明還涉及一種水溶性乳液，它含有水和1-60％(重量)，優(yōu)選地6-50％(重量)，更優(yōu)選地10-30％(重量)的該施膠組合物。
本發(fā)明還涉及一種堿性條件下生產(chǎn)的紙，該紙用上述施膠組合物施膠。根據(jù)一個優(yōu)選的實例，該紙還包括一種水溶性堿金屬無機鹽，優(yōu)選地為氯化鈉(NaCl)。本發(fā)明還涉及在高速加工或復(fù)印過程中使用這種紙。
本發(fā)明提供的紙能夠用在高速加工和復(fù)印操作中，并且不會遇到明顯的機械進料問題。在高速紙加工機械或復(fù)印操作過程中出現(xiàn)的機械喂料問題，如果帶來供料故障，記錄性差或塞紙等問題而達到下面將討論的工業(yè)上不可接受的程度，或?qū)е录庸に俣鹊娘@著降低，則在任何具體的紙加工或復(fù)印應(yīng)用中就被認為是突出的。
此處為方便起見，脂肪酸″一詞頻繁地被用于表示脂肪酸或脂肪酸鹵化物。當(dāng)所指脂肪酸用于制備施膠組合物時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將承認這種說法，因為脂肪酸在制備2-氧雜環(huán)丁酮的第一步已經(jīng)被轉(zhuǎn)化為酸鹵化物，并且用脂肪酸或已經(jīng)轉(zhuǎn)化為其鹵化物的脂肪酸來說明就可以實施本發(fā)明。而且，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易認為脂肪酸一般指脂肪酸或脂肪酸鹵化物的摻和物或混合物，因為脂肪酸通常是從天然物質(zhì)中衍生而來，因而一般是摻和物或混和物。
本發(fā)明的堿性施膠劑具有至少一個活性2-氧雜環(huán)丁酮基團和疏水烴側(cè)基，該施膠劑所能提供的施膠量可與目前的商品AKD施膠技術(shù)所得到的施膠量相比擬，并且在最終使用和加工操作中具有改進的操作性能。2-氧雜環(huán)丁酮化合物的混合物在35℃時不是固態(tài)(實質(zhì)上不是結(jié)晶體，半結(jié)晶體或蠟狀固體，即未加熱到熔化時就可流動)。優(yōu)選地，2-氧雜環(huán)丁酮化合物的混合物在25℃時不是固態(tài)，更優(yōu)選地，甚至在20℃時不是固態(tài)。尤為優(yōu)選地，本發(fā)明的施膠劑在35℃時為液態(tài)，更優(yōu)選地在25℃，最優(yōu)選地在20℃時為液態(tài)。所稱″液態(tài)″是指施膠劑本身而不是指一種乳液或其它組合物。
該2-氧雜環(huán)丁酮化合物的混合物是用已知的制備標(biāo)準(zhǔn)烯酮二聚體的方法制得的。第一步，用三氯化磷(PCl3)或另一種氯化劑使飽和和不飽和脂肪酸的混合物轉(zhuǎn)化為酸氯化物，如果是多聚體，則是酯肪酸和二羧酸的混合物。然后酸氯化物在存有叔胺下二聚(叔胺包括三烷基胺和環(huán)烷基胺，優(yōu)選地是三乙基胺)以形成烯酮二聚體或多聚體。本施膠劑穩(wěn)定的乳液的制法與標(biāo)準(zhǔn)AKD乳液的制法相同。
用于制備本發(fā)明2-氧雜丁烯酮化合物的脂肪酸在上面已經(jīng)描述可以用一種或多種飽和或不飽和脂肪酸。飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的混合物可以用兩種單獨的原料來獲得，其中一種主要含飽和脂肪酸，另一種主要含不飽和脂肪酸，也可以用一種含飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的混合物的原料來獲得。主要含不飽和脂肪酸的合適原料包括如Emersol 221脂肪酸(Henkel-Emery，Cincinnati，OH生產(chǎn))。Emersoll 221主要是油酸與其它不飽和脂肪酸和少量飽和脂肪酸的混合物。主要含飽和脂肪酸的合適的原料包括如Emery135脂肪酸(也是Henkel-Emery生產(chǎn))。Emery 135主要是十六碳烷酸和十八碳烷酸及少量其它脂肪酸的混合物。
如果需要，2-氧雜環(huán)丁酮化合物可以包含二個或多個2-氧雜環(huán)丁酮環(huán)。本申請中這些化合物被稱為″2-氧雜環(huán)丁酮多聚體″。這些化合物是由飽和和不飽和脂肪酸原料混合物和至少一種烷基二羧酸的酸氯化物制得，描述在JP 168992/89和EP 0666368及EP0629741中。
用于制備2-氧雜環(huán)丁酮多聚體的烷基二羧酸具有8-44個碳原子優(yōu)選地為9-10，22或36個碳原子。具有9-10個碳原子的二羧酸最為優(yōu)選。這些二羧酸包括如癸二酸，壬二酸，1，10-癸烷二羧酸，辛二酸，巴西酸和二十二烷二酸?？墒褂眠@些二羧酸中的一種或多種。
本發(fā)明施膠劑組合物中的2-氧雜環(huán)丁酮優(yōu)選地具有如下結(jié)構(gòu)式 其中n為0-6，更優(yōu)選為0-3，最優(yōu)選為0；R和R″可相同或不同，它們選自具有至少4個碳原子的直鏈或支鏈烷基或鏈烯基，優(yōu)選地4-24個碳原子，更優(yōu)選地10-20個碳原子，最優(yōu)選地14-16個碳原子；R′是一個直鏈烷基，優(yōu)選地2-40個碳的直鏈烷基，更優(yōu)選地4-32個碳的直鏈烷基，最優(yōu)選地5-8個碳的直鏈烷基。當(dāng)n＞0時，該化合物被稱為2-氧環(huán)丁酮多聚體。
在制備本發(fā)明的2-氧雜環(huán)丁酮施膠組合物時，基于總的脂肪酸原料，至少20％(摩爾)，優(yōu)選地約20-75％，最優(yōu)選地30-50％是飽和脂肪酸。優(yōu)選地，基于總的脂肪酸原料，至少20％(摩爾)，優(yōu)選地約80-25％，最優(yōu)選地70-50％是不飽和脂肪酸。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明方法制得的堿性紙含一種水溶性堿金屬無機鹽，優(yōu)選地為氯化鈉(NaCl)，明礬(硫酸鋁)和沉淀碳酸鈣。然而，本發(fā)明的紙也常在沒有堿金屬鹽的情況下制得。
本發(fā)明的施膠劑作為內(nèi)施膠劑優(yōu)選地是在紙頁形成之前加入到紙漿漿料中。
本發(fā)明的紙通常的施膠劑用量至少每噸0.5磅(0.2公斤)，優(yōu)選地至少約1.5磅(0.8公斤)，更優(yōu)選地至少約2.2磅/噸(1公斤/0.9公噸)或更高。典型的商品膠料的用量范圍為0.5磅/噸到7磅/噸，優(yōu)選地1磅/噸到4磅/噸，最優(yōu)選地1.5磅/噸到3磅/噸。有關(guān)這類紙的實例如連續(xù)成形高級書寫紙，多孔連續(xù)成形紙，計算機紙，制信封紙，復(fù)印紙，信封紙或信封。
本發(fā)明的紙能夠有效地完成其在現(xiàn)有加工設(shè)備上的可加工性和高速使用機械上的性能的測試試驗。特別是，本發(fā)明的紙可制成基重為約15-24磅/1300英尺2(6.8-10.9公斤/121米2)的連續(xù)成形高級書寫紙卷，并可用在高速連續(xù)版式激光印刷機上。當(dāng)這種紙按施膠量至少約1.5磅/噸(0.68公斤/0.9公噸)進行施膠后，它能夠用在IBM 3800型高速連續(xù)版式激光印刷機上運行，在運行10分鐘后其波動率不大于5(波動率用每秒鐘增加的英寸數(shù)乘以10,000表示)。如果施膠量為2.2磅/噸(1公斤/0.9公噸)，該紙在運行10分鐘后其波動率不超過3。
而且，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的紙，它們可被制成紙頁尺寸為8.5×11英寸(21.6cm×28cm)的復(fù)制裁切紙，其基重約為15-24磅/1300英尺2(6.8-10.9公斤/121米2)，可用于高速激光印刷機或復(fù)印機。如果這種紙的施膠量為至少約1.5磅/噸(0.68公斤/0.9公噸)，優(yōu)選地至少約2.2磅/噸(1公斤/0.9公噸)，該紙可用在IBM 3825型高速復(fù)印機上，引起的供料故障或塞紙比例10,000次中不到5次或更少，優(yōu)選地10,000次中不到1次或更少。通過比較，用標(biāo)準(zhǔn)AKD施膠的紙在IBM 3825高速復(fù)印機上雙進紙比例要高得多(14,250張紙頁中14次雙進紙)。在普通復(fù)印機操作中，10,000次進紙有10次雙進紙就是難以接受的。對機械制造商來說10,000張紙頁中1次雙進紙便不可接受。
基重約為15-24磅/1300米2(6.8-10.9公斤/121米2)的本發(fā)明的連續(xù)成形高級書寫紙卷，通過連續(xù)版式印刷機可以加工成標(biāo)準(zhǔn)多孔連續(xù)成形紙，其印刷速率約為1,300-2,000英尺/分鐘(390-600米/分鐘)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地紙，連續(xù)成形高級書寫紙卷的基重約為15-24磅/1300英尺2(6.8-10.9公斤/121米2)，當(dāng)其以至少約2.2磅/噸(1公斤/0.9公噸)的用量施膠后可在Hamilton-Stevens連續(xù)版式印刷機上加工成標(biāo)準(zhǔn)多孔連續(xù)成形紙，其印刷速率至少約1775英尺/分鐘(541米/分鐘)，優(yōu)選地至少約1900英尺/分鐘(579米/分鐘)。
本發(fā)明的紙還可制成信封紙卷，其基重約為15-24磅/1300英尺2(6.8-10.9公斤/121米2)，施膠用量至少約2.2磅/噸(1公斤/0.9公噸)。該紙在Winkler&Dunnebier CH信封折疊機上每分鐘至少可加工成900，優(yōu)選地至少約1,000個信封。
本發(fā)明的紙在高速IBM 3825遞紙復(fù)印機上的運行速率至少約每分鐘58張紙，雙進紙或塞紙次數(shù)10,000張紙中不到1次。
本發(fā)明的紙可以用在高速連續(xù)版式激光印刷機上，運行10分鐘后的波動速度至少減少約10％，優(yōu)選地減少約20％，這是在同一印刷機上，與具有相同基重和相同施膠量但是用AKD施膠的連續(xù)成形高級書寫紙卷相比的，該AKD施膠劑用十八碳烷酸和十六碳烷酸的混合物制成。
本發(fā)明的紙可以用在IBM 3825高速遞紙復(fù)印機上，遞紙速率約每分鐘58張紙，其雙進紙或塞紙數(shù)量至少減少約50％，優(yōu)選減少約70％，這是在同一復(fù)印機上，與具有相同基重和相同施膠量但是用AKD施膠的紙相比的，該AKD施膠劑用十八碳烷酸和十六碳烷酸的混合物制成。
本發(fā)明的紙還可在連續(xù)版式印刷機上加工成標(biāo)準(zhǔn)多孔連續(xù)成形紙，其印刷速度至少高出3％，優(yōu)選地至少高出5％，這是與具有相同基重和相同施膠量但是用AKD施膠的紙相比的，該AKD施膠劑用十八烷酸和十六碳烷酸的混合物制成。
本發(fā)明的紙還可制成具有給定基重和以給定量施膠的信封紙卷該紙在Winkler&Dunnebier CH信封折疊機上每分鐘至少多加工3％的信封，在相同的信封折疊機上與具有相同基重，用相同量的AKD施膠的紙相比，該AKD施膠劑用十八碳烷酸和十六碳烷酸的混合物制成。
在以下的實施例中，除非另外提及，所有的百分比和比例都以摩爾計。實施例實施例1IBM 3800機上測試用的紙是在試驗性造紙機上生產(chǎn)的。
為制得一種典型的制造成形高級書寫紙的紙漿，漿料(三份南方闊葉木硫酸鹽紙漿和一份南方針葉木硫酸鹽紙漿)用雙盤磨研磨到425ml加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(C.S.F.)。當(dāng)填料添加到紙漿漿料(10％中型尺寸的沉淀碳酸鈣粒子)之前，紙漿的PH值(7.8-8.0)，堿度(150-200ppm)和硬度(100ppm)用適當(dāng)量的NaHCO3，NaOH和CaCl2進行調(diào)整。
2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑是用傳統(tǒng)的制備商品烷基烯酮的方法制得即用傳統(tǒng)的氯化劑(三氯化磷)制得飽和和不飽和脂肪酸混合物的酸氯化物，然后將這種酸氯化物在合適的堿(三乙基胺)的存在下脫氯化氫。不飽和脂肪酸原料是Emersol 221(Henkel-EmeryCincinnati OH生產(chǎn))，飽和脂肪酸原料是Emery 135(也是Henkel-Emery生產(chǎn))。Emersol 221是73％的油酸，8％的亞油酸，6％的棕櫚油酸，3％的肉豆蔻油酸，1％的亞麻酸和9％的飽和脂肪酸(重量百分比)的混合物。Emery 135是50％的棕櫚酸，45.5％的硬脂酸，2.5％的肉豆蔻和2％的其它脂肪酸(重量)的混合物。
2-氧雜歪丁酮施膠劑乳液根據(jù)US 4317756公開的方法制得，特別參考該專利的實施例5。
所用的加料順序如下。季銨取代的陽離子淀粉(0.75％)添加到第二混合器中。2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑乳液添加到第三混合器中。該2-氧雜環(huán)丁酮混合物室溫下主要是液體。明礬(0.2％)添加到混合漿泵的內(nèi)側(cè)。Reten235助留劑(0.025％)(Hercules Incorporated，Wilmington，DE生產(chǎn))，在混合漿泵之后添加。網(wǎng)前箱和網(wǎng)下白水的紙漿溫度控制在110°F(43.3℃)。
濕壓設(shè)置在40PSi壓力。所用烘缸外形能夠在施膠壓榨機上提供1-2％的水份含量，在紙卷上提供4-6％的水份含量(77f.p.m.(每分鐘英寸))。約35磅/噸的氧化玉米淀粉和1磅/噸的氯化鈉在施膠壓榨時添加(130°F(54.4℃)，PH＝8)。調(diào)整壓光壓力和紙卷水份含量，在紙卷上得到150流動單位的Sheffield平滑度(Column#2，使側(cè)面粘結(jié))。
從每種造紙條件下收集35分鐘一卷的紙(即35分鐘收集制成一卷紙)，并將其在工業(yè)版式印刷機上加工成兩箱標(biāo)準(zhǔn)8.5″×11″成形紙。在每35分鐘一卷紙之前和之后收集樣品作天然老化施膠測試、基重(46磅/3000英尺2)和平滑度測試。
加工后的紙測試前在印刷機房中穩(wěn)定至少一天。每箱紙在IBM3800機上測試10-14分鐘(220f.p.m.)。所有樣品進行重復(fù)測試。每次測試之間用標(biāo)準(zhǔn)酸性高級紙在機械上運行至少2分鐘，以恢復(fù)初始的機器條件。測試結(jié)果見表1，表中E-221表示EMERSOL 221，E-135表示EMERY135。
IBM 3800機上兩固定軸間波動高度的英寸數(shù)和波動速度(每秒鐘波動增加的英寸數(shù))用于測定每種施膠組合物的效果。紙頁波動得越快和越高，加工性能越差。由飽和不飽和脂肪酸的混合物制得的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑所施膠的紙與由飽和脂肪酸制得的烯酮二聚體所施膠紙相比具有更好的紙張加工性能。由飽和和不飽和脂肪酸的混合物制得的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑所施膠的紙的紙張加工性能相當(dāng)于或優(yōu)于由不飽和脂肪酸制得的烯酮二聚體所施膠的紙，尤其在最高施膠量時。實施例2由飽和和不飽和脂肪酸原料的混合物制備的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑的施膠效果在第二試驗性紙評估機上測試。HST膠料用于測量施膠結(jié)果。Hercules施膠測試(HST)在工業(yè)上是一種用于測量施膠程度的標(biāo)準(zhǔn)試驗。該方法用一種水溶性染料溶液作為滲透劑，當(dāng)液體流過紙頁時進行液體前沿的光學(xué)探測。該裝置測定不與滲透劑接觸的紙頁表面反射率降低到最初反射率的預(yù)定百分數(shù)時所需的時間。除非另外提到，報告的所有HST測試數(shù)據(jù)都是用1％甲酸油墨混合萘酚綠B測定反射率降低到80％所用時間秒數(shù)。用甲酸油墨測試比天然油墨更為嚴格，它給出的測試時間更快。高HST值優(yōu)于低的HST值。所需的施膠量依賴于所制的紙張種類和造紙體系。
用飽和脂肪酸原料(Emery135，棕櫚酸和硬脂酸的混合物)和不飽和脂肪酸原料(Emersol221)的混合物制得的二種2-氧雜環(huán)施膠劑施膠效果的評估及與用不飽和脂肪酸原料制得的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑的比較列于表2。所評估的混合脂肪酸原料是20％的飽和脂肪酸原料和80％的不飽和脂肪酸原料，以及50％的飽和脂肪酸原料和50％的不飽和脂肪酸原料。2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑和它們的乳液用實施例1描述的方法制備。
施膠效果測試用的紙在小型試驗性造紙機上生產(chǎn)。為得到一種典型的高級造紙漿料，紙漿配料(三份南方闊葉木硫酸鹽和一份南方針葉木硫酸鹽紙漿)用雙盤磨研磨到425ml加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(C.S.F.)。當(dāng)填料添加到紙漿漿料(20％中型尺寸的沉淀硫酸鈣粒子)之前，紙漿的PH值(7.8-8.0)，堿度(150-200ppm)和硬度(100ppm)用適量的NaHCO3，NaOH和CaCl2進行調(diào)整。
濕端加料順序如下2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑與陽離子淀粉(0.4％)結(jié)合添加到調(diào)漿箱后的造紙機內(nèi)，然后分別添加填料(20％)，明礬(0.1％)和高分子量的陰離子聚丙烯酰胺助留劑(0.01％)。網(wǎng)下白水的紙漿溫度控制在43℃。所用烘缸外形在紙卷上能提供5-6％的水份含量(3.0米/分鐘的紙機速度)。該方法制得的紙的機械和天然老化而施膠測試結(jié)果列于表2。
很明顯，將飽和脂肪酸添加到完全不飽和脂肪酸原料中得到的2-氧雜環(huán)丁酮的施膠效果增加?；贗BM 3800的測試結(jié)果，施膠效果的增加保持了紙張的加工性能甚至使其更佳。
由表1和表2的數(shù)據(jù)可以看出，與主要由不飽和脂肪酸制得的施膠劑施膠的紙相比，本發(fā)明提供的紙具有相同甚至更好的運行性能和更佳的施膠效果(施膠量相同時的HST值更高)。另外，實施例1的數(shù)據(jù)表明，與主要由不飽和脂肪酸制得的施膠劑相比，本發(fā)明能提供更好的加工性能。同時，本發(fā)明在施膠效果和加工性能間有最佳的匹配。實施例3本實施例描述由不飽和脂肪酸和飽和脂肪脂肪酸含量為16％(重量)到60％變化的脂肪酸的混合物制取2-氧雜環(huán)丁酮旋膠劑的方法。
2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑是用通常的制備商品烷基烯酮二聚體的方法制得。即用常用的氯化劑(三氯化磷)將脂肪酸混合物轉(zhuǎn)化為酸的氯化物，然后酸氯化物在適當(dāng)堿(三乙基胺)存在下脫氯化氫。不飽和脂肪酸原料是PamakR 131(Hercules Incorporated生產(chǎn))，含飽和脂肪酸的脂肪酸原料是PamolynR Saturates(也是HerculesIncorporated生產(chǎn))。Pamolyn Satrates含平均25％(重量)的飽和脂肪酸(主要是硬脂酸)和75％(重量)的不飽和脂肪酸(典型地42％(重量)的油酸和33％(重量)的亞油酸)。一種對比的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑是由Pamolyn Saturates與Pamak 131的混合物制得，所得的摻和物含10％(重量)的飽和脂肪酸。另一種2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑是由Pamolyn Saturates制得。制備二種對比的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑，其中一種是由Emersol 221制得，另一種由Pamak 131制得。2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑乳液是根據(jù)US 4317756公開的方法制得。此處全文參考引用，尤其引用該專利的實施例5，樣品作為內(nèi)施膠劑評價。
實驗室測試結(jié)果表明，由Pamolyn Saturates本身制得的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑具有最好的施膠性能。P-131和PamolynSaturates摻和物得到施膠劑的施膠性能可與其它對比樣品相比擬。
權(quán)利要求
1.一種施膠組合物，它在35℃時不呈固態(tài)，它含有2-氧雜環(huán)丁酮化合物的混合物，該化合物是含約10-85％(摩爾)飽和脂肪酸和90-15％(摩爾)不飽和脂肪酸的脂肪酸混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的施膠組合物，它含有2-氧雜環(huán)丁酮化合物的混合物，該化合物是含(a)一種主要由不飽和脂肪酸組成的原料和(b)一種主要由飽和脂肪酸組成的原料的反應(yīng)混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。
3.一種制備權(quán)利要求1的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑的方法，該方法包括提供不飽和的和飽和的脂肪酸，并將它們反應(yīng)生成2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑。
4.一種制備權(quán)利要求2的2-氧雜環(huán)丁酮施膠劑的方法，該方法包括提供(a)至少一種主要是由飽和脂肪酸組成的原料，(b)至少一種主要由飽和脂肪酸組成的原料，并將它們反應(yīng)生成2-氧雜環(huán)丁酮施膠組合物，該組合物在35℃時不呈固態(tài)。
5.上面權(quán)利要求的任一種組合物或方法，其中脂肪酸含有約20-60％(摩爾)的飽和脂肪酸和約80-40％(摩爾)的不飽和脂肪酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的組合物或方法，其中的脂肪酸含有約30-55％(摩爾)的飽和脂肪酸和約70-45％(摩爾)的不飽和脂肪酸。
7.上面權(quán)利要求的任一種組合物或方法，其中的組合物在25℃時是液態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的組合物或方法，其中的組合物在20℃時是液態(tài)。
9.上面權(quán)利要求的任一種組合物或方法，其中的脂肪酸是具有6-26個碳原子的單羧酸或單羧酸鹵化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的組合物或方法，其中的脂肪酸是具16-18個碳原子的單羧酸或單羧酸鹵化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8的組合物或方法，其中的飽和脂肪酸選自十八碳烷酸、異十八碳烷酸，十四碳烷酸，十六碳烷酸，十七碳烷酸，十五碳烷酸，十碳烷酸(癸酸)，十一碳烷酸，十二碳酸酸(月桂酸)，十三碳烷酸，十九碳烷酸，二十碳烷酸和二十二碳烷酸及其酸氯化物和它們的混合物，不飽和脂肪酸選自油酸，亞油酸，十二碳烯酸，十四碳烯酸(肉豆蔻腦酸)，十六碳烯酸(棕櫚油酸)，十八碳二烯酸(反亞油酸)，十八碳三烯酸(亞麻酸)，二十碳烯酸(順-9-二十碳烯酸)，二十碳四烯酸(花生四烯酸)，二十二碳烯酸(芥酸)，二十二碳烯酸(巴西烯酸)和二十二碳五烯酸( 魚酸)及其酸鹵化物和它們的混合物。
12.上面權(quán)利要求的任一種組合物或方法，其中的飽和脂肪酸原料含有至少80％(摩爾)的飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸原料含有至少70％(摩爾)的不飽和脂肪酸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的組合物或方法，其中飽和脂肪酸原料含有至少約95％(摩爾)的飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸原料含有至少約90％(摩爾)的不飽和脂肪酸。
14.上面權(quán)利要求的任一種組合物或方法，其中不飽和脂肪酸原料與飽和脂肪酸原料的摩爾比是約1∶1-4∶1。
15.上面權(quán)利要求的任一種組合物或方法，其中反應(yīng)混合物另外還含有(C)一種具有6-44個碳原子的烷基二羧酸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的組合物或方法，其中的二羧酸具有8-36個碳原子。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的組合物或方法，其中的二羧酸具有9-10個碳原子。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-14的任一種組合物或方法，其中的2-氧雜環(huán)丁酮是2-氧雜環(huán)丁酮二聚體。
19.一種水溶性乳液，含有水和1-60％(重量)的上述權(quán)利要求的任一種施膠組合物。
20.一種堿性條件下生產(chǎn)的紙，該紙用上述權(quán)利要求的任一種施膠組合物或水溶性乳液施膠。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的紙，其中該紙還含有一種水溶性堿金屬無機鹽。
22.一種在高速加工和復(fù)制操作中使用權(quán)利要求20或21的紙的方法。
全文摘要
一種用于高級紙的施膠組合物及其制備方法和應(yīng)用，該組合物在35℃時不呈固態(tài)，它含有2-氧雜環(huán)丁酮化合物的混合物，該化合物是含約10-85％(摩爾)飽和脂肪酸和約90-15％(摩爾)不飽和脂肪酸的混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。用這種施膠組合物生產(chǎn)的紙在高速加工或復(fù)制操作時不存在機械進料問題。
文檔編號C07D305/12GK1145429SQ96107489
公開日1997年3月19日 申請日期1996年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月8日
發(fā)明者C·L·布倫加特, J·C·加斯特, J·J·張 申請人:赫爾克里斯有限公司