ЭМУЛЬСИЯ ДЛЯ ПРОКЛЕЙКИ БУМАГИ, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ
EMULSION FOR PAPER SIZING, METHOD FOR ITS PRODUCTION AND USAGE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к новым водным эмульсиям для проклейки бумаги с применением ангидридов жирных кислот.
Уровень техники
Применение ангидридов жирных кислот в качестве средства для проклейки бумаги уже известно на протяжении длительного времени, см. US-A-1,996,707. Так, например, в DE 1213221 описано получение дисперсий из ангидридов жирных кислот для проклейки бумаги. При этом ангидриды жирных кислот эмульгируют при температуре выше их точки плавления в присутствии анионных средств в катионном крахмале. Способ препятствует образованию ангидридных агрегатов, способных образовывать осадок в дисперсии. В качестве примера приводится ангидрид стеариновой кислоты, который при комнатной температуре присутствует в воде в виде твердых частиц и поэтому в меньшей степени подвержен гидролизу. Тем не менее, учитывая высокую реакционную способность ангидридов, следует принимать во внимание быстроту протекания гидролиза.
В US-A-3,409,500 описан способ проклейки с применением ангидридов жирных кислот и водорастворимого, целлюлозосубстантивного катионного полиамина. Здесь также применяется ангидрид в виде твердожидкостной дисперсии, образуемой быстрым охлаждением эмульсии. В качестве ангидрида жирной кислоты приводится в виде примера ангидрид стеариновой кислоты. Стабильность при хранении при таком способе приготовления указана лишь условно. Такое ограничение имеет решающее значение, так как ангидриды жирных кислот наряду с более стабильным, но и более инертным алкилкетендимером не утвердились в применении в качестве средства для проклейки бумаги.
Применение ангидридов жирных кислот в качестве средства для проклейки бумаги раскрыто в US-A-3,582,464. Дисперсии, которые приготавливают аналогично описанным выше дисперсиям ангидридов жирных кислот при повышенной температуре в виде эмульсии и которые стабилизируют охлаждением, также обладают недостатком, проявляющимся в продолжающемся гидролизе, ограничивающем активность продукта.
Ангидриды алкенилянтарной кислоты являются также очень эффективными средствами для проклейки бумаги. Их высокая реакционная способность препятствует транспортировке готовой к применению эмульсии. Однако благодаря своему жидкому агрегатному состоянию ангидрид алкенилянтарной кислоты может быть непосредственно эмульгирован и применен в бумагоделательной машине. Это делает необходимым применение гомогенизатора на месте, но также имеет и то преимущество, что наряду с высокой эффективностью активное вещество может транспортироваться в чистом виде, обходясь при этом без эмульгаторов, стабилизаторов или биоцидов для защиты дисперсий. Вследствие гидролиза и применения карбоната кальция в качестве наполнителя ангидриды алкенилянтарной кислоты могут образовывать осадки, которые из-за своей клейкости способны нарушить чистоту системы.
Раскрытие изобретения
о
Было обнаружено, что применение жидких при температуре ниже 50С ангидридов жирных кислот, полученных из ненасыщенных или насыщенных жирных кислот или их смесей с длиной цепочки 12-24 атома углерода, позволяет получить очень эффективные эмульсии для проклейки. Благодаря своему жидкому агрегатному состоянию ангидриды жирных кислот могут быть эмульгированы непосредственно перед применением в бумагоделательной машине. В результате сводится к минимуму продолжительность контакта с водной системой и может быть исключен нежелательный гидролиз. Ангидрид жирной кислоты может добавляться непосредственно в водную фазу и может быть эмульгирован посредством сдвиговых усилий с помощью гомогенизатора или интенсивного перемешивания. Для образования эмульсии могут применяться эмульгаторы. При образовании эмульсии, содержащей крахмал, водная фаза положительно сказывается на субстантивность целлюлозы. Данную эмульсию применяют для непосредственной непрерывной проклейки бумажной массы или для обработки поверхности бумаги в клеильном прессе.
В качестве жидких ангидридов жирных кислот могут применяться: ангидриды ненасыщенных и насыщенных жирных кислот или их смесей с длиной цепочки 12-24 атома углерода, смешанные ангидриды указанных жирных кислот или их смесей и уксусной кислоты, ангидриды, приготовленные из смесей названных жирных кислот и смоляных кислот.
Изобретение не ограничивается происхождением применяемых жирных кислот. Возможными источниками сырья могут служить: жирные кислоты таллового масла, растительные жирные кислоты из подсолнечного, рапсового, соевого, льняного и животного масел. Смоляные кислоты могут состоять, например, из живичной, талловой смолы и канифоли или их смесей.
Также изобретение не ограничивается определенным способом получения ангидридов жирных кислот. Простым и известным методом служит преобразование жирных кислот ангидридом уксусной кислоты с ее последующим удалением. Уксусная кислота может быть повторно переработана в ангидрид и использоваться в замкнутом контуре.
Жидкий ангидрид жирной кислоты может совместно применяться с другой системой проклейки. Благодаря жидкому состоянию ангидрид жирной кислоты может смешиваться в любой пропорции с ангидридом алкенилянтарной кислоты. В случае применения комбинаций из ангидрида алкенилянтарной кислоты и ангидрида жирной кислоты отмечается синергетический эффект. Следовательно, требуемые свойства целевого продукта могут задаваться посредством соотношения компонентов смеси.
Неожиданно было установлено, что соли алюминия оказывают положительное воздействие на эффект проклейки с применением ангидрида жирной кислоты. К ним относятся, в числе прочего, сульфаты алюминия или полихлорид алюминия.
Ангидриды жирных кислот совместимы с водными, кальцийсодержащими системами. При обычных показателях рН во время производства бумаги не происходит образования осадков с клейкой консистенцией, как это отмечается в некоторых случаях при использовании ангидрида алкенилянтарной кислоты.
Система проклейки бумаги согласно изобретению основана на применении исходных материалов, присутствующих в первичном сырье для производства бумаги - древесине. Следовательно, средство для проклейки бумаги снова используется для той же задачи в модифицированном виде, которая решалась первоначально для обеспечения растительных свойств.
Приводимые ниже примеры служат для дополнительного пояснения изобретения.
Пример 1. Получение ангидридов жирных кислот
В типичном эксперименте жирную кислоту таллового масла и ангидрид уксусной кислоты вводили в реактор в эквимолярном количестве и преобразовывали. Через пять часов удалили образовавшуюся уксусную кислоту в условиях вакуума, причем температура не превысила 150°С. Выход ангидрида жирной кислоты составил 91,6%.
Пример 2. Испытание разных видов ангидридного клея на эффективность проклейки
Для испытания разных видов клея применялся лабораторный листообразователь системы Rapid-Köhten. В качестве целлюлозы применялась беленая целлюлоза, содержавшая 70% длинных и 30% коротких волокон, измельченная до степени помола 30° по Шопперу-Риглеру.
В качестве фиксатора добавили сульфат алюминия. При этом предварительно определили оптимальное количество сульфата алюминия построением кривой концентрации для каждого средства для проклейки. В опытах с использованием карбоната кальция в качестве наполнителя его содержание составило 20% от веса сухой бумаги.
К 99 частям 4%-го катионного крахмального раствора добавили 1 часть ангидридного клея и производили эмульгирование сдвиговым прибором (Ultraturrax) при частоте вращения 10000 об/мин, в течение одной минуты. Полученные клеевые эмульсии сохранялись стабильными в течение около 2 часов. Перед проклейкой производили разбавление водой в соотношении 1:10.
Для сравнения применили традиционную катионную дисперсию смоляного клея, полученную на основе смоляной кислоты таллового масла. Добавка в бумажную массу производилась в виде разбавленного стандартного продукта.
2
Показатель 60 степени проклейки бумаги по методу Кобб описывает водопоглощение в г/м за 60 секунд.
1-й вид клея:
ангидрид из 100% жирной кислоты таллового масла;
2-й вид клея:
ангидрид из 50% жирной кислоты таллового масла и
50% талловой смолы;
3-й вид клея:
широко применяемая катионная смоляная дисперсия
для проклейки бумаги;
4-й вид клея:
твердый ангидрид из талловой смолы согласно
патенту США US-A-3,582,464.
Посредством количества клея указывается активное содержание средства для проклейки бумаги. Количественные показатели соотнесены с весом сухой бумаги в т.
Клей
Количество клея, кг/т
Сульфат алюминия, кг/т
Мел
Показатель 60 по методу Кобб
1
0,9
1
Отсутствует
32
2
0,9
1
Отсутствует
33
3
1,0
2,3
Отсутствует
38
1
1,3
5,5
Присутствует
38
2
1,3
5,5
Присутствует
42
3
4,6
13,6
Присутствует
80
3
6,4
13,6
Присутствует
38
Пример 3. Применение ангидрида жирной кислоты вместе с ангидридом алкенилянтарной кислоты
Клей 2, приготовленный из жирной кислоты таллового масла и талловой смолы, смешали с ангидридом алкенилянтарной кислоты с 18 атомами углерода в разных концентрациях и испытывали на эффективность проклейки, как описано в примере 2.
Ангидрид алкенилянтарной кислоты, кг/т
Клей 2, кг/т
Сульфат алюминия, кг/т
Показатель 60 по методу Кобб
0,7
0
3
28
0,47
0,23
3
26
0,23
0,47
3
27
0
0,7
3
54
0,35
0
3
91
Синергический эффект отмечается в том случае, когда применяется смесь ангидрида жирной кислоты с ангидридом алкенилянтарной кислоты.
Пример 4. Влияние смешанного ангидрида, применяемого вместе с ангидридом алкенилянтарной кислоты
Разные виды ангидридного клея, приготовленные из смесей жирной кислоты таллового масла и талловой смолы, смешивали с ангидридом алкенилянтарной кислоты с 18 атомами углерода в соотношении 1:1 и испытывали на эффективность проклейки, как описано в примере 2. В данном случае количества сульфата алюминия также оптимизировали с учетом средства для проклейки. Показатели содержания соотнесены с ангидридными клеевыми композициями.
Клей
Доля жирной кислоты, %
Доля смоляной кислоты, %
Показатель по методу Кобб
1
100
0
32
2
50
50
34
4
0
100*
83
*ангидрид смоляной кислоты, как описано в US-A-3,582,464.
Пример 5. Виды ангидридного клея в комбинации с солями алюминия
Клей 2, аналогично примеру 2, применяли с разными солями алюминия.
Клей
Количество клея, кг/т
Соль алюминия
Количество соли алюминия, %
Показатель по методу Кобб
1
0,9
-
-
47
1
0,9
Сульфат алюминия
0,07
30
1
0,9
Полихлорид алюминия
0,07
29
1
1,2
-
-
30
2
0,7
-
-
54
2
0,7
Сульфат алюминия
0,07
29
2
0,7
Полихлорид алюминия
0,08
29
2
1,2
-
-
30