СПОСОБ ГИДРОФОБИЗАЦИИ ЦЕЛЛЮЛОЗНОЙ ПОДЛОЖКИ
METHOD FOR HYDROPHOBISATION OF CELLULOSE SUBSTRATE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу гидрофобизации целлюлозной подложки, имеющей первую сторону и вторую сторону, обращенную в направлении от первой стороны.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В некоторых отраслях, например, в текстильной промышленности и бумажной и картонной промышленности, имеется потребность в увеличении гидрофобности материалов с целлюлозной подложкой.
Бумагу и картон обычно обрабатывают проклеивающими агентами с целью улучшения некоторых свойств, прежде всего, для повышения стойкости к проникновению в бумагу или картон воды или других жидкостей. Имеется два типа проклейки: проклейка в массе и поверхностная проклейка. При проклейке в массе химикаты добавляют в пульпу у мокрого конца, например, ASA (алкенилянтарные ангидриды) или AKD (димеры алкилкетенов). К обычным поверхностным проклеивающим агентам относятся, например, крахмал или акриловые сополимеры.
В патенте US 4107426 описан способ придания водоотталкивающих свойств поверхности целлюлозной подложки. Этот способ включает стадии воздействия на поверхность паровой фазой, состоящей, по существу, из хлорида алифатической кислоты.
Недостатком этого способа является то, что гидрофобной становится, главным образом, поверхность подложки, а не внутренняя масса подложки. Из-за этого возникает проблема затекания на кромках, т.е., проникновение жидкости в кромки подложки.
Целью настоящего изобретения является обеспечение способа, повышающего стойкость к затеканию на кромках целлюлозной подложки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ настоящего изобретения включает следующие стадии:
- сушка целлюлозной подложки до сухости более 80%, предпочтительно, более 85%.
- добавление испаренного галогенида жирной кислоты на первую сторону целлюлозной подложки и, в то же время,
- вакуумное всасывание со второй стороны целлюлозной подложки так, чтобы испаренная жирная кислота проникала через целлюлозную подложку в определенном направлении.
ФИГУРЫ И ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее изобретение дополнительно описано со ссылкой на чертежи, на которых:
На фиг. 1 схематично показан первый вариант осуществления изобретения.
На фиг. 2 схематично показан второй вариант осуществления изобретения.
Целлюлозная подложка 1 имеет первую сторону и вторую сторону, при этом, вторая сторона обращена в направлении от первой стороны. Целлюлозная подложка, например, бумажное или картонное полотно 1, сушат на стадии сушки. Сушку осуществляют обычными способами сушки, пригодными для сушки целлюлозной подложки. Целлюлозная подложка, бумажное или картонное полотно, может быть высушена, например, при помощи сушильных цилиндров. После стадии сушки целлюлозная подложка 1 характеризуется сухостью более 80%, предпочтительно, более 85%, наиболее предпочтительно, более 90%. Чем выше сухость, тем лучше результат последующей гидрофобизации.
Затем целлюлозная подложка может быть нагрета. Предпочтительно, нагревание осуществляют как нагревание инфракрасным излучением.
Затем первую сторону высушенной и нагретой подложки обрабатывают испаренным, газообразным галогенидом жирной кислоты с целью гидрофобизации подложки так, что подложка становится гидрофобизированным. Для улучшения проникновения газа через подложку со второй стороны подложки одновременно, во время гидрофобизации подложки осуществляют вакуумное всасывание так, что газ проходит через подложку в заданном направлении. Благодаря этому улучшается гидрофобизация подложки, и подложка становится более стойкой к плоскостному затеканию на кромках.
Галогенид жирной кислоты может представлять собой любой галогенид, поддающийся испарению, однако, испытания показали, что особенно хорошо подходит пальмитоилхлорид, С16. В ходе испытаний была достигнута степень ковалентного связывания 90%, по сравнению с обычной проклейкой AKD, когда достигается степень ковалентного связывания лишь в несколько процентов, что приводит к низкому удерживанию, в свою очередь, вызывающему, например, проблемы перемещения, возникновение пятен и останов механизмов.
Другим преимуществом газофазной реакции в сочетании с вакуумным всасыванием является то, что она позиционно-избирательна, и гидрофобность достигается только тогда, когда газ проникает в подложку. Реагент будет вступать в реакцию с доступными гидроксильными группами с образованием газообразного HCl в качестве побочного продукта. Реагент также характеризуется реакционной способностью по отношению к воде, поэтому для проведения реакции требуется сухая подложка. Тем не менее, всегда присутствует некоторое количество воды, по реакции с которой будет образовываться соответствующая, менее реакционноспособная жирная кислота в виде несвязанной молекулы. Следовательно, трудно достичь 100% степени ковалентного связывания. Еще одним преимуществом использования газофазной реакции является то, что эта реакция идет быстрее и требует меньшего количества химреагентов.
Для осуществления такой ковалентной модификации в более крупном масштабе предлагаются две установки, показанные на фиг. 1 и фиг. 2, соответственно.
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления изобретения, в соответствии с которым высушенную и уже нагретую целлюлозную подложку 1 в форме бумажного или картонного полотна 1 дополнительно нагревают и сушат путем нагревания инфракрасным (ИК) излучением ИК-излучателя 2. В отдельном резервуаре 3 с повышенным давлением нагревают жидкий галогенид жирной кислоты с целью испарения жидкости и получения газовой фазы. Затем газ по трубе 4 подают в газораспределительное устройство 5, которое распыляет газообразный галогенид жирной кислоты по первой стороне целлюлозной подложки 1. В то же время, вторая сторона подложки контактирует с вращающимся вакуумным цилиндром 6 с отверстиями (на чертеже не показаны), который всасывает газ в определенном направлении через целлюлозную подложку 1. Тем самым, происходит полная гидрофобизация целлюлозной подложки 1 по всей его толщине. Кроме этого, побочный продукт HCl и, возможно, непрореагировавший пальмитоилхлорид и/или несвязанный С16 могут быть отведены и собраны для обработки.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления изобретения, в соответствии с которым галогенид жирной кислоты в форме жидкости подают из резервуара 7 по трубе 8 в газораспределительное устройство 9, 10. Газораспределительное устройство 9, 10 включает неподвижный канал 9 с узкой щелью 10. Целлюлозную подложку 1 в форме бумажного или картонного полотна перемещают через щель 10. Канал 9 включает нагревательное устройство, нагревающее жидкий галогенид жирной кислоты так, что жидкость испаряется с образованием газовой фазы. Газ проходит через щель 10, осуществляя обработку первой стороны целлюлозной подложки 1. Над второй стороной подложки и щелью находится вакуумная камера 11, предназначенная для всасывания газа в определенном направлении через целлюлозную подложку 1. Тем самым, осуществляется гидрофобизация целлюлозной подложки по всей его толщине. Кроме этого, побочный продукт HCl и, возможно, непрореагировавший пальмитоилхлорид и/или несвязанный С16 могут быть отведены и собраны для обработки.
Считается что стадия нагревания обеспечивает облегчение последующего проникновения гидрофобизирующего газа через подложку. Однако, испытания показали, что очень хорошие результаты достигаются также с ненагретой целлюлозной подложкой. Т.е., способ применим к высушенному целлюлозному субстрату без нагревания целлюлозной подложки. Следовательно, стадия нагревания может быть исключена из способа настоящего изобретения, который, при этом, все же дает хорошие результаты.
В ходе испытаний авторы использовали гидрофобный угол смачивания в качестве меры гидрофобизации целлюлозной подложки данным способом. Необработанная целлюлозная подложка характеризовался углом смачивания 40°, после обработки угол смачивания обеих, первой и второй, сторон подложки составил 130°. Угол смачивания более 90° (большой угол смачивания), как правило, указывает на то, что условия для смачивания поверхности неблагоприятные, поэтому жидкость минимизирует контакт с поверхностью и образует компактные жидкие капли.
Выше изобретение описано на основании двух конкретных вариантов его осуществления. Однако, подразумевается, что возможны другие варианты осуществления и модификации, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения. Кроме этого, возможно сочетание различных решений, показанных на фиг. 1 и 2. Вакуумный цилиндр 6 фиг. 1 может быть заменен вакуумной камерой фиг. 2. Газораспределительное устройство 5 фиг. 1 может быть заменено газораспределительным устройством 9, 10 фиг. 2. Вакуумная камера фиг. 2 может быть заменена вакуумным цилиндром фиг. 1. Газораспределительное устройство 9, 10 фиг. 2 может быть заменено газораспределительным устройством 5 фиг. 1.
Кроме того, специалистам понятно, что ИК-излучатель, применяемый для нагревания целлюлозной подложки, может быть заменен другим надлежащим нагревательным устройством, например, горячим цилиндром, микроволновым излучением и т.п.
Кроме того, данный способ особенно эффективен для бумаги и картона, однако, возможна обработка других целлюлозных подложек, таких как текстиль, изготовленный из целлюлозных волокон.
Наконец, газораспределительные устройства фиг. 1 и 2 являются лишь примерами того, как может быть осуществлено распределение газа. Специалистам понятно, что возможны другие, непоказанные варианты осуществления распределения газообразной жирной кислоты по первой поверхности подложки.