ПРОКЛЕЙКА БУМАГИ
PAPER SIZING

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к проклейке бумаги, а конкретнее к водным дисперсиям целлюлозо-активного проклеивающего вещества и к их получению и применению.
Предпосылки к созданию изобретения
Целлюлозо-активные проклеивающие вещества, как, например, те, которые основаны на алкенил-янтарном ангидриде (ASA), широко используют в бумажном производстве при нейтральном или слабощелочном рН волокнистой массы для того, чтобы придать бумаге или картону некоторую степень сопротивления смачиванию или проницанию водными жидкостями. Бумажные клеи на основе целлюлозо-активных проклеивающих веществ обычно предоставляют в виде дисперсий, содержащих водную фазу и тонкодисперсные твердые частицы или капли проклеивающего вещества, диспергированного в ней. Дисперсии обычно получают с помощью системы диспергаторов, состоящей из анионного соединения, например лигносульфоната натрия в сочетании с высокомолекулярным амфотерным или катионным полимером, например катионным крахмалом, полиамином, полиамидамином или винильным полимером, полученным ступенчатой полимеризацией.
В международной патентной заявке WO 96/17127 описываются водные дисперсии, которые содержат целлюлозо-активное проклеивающее вещество и частицы коллоидного анионного кремнезема, модифицированного алюминием.
В международной патентной заявке WO 97/31152 описываются водные дисперсии, которые содержат химически активный клей и анионное микроизмельченное вещество. Кроме того, дисперсии могут содержать не более 2% (по весу химически активного клея) поверхностно-активного вещества. Поверхностно-активное вещество может быть неионным или анионным.
В международной патентной заявке WO 98/33979 A1 описывается водная дисперсия целлюлозо-активного проклеивающего вещества и системы диспергаторов, содержащая катионное органическое соединение и анионный стабилизатор.
Несмотря на то, что достигнуты значительные усовершенствования в получении, свойствах и рабочей характеристике водных дисперсий акенил-янтарного ангидрида, все же существуют некоторые технические проблемы, связанные с использованием таких дисперсий. Дисперсии алкенил-янтарного ангидрида обычно показывают плохую стабильность, что несомненно приводит к трудностям в обращении с этими дисперсиями, например, при хранении и применении. Одним дополнительным недостатком является то, что водные дисперсии невозможно хранить в течение более длительных периодов времени, потому что алкенил-янтарный ангидрид легко гидролизуется и таким образом становится неэффективным в качестве проклеивающего вещества.
Следовательно, алкенил-янтарный ангидрид обычно поставляют на бумажные фабрики в виде жидкости, которую затем диспергируют до ее применения в качестве проклеивающего вещества, при этом полученную дисперсию обычно используют в пределах 2 часов во избежание проблем, связанных с недостаточной стабильностью и потерей эффективности проклейки. Оборудование, используемое для получения дисперсий, обеспечивает большие силы сдвига, чтобы быть в состоянии оставлять поверхности свободными и производить дисперсии, имеющие надлежащий размер частиц. Такое оборудование часто является как сложным, так и дорогостоящим, а вследствие больших сдвиговых усилий обычно требуется значительное количество энергии.
Задачей настоящего изобретения является создание водной дисперсии целлюлозо-активного проклеивающего вещества, которую можно легко приготовить, используя небольшие сдвиговые усилия и небольшое потребление энергии. Дополнительной задачей данного изобретения является создание водной дисперсии целлюлозо-активного проклеивающего вещества, показывающей улучшенные стабильность и эффективность проклейки. Дополнительные задачи будут очевидны далее.
Краткое изложение сущности изобретения
Изобретение относится к водной дисперсии целлюлозо-активного проклеивающего вещества, содержащей ангидрид кислоты, анионный полиэлектролит и азотсодержащее органическое соединение, которое является амином или соответствующим ему четвертичным аммониевым основанием, имеющим молекулярную массу менее 180 и/или имеющим одну или несколько гидроксильных групп.
Изобретение дополнительно относится к способу получения водной дисперсии целлюлозо-активного проклеивающего вещества, который включает в себя диспергирование ангидрида кислоты в водной фазе в присутствии анионного полиэлектролита и азотсодержащего органического соединения, которое является амином или соответствующим ему четвертичным аммониевым основанием, имеющим молекулярную массу менее 180 и/или имеющим одну или несколько гидроксильных групп.
Кроме того, изобретение относится к применению водной дисперсии целлюлозо-активного проклеивающего вещества в качестве вещества для проклейки в массе или вещества для поверхностной проклейки при производстве бумаги. Изобретение дополнительно относится к способу производства бумаги, который содержит добавление водной дисперсии целлюлозо-активного проклеивающего вещества к водной суспензии целлюлозы и обезвоживание полученной суспензии на сетке бумагоделательной машины, а также к способу производства бумаги, который содержит нанесение водной дисперсии целлюлозо-активного проклеивающего вещества на полотно целлюлозы.
Подробное описание изобретения
Как установлено, согласно настоящему изобретению можно достигнуть улучшенной проклейки бумаги, используя данную водную дисперсию целлюлозо-активного проклеивающего вещества. Как также установлено, данные дисперсии показывают лучшую стабильность по сравнению с обычными дисперсиями. Кроме того, как установлено, для получения водных дисперсий можно использовать меньшие сдвиговые усилия по сравнению с теми, которые имеют место при получении обычных водных дисперсий целлюлозо-активного проклеивающего вещества. Благодаря настоящему изобретению становится возможным применение простого оборудования, дающего экономию энергии и капитальных затрат и создающего небольшие сдвиговые усилия, как например статические смесители. Таким образом, настоящее изобретение предоставляет значительные экономические и технические выгоды.
1
2
1
2
Целлюлозо-активное проклеивающее вещество согласно изобретению может быть выбрано из любого проклеивающего вещества на основе ангидрида кислоты, известного из уровня техники. Подходящее смачивающее вещество является гидрофобным ангидридом кислоты. Подходящие гидрофобные ангидриды кислот могут быть охарактеризованы нижеприведенной общей формулой (I), в которой R и R являются независимо выбранными из насыщенных или ненасыщенных углеводородных групп, которые подходяще содержат от 8 до 30 атомов углерода, или R и R вместе с частью -С-O-С- могут образовывать кольцо с 5-6 элементами, необязательно дополнительно замещенное углеводородными группами, содержащими вплоть до 30 атомов углерода:
Примерами подходящих ангидридов кислот являются алкил- и алкенил-янтарные ангидриды, например изо-октадеценил-янтарный ангидрид, изо-октадецил-янтарный ангидрид, н-гексадеценил-янтарный ангидрид, додеценил-янтарный ангидрид, деценил-янтарный ангидрид, октенил-янтарный ангидрид, три-изобутенил-янтарный ангидрид, 1-октил-2-деценил-янтарный ангидрид и 1-гексил-2-октенил-янтарный ангидрид. В число примеров подходящих ангидридов кислот дополнительно входят соединения, описанные в патентах США №№ 3102064, 3821069, 3968005, 4040900 и 4522686; и Re. 29960, которые приведены здесь в качестве ссылки.
Целлюлозо-активное проклеивающее вещество согласно изобретению может содержать один или большее число ангидридов кислот, например, один или большее число алкил- и/или алкенил-янтарных ангидридов. Обычно ангидрид кислоты согласно этому изобретению является жидкостью при комнатной температуре.
Дисперсия согласно изобретению содержит диспергатор или систему диспергаторов, содержащую анионный полиэлектролит и азотсодержащее органическое соединение. При совместном использовании эти соединения являются эффективными в качестве диспергатора для проклеивающего вещества на основе ангидрида кислоты, хотя при использовании по отдельности анионный полиэлектролит и азотсодержащее органическое соединение, возможно, не являются эффективными в качестве диспергатора. Дисперсия предпочтительно является анионной, т.е. диспергатор или система диспергаторов имеют общий анионный заряд.
Анионный полиэлектролит согласно изобретению может быть выбран из органических и неорганических соединений и может быть получен из природных или искусственных источников. Анионный полиэлектродат имеет две или несколько анионных групп, которые могут быть одинаковых или разных видов. В число примеров подходящих анионных групп, т.е. групп, которые являются анионными или становятся анионными в водной фазе, входят силанол, алюмосиликат, фосфат, фосфонат, сульфат, сульфонат, группы сульфоновых и карбоновых кислот, а также их соли, обычно соли аммония или щелочного металла (обычно натрия). Анионные полиэлектролиты могут быть растворимыми в воде, например, линейными и разветвленными анионными полиэлектролитами или диспергируемыми в воде, например, сшитыми и/или дисперсными анионными полиэлектролитами. Диспергируемые в воде и дисперсные анионные полиэлектролиты предпочтительно являются коллоидными, т.е. имеют размер частиц в коллоидном диапазоне. Коллоидные частицы подходяще имеют размер от 1 нм до 100 нм, предпочтительно от 2 до 70 нм и наиболее предпочтительно от 2 до 40 нм. Диспергируемые в воде и дисперсные анионные полиэлектролиты могут содержать агрегированные и/или неагрегированные частицы.
Примерами подходящих органических анионных полиэлектролитов являются анионные полисахариды, а именно крахмал, гуаровая камедь, целлюлоза, хитин, хитозан, гликан, галактан, глюкан, ксантановая камедь, маннан и декстрин. Дополнительными примерами подходящих органических анионных полиэлектролитов являются синтетические анионные полимеры, как например, конденсационные полимеры, например, полиуретан и полимеры на оcнове нафталина и меламина, например, конденсационные формальдегиднафталинсульфотаты и полимеры на основе меламинсульфоновой кислоты, и виниловые полимеры, полученные ступенчатой полимеризацией из этиленненасыщенных мономеров, включая анионные или потенциально анионные мономеры, например акриловую кислоту, метакриловую кислоту, малеиновую кислоту, итаконовую кислоту, кротоновую кислоту, винилсульфоновую кислоту, сульфонированный стирол и фосфаты гидроксиалкилакрилатов и метакрилатов, необязательно сополимеризованных с неионными этиленненасыщенными мономерами, например акриаламидом, алкилакрилатами, стиролом и акрилонитрилом, а также производными таких мономеров, виниловых эфиров и т.д.
Примерами других подходящих органических неионных полиэлектролитов являются растворимые в воде разветвленные полимеры и диспергируемые в воде сшитые полимеры, полученные полимеризацией смеси мономеров, содержащей один или несколько этиленненасыщенных анионных или потенциально анионных мономеров и, необязательно, один или несколько других этиленненасыщенных мономеров, в присутствии одного или нескольких полифункциональных сшивающих агентов. Присутствие полифункционального сшивающего агента в смеси мономеров делает возможным получение разветвленных полимеров, слабо сшитых полимеров и сильно сшитых полимеров, которые являются диспергируемыми в воде. Примерами подходящих полифункциональных сшивающих агентов являются соединения, имеющие, по меньшей мере, две этиленненасыщенные связи, например N,N-метилен-бис-(мет)акриламид, полиэтиленгликольди(мет)акрилат, N-винил(мет)акриламид, дивинилбензол, соли триаллиламмония и N-метилаллил(мет)акриламид; соединения, имеющие этиленненасыщенную связь и реакционноспособную группу, например глицидил(мет)акрилат, акролеин и метилол(мет)акриламид; и соединения, имеющие, по меньшей мере, две реакционноспособные группы, например диальдегиды, такие как глиоксаль, диэпоксисоединения и эпихлоргидрин.
A
Органический анионный полиэлектролит имеет степень анионного замещения (DS) обычно от 0,01 до 1,4, подходяще от 0,1 до 1,2 и предпочтительно от 0,2 до 1,0. Анионный полиэлектролит может содержать одну или несколько катионных групп, поскольку он имеет общий анионный заряд. Молекулярная масса анионного полиэлектролита может варьироваться в широких пределах; молекулярная масса составляет обычно свыше 200 и подходяще свыше 500, в то время как верхний предел равен обычно 10 миллионам и предпочтительно 2 миллионам.
Примерами подходящих неорганических анионных полиэлектролитов являются анионные кремнистые материалы, например анионные материалы на основе кремнезема, полученные с использованием кремниевой кислоты, и глины смектитового типа. Эти анионные полиэлектролиты обычно имеют отрицательные силанольные, алюмосиликатные или гидроксильные группы. Примерами подходящих неорганических анионных полиэлектролитов являются поликремниевая кислота, полисиликаты, полиалюмосиликаты, коллоидные частицы на основе кремнезема, например частицы кремнезема, алюминированные (модифицированные алюминием) кремнезем и алюмосиликат, микрогели полисиликата, микрогели полиалюмосиликата, гели кремнезема и осажденный кремнезем, смектитовые глины, например монтмориллонит, бентонит, гекторит, бейделит, нонтронит и сапонит. В число предпочтительных анионных полиэлектролитов входят материалы на основе кремнезема, например коллоидные частицы на основе кремнезема.
Азотсодержащее органическое соединение согласно изобретению является амином или соответствующим ему четвертичным аммониевым основанием. В число подходящих азотсодержащих органических соединений входят первичные, вторичные и третичные амины и соответствующие им четвертичные аммониевые основания. В число подходящих азотсодержащих органических соединений дополнительно входят моноамины, диамины и полиамины и соответствующие им четвертичные аммониевые основания. В число подходящих аммониевых оснований входят протонированные, алкилированные, арилированные и алкарилированные амины вышеупомянутого типа, которые могут быть образованы посредством реакции аминов с, например, кислотами, например с соляной кислотой, и метилхлорид, диметилсульфат и бензилхлорид. В предпочтительном варианте осуществления изобретения азотсодержащим органическим соединением являются амин или соответствующее ему четвертичное аммониевое основание, имеющие одну или несколько гидроксильных групп. Одна или несколько гидроксильных групп предпочтительно присутствуют в крайнем положении одного или нескольких заместителей азотсодержащего соединения, т.е. оканчивающегося гидроксильной группой амина или соответствующего ему четвертичного аммониевого основания.
Примерами подходящих азотсодержащих органических соединений являются следующие амины и соответствующие им четвертичные аммониевые основания: диэтилентриамин, триэтилентетрамин, гексаметилендиамин, диэтиламин, дипропиламин, ди-изопропиламин, циклогексиламин, пирролидин, гуанидин, триэтаноламин, моноэтаноламин, диэтаноламин, 2-метоксиэтиламин, аминоэтилэтаноламин, аланин и лизин. Дополнительными примерами подходящих азотсодержащих органических соединений являются гидроксид холина, гидроксид тетраметиламмония и гидроксид тетраэтиламмония. В число предпочтительных азотсодержащих органических соединений входят триэтаноламин и соответствующие ему четвертичные аммониевые основания.
Молекулярная масса азотсодержащего органического соединения может варьироваться в широких пределах. В предпочтительном варианте осуществления изобретения молекулярная масса амина или соответствующего ему четвертичного аммониевого основания составляет менее 180, подходяще вплоть до 170 и предпочтительно вплоть до 160. Молекулярная масса обычно равна, по меньшей мере, 30. Указанная здесь молекулярная масса четвертичного аммониевого основания амина означает молекулярную массу катионной части четвертичного аммониевого соединения и это значит, что анионная часть четвертичного аммониевого соединения не включена в вышеприведенные значения молекулярной массы. Для азотсодержащих органических соединений, которые выбраны из аминов и соответствующих им четвертичных аммониевых оснований, имеющих одну или несколько гидроксильных групп, значения молекулярной массы могут быть более высокими, например, вплоть до 500 и обычно вплоть до 300, хотя вышеуказанные значения молекулярной массы также подходят для таких соединений.
В рассматриваемой водной дисперсии или эмульсии ангидрид кислоты может присутствовать в количестве от около 0,1 до около 50 вес.%, подходяще от 0,1 до около 30 вес.% и предпочтительно от около 1 до около 20 вес.% в расчете на вес водной дисперсии. Анионный полиэлектролит присутствует в количестве вплоть до около 100 вес.%, обычно от 0,1 до 15 вес.%, подходяще от 0,5 до 10 вес.% и предпочтительно от 1 до 7 вес.% в расчете на вес ангидрида кислоты. Азотсодержащее органическое соединение может присутствовать в количестве вплоть до 20 вес.%, обычно от 0,1 до 15 вес.%, подходяще от 0,5 до 10 вес.% и предпочтительно от 1 до 7 вес.% в расчете на вес ангидрида кислоты. Кроме ангидрида кислоты, анионного полиэлектролита и азотсодержащего органического соединения в дисперсии могут присутствовать необязательные дополнительные соединения. Примерами таких соединений являются моно-, ди- и полианионные и неионные поверхностно-активные вещества и диспергаторы, стабилизаторы, наполнители и консерванты, как например, гидролизованные ангидриды кислот, например вышеупомянутые гидролизованные алкиловые и алкениловые ангидриды кислот, предпочтительно гидролизованные алкенил-янтарные ангидриды, например гидролизованные ангидриды кислот в виде производных карбоновой кислоты и/или эфира карбоновой кислоты, анионные поверхностно-активные вещества, такие как эфиры фосфорной кислоты, как например, этоксилированные эфиры фосфорной кислоты, алкиловые сульфаты, сульфонаты и фосфаты, алкилариловые сульфаты, сульфонаты и фосфаты, например лаурилсульфонат натрия и этоксилированный, фосфатированный изотридециловый спирт. В случае их присутствия содержание таких дополнительных соединений в дисперсии может быть от 0,1 до 15 вес.%, подходяще от 1 до 10 вес.% и предпочтительно от 2 до 7 вес.% в расчете на вес ангидрида кислоты. Вода также присутствует в дисперсии и может составлять остальную часть дисперсии вплоть до 100 вес.%.
Дисперсию согласно изобретению можно получать, образуя смесь, содержащую ангидрид кислоты, анионный полиэлектролит и азотсодержащее органическое соединение, как они определены выше, и диспергируя смесь в присутствии воды. Компоненты дисперсии могут быть смешаны в любом порядке, но предпочтительно смешивают анионный полиэлектролит и азотсодержащее органическое соединение и разбавляют их водой до соответствующей концентрации, а затем диспергируют в них ангидрид кислоты. Смесь можно диспергировать, используя подходящее оборудование для диспергирования, обеспечивающее достаточную степень диспергирования, например статический смеситель, создающий сравнительно небольшие сдвиговые усилия. Полученная дисперсия содержит капли ангидрида кислоты, обычно имеющие диаметр от 0,1 до 10 мкм.
Водные проклеивающие дисперсии согласно изобретению могут быть использованы обычным образом при производстве бумаги с применением целлюлозных волокон любого вида, причем эти водные проклеивающие дисперсии могут быть использованы как для поверхностной проклейки, так и для проклейки в массе. Используемый здесь термин "бумага" охватывает не только бумагу, но и все виды целлюлозных материалов в форме листа или полотна, включая, например, бумажный картон. Кроме того, суспензия целлюлозы и готовая бумага могут содержать минеральные наполнители, при этом содержание целлюлозных волокон обычно составляет, по меньшей мере, 50 вес.% в расчете на сухой вес вещества суспензии целлюлозы или вес готовой бумаги. Примерами минеральных наполнителей обычных видов являются каолин, диоксид титана, гипс, тальк и природные или искусственные карбонаты кальция, как например, мел, измельченный мрамор и осажденный карбонат кальция. Настоящее изобретение, кроме того, относится к способу производства бумаги, при котором рассматриваемую водную проклеивающую дисперсию либо добавляют к водной суспензии целлюлозы либо наносят на лист или полотно из целлюлозы. Количество целлюлозо-активного проклеивающего вещества, которое либо добавляют к суспензии целлюлозы, подлежащей обезвоживанию на сетке бумагоделательной машины для формования бумаги, либо в качестве поверхностного клея наносят на поверхность листа или полотна из целлюлозы - обычно в клеильном прессе - подходяще составляет от 0,01 до 1,0 вес.%, предпочтительно от 0,05 до 0,5 вес.% в расчете на сухой вес вещества суспензии целлюлозы и необязательных волокон, причем это количество зависит, в основном, от количества проклеиваемой волокнистой массы или бумаги и желаемой степени проклеивания.
Водные проклеивающие дисперсии согласно изобретению особенно полезны при получении бумаги из водной суспензии целлюлозы, которая имеет высокую проводимость. Проводимость суспензии, которую обезвоживают на сетке бумагоделательной машины, может быть в пределах от 0,3 мСм/см до 10 мСм/см. Согласно этому изобретению хорошие результаты могут быть достигнуты при проводимости, по меньшей мере, 2,0 мСм/см; они могут быть достигнуты заметно при, по меньшей мере, 3,5 мСм/см, особенно при, по меньшей мере, 5,0 мСм/см и даже при, по меньшей мере, 7,5 мСм/см. Проводимость может быть измерена на стандартном оборудовании, как например, прибором WTW LF 330, поставляемым от Christian Berner. Вышеуказанные величины определяют подходящим образом, измеряя проводимость суспензии целлюлозы, которую подают в напорный ящик бумагоделательной машины или которая находится в нем, или, с другой стороны, измеряя проводимость оборотной воды, полученной в результате обезвоживания суспензии. Высокие значения проводимости означают высокие содержания солей (электролитов), которые могут быть извлечены из материалов, используемых для образования волокнистой массы, из различных добавок, введенных в волокнистую массу, из свежей воды, подаваемой в технологический процесс, и т.д. Кроме того, содержание солей обычно выше при процессах с интенсивной рециркуляцией оборотной воды, которая может привести к значительному накоплению солей в воде, рециркулирующей в технологическом процессе.
В связи с настоящим изобретением, конечно, могут быть использованы химические вещества, обычно добавляемые к суспензии целлюлозы при производстве бумаги, как например, вещества для повышения удерживаемоcти наполнителя, алюминийсодержащие соединения, красители, смолы для придания бумаге влагопрочности, оптические отбеливатели и т.д. Примерами алюминийсодержащих соединений являются квасцы, алюминаты и полиалюминийсодержащие соединения, например полиалюминиевые хлориды и сульфаты. Примерами подходящих веществ для повышения удерживаемости наполнителя являются катионные полимеры, анионные неорганические материалы в сочетании с органическими полимерами, например бентонит в сочетании с катионными полимерами, золи на основе кремнезема в сочетании с полимерами или катионными и анионными полимерами. Особенно хорошая проклейка может быть достигнута при использовании дисперсии согласно изобретению в сочетании с веществами для повышения удерживаемости наполнителя, содержащими катионные полимеры. В число подходящих катионных полимеров входят катионный крахмал, полимеры на основе акрилата и на основе акриламида, полиэтиленимин, полиамины, полиамидоамины и поли(диаллилдиметиламмонийхлорид) и их сочетания. В число предпочтительных веществ для повышения удерживаемости наполнителя входят катионный крахмал и катионные полимеры на основе акриламида. В предпочтительном варианте осуществления изобретения дисперсии используют в сочетании с системой веществ для повышения удерживаемости наполнителя, содержащей, по меньшей мере, один катионный полимер и анионный кремнистый материал, например частицы на основе кремния или бентонит. Возможно предварительное смешивание одного или нескольких компонентов рассматриваемой дисперсии с веществом для повышения удерживаемости наполнителя, например, анионным кремнистым материалом до введения полученной таким образом смеси в суспензию целлюлозы. Таким образом, рассматриваемую водную проклеивающую дисперсию можно приготовить непосредственно до ее ввода в суспензию целлюлозы, приводя ангидрид кислоты и азотсодержащее органическое соединение в контакт с анионным полиэлектролитом, как например, водным кремнистым материалом, например золем на основе кремнезема или суспензией бентонита.
Далее изобретение будет проиллюстрировано на нижеследующих примерах, которые, однако, не преследуют цель ограничить изобретение. Части и проценты указаны соответственно в вес.ч. и вес.%, если не оговорено особо.
Пример 1
Водные дисперсии согласно изобретению получали в трубном статическом смесителе Hash, диспергируя алкенил-янтарный ангидрид (ASA) на основе олефиновой фракции, содержащей изо-гексадеценил- или изо-октадеценил-янтарный ангидрид, в присутствии смеси анионного полиэлектролита и амина.
Водные дисперсии, использовавшиеся для сравнения в этом и последующих примерах, приготавливали аналогичным образом, за исключением того, что не использовали никакого амина и никакого коллоидного кремнезема, а высокомолекулярные амины и/или амины не имели никаких гидроксильных групп.
2
2
Анионным полиэлектролитом, использовавшимся в этом примере, был коллоидный кремнезем (Eka NR 590) в виде водного золя, имеющего содержание SiO, равное 8,1 вес.%, и содержащего частицы кремнезема с площадью удельной поверхности, равной 850 м/Г, которые были модифицированы алюминием. Амином, использовавшимся в этом примере, был триэтаноламин (TEA) с молекулярной массой, равной 149.
2
Анионный полиэлектролит и амин смешивали в присутствии воды для образования смеси, которую закачивали в один конец трубы при расходе 3,17 л/мин, при этом концентрированный ASA закачивали сбоку трубы при расходе 0,167 л/мин. Перепад давления через смеситель составлял 3,4 бар. Полученная дисперсия имела содержание ASA, равное 5 вес.%, и содержание анионного полиэлектролита (в этом примере - содержание SiO), равное 5,0 вес.% в расчете на ASA, при этом содержание амина изменялось от 0 до 2,0 вес.% в расчете на ASA.
2
Получали дисперсии 1-4, показанные в Таблице 1, в которых содержания SiO и амина даны в расчете на ASA.
<b>Таблица 1</b>
Дисперсия №
SiO<sub>2 </sub>(%)
TEA (%)
1
5
0
2
5
0,5
3
5
1,0
4
5
2,0
Степень дисперсности капель ASA измеряли в Malvern Mastersizer Microplus после разбавления дисперсии водой до содержания ASA, равного 0,5 вес.%. Результаты показаны в Таблице 2. D(v 0,1), D(v 0,5) и D(v 0,9) означают, что соответственно 10, 50 и 90% частиц имели диаметр меньше данного размера.
<b>Таблица 2</b>
Дисперсия №
Размер частиц (мкм)
D(v 0,1)
D(v 0,5)
D(v 0,9)
1
0,43
4,64
12,42
2
0,82
2,32
6,88
3
0,50
1,78
5,40
4
0,59
1,43
5,30
Как можно видеть в Таблице 2, дисперсии согласно настоящему изобретению, дисперсии №№ 2-4, показали меньший размеры частиц по сравнению с дисперсией, использовавшейся для сравнения, дисперсией № 1.
Для оценки эффективности проклейки получали бумажные листы согласно стандартному методу SСАN-С26:76 и измеряли проклейку в величинах Cobb-60 согласно стандартному методу Tappi T441.
Бумажные листы получали способом, при котором добавляли дисперсии к водной суспензии целлюлозы, содержавшей рециркулирующую целлюлозу и имевшую концентрацию волокон 0,5 г/л, проводимость 0,7 мСм/см и рН около 7,0. Дисперсии добавляли в количестве 0,5, 1,0 и 1,5 кг/т в переводе на ASA и в расчете на вес сухого вещества суспензии целлюлозы. Использовали систему веществ для повышения удерживаемости наполнителя, содержащей 6 кг/т катионного картофельного крахмала (Perlbond 970) и 0,5 кг/т золя кремнезема (Eka NP 442) в переводе на сухие вещества и в расчете на сухое вещество суспензии целлюлозы.
Измеряли величины Cobb-60; результаты представлены в Таблице 3. Меньшая величина Cobb означает поглощение меньшего количества воды и, следовательно, достижение лучшей проклейки.
<b>Таблица 3</b>
Дисперсия №
Cobb-60
0,5 кг/т
1,0 кг/т
1,5 кг/т
1
164
144
95
2
142
42
29
3
145
38
26
4
48
24
21
Как можно видеть в Таблице 3, дисперсии согласно настоящему изобретению, дисперсии №№ 2-4, показали улучшенную эффективность проклейки по сравнению с дисперсией, использовавшейся для сравнения, дисперсией № 1.
Пример 2
Приготавливали дисперсии и оценивали эффективность проклейки ими в соответствии с общими методиками Примера 1, за исключением того, что использовали различные содержания кремнезема при постоянном содержании амина. Дисперсии имели содержание ASA, равное 5 вес.% в расчете на вес дисперсии. Результаты показаны в Таблице 4.
<b>Таблица 4</b>
Дисперсия №
SiO<sub>2 </sub>(%)
TEA (%)
Cobb-60 (1 кг/т)
5
0
2
29
6
1
2
25
7
3
2
23
8
4
2
21
9
5
2
25
Как можно видеть в Таблице 4, дисперсии согласно настоящему изобретению, дисперсии №№ 6-9, показали улучшенную эффективность проклейки по сравнению с дисперсией, использовавшейся для сравнения, дисперсией № 5.
Пример 3
Получали и оценивали дисперсии в соответствии с общими методиками Примера 1. Сравнивали дисперсии в водных суспензиях целлюлозы, имеющих повышенную проводимость вследствие добавления хлорида кальция. Измеряли проводимость суспензий, используя прибор WTW LF 330 от Christian Berner. Результаты представлены в Таблице 5.
<b>Таблица 5</b>
Дисперсия №
ASA (%)
SiO<sub>2 </sub>(%)
TEA (%)
Проводимость, мСм/см
Cobb-60
0,5 кг/т
1,0 кг/т
1,5 кг/т
10
5
0
2
4
128
123
117
11
5
5
2
4
126
108
48
10
5
0
2
8
146
141
135
11
5
5
2
8
125
105
47
Как можно видеть в Таблице 5, дисперсия согласно настоящему изобретению, дисперсия № 11, показала значительно лучшую эффективность проклейки по сравнению с дисперсией, использовавшейся для сравнения, дисперсией № 10, в том случае когда была увеличена проводимость суспензии.
Пример 4
2
Получали и оценивали дисперсии в соответствии с общими методиками Примера 1, за исключением того, что использовали разные амины. Полученная дисперсия имела содержание ASA, равное 5 вес.%, содержание SiO, равное 5 вес.% в расчете на ASA, и содержание амина, равное 2,0 вес.% в расчете на ASA.
Использовавшимися аминами были триэтаноламин (TEA), имеющий молекулярную массу 149, диэтилентриамин (DETA), имеющий молекулярную массу 103, амин из фракционированного кокосового масла (FCA), имеющий молекулярную массу около 200, и хлорид диметиламмония из дегидрированного жира (DTDMAC), имеющий молекулярную массу около 530.
Размеры частиц представлены в Таблице 6.
<b>Таблица 6</b>
Дисперсия №
Амин в дисперсии
Размер частиц (мкм)
D(v 0,1)
D(v 0,5)
D(v 0,9)
12
DTDMAC
0,34
2,05
9,79
13
FCA
0,41
33,2
211,0
14
DETA
0,13
0,41
1,86
15
TEA
0,11
0,27
0,67
Результаты оценки эффективности проклейки показаны в Таблице 7.
<b>Таблица 7</b>
Дисперсия №
Амин в дисперсии
Cobb-60
0,5 кг/т
1,0 кг/т
1,5 кг/т
12
DTDMAC
106
44
29
13
FCA
114
83
39
14
DETA
87
26
23
15
TEA
51
26
21
Как можно видеть в Таблицах 6 и 7, дисперсии согласно настоящему изобретению, дисперсии №№ 14 и 15, которые содержали амины, имеющие молекулярную массу менее 180 (дисперсии №№ 14 и 15) и имеющие гидроксильные группы (дисперсия № 15), показали меньший размер частиц и значительно улучшенную эффективность проклейки по сравнению с дисперсиями, использовавшимися для сравнения, дисперсии №№ 12 и 13. Это также означает, что согласно настоящему изобретению требуется меньше энергии для того, чтобы оставлять поверхности свободными.
Пример 5
2
Приготавливали и оценивали дисперсии в соответствии с общими методиками Примера 1, за исключением того, что использовали разные анионные полиэлектролиты. Полученная дисперсия имела содержание ASA, равное 5 вес.%, содержание SiO, равное 5,0 вес.% в расчете на ASA, и содержание триэтаноламина, равное от 0 до 2,0 вес.% в расчете на ASA. Использовавшиеся электролиты показаны в Таблице 8.
<b>Таблица 8</b>
Анионный полиэлектролит
Описание
Торговое наименование
Размер первичных частиц (нм)
A
Коллоидный алюминированный кремнезем
Eka NP 590
3
B
Коллоидный кремнезем
Eka BMA-0
5,5
C
Коллоидный кремнезем
Bindzil 50/80
34
D
Бентонит
Hydrocol
чешуйчатая структура
E
Бентонит
Opazil AV
чешуйчатая структура
Бентониты суспендировали в воде (5 вес.% бентонита) и хранили в течение 5 дней для достижения достаточного набухания и расслаивания.
Определяли размер частиц и оценивали стабильность. Стабильность измеряли через 2 часа после получения. Если все же сохранялась стабильность через 24 часа, то снова определяли размер частиц. Термин "разд." означает "разделение". Результаты показаны в Таблице 9.
Результаты оценки эффективности проклейки показаны в Таблице 10.
<b>Таблица 10</b>
Дисперсия №
Анионный полиэлектролит
Содержание амина (%)
Cobb-60
0,5 кг/т
0,75 кг/т
1,0 кг/т
16
A
-
128
103
64
17
A
2
89
44
29
18
B
-
129
62
33
19
B
2
91
40
33
20
C
-
116
102
66
21
C
2
128
45
31
22
D
-
120
112
91
23
D
2
88
34
28
24
E
-
122
127
120
25
E
2
99
41
29
Как можно видеть в Таблицах 9 и 10, дисперсии согласно настоящему изобретению, дисперсии №№ 17, 19, 21, 23 и 25, которые содержали как анионный полиэлектролит, так и азотсодержащее органическое соединение, показали лучшую эффективность проклейки, лучшую стабильность и меньший размер частиц по сравнению с дисперсиями, использовавшимися для сравнения, дисперсиями №№ 16, 18, 20, 22 и 24, которые не содержали никакого азотсодержащего органического соединения.
Пример 6
2
2
2
Получали дисперсии и оценивали размер частиц и эффективность проклейки дисперсиями в соответствии с общими методиками Примера 1, за исключением того, что использовали различные поверхностно-активные вещества и их разные содержания. Использовавшимся анионным полиэлектролитом был коллоидный кремнезем (Eka NР 780) в виде водного золя, имевшего содержание SiO, равное 7,5 вес.%, и содержавшего частицы кремнезема с площадью удельной поверхностью около 900 м/г, которые были модифицированы алюминием. Использовавшимся амином был триэтаноламин (TEA). Полученная дисперсия имела содержание ASA, равное 5 вес.%, содержание SiO, равное 5 вес.% в расчете на ASA, и содержание амина, равное 2,0 вес.% в расчете на ASA.
В дисперсию № 26 не вводили никакого поверхностно-активного вещества. Гидролизованный ASA в качестве поверхностно-активного вещества вводили в дисперсии №№ 27 и 28. Поверхностно-активным веществом, использовавшимся в дисперсии № 29, был эфир фосфорной кислоты (поли(окси-1,2-этандиил)альфа-изотридецил-омега-гидроксифосфат). Содержания поверхностно-активных веществ в дисперсиях представлены в расчете на ASA. Результаты измерений размера частиц показаны в Таблице 11.
<b>Таблица 11</b>
Дисперсия №
Поверхностно-активное вещество в дисперсии
Содержание поверхностно-активного вещества (%)
Размер частиц (мкм)
D(v 0,1)
D(v 0,5)
D(v 0,9)
26
-
-
0,33
4,67
14,53
27
гидролизованный ASA
1
0,29
2,42
7,63
28
гидролизованный ASA
2.5
0,12
0,45
1,83
29
эфир фосфорной кислоты
1
0,17
1,05
4,16
3
Оценивали эффективность проклейки дисперсиями и сравнивали дисперсии в водной суспензии целлюлозы, содержавшей 70% целлюлозы (крафт-целлюлозы из березо-соснового сырья в соотношении 80/20) и 30% наполнителя (CaCO).
<b>Таблица 12</b>
Дисперсия №
Проводимость, мСм/см
Cobb-60
0,5 кг/т
0,75 кг/т
1,0 кг/т
26
0,4
91
84
70
27
0,4
81
69
54
28
0,4
72
48
31
29
0,4
76
49
41
26
0,7
87
78
75
27
0,7
81
64
54
28
0,7
76
47
31
29
0,7
73
52
37
Как можно видеть по результатам, представленным в Таблицах 11 и 12, дисперсии №№ 27, 28 и 29, содержавшие поверхностно-активное вещество, показали меньший размер частиц и лучшую эффективность проклейки, чем дисперсия, не содержавшая никакого поверхностно-активного вещества.
Пример 7
Дисперсии из Примера 6 оценивали в отношении эффективности проклейки, используя водные суспензии целлюлозы, содержавшие неотбеленную крафт-целлюлозу и имевшие различные проводимости. Результаты показаны в Таблице 13.
<b>Таблица 13</b>
Дисперсия №
Проводимость, мСм/см
Cobb-60
0,5 кг/т
0,75 кг/т
1,0 кг/т
26
0,4
100
72
37
27
0,4
86
42
27
28
0,4
40
28
23
29
0,4
49
28
22
28
0,7
44
27
22
26
4,0
97
100
76
27
4,0
89
52
28
28
4,0
44
27
23
29
4,0
102
98
76
Как можно видеть в Таблице 13, дисперсии №№ 27, 28 и 29, содержавшие поверхностно-активное вещество, показали лучшую эффективность проклейки, чем дисперсия, не содержавшая никакого поверхностно-активного вещества, дисперсия № 26.