КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОКЛЕЙКИ БУМАГИ Российский патент 2004 года по МПК D21H21/16 D21H17/74 D21H17/16 D21H17/17 D21H17/23 D21H17/29 D21H17/66 C09J201/02 

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение.

Настоящее изобретение относится к композициям для проклейки бумаги, включающим а) проклеивающее вещество, б) диспергаторную систему и в) неорганическую соль, а также к способам проклейки бумаги, в которых применяют такие композиции, и к продуктам, изготовленным с использованием таких проклеивающих композиций.

2. Предпосылки создания изобретения.

Взаимодействующие с целлюлозой проклеивающие вещества, такие, как алкилкетеновые димеры (АКД), широко применяют в бумажной промышленности в качестве компонентов дисперсных проклеивающих композиций. Эффективность таких средств обусловлена их способностью непосредственно связываться с гидроксильными группами целлюлозного компонента бумаги. В этих проклеивающих композициях клеи, например АКД, часто используют в сочетании с диспергаторными системами, которые включают катионоактивный крахмал и/или лигносульфонат натрия. Примеры таких дисперсий можно найти в патенте US №4861376, выданном на имя Edwards, и в патенте US №3223544, выданном на имя Savina, содержание которых включено в настоящее описание в качестве ссылки.

В течение некоторого времени известна также эффективность неорганических солей, таких, как квасцы или алюминийсодержащие соли, в процессах изготовления бумаги. Эти соли, в частности, значительно повышают производительность бумагоделательной машины благодаря улучшению обезвоживания. Как общее правило, чем выше концентрация таких солей, тем выше производительность процесса обезвоживания.

Следовательно, сочетание органических проклеивающих веществ, таких, как АКД дисперсии, с неорганическими солями, такими, как квасцы, является эффективным сочетанием, обеспечивающим способность как к проклейке, так и к обезвоживанию. Примеры таких композиций представлены в патентах US №5145522, выданном на имя Nakagawa и др., и №5627224, выданном на имя Lyrmalm и др., содержание которых включено в настоящее описание в качестве ссылки. Однако при применении этого сочетания приходится сталкиваться с проблемой, состоящей в том, что органические проклеивающие вещества оказываются довольно несовместимыми с неорганическими солями, что ведет к их выделению, если концентрация неорганических солей в жидкой фазе органической проклеивающей дисперсии становится чрезмерно высокой.

Таким образом, в данной области техники существует потребность в диспергаторной системе, которая совместима с неорганическими солями и органическими проклеивающими веществами. В литературе описан ряд диспергаторных систем. Так, например, в US №5627224 для введения полиалюминиевых соединений в дисперсии АКД в качестве единственного диспергатора предлагается использовать амфотерный полимер. Однако достижение хорошей стабильности композиций, включающих органические клеи и неорганические соли, оказывается безуспешным. Следовательно, в данной области техники существует потребность в композициях, наличие которых дает возможность разрешить вышеуказанные проблемы.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Принимая во внимание вышеизложенное, целью настоящего изобретения является создание проклеивающих дисперсий повышенной стабильности.

Другой целью настоящего изобретения является создание проклеивающих дисперсий, которые повышают способность к обезвоживанию.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание проклеивающих дисперсий, которые содержат органическое проклеивающее вещество и неорганическую соль в варьируемых концентрациях, включая высокие концентрации неорганических солей.

Целью настоящего изобретения являются также композиции, включающие (а) взаимодействующий с целлюлозой клей, (б) диспергаторную систему, содержащую первичный диспергатор и вторичный диспергатор, и (в) неорганическую соль, а также способы приготовления и применения этих композиций, равно как и продукты, содержащие такую композицию.

Этих целей настоящего изобретения достигают созданием водной композиции, включающей взаимодействующий с целлюлозой клей, диспергаторную систему, содержащую анионоактивный диспергатор и по меньшей мере один катионоактивный диспергатор или неионогенный диспергатор, и по меньшей мере одну соль, включающую некоторый элемент в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентное, примерно 5,5 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея. В предпочтительных вариантах взаимодействующий с целлюлозой клей включает по меньшей мере один из кетенового димера и кетенового мультимера; более предпочтительный кетеновый димер включает по меньшей мере один из алкенилкетенового димера и алкилкетенового димера. В других предпочтительных вариантах взаимодействующий с целлюлозой клей включает по меньшей мере один из алкенилянтарного ангидрида и стеаринового ангидрида.

Взаимодействующий с целлюлозой клей может включать органический эпоксид, содержащий от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов, ацилгалогенид, содержащий от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов, ангидрид жирной кислоты, содержащей от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов, или органический изоцианат, содержащий от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов.

Предпочтительная композиция включает кетеновый димер или кетеновый мультимер формулы I

в которой n обозначает целое число от 0 до примерно 20, R и R₂, которые одинаковы или различны, обозначают насыщенные или ненасыщенные гидрокарбильные группы, каждая из которых содержит от примерно 6 до примерно 24 углеродных атомов, a R₁ обозначает насыщенную или ненасыщенную гидрокарбильную группу, содержащую от примерно 2 до примерно 40 углеродных атомов. Предпочтительное значение n составляет от 0 до примерно 6, более предпочтительное значение n составляет от 0 до примерно 3, а наиболее предпочтительно, когда n обозначает 0. R может обозначать насыщенную или ненасыщенную гидрокарбильную группу, содержащую от примерно 10 до 20 углеродных атомов; предпочтительным значением R является насыщенная или ненасыщенная гидрокарбильная группа, содержащая от примерно 14 до 16 углеродных атомов. Предпочтительным значением R₂ является насыщенная или ненасыщенная гидрокарбильная группа, содержащая от примерно 10 до 20 углеродных атомов; более предпочтительным значением R₂ является насыщенная или ненасыщенная гидрокарбильная группа, содержащая от примерно 14 до 16 углеродных атомов. Предпочтительным значением R₁ является насыщенная или ненасыщенная гидрокарбильная группа, содержащая от примерно 4 до 20 углеродных атомов.

Анионоактивный диспергатор может включать полимерный диспергатор, содержащий сульфатную или сульфонатную группу. Такие анионоактивные диспергаторы включают продукт реакции конденсации формальдегида с нафталинсульфонатом натрия, продукт реакции конденсации формальдегида с алкилнафталинсульфонатом натрия, продукт реакции конденсации формальдегида с фенолсульфонатом натрия, продукт реакции конденсации формальдегида с фенолсульфатом натрия и лигносульфонат, которым в предпочтительном варианте служит лигносульфонат натрия. Предпочтительный лигносульфонат натрия представляет собой лигносульфонат натрия, содержащий меньше примерно 5,9 мас.%, более предпочтительно меньше примерно 5 мас.%, еще более предпочтительно меньше примерно 4,5 мас.%, предпочтительнее меньше примерно 4 мас.%, а наиболее предпочтительно меньше примерно 3,6 мас.%, сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия.

Анионоактивный диспергатор может содержаться в количестве от примерно 0,02 до примерно 20 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,4 до примерно 7 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 0,9 до примерно 3 мас.%, в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.

Предпочтительные композиции включают катионоактивный диспергатор, которым в предпочтительном варианте служит катионно модифицированный крахмал, катионно модифицированная хьюаровая камедь или катионоактивный полимер со слабым зарядом. Предпочтительная композиция включает катионно модифицированный крахмал в количестве от примерно 0,4 до примерно 400 мас.%, более предпочтительно от примерно 2 до примерно 100 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 10 до примерно 30 мас.%, от массы взаимодействующего с целлюлозой клея.

Соль может включать металл, выбранный из элементов групп I, II, III, IV и V, из переходных элементов Периодической таблицы элементов и их сочетаний. Предпочтительная соль включает атом алюминия, магния, кальция или бария. Предпочтительная композиция включает алюминиевую соль формулы Al_x(SO₄)_y(H₂O)_z, где х обозначает число от 1 до 3, у обозначает число от 1 до 4, а z обозначает число от 0 до 20. Предпочтительной алюминиевой солью является сульфат алюминия. Алюминиевая соль может также отвечать формуле Аl_n(ОН)_mХ_3n-m, где Х обозначает отрицательный ион, а n и m обозначают целые числа, превышающие 0, и значение 3n-m превышает 0. В таких солях предпочтительный отрицательный ион представляет собой хлоридный или ацетатный ион, а алюминиевая соль представляет собой полиалюминийхлорид.

По одному из вариантов выполнения изобретения соль может содержаться в количестве, эквивалентном от примерно 5,5 мас.% алюминия до примерно 10 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея, в более предпочтительном варианте соль содержится в количестве, эквивалентном от примерно 6 мас.% алюминия до примерно 8 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.

Кроме того, для достижения целей настоящего изобретения предлагается водная композиция, включающая взаимодействующий с целлюлозой клей, диспергаторную систему, содержащую модифицированный лигносульфонат натрия и по меньшей мере один из катионоактивного диспергатора, неионогенного диспергатора и их сочетаний, и по меньшей мере одну соль, включающую некоторый элемент в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентное, примерно 0,2 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея. В таких композициях соль может находится в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентное, примерно 0,4 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея. В предпочтительном варианте соль содержится в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентное, примерно 1,5 мас.% алюминия, более предпочтительно эквивалентном или превышающем эквивалентное, примерно 3 мас.%, еще более предпочтительно эквивалентном или превышающем эквивалентное, примерно 4,4 мас.%, предпочтительнее эквивалентном или превышающем эквивалентное, примерно 5,5 мас.%, а наиболее предпочтительно эквивалентном или превышающем эквивалентное, примерно 6 мас.% в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.

Такая композиция может включать соль в количестве, эквивалентном или меньше эквивалентного, примерно 40 мас.% алюминия, более предпочтительно эквивалентном или меньше эквивалентного, примерно 30 мас.%, еще более предпочтительно эквивалентном или меньше эквивалентного, примерно 20 мас.%, предпочтительнее эквивалентном или меньше эквивалентного, примерно 15 мас.%, еще более предпочтительно эквивалентном или меньше эквивалентного, примерно 12 мас.%, еще предпочтительнее эквивалентном или меньше эквивалентного, примерно 10 мас.%, а наиболее предпочтительно эквивалентном или меньше эквивалентного, примерно 8 мас.% в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.

Такая композиция может включать соль в количестве, эквивалентном от примерно 0,2 до примерно 40 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,4 до примерно 30 мас.%, еще более предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 20 мас.%, предпочтительнее от примерно 3 до примерно 15 мас.%, предпочтительно от примерно 4,4 до примерно 12 мас.%, еще предпочтительнее от примерно 5,5 до примерно 10 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 6 до примерно 8 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.

Далее тем не менее для достижения целей настоящего изобретения предлагается водная композиция, включающая по меньшей мере один из кетенового димера и кетенового мультимера, диспергаторную систему, содержащую модифицированный лигносульфонат натрия и катионоактивный модифицированный крахмал, и сульфат алюминия.

Кроме того, целей настоящего изобретения достигают с помощью водной композиции для проклейки бумажного изделия, приготовленной совмещением взаимодействующего с целлюлозой клея, диспергаторной системы, содержащей анионоактивный диспергатор и по меньшей мере один из катионоактивного диспергатора и неионогенного диспергатора, и по меньшей мере одной соли, включающей некоторый элемент в количестве, превышающем эквивалентное или эквивалентном 5,5 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.

Более того, целей настоящего изобретения достигают с помощью способа проклейки изделия на целлюлозной основе, включающего введение в целлюлозный материал взаимодействующего с целлюлозой клея, диспергаторной системы, содержащей анионоактивный диспергатор и по меньшей мере один из катионоактивного диспергатора и неионогенного диспергатора, и по меньшей мере одной соли, включающей некоторый элемент в количестве, превышающем эквивалентное или эквивалентном 5,5 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея. В предпочтительных вариантах целлюлозным материалом может служить волокнистый полуфабрикат или поверхность бумажного изделия.

Целей настоящего изобретения достигают также созданием комплекта, предназначенного для проклейки изделия на целлюлозной основе, причем этот комплект включает взаимодействующий с целлюлозой клей, диспергаторную систему, содержащую анионоактивный диспергатор и по меньшей мере один из катионоактивного диспергатора и неионогенного диспергатора, и по меньшей мере одну соль, включающую некоторый элемент в количестве, превышающем эквивалентное или эквивалентном 5,5 мас.% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

По настоящему изобретению предлагаются композиции для проклейки бумаги, включающие неорганическую соль, диспергаторную систему и взаимодействующее с целлюлозой проклеивающее вещество, такое, как кетеновый димер. Проклеивающие композиции по настоящему изобретению являются стабильными даже в среде высокой концентрации неорганических солей. Эти проклеивающие композиции, включающие неорганические соли совместно с диспергаторами, помогает действию реакционноспособных проклеивающих веществ и обеспечивают повышенную эффективность обезвоживания во время изготовления бумаги.

В настоящей заявке во всех случаях, если не указано иное, количества выражены в массовых процентах, частях, соотношениях и т.д. Более того, в настоящей заявке во всех случаях, если не указано иное, процентные значения определяют вычислениями на массовой основе в пересчете на 100% массы данного образца. Так, например, 30% соответствуют 30 мас.ч.на каждые 100 мас.ч.образца.

Во всех случаях, если не указано иное, ссылка на соединение или компонент охватывает само соединение или компонент, а также его в сочетании с другими соединениями или компонентами, таком, как смеси соединений. Так, например, встречающееся в настоящем описании понятие "взаимодействующий с целлюлозой клей" использовано как охватывающее взаимодействующие с целлюлозой клеи самостоятельно и/или в сочетаниях взаимодействующих с целлюлозой клеев, а понятие "неорганическая соль" использовано как охватывающее неорганические соли самостоятельно и/или в сочетаниях неорганических солей.

Встречающееся в настоящем описании понятие "гидрокарбил" использовано как охватывающее его "алифатический", "циклоалифатический" и "ароматический" варианты. Под гидрокарбильными группами следует понимать группы, включающие алкильные, алкенильные, алкинильные, циклоалкильные, арильные, аралкильные и алкарильные группы. Более того, под "гидрокарбилами" понимают группы, включающие как незамещенные гидрокарбильные группы, так и замещенные гидрокарбильные группы, причем этими последними называют углеводородный фрагмент, несущий, помимо углеродных и водородных атомов, дополнительные заместители.

Использованное в настоящем описании понятие "стабильная" означает, что предлагаемая композиция соответствует по меньшей мере трем критериям: 1) эта композиция не желатинизируется в течение по меньшей мере двухнедельного периода старения; 2) в течение по меньшей мере двухнедельного периода старения эта водная композиция сохраняет вязкость ниже 5000 сП; 3) в течение по меньшей мере двухнедельного периода старения эта водная композиция не расслаивается на отдельные фазы. Каждый критерий описан ниже.

Первым критерием является отсутствие желатинизации. В настоящем описании понятия "гель" и "желатинизация" использованы применительно к композициям, которые под воздействием механического усилия проявляют поведение, подобное поведению твердого вещества. Тестирование на желатинизацию следует проводить следующим образом: сразу же после приготовления композиции в 100-граммовые флаконы помещают два образца. Содержимое первого флакона немедленно тестируют на желатинизацию. Простое тестирование на желатинизацию состоит в наблюдении за образцом при одновременно медленном наклоне флакона с образцом на 15° . Если у образца отсутствует текучесть, его считают желатинизированным. Содержимое второго флакона тестируют на желатинизацию после хранения в течение двух недель при 32° С. Желатинизацию определяют при комнатной температуре.

Вторым критерием является вязкость. Предпочтительная вязкость образца составляет меньше 5000, более предпочтительно меньше 4000, еще более предпочтительно меньше 3000, предпочтительнее меньше 1000, еще предпочтительнее меньше 500, более предпочтительно меньше 300, а наиболее предпочтительно меньше 200 сП. Вязкость определяют с помощью вискозиметра Брукфилда модели DV-II. Специалист в данной области техники способен легко выбрать вал и определить скорость вращения (об/мин). Вязкость следует определять следующим тестированием: сразу же после приготовления композиции в 100-граммовые флаконы помещают два 100-граммовых образца. Немедленно определяют вязкость содержимого первого флакона. Вязкость содержимого второго флакона определяют после хранения в течение двух недель при 32° С. Перед тестированием образцу в каждом флаконе необходимо позволить достичь комнатной температуры.

Третьим критерием является расслоение, которое определяют как общее количество твердого вещества водной композиции в основании сосуда. Общее количество твердого вещества в основании (% ОКО) сосуда в течение двух недель старения при 25° С не должно изменяться больше чем на 20%. В более предпочтительном варианте общее количество твердого вещества в основании сосуда не изменяется больше чем на 15%, еще более предпочтительно больше чем на 10%, а наиболее предпочтительно больше чем на 5%.

Общее количество твердого вещества в основании сосуда необходимо определять следующим тестированием: сразу же после приготовления композиции в 100-граммовые флаконы помещают два 100-граммовых образца. Немедленно определяют общее количество твердого вещества в основании первого флакона. Содержимое второго флакона тестируют с целью определить общее количество твердого вещества в его основании после старения в течение двух недель при 25° С. Общее количество твердого вещества в основании сосуда определяют путем взятия проб, отбирая с помощью пипетки некоторое количество "материала нижнего слоя" каждого образца. В предпочтительном варианте такое взятие проб осуществляют опусканием пипетки до ее касания днища 100-граммового флакона с образцом и извлечением примерно 2 г образца. Из этих примерно 2 г образца 1,5 г помещают в алюминиевую чашку для взвешивания. 1,5 г из этого взятого пипеткой образца выдерживают в нагретом до 150° С сушильном шкафу в течение примерно 45 мин. Измерением массы оставшегося после сушки материала определяют процентную долю нелетучего компонента дисперсии. Остаточную процентную долю образца, взятого из основания 100-граммового стеклянного флакона с образцом, называют "общим количеством твердого вещества в основании сосуда" (% ОКО). Изменение этой процентной доли во время старения рассчитывают сопоставлением общего количества твердого вещества в основании сосуда в образце после старения и общего количества твердого вещества в основании сосуда в образце до старения.

В вышеприведенных описаниях определения критериев стабильности предпочтительным считают упомянутый двухнедельный период старения. Тем не менее более предпочтительными являются критерии, которым удовлетворяют по прошествии по меньшей мере одного месяца, а еще более предпочтительны критерии, которым удовлетворяют по прошествии трех месяцев. Наиболее предпочтительные композиции удовлетворяют критериям стабильности после шести месяцев.

Композиции по настоящему изобретению включают (а) взаимодействующий с целлюлозой клей, (б) диспергаторную систему, содержащую первичный, анионоактивный диспергатор и вторичный диспергатор, содержащий по меньшей мере один представитель, выбранный из катионоактивного и неионогенного диспергаторов, и (в) неорганическую соль. Подробное описание компонентов (а), (б) и (в) приведено ниже.

Взаимодействующий с целлюлозой клей

Предпочтительные взаимодействующие с целлюлозой клеи, приемлемые для использования по настоящему изобретению, включают клеи, которые, как полагают, в результате взаимодействия с гидроксильными группами целлюлозы способны образовывать ковалентные химические связи. Взаимодействующие с целлюлозой клеи, приемлемые для использования по настоящему изобретению, которые в предпочтительном варианте являются гидрофобными, в готовом продукте могут выполнять функции репеллентов воды.

Предпочтительные взаимодействующие с целлюлозой клеи включают, хотя ими их список не ограничен, кетеновые димеры и мультимеры, такие, как алкилкетеновый димер (АКД) и алкенилкетеновый димер; алкенилянтарный ангидрид (АЯА); стеариновый ангидрид; органические эпоксиды, каждый из которых содержит от примерно 12 до примерно 22 углеродных атома, ацилгалогениды, содержащие от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов каждый, ангидриды жирных кислот, содержащих от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов каждая, и органические изоцианаты, содержащие от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов каждый.

Предпочтительные кетеновые димеры и мультимер, используемые в соответствии с изобретением, отвечают формуле I

в которой n обозначает целое число от 0 до 20 или больше, предпочтительно от 0 до 6, более предпочтительно от 0 до 3, а наиболее предпочтительно 0. R и R₂, которые могут быть одинаковыми или различными, обозначают насыщенные или ненасыщенные гидрокарбильные группы, каждая из которых содержит от примерно 6 до примерно 24 углеродных атомов, предпочтительно от примерно 10 до примерно 20 углеродных атомов, а более предпочтительно от примерно 14 до примерно 16 углеродных атомов, a R₁ обозначает насыщенную или ненасыщенную гидрокарбильную группу, содержащую от примерно 2 до примерно 40 углеродных атомов, предпочтительно от примерно 4 до примерно 20 углеродных атомов. В предпочтительном варианте по меньшей мере примерно 25% групп R и R₂ являются ненасыщенными.

В предпочтительном варианте кетеновые димеры включают (а) октиловый, дециловый, додециловый, тетрадециловый, гексадециловый, октадециловый, эйкозиловый, докозиловый, тетракозиловый, фенильный, бензиловый, β -нафтиловый и циклогексилкетеновый димеры и/или (б) кетеновые димеры, полученные из органических кислот, выбранных из ряда, включающего монтановую кислоту, нафтеновую кислоту, 9,10-дециленовую кислоту, 9,10-додециленовую кислоту, пальмитолеиновую кислоту, олеиновую кислоту, рицинолеиновую кислоту, линолевую кислоту, элеостеариновую кислоту, встречающиеся в природе смеси жирных кислот, содержащиеся в кокосовом масле, масле из бразильского ореха бабассу, пальмоядровом масле, пальмовом масле, оливковом масле, арахисовом масле, рапсовом масле, твердом говяжьем жире, свином жире, покровном жире кита, а также смеси любых из вышеперечисленных жирных кислот. Наиболее предпочтительный кетеновый димер выбирают из ряда, включающего октиловый, дециловый, додециловый, тетрадециловый, гексадециловый, октадециловый, эйкозиловый, докозиловый, тетракозиловый, фенильный, бензиловый, β -нафтиловый и циклогексиловый кетеновые димеры.

Алкилкетеновые димеры применяются в промышленности в течение многих лет; их готовят димеризацией алкилкетенов, полученных из насыщенных прямоцепочечных хлорангидридов жирных кислот, причем наиболее широко применяемые готовят из пальмитиновой и/или стеариновой кислоты. Водные дисперсии этих материалов доступны в виде проклеивающих бумагу веществ Неrcon® на фирме Hercules Incorporated, Уилмингтон, шт. Делавэр.

Кетеновые мультимеры, используемые в способе по настоящему изобретению, отвечают вышеприведенной формуле I, в которой n обозначает целое число, равное по меньшей мере 1, R и R₂, которые могут быть одинаковыми или различными, обозначают насыщенные или ненасыщенные прямоцепочечные или разветвленные алкильные группы, содержащие от 6 до 24 углеродных атомов каждая, предпочтительно от 10 до 20 углеродных атомов, а более предпочтительно от 14 до 16 углеродных атомов, a R₁ обозначает насыщенную или ненасыщенную прямоцепочечную или разветвленную алкиленовую группу, содержащую от 2 до 40 углеродных атомов, предпочтительно от 4 до 8 или от 28 до 40 углеродных атомов.

Кетеновые мультимеры описаны в публикации ЕР-А1 №0629741, в патенте US №5685815 и публикации РСТ № WO 97/30218, причем каждый из этих документов в полном объеме включен в настоящее описание в качестве ссылки.

Используемые по изобретению кетеновые димеры и мультимеры представляют собой такие, которые при 25° С являются твердыми веществами или не являются твердыми веществами (по существу ни кристаллическими, ни полукристаллическими, ни воскоподобными твердыми веществами, т.е. при нагреве они деформируются без выделения теплоты плавления).

Кетеновыми димерами и мультимерами могут служить смеси соединений вышеприведенной формулы I, в которой предпочтительным значением n является число от 0 до 6, более предпочтительно от 0 до 3, а наиболее предпочтительным 0; R и R₂, которые могут быть одинаковыми или различными, обозначают насыщенные или ненасыщенные прямоцепочечные или разветвленные алкильные группы, содержащие от 6 до 24 углеродных атомов каждая; a R₁ обозначает насыщенную или ненасыщенную прямоцепочечную или разветвленную алкиленовую группу, содержащую от 2 до 40 углеродных атомов каждая, предпочтительно от 4 до 32 углеродных атомов, где по меньшей мере 25% групп R и R₂ в смеси соединений являются ненасыщенными.

Кетеновые димеры и мультимеры могут представлять собой смесь кетеновых димерных или мультимерных соединений, которые являются реакционным продуктом, образующимся в реакционной смеси, включающей ненасыщенные монокарбоновые жирные кислоты. Далее, реакционная смесь может включать насыщенные монокарбоновые жирные кислоты и дикарбоновые кислоты. Предпочтительная для получения смеси димерных или мультимерных соединений реакционная смесь включает по меньшей мере 25 мас.%, а более предпочтительно не менее 70 мас.% ненасыщенных монокарбоновых жирных кислот.

Предпочтительные ненасыщенные монокарбоновые жирные кислоты, вводимые в реакционную смесь, содержат от 10 до 26 углеродных атомов каждая, более предпочтительно от 14 до 22 углеродных атомов каждая, а наиболее предпочтительно от 16 до 18 углеродных атомов. Так, например, к таким кислотам относятся олеиновая, линолевая, додеценовая, тетрадеценовая (миристолеиновая), гексадеценовая (пальмитолеиновая), октадекадиеновая (линолелаидиновая), октадекатриеновая (линоленовая), эйкозеновая (гадолеиновая), эйкозатетраеновая (арахидоновая), цис-13-докозеновая (эруковая), транс-13-докозеновая (брассидиновая) и докозапентаеновая (клупанодоновая) кислоты; могут быть использованы галоидангидриды этих кислот, предпочтительно хлорангидриды. Можно использовать одну или несколько монокарбоновых кислот. Предпочтительны ненасыщенные монокарбоновые жирные кислоты, которыми являются олеиновая, линолевая, линоленовая и пальмитолеиновая кислоты и галоидангидриды этих кислот. Наиболее предпочтительны ненасыщенные монокарбоновые жирные кислоты, которыми являются олеиновая и линолевая кислоты, и галоидангидриды этих кислот.

Предпочтительные насыщенные монокарбоновые жирные кислоты, используемые для получения кетеновых димерных и мультимерных соединений, применяемых при выполнении настоящего изобретения, содержат от 10 до 26 углеродных атомов каждая, более предпочтительно от 14 до 22 углеродных атомов каждая, а наиболее предпочтительно от 16 до 18 углеродных атомов каждая. Эти кислоты включают, например, стеариновую, изостеариновую, миристиновую, пальмитиновую, маргариновую, пентадекановую, декановую, ундекановую, додекановую, тридекановую, нонадекановую, арахиновую и бегеновую кислоты: приемлемы их галоидангидриды, предпочтительно хлорангидриды. Можно использовать одну или несколько насыщенных монокарбоновых жирных кислот. Предпочтительными кислотами являются пальмитиновая и стеариновая.

Предпочтительные алкилдикарбоновые кислоты, используемые при получении кетеновых мультимерных соединений, предназначенных для применения при выполнении настоящего изобретения, содержат от 6 до 44 углеродных атома каждая, а более предпочтительно по 9, 10, 22 или 36 углеродных атомов. К таким дикарбоновым кислотам относятся, например, себациновая, азелаиновая кислоты, 1,10-додекандикислота, суберовая, брассиловая кислоты, докозандикислота и димерные С₃₆кислоты, например продукт EMPOL 1008, доступный на фирме Henkel-Emery, Цинциннати, шт. Огайо; приемлемы также их галоидангидриды, предпочтительно хлорангидриды. Может быть использована одна или несколько из этих дикарбоновых кислот. Более предпочтительны дикарбоновые кислоты с 9 или 10 углеродными атомами. Наиболее предпочтительными дикарбоновыми кислотами являются себациновая и азелаиновая кислоты.

Когда при получении кетеновых мультимеров, применяемых при выполнении настоящего изобретения, используют дикарбоновые кислоты, предпочтительное максимальное значение молярного соотношения между дикарбоновой кислотой и монокарбоновой кислотой (суммарно как насыщенной, так и ненасыщенной) составляет примерно 5. Более предпочтительное максимальное значение равно примерно 4, а наиболее предпочтительный максимум составляет примерно 2. Смесь димерных и мультимерных соединений может быть приготовлена в соответствии с методами, известными по получению стандартных кетеновых димеров. На первой стадии из смеси жирных кислот или смеси жирных кислот с дикарбоновой кислотой с использованием РСl₃ или другого галоидирующего, предпочтительно хлорирующего, агента получают галоидангидриды кислот, предпочтительно хлорангидриды кислот. Далее в присутствии третичных аминов (включая триалкиламины и циклические алкиламины), предпочтительно триэтиламина, галоидангидриды кислот превращают в кетены. Затем кетеновые остатки димеризуют с получением целевых соединений.

Кетеновые димеры и мультимеры представлены в патенте US № 5685815 и в публикации РСТ № WO 97/30218, причем каждый из этих документов в полном объеме включен в настоящее описание в качестве ссылки. Кетеновые димеры доступны в виде проклеивающих веществ Precis® , также выпускаемых на фирме Hercules Incorporated.

Предпочтительные в соответствии с настоящим изобретением алкенилянтарные ангидриды (АЯА) состоят из ненасыщенных углеводородных цепей, содержащих боковые группы янтарного ангидрида. Обычно их получают по двустадийному способу с использованием в качестве исходного материала альфа-олефина. Вначале олефин изомеризуют неупорядоченным перемещением двойной связи из альфа-положения. На второй стадии изомеризованный олефин вводят во взаимодействие с малеиновым ангидридом с получением конечного АЯА, отвечающего формуле II

Типичные олефины, используемые при взаимодействии с малеиновым ангидридом, включают алкенильные, циклоалкенильные и аралкенильные соединения, содержащие от примерно 8 до примерно 22 углеродных атомов каждый. Конкретными примерами служат изооктадеценилянтарный ангидрид, н-октадеценилянтарный ангидрид, н-гексадеценилянтарный ангидрид, н-додецилянтарный ангидрид, изододеценилянтарный ангидрид, н-деценилянтарный ангидрид и н-октенилянтарный ангидрид.

Алкенилянтарные ангидриды представлены в патенте US №4040900, который в полном объеме включен в настоящее описание в качестве ссылки, и в работе С.Е.Farley и R.B.Wasser, опубликованной в "The Sizing of Paper", издание второе, под редакцией W.F.Reynolds, Tappi Press, 1989, с.51-62. Самые разнообразные алкенилянтарные ангидриды технически доступны на фирме Albemarle Corporation, Батон-Руж, шт. Луизиана. Предпочтительные для использования при выполнении изобретения алкенилянтарные ангидриды при 25° С представляют собой жидкости. Более предпочтительные из них находятся в жидком состоянии при 20° С.

Предпочтительное количество взаимодействующего с целлюлозой клея является таким, которого достаточно для придания композиции проклеивающей способности. Предпочтительное нижнее предельное содержание взаимодействующего с целлюлозой клея в композиции превышает примерно 1 мас.% в пересчете на массу водной композиции, более предпочтительно превышает примерно 5 мас.% в пересчете на массу водной композиции, а наиболее предпочтительно превышает примерно 7 мас.% в пересчете на массу водной композиции. Предпочтительное верхнее предельное содержание взаимодействующего с целлюлозой клея составляет меньше примерно 50 мас.% в пересчете на массу водной композиции, более предпочтительно меньше примерно 30 мас.% в пересчете на массу водной композиции, а наиболее предпочтительно меньше примерно 15 мас.% в пересчете на массу водной композиции. Предпочтительное содержание взаимодействующего с целлюлозой клея в композиции, выраженное в виде интервала, составляет от примерно 1 до примерно 50 мас.% в пересчете на массу водной композиции, более предпочтительно от примерно 5 до примерно 30 мас.% в пересчете на массу водной композиции, а наиболее предпочтительно от примерно 7 до примерно 15 мас.% в пересчете на массу водной композиции.

Диспергаторная система

Предлагаемая композиция далее включает диспергаторную систему, которая в предпочтительном варианте служит с целью сообщить композиции стабильность. Эта диспергаторная система включает первичный и вторичный диспергаторы. Понятия "первичный" и "вторичный" использованы в настоящем описании для простоты ссылки, а ни в коем случае не как ограничительные. Первичный диспергатор включает по меньшей мере один анионоактивный диспергатор. Приемлемые анионоактивные диспергаторы включают, хотя ими их список не ограничен, полимерные диспергаторы, в качестве функциональных групп содержащие сульфонатные и сульфатные группы. Примеры таких анионоактивных диспергаторов включают, хотя ими их список не ограничен, продукты реакции конденсации формальдегида с нафталинсульфонатом натрия, продукты реакции конденсации формальдегида с алкилнафталинсульфонатом натрия, продукты реакции конденсации формальдегида с фенолсульфонатом натрия, продукты реакции конденсации формальдегида с фенолсульфатом натрия и лигносульфонаты, включая лигносульфонат натрия и модифицированный лигносульфонат натрия.

Особенно предпочтительными анионоактивными диспергаторами являются те, которые обеспечивают стабильность композиции даже в присутствии больших количеств неорганической соли. Предпочтительный анионоактивный диспергатор включает по меньшей мере один лигносульфонат. Предпочтительный лигносульфонат представляет собой такой лигносульфонат, который проявляет гидрофобность, которая является повышенной в сравнении с гидрофобностью обычных лигносульфонатов, в частности продукт Norlig 12F® (фирма Lignotech USA, Inc., шт.Висконсин), и, следовательно, обладает гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ), который смещен в сторону более гидрофобного значения в сравнении с балансом немодифицированных лигносульфонатов. Таким образом, предпочтительными лигносульфонатами являются гидрофобные лигносульфонаты. Повышение гидрофобности лигносульфонатов может быть достигнуто рядом путей, но в предпочтительном варианте его добиваются понижением в лигносульфонате массового процентного содержания сульфонатной серы. Общее описание методов модификации лигносульфонатов, в частности понижения содержания сульфонатной серы, представлено в публикации "A Working Chemist’s Guide to the Chemistry of Lignosulphonates", c.1-12, Reed Inc., Chemical Division (Quebec, Canada), содержание которой в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Предпочтительные лигносульфонаты представляют собой лигносульфонаты натрия, которые включают меньше примерно 5,9 мас.%, более предпочтительно меньше примерно 5 мас.%, еще более предпочтительно меньше примерно 4,5 мас.%, предпочтительнее меньше примерно 4 мас.%, а наиболее предпочтительно меньше примерно 3,6 мас.%, сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия. Предпочтительные лигносульфонаты натрия включают больше примерно 0,5 мас.%, более предпочтительно больше примерно 1,5 мас.%, а наиболее предпочтительно больше примерно 2,5 мас.%, сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия. Предпочтительные лигносульфонаты натрия включают от примерно 0,5 до примерно 5,9 мас.%, более предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 5 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 2,5 до примерно 4 мас.%, сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия.

Предпочтительные молекулярные массы приемлемых лигносульфонатов натрия превышают примерно 2000 г/моль, более предпочтительно превышают примерно 5000 г/моль, а наиболее предпочтительно превышают примерно 10000 г/моль. Предпочтительные молекулярные массы приемлемых лигносульфонатов натрия составляют меньше примерно 150000 г/моль, более предпочтительно меньше 120000 г/моль, а наиболее предпочтительно меньше 80000 г/моль. Предпочтительный интервал молекулярных масс лигносульфонатов натрия составляет от примерно 2000 до примерно 150000 г/моль, более предпочтительно от примерно 5000 до примерно 120000 г/моль, а наиболее предпочтительно от примерно 10000 до примерно 80000 г/моль.

В предпочтительном варианте анионоактивные диспергаторы используют в количестве, превышающем примерно 0,01 мас.%, более предпочтительно превышающем примерно 0,05 мас.%, а наиболее предпочтительно превышающем примерно 0,1 мас.% в пересчете на массу водной композиции. В предпочтительном варианте анионоактивные диспергаторы используют в количестве меньше примерно 10 мас.%, более предпочтительно меньше 5 мас.%, а наиболее предпочтительно меньше 3 мас.%, в пересчете на массу водной композиции. Предпочтительное количество анионоактивного диспергатора находится в интервале от примерно 0,01 до примерно 10 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,05 до примерно 5 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 0,1 до примерно 3 мас.% в пересчете на массу водной композиции.

Содержание анионоактивного диспергатора можно выразить в виде процентной доли от массы взаимодействующего с целлюлозой клея. Предпочтительное содержание анионоактивного диспергатора составляет от примерно 0,02 до примерно 20 мас.% от массы взаимодействующего с целлюлозой клея, более предпочтительно от примерно 0,40 до примерно 7 мас.% от массы взаимодействующего с целлюлозой клея, а наиболее предпочтительно от примерно 0,90 до примерно 3 мас.% от массы взаимодействующего с целлюлозой клея.

Примером подходящего лигносульфоната натрия с высокой гидрофробностью служит продукт Dynasperse LCD (фирма Lignotech USA, Inc., шт. Висконсин), а примером просто лигносульфоната натрия является продукт Norlig 12F® (фирма Lignotech USA, Inc., шт.Висконсин).

Кроме того, диспергаторная система включает вторичный диспергатор, который может действовать как стабилизирующий агент. Приемлемый вторичный диспергатор включает тот, который не является анионоактивным диспергатором, т.е. который представляет собой катионоактивный и/или неионогенный диспергатор. Катионоактивными диспергаторами являются те диспергаторы, которые обладают в целом катионным зарядом. Катионоактивные диспергаторы включают, хотя ими их список не ограничен, катионно модифицированные крахмалы и хьюаровые камеди или катионоактивные полимеры с низким зарядом. Катионоактивные полимеры с низким зарядом включают те полимеры, которые в предпочтительном варианте включают меньше 51% повторяющихся полимерных звеньев, несущих в полимере катионный заряд, тогда как остальные повторяющиеся звенья либо заряда не несут, либо несут анионный заряд, при условии, что полимер обладает в целом катионным зарядом. Примерами катионоактивных полимеров с низким зарядом служат продукты Kymene® 557H, LX, SLX и ULX (фирма Hercules Incorporated, Уилмингтон, шт.Делавэр), которые представляют собой полиаминополиамид-эпихлоргидриновые смолы, и Merqat 550 (фирма Calgon Corporation, Питтсбург, шт. Пенсильвания). Полиаминополиамид-эпихлоргидриновые смолы описаны в патентах US №4470742, выданном на имя Bull и др., №5714552, выданном на имя Bower, №5171795, выданном на имя Miller и др., и №5614597, выданном на имя Bower, содержание каждого из которых в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылки. Применение катионоактивных полимеров в проклеивающих композициях в общем представлено в патентах US №4243481, 4240935, 4279794, 4295931, 4317756 и 4522686, причем все они выданы на имя Dumas и содержание каждого из них в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылки. Неионогенные диспергаторы включают, хотя ими их список не ограничен, любые водорастворимые неионогенные полимеры, такие, как крахмалы и полиэтиленоксиды. Предпочтительный вторичный диспергатор представляет собой катионно модифицированный крахмал.

В предпочтительном варианте вторичный диспергатор используют в количестве, превышающем примерно 0,2 мас.%, более предпочтительно превышающем примерно 0,5 мас.%, а наиболее предпочтительно превышающем примерно 1 мас.%. В предпочтительном варианте этот вторичный диспергатор используют в количестве меньше 20 мас.%, более предпочтительно меньше 5 мас.%, а наиболее предпочтительно меньше 3,5 мас.%. В предпочтительном варианте содержание этого вторичного диспергатора находится в интервале от примерно 0,2 до примерно 20 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,5 до примерно 5 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 1 до примерно 3,5 мас.% в пересчете на массу водной композиции.

Содержание вторичного диспергатора можно выразить в виде процентной доли от массы используемого взаимодействующего с целлюлозой клея. Предпочтительное содержание вторичного диспергатора составляет от примерно 0,4 до примерно 400 мас.% от массы взаимодействующего с целлюлозой клея, более предпочтительно от примерно 2 до примерно 100 мас.% от массы взаимодействующего с целлюлозой клея, а наиболее предпочтительно от примерно 10 до примерно 30 мас.% от массы взаимодействующего с целлюлозой клея.

Предпочтительные вторичные диспергаторы представляют собой крахмалы, которые включают, хотя ими их список не ограничен, любые водорастворимые катионоактивные крахмалы. К предпочтительным крахмалам относятся катионоактивные крахмалы кукурузы восковой спелости с либо третичными, либо четвертичными аминогруппами в качестве источника заряда.

Предпочтительный интервал вязкости крахмала составляет от низкой до умеренной.

Вязкость крахмального раствора может быть достигнута варкой крахмала в воде при 95° С в течение 30 мин при рН от 4,5 до 6. Под используемым в настоящем описании понятием "умеренная вязкость" подразумевается вязкость по Брукфилду от примерно 101 до примерно 2000 сСт, как ее определяют с помощью вала №2 при скорости вращения 100 об/мин и при 38° С с использованием крахмального раствора концентрацией 10 мас.%. Используемым в настоящем описании понятием "низкая вязкость" обозначают вязкость по Брукфилду от примерно 1 до 100 сСт, как ее определяют с помощью вала №2 при скорости вращения 100 об/мин и при 38° С с использованием крахмального раствора концентрацией 10 мас.%. Примером предпочтительного крахмала служит продукт Sta-lok® 140, выпускаемый на фирме A.E.Staley Manufacturing Company, шт.Иллинойс.

Неорганическая соль

Композиции по настоящему изобретению включают соль, которой в предпочтительном варианте служит неорганическая соль. Предпочтительная соль представляет собой соединение, которое улучшает обезвоживание. Предпочтительные неорганические соли выполняют эту функцию, хотя неорганическая соль в составе композиции может также выполнять и другие функции. Так, например, неорганическая соль (соли) способны также содействовать улучшению удерживания проклеивающих веществ.

Предпочтительные неорганические соли представляют собой соли металлов, которыми могут быть соли щелочно-земельных металлов (группы II Периодической таблицы), соли щелочных металлов (группы I Периодической таблицы), соли, образованные переходными металлами (Периодической таблицы) или металлами групп III, IV и V (Периодической таблицы). С этой целью может быть использовано любое число солей, включая соли магния, бария, алюминия и кальция, но предпочтительны выбранные из солей алюминия и солей кальция. Подходящие алюминиевые соли включают, хотя ими их список не ограничен, сульфат алюминия формулы Al_x(SO₄)_y(H₂O)_z, где х обозначает число от 1 до 3, у обозначает число от 1 до 4, a z обозначает число от 0 до 20. Приемлемый сульфат алюминия, называемый квасцами, технически доступен на фирме General Chemical Corporation, шт. Нью-Джерси. Другие алюминиевые соли включают полиалюминиевые соединения формулы Al_n(ОН)_mХ_3n-m, где Х обозначает отрицательный ион, такой, как хлоридный и ацетатный, а n и m обозначают целые числа, превышающие ноль, вследствие чего значение 3n-m превышает ноль. Когда Х обозначает хлоридный ион, соль представляет собой полиалюминийхлорид (ПАХ). Предпочтительные кальциевые соли, которые можно использовать при выполнении настоящего изобретения, отвечают формуле CaY_n, где Y обозначает отрицательный ион, такой, как хлоридный, ацетатный и нитратный, а n обозначает число от 1 до 2. Можно также использовать смесь солей.

Когда используют алюминиевую соль, предпочтительное ее количество составляет от примерно 0,02 до примерно 2 мас.% в пересчете на алюминиевый элемент, более предпочтительно от примерно 0,04 до примерно 1,5 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 0,08 до примерно 0,8 мас.% в пересчете на алюминиевый элемент от массы водной композиции. Когда используют кальциевую соль, предпочтительное ее количество составляет от примерно 0,04 до примерно 4,4 мас.% в пересчете на кальциевый элемент, более предпочтительно от примерно 0,1 до примерно 3,3 мас.% в пересчете на кальциевый элемент, а наиболее предпочтительно от примерно 0,2 до примерно 2 мас.% в пересчете на кальциевый элемент от массы водной композиции.

Содержание алюминиевого элемента, когда его применяют, можно выразить в виде процентной доли от массы используемого взаимодействующего с целлюлозой клея. Предпочтительное содержание алюминиевого элемента превышает примерно 0,2 мас.%, более предпочтительно превышает примерно 0,4 мас.%, еще более предпочтительно превышает примерно 1,5 мас.%, предпочтительнее превышает примерно 3 мас.%, еще предпочтительнее превышает примерно 4,4 мас.%, более предпочтительно превышает примерно 5,5 мас.%, а наиболее предпочтительно превышает примерно 6 мас.%, в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея. Предпочтительное содержание алюминиевого элемента составляет меньше примерно 40 мас.%, более предпочтительно меньше примерно 30 мас.%, еще более предпочтительно меньше примерно 20 мас.%, предпочтительнее меньше примерно 15 мас.%, еще предпочтительнее меньше примерно 12 мас.%, более предпочтительно меньше примерно 10 мас.%, а наиболее предпочтительно меньше примерно 8 мас.%, в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея. Выраженное в виде интервала предпочтительное содержание алюминиевого элемента составляет от примерно 0,2 до примерно 40 мас.%, более предпочтительно от примерно 0,4 до примерно 30 мас.%, еще более предпочтительно от примерно 1,5 до примерно 20 мас.%, предпочтительнее от примерно 3 до примерно 15 мас.%, еще предпочтительнее от примерно 4,4 до примерно 12 мас.%, более предпочтительно от примерно 5,5 до примерно 10 мас.%, а наиболее предпочтительно от примерно 6 до примерно 8 мас.%, в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.

Количество солей металлов, предусмотренное для применения в соответствии с настоящим изобретением, можно определить по их эквивалентности алюминию. Принимая во внимание цели настоящего описания, эквивалентность алюминию определяют путем расчета соотношения между атомной массой и зарядом металлического элемента (элементов) в соли. Так, например, атомная масса алюминия составляет 27, а заряд равен 3⁺, что преобразуют в значение соотношения между атомной массой и зарядом 9 (27/3). Атомная масса кальция составляет 40, а заряд равен 2⁺, вследствие чего значение соотношения между атомной массой и зарядом равно 20. Для определения кальциевой эквивалентности алюминию значение соотношения между атомной массой и зарядом кальция 20 делят на значение соотношения между атомной массой и зарядом алюминия 9, получая в результате 2,2. Конечное число 2,2 является множителем для определения массы кальция, эквивалентной массе алюминия. Таким образом, если требуется 1 г алюминия, ему эквивалентны 2,2 г кальция. Что касается других примеров, то множитель для магния (24/2=12) составляет 1,3 (12/9); для натрия (23/1=23) составляет 2,6 (23/9); для бериллия (9/2=4,5) составляет 0,50 (4,5/9); а для лития (6,9/1=6,9) составляет 0,77 (6,9/9). Эти преобразования применимы к любому металлу. С помощью этой формулы эквивалентности для достижения необходимого эффекта можно комбинировать с любым числом различных неорганических солей.

В качестве примера можно рассмотреть приведенный ниже пример 1, где 445,6 г раствора квасцов [сульфат алюминия, Аl₂(SO₄)₃·_{14Н2O, Mw 594] концентрацией 48,5% добавляют к образцу, состоящему из 222,8 г АКД (взаимодействующий с целлюлозой клей). Этот количество квасцов включает 19,6 г алюминия (445,6× 0,485=216,116; 216,116 г сульфата алюминия × 54 г алюминия/594 г сульфата алюминия = 19,6 г алюминия). Если воспользоваться вышеприведенным преобразованием, то это количество алюминия эквивалентно 43,2 г кальция (19,6× 2,2), 25,5 г магния (19,6× 1,3), 9,2 г бериллия (19,6× 0,5) и 15,1 г лития (19,6× 0,77). Следовательно, одну неорганическую соль можно было бы легко заменить другой или с незначительными трудностями применять сочетание разных солей. Кроме того, при вычислении эквивалентности нет необходимости учитывать неметаллический фрагмент соли. Так, например, в сульфате алюминия соотношение между атомной массой и зарядом сульфатного иона в расчет не принимают.}

Таким образом, под количеством некоторого элемента, которое "эквивалентно" количеству алюминия, в настоящем описании понимают количество, которое является эквивалентным, принимая во внимание вышеприведенные преобразования. Так, например, с помощью вышеприведенных преобразований определяют количество кальция, магния или бария, которое эквивалентно Х мас.% алюминия. Вкратце следствием является, по-видимому, определение числа граммов алюминия в Х мас.% алюминия. Исходя из числа граммов алюминия осуществляют простое преобразование с целью определить количество кальция, магния или бария, эквивалентное Х мас.% алюминия.

И, разумеется, каким-либо количеством алюминия, которое эквивалентно какому-либо количеству алюминия, является то же самое количество. Следовательно, "количество алюминия, которое эквивалентно 6 мас.% алюминия", равно 6 мас.% алюминия. Этот очевидный факт представлен в настоящем описании ради ясности.

Такой простой метод преобразования применим также в отношении количеств, которые связаны с количеством алюминия. Так, например, под количеством элемента, которое "превышает" или "меньше" количества алюминия, в настоящем описании подразумевают количество, которое больше или меньше, принимая во внимание вышеприведенные преобразования. В частности, с помощью представленных выше преобразований определяют количество кальция, магния или бария, которое превышает Х мас.% алюминия.

Вкратце это сводится, по-видимому, к определению числа граммов алюминия в Х мас.% алюминия. Исходя из числа граммов алюминия осуществляют простое преобразование с целью определить количество кальция, магния или бария, превышающее Х мас.% алюминия.

Вышеописанные композиции могут включать другие компоненты, которые обычно используют в технологии изготовлении бумаги, такие, как биоциды, глина, карбонат кальция, диоксид титана, неионогенные поверхностно-активные вещества, оптические отбеливатели, вспомогательные средства для удерживания и дренирования и т.д., в обычных для них концентрациях, которые, как установлено или полагают, совместимы с ними. Для доведения общего содержания компонентов в композиции до 100% используют воду.

Настоящее изобретение можно применять при проклейке в массе, в которой проклеивающие дисперсии добавляют в волокнистую жидкую массу в мокрой части процесса изготовления бумаги, или поверхностной проклейке, в которой проклеивающие дисперсии наносят в прессе или в установке для нанесения покрытий. Настоящее изобретение можно также применять в одной или обеих частях проклеивающей системы из двух частей. Так, например, одну часть можно смешивать с массой древесной целлюлозы, а вторую часть наносить в клеильном прессе, что является обычной практикой при изготовлении бумаги.

Полагают, что с помощью вышеприведенного описания без дополнительных подробностей специалист в данной области техники способен применять настоящее изобретение во всей его полноте. Таким образом, следующие предпочтительные конкретные варианты выполнения следует воспринимать просто как иллюстративные, а не ограничивающие каким-либо образом остальную часть описания. Во всех случаях, если не указано иное, количества указаны в массовых частях или процентах.

Содержание всех упомянутых выше и ниже патентов и публикаций в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылки.

ПРИМЕР 1

Приготовление проклеивающей дисперсии

АКД проклеивающую дисперсию готовили следующим образом. В струйный варочный котел вводили 5,6 г немодифицированного лигносульфоната натрия, включавшего примерно 6% сульфонатной серы (Norlig 12F® , фирма Lignotech USA, Inc., шт. Висконсин), и 1269,2 г воды. До полного растворения продукта Norlig 12F® осуществляли перемешивание. В варочный котел добавляли 55,8 г катионоактивного крахмала (Sta-lok 169® , фирма A.E.Staley Mfg. Co., шт.Иллинойс). Варочный котел нагревали водяным паром до 95° С, эту температуру поддерживали в течение 60 мин и в процессе варки внутри варочного котла осуществляли перемешивание. Образовавшаяся смесь представляла собой смешанную диспергаторную систему. Затем эту смесь охлаждали до 70° С и добавляли 222,8 г АКД (Aquapel 364® , фирма Hercules Incorporated, шт.Делавэр) и 1,2 г биоцида (АМА 424® , фирма Vinings Indus., шт.Джорджия). В течение 5 мин осуществляли перемешивание при 70° С. Далее с помощью лабораторного гомогенизатора Gaulin 15 М (фирма Gaulin Corporation, шт. Массачусетс) смесь гомогенизировали под давлением 211 кг/см², а затем быстро охлаждали до 25° С. После охлаждения АКД проклеивающую дисперсию (I) готовили добавлением при одновременном перемешивании 445,6 г раствора квасцов концентрацией 48,5% (фирма General Chemical Corporation, шт. Нью-Джерси).

ПРИМЕР 2

Приготовление проклеивающих дисперсий

Аналогичные АКД проклеивающие дисперсии с использованием лигносульфоната натрия, проявлявшего относительно высокую гидрофобность, в соответствии с настоящим изобретением готовили следующим образом. В струйный варочный котел вводили 5,6 г лигносульфоната натрия, включавшего примерно 3,6 мас.% сульфонатной серы (Dynasperse LCD® , фирма Lignotech USA, Incorporated, шт. Висконсин), и 1269,2 г воды. До полного растворения продукта Dynasperse LCD® осуществляли перемешивание. В варочный котел добавляли 55,8 г катионоактивного крахмала (Sta-lok 169® , фирма A.E.Staley Mfg. Co., шт. Иллинойс). Варочный котел нагревали водяным паром до 95° С, эту температуру поддерживали в течение 60 мин и в процессе варки внутри варочного котла осуществляли перемешивание. Образовавшаяся смесь представляла собой смешанную диспергаторную систему. Затем эту смесь охлаждали до 70° С и добавляли 222,8 г АКД (Aquapel 364® , фирма Hercules Incorporated, Уилмингтон, шт.Делавэр) и 1,2 г биоцида (АМА 424® , фирма Vinings Indus., шт.Джорджия). В течение 5 мин осуществляли перемешивание при температуре 70° С. Далее с помощью лабораторного гомогенизатора Gaulin 15 М (фирма Gaulin Corp., шт. Массачусетс) смесь гомогенизировали под давлением 211 кг/см², а затем быстро охлаждали до 25° С. После охлаждения АКД проклеивающую дисперсию (II) готовили добавлением при одновременном перемешивании 445,6 г раствора квасцов концентрацией 48,5% (поставляется на рынок фирмой General Chemical Corporation, шт. Нью-Джерси). Аналогичную АКД проклеивающую дисперсию (III) готовили добавлением 222,8 г раствора квасцов, а дисперсию (IV) готовили добавлением 89,1 г раствора квасцов.

Проклеивающую дисперсию (V) готовили так же, как и дисперсию (II), за исключением того, что продукт Dynasperse LCD® не добавляли. Проклеивающую дисперсию (VI) готовили так же, как и дисперсию (II), за исключением того, что не добавляли катионоактивных крахмалов.

ПРИМЕР 3

Дисперсии, приготовленные в примерах 1 и 2, использовали для проведения испытаний на стабильность вязкости. Вязкость определяли с помощью вискозиметра Брукфилда модели DV-II с валом №1 при скорости вращения 60 об/мин. Вязкость дисперсий определяли немедленно после приготовления этих дисперсий. Затем вязкость вновь определяли по прошествии 2 недель старения при 32° С. Результаты сведены в таблицу 1. У образцов дисперсий с I по IV, в составе которых применяли смешанную диспергаторную систему, вязкость оказывалась стабильной, тогда как в образцах дисперсий V и VI, в составе которых в качестве единственного диспергатора применяли по отдельности катионоактивный крахмал или продукт Dynasperse LCD® , отмечали либо желатинизацию, либо расслоение.

ПРИМЕР 4

Дисперсии, приготовленные в примерах 1 и 2, использовали для проведения испытаний на устойчивость к расслоению. Как правило, 1,5 г дисперсии помещали на алюминиевый диск и выдерживали в сушильном шкафу при 150° С в течение 45 мин. Процентную долю нелетучего компонента в дисперсии, которую определяли по такому методу нагревания, называют "общим процентным количеством твердого вещества в основании (% ОКО) сосуда". % ОКО в дисперсиях определяли немедленно после приготовления дисперсий. При этом 100 г дисперсии помещали в 100-граммовый стеклянный флакон. По прошествии 2 недель старения при 25° С вновь определяли % ОКО образца из основания флакона. Если разница между двумя значениями % ОКО оказывалась небольшой, дисперсию считали устойчивой к расслоению. Результаты сведены в таблицу 2. Дисперсия I, которую готовили из смешанной диспергаторной системы немодифицированного лигносульфоната натрия и катионоактивного крахмала, после двухнедельного старения характеризовалась высокой степенью расслоения. Однако образцы дисперсий со II по IV, которые готовили из смешанной диспергаторной системы гидрофобного лигносульфоната натрия и катионоактивного крахмала, проявляли устойчивость к расслоению. Дисперсия V, которую готовили с использованием катионоактивного крахмала в качестве единственного диспергатора, проявляла низкую степень расслоения, но не проходила испытания на стабильность вязкости, как это показано в таблице 1. Дисперсия VI, которую готовили с использованием гидрофобного лигносульфоната натрия в качестве единственного диспергатора, расслаивалась.

ПРИМЕР 5

Для проведения испытаний на эффективность дренирования использовали дисперсии II, III и IV, приготовленные в примере 2, и контрольный образец дисперсии для проклейки бумаги с продуктом Неrсоn 70® , выпускаемой на фирме Hercules Incorporation в шт. Делавэр. Испытания проводили в канадском стандартном испытательном приборе для определения степени помола (КСП) в соответствии с методом, описанным в стандарте SCAN-C21:65. Вторичный волокнистый полуфабрикат из старых ящиков из гофрированного картона (ГСЯ), измельченный до степени помола по КСП 400, смешивали с водой с получением жидкой массы консистенцией 0,2%. Проклеивающую дисперсию добавляли из расчета 0,04% АКД в пересчете на массу сухого волокнистого полуфабриката. В жидкую массу добавляли также 0,50% крахмала Sta-lok 400® (фирма A.E.Staley Manufacturing Co., шт. Иллинойс) и 0,025% продукта Reten-1523H® фирмы Hercules Incorporated, шт. Делавэр. Значение рН жидкой массы доводили до 7,0. Определяли скорость обезвоживания волокнистого ковра (СОВ) для смесей и результаты сводили в таблицу 3. В сравнении с контрольной дисперсией, содержавшей продукт Неrcon 70® , дисперсии со II по IV демонстрировали значительно улучшенное дренирование.

В пилотной бумагоделательной машине для изготовления проклеенной в массе бумаги использовали водные дисперсии II, III и IV, приготовленные в примере 2, и контрольный образец дисперсии с продуктом Неrcon 70® , Бумагу изготавливали с использованием вторичной целлюлозы из старых ящиков из гофрированного картона (ГСЯ), измельченной до степени помола 350 по канадскому стандартному прибору, из которой формовали листы плотностью 40 фунтов/3000 футов² при рН 7,0. Бумажные листы сушили до уровня влажности 5,0% при намотке на бобину. Проклеивающую дисперсию добавляли в густую волокнистую массу непосредственно перед разбавлением по месту лопастного насоса. Добавляемое количество составляло от 0,0225 до 0,068% АКД в пересчете на массу сухой бумаги. Для изготовления этой бумаги использовали также 38,0% сульфата натрия (фирма Haviland Chemical Co., шт.Мичиган), 0,15% квасцов (фирма General Chemical Corp., шт. Нью-Джерси) и 0,025% продукта Reten-1523H® (фирма Hercules Incorporated). Эти бумажные листы сушили до уровня влажности 5,0% при намотке на бобину. Проклейку испытывали по методу фирмы Геркулес (ИПГ) для тестирования проклейки. В испытании ИПГ на лист проклеенной бумаги наносили раствор краски, содержавший 1% муравьиной кислоты и 1,2% нафтолового зеленого красителя В. Вначале определяли отражающую способность листа бумаги со стороны, противоположной той, на которую наносили раствор, а затем следили за тем, как она падала вследствие пенетрации краски. Время ИПГ (в секундах) представляет собой время, которое занимает падение отражающей способности до достижения 80%-ного значения от первоначального уровня. Результаты испытания проклейки сведены в таблицу 4. Результаты таблицы 4 показывают, что дисперсии со II по IV обеспечивали существенно улучшенную проклейку в сравнении с достигаемой с помощью контрольной дисперсии с продуктом Неrсоn 70® как при высоком, так и низком содержании АКД.

Из приведенных выше описаний специалист в данной области техники способен легко определить существенные характеристики настоящего изобретения, и для их адаптации к различным целям и условиям применения в соответствии с изобретением сможет внести различные изменения и модификации, не выходя при этом из его сущности и объема.

Изобретение относится к получению композиций для проклейки бумаги и может быть использовано в бумажной промышленности. Водная композиция содержит взаимодействующий с целлюлозой клей, диспергаторную систему, содержащую первичный анионоактивный диспергатор, в том числе лигносульфонат с 5,9 мас.% сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия, и вторичный диспергатор, выбранный из катионоактивного и неионогенного диспергаторов, а также неорганическую соль, содержащую, по меньшей мере один металлический элемент. Способ проклейки изделия на целлюлозной основе включает добавление в целлюлозный материал указанной композиции. Проклеивающая композиция обладает повышенной стабильностью, обеспечивает повышение способности к обезвоживанию. 3 с. и 45 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Водная композиция для проклейки бумаги, включающая взаимодействующий с целлюлозой клей; диспергаторную систему, содержащую лигносульфонат, содержащий меньше примерно 5,9% сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия и по меньшей мере один диспергатор, выбранный из катионоактивного диспергатора и неионогенного диспергатора; и по меньшей мере одну соль, включающую по меньшей мере один металлический элемент.2. Композиция по п.1, в которой лигносульфонат содержит меньше примерно 5% сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия.3. Композиция по п.2, в которой лигносульфонат содержит меньше примерно 4,5% сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия.4. Композиция по п.3, в которой лигносульфонат содержит меньше примерно 4% сульфонатной серы в пересчете на общую массу лигносульфоната натрия.5. Композиция по п.1, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентные примерно 0,2% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.6. Композиция по п.5, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентные примерно 0,4% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.7. Композиция по п.6, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентные примерно 1,5% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.8. Композиция по п.7, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентные примерно 4,4% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.9. Композиция по п.8, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентные примерно 6% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.10. Композиция по п.1, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном или составляющем меньше эквивалентных примерно 40% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.11. Композиция по п.4, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном от примерно 0,2 до примерно 40% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.12. Композиция по п.11, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном от примерно 0,4 до примерно 30% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.13. Композиция по п.12, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном от примерно 1,5 до примерно 20% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.14. Композиция по п.13, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном от примерно 3 до примерно 15% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.15. Композиция по п.14, в которой соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном от примерно 6 до примерно 8% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.16. Композиция по п.1, в которой взаимодействующий с целлюлозой клей представляет собой по меньшей мере одно из соединений, выбранных из кетенового димера и кетенового мультимера.17. Композиция по п.16, в которой кетеновый димер представляет собой по меньшей мере один димер, выбранный из алкенилкетенового димера и алкилкетенового димера.18. Композиция по п.1, в которой взаимодействующий с целлюлозой клей представляет собой по меньшей мере один ангидрид, выбранный из алкенилянтарного ангидрида и стеаринового ангидрида.19. Композиция по п.1, в которой взаимодействующий с целлюлозой клей представляет собой органический эпоксид, содержащий от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов, ацилгалогенид, содержащий от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов, ангидрид жирной кислоты, содержащий от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов, или органический изоцианат, содержащий от примерно 12 до примерно 22 углеродных атомов.20. Водная композиция для проклейки бумаги, включающая взаимодействующий с целлюлозой клей; диспергаторную систему, содержащую анионоактивный диспергатор и по меньшей мере один диспергатор, выбранный из катионоактивного диспергатора и неионогенного диспергатора; и по меньшей мере одну соль, включающую по меньшей мере один металлический элемент, где эта соль содержится в таком количестве, при котором по меньшей мере один металлический элемент находится в количестве, эквивалентном или превышающем эквивалентные примерно 5,5% алюминия в пересчете на массу взаимодействующего с целлюлозой клея.21. Композиция по п.20, в которой взаимодействующий с целлюлозой клей представляет собой по меньшей мере одно из соединений, выбранных из кетенового димера и кетенового мультимера формулы (I)