Способ получения проклеенной бумаги, бумажного картона, картона и подобных продуктов из целлюлозного волокна и водная дисперсия проклеивающих агентов - RU2097464C1

Чертежи

Описание

Изобретение касается способа получения проклеенной бумаги и других подобных продуктов из целлюлозы, содержащих в качестве наполнителя осажденный карбонат кальция, и водной дисперсии проклеивающих агентов.

Осажденный карбонат кальция (PCC) широко используется в качестве наполнителя в щелочной бумаге вследствие его низкой стоимости и способности придавать бумаге непрозрачность, белизну и пухлость. Разработка внутренних проклеивающих агентов, которые являются эффективными при нейтральных и щелочных значениях pH, дает возможность получить бумагу с наполнителем PCC с внутренней проклейкой. Широко используемыми для этой цели проклеивающими агентами являются димералкилкетена (АКД) и алкенилянтарный ангидрид (ASA). Эти проклеивающие агенты реагируют с гидроксильными группами целлюлозы и чаще всего они обеспечивают высокую начальную проклеивающую способность при применении их в небольших количествах. Однако в последние годы опытным путем показано, что проклеивающая способность, первоначально получаемая с АКД или ASA, не сохраняется во времени. Это явление называется реверсией проклейки, т. е. проклеенная бумага находится в пределах технических условий в рулоне, но в процессе старения проклеивающая способность снижается до определенного уровня и затем остается постоянной. Кроме того, существуют примеры, когда наблюдают полную потерю проклейки во времени, что получило название неустойчивость. Практическим следствием реверсии и неустойчивости проклейки бумаги, использующей в качестве наполнителя PCC, являются низкие экономические показатели и проблемы, возникающие при переработке и конечном использовании.

Для того, чтобы противодействовать реверсии проклейки, изготовитель бумаги повышает уровень проклеивающего агента, добавляемого внутренне, или дополнительно вносит поверхностный проклеивающий агент. И хотя часто результатом этого является замедление ухудшения проклейки, повышенные уровни используемого проклеивающего вещества вызывают проблемы при переработке и конечном использовании. Например, повышенные уровни АКД приводят к проблемам проскальзывания и низкой адгезии тонера (красителя). При переработке некоторых типов тонкой бумаги, например, Forms Bond, конвертных, для лент вычислительных машин и некоторых типов бумаги, разрезанной на листы канцелярского формата, необходим точный контроль при высокой скорости переработки. Здесь проскальзывание бумаги дает в результате, например, набегание морщин, смещение перфорации и уменьшенную скорость прессования.

По предшествующим работам в этой области хорошо известно использование дисперсий канифоли для внутренней проклейки или проклейки волокнистой массы. Канифоль смешивают с целлюлозными волокнами осаждением с соединениями алюминия. Однако для того, чтобы быть эффективной, проклейка с дисперсиями канифоли должна выполняться при кислых значениях pH между 4 и 6. Когда волокнистая масса имеет нейтральные или щелочные значения pH, проклейка с канифолью становится неустойчивой и очень затрудненной для контроля. Кроме того, карбонатные наполнители, присутствующие в волокнистой массе, могут взаимодействовать с компонентами проклеивающей системы и отрицательно действовать на эффективность проклейки. Таким образом, воздействие щелочных условий и карбоната кальция на химию алюминия и канифоли оказывается до настоящего времени как экономически, так и технически неблагоприятным для применения канифольных дисперсий при получении бумаги, включающей PCC в качестве наполнителя.

Известен способ получения проклеенной бумаги, включающий добавление к суспензии целлюлозной волокнистой массы осажденного карбоната кальция и водной дисперсии целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента димера кетена или ангидрида карбоновой кислоты с последующим обезвоживанием и сушкой бумажного полотна [1]
Известна также водная дисперсия проклеивающих агентов, содержащая канифольный проклеивающий агент на основе канифоли и целлюлозо-реакционноспособный проклеивающий агент на основе димера кетена при их соотношении соответственно 0,1-10:1 [2]
Вышеуказанные недостатки относятся и к данным объектам.

Задача изобретения разработка способа проклейки, который снижает или устраняет проблемы, вызванные реверсией проклейки и недолговечностью проклеенной бумаги и аналогичных целлюлозных продуктов, содержащих осажденный карбонат кальция в качестве наполнителя. Другая задача изобретения получение водной дисперсии проклеивающих агентов, которая может использоваться при осуществлении проклейки по способу изобретения.

Данная задача решается тем, что в способе получения проклеенной бумаги, бумажного картона, картона и подобных продуктов из целлюлозного волокна, включающий добавление водной дисперсии целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента к водной суспензии целлюлозной массы, содержащей в качестве наполнителя осажденный карбонат кальция, обезвоживание и сушку целлюлозной массы, согласно изобретению к суспензии добавляют водную дисперсию проклеивающего агента на основе канифоли, содержащего канифольный компонент и 5-75 мас. проклеивающего агента на основе канифоли, компонента эфира канифоли, причем массовое соотношение проклеивающего агента на основе канифоли к целлюлозо-реакционноспособному проклеивающему агенту составляет от 1:1 до 20:1.

Канифольный компонент выбирают из канифоли, диспропорционированной канифоли, гидрированной канифоли, канифоли, обработанной формальдегидом, конденсационной канифоли и их смесей.

Компонентом эфира канифоли является эфир канифоли спирта, выбранного из моно-, ди- и многоатомных спиртов и их смесей.

Целлюлозо-реакционноспособным проклеивающим агентом является димер кетена или ангидрид кислоты, или их смеси.

Массовое соотношение проклеивающего агента на основе канифоли к целлюлозо-реакционноспособному проклеивающему агенту составляет от 3:1 до 10:1.

Проклеивающие вещества используют в виде водных анионных дисперсий.

Проклеивающие вещества присутствуют в водных катионных дисперсиях.

Проклеивающие вещества используют в виде водной дисперсии, включающей дисперсные частицы, которые содержат смесь проклеивающего агента на основе канифоли и целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента.

Водная суспензия волокнистой массы содержит осажденный карбонат кальция в количестве вплоть до 35 мас. рассчитанных как сухой продукт на сухое целлюлозное волокно.

Данная задача решается также тем, что в водной дисперсии проклеивающих агентов, содержащей проклеивающий агент на основе канифоли и целлюлозо-реакционноспособный проклеивающий агент, согласно изобретению, проклеивающий агент на основе канифоли содержит канифольный компонент и от 5 до 75 мас. проклеивающего агента на основе канифоли, компонента эфира целлюлозы, причем массовое соотношение проклеивающего агента на основе канифоли к целлюлозо-реакционноспособному проклеивающему агенту составляет от 1:1 до 20:1.

Компоненты канифоли выбраны из группы, содержащей канифоль, диспропорционированную канифоль, гидрированную канифоль, канифоль, обработанную формальдегидом, конденсационную канифоль и их смеси.

Компонент эфира канифоли является эфиром канифоли спирта, выбранного из моно-, ди- и многоатомных спиртов и их смесей.

Целлюлозо-реакционноспособный проклеивающий агент является димером кетена или ангидридом кислоты или их смесью.

Массовое соотношение проклеивающего агента на основе канифоли к целлюлозо-реакционноспособному проклеивающему агенту составляет от 3:1 до 10:1.

Дисперсия содержит дисперсные частицы, включающие смесь проклеивающего агента на основе канифоли и целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента.

Водная дисперсия содержит по крайней мере один анионный диспергирующий агент.

Водная дисперсия содержит по крайней мере один катионный диспергирующий агент.

Согласно изобретению найдено, что можно решить проблемы и ограничить реверсию и неустойчивость проклейки в PCC-содержащей проклеенной бумаге, если проводить проклейку посредством канифольного проклеивающего агента, содержащего компонент канифоли и компонент эфира канифоли, в комбинации с целлюлозо-реакционноспособным проклеивающим агентом. Согласно изобретению возможно не только обеспечить очень хорошую начальную проклеивающую способность, но также можно сохранить проклеивающую способность на более высоком уровне, чем в случае способов проклейки по предшествующим работам в этой области. Согласно изобретению также обнаружено, что первоначально хорошая проклеивающая способность может быть дополнительно улучшена при хранении полученной бумаги. Благоприятный эффект использования проклеивающего агента на основе канифоли в комбинации с целлюлозо-реакционноспособным проклеивающим агентом является неожиданным, так как из предшествующих работ в этой области хорошо известно, что канифольные дисперсии используются предпочтительно для проклейки в кислых условиях, а не в щелочных, в частности не для щелочной проклейки, когда карбонат кальция, особенно PCC, содержится в бумажной массе в качестве наполнителя.

При получении бумаги используются различные типы порошкообразных карбонатов кальция, такие как мел, грунтовый известняк и осажденный карбонат кальция. Тогда как мел и другие грунтовые карбонаты получают с помощью механической обработки, такой как дробление и измельчение имеющихся в природе материалов, осажденный карбонат кальция является материалом, полученным синтетическим химическим способом осаждения, обычно способом карбонизации, в котором гидроксид кальция превращается в карбонат кальция реакцией с двуокисью углерода. Условия реакции определяют полученный тип кристаллов, размер частиц и распределение по размерам. В сравнении с сухими или влажными грунтовыми карбонатами коммерчески доступные осажденные карбонаты кальция отличаются более мелким размером частиц, более узким распределением частиц по размерам и более высокой удельной поверхностью.

По предшествующим работам известно, что более мелкий размер частиц и более высокая удельная поверхность создают дополнительное затруднение для проклейки, таким образом делая PCC-содержащую суспензию целлюлозы более затрудненной для проклейки, чем пульпу, содержащую грунтовые карбонаты. Кроме того, показано, что PCC-наполнители дают более высокие значения pH, чем наполнители из других карбонатов кальция как в волокнистой массе, так и в полученной бумаге. Тогда как проблемы, связанные с реверсией и неустойчивостью проклейки, отмечены при использовании PCC-наполнителей, в частности неравностороннеэдрического PCC, их не наблюдают при использовании других щелочных минеральных наполнителей.

Согласно изобретению волокнистая масса может содержать PCC в какой-либо одной или в смеси различных кристаллических форм или структур, которые существуют, включая кальцит ромбоэдрической, призматической, пластинчатой, прямоугольнопараллелепипедной и неравностороннеэдрической форм и арагонит игольчатой формы. Предпочтительно используются неравностороннеэдрический и ромбоэдрический PCC. PCC может иметь средний размер частиц, меняющийся от примерно 0,02 до 7,0 мкм, и удельную поверхность, меняющуюся от примерно 2 до примерно 20 м²/г.

Обезвоженная и высушенная волокнистая масса согласно изобретению может содержать PCC в количестве вплоть до примерно 35 мас. преимущественно от 5 до 30 мас. более предпочтительно от 10 до 25 мас. что рассчитано как сухой продукт на сухое целлюлозное волокно. В дополнение к PCC волокнистая масса может содержать дополнительные наполнители, такие как обычные из известных в этой области, включая, например, мел, известняк, грунтовый карбонат кальция, каолин (китайская глина), тальк, двуоксид титана, бентонит, волластонит, стекловолокно, растянутый перлит и т.д. причем общее количество наполнителей, содержащихся в волокнистой массе, может быть вплоть до примерно 35 мас. преимущественно от 5 до 30 мас. что рассчитано как сухой продукт на сухое целлюлозное волокно. Использование PCC в качестве наполнителя, согласно изобретению, может давать волокнистую массу со значением pH, меняющимся от примерно 7 до примерно 10, в особенности между 7,5 и 9,0.

Согласно способу изобретения к волокнистой массе может добавляться водная дисперсия проклеивающего вещества. Для простоты и удобства изобретение будет описано на примере данной дисперсии, предполагая, что особенности дисперсии также применимы и к настоящему способу, использующему вышеназванную дисперсию. Таким образом, изобретение дополнительно относится к водной дисперсии проклеивающих агентов, причем дисперсия включает канифольный проклеивающий агент, который содержит компонент канифоли и компонент эфира канифоли, и целлюлозо-реакционноспособный проклеивающий агент.

Используемый здесь термин "канифоли" относится к канифоли, которая может быть получена из обычных канифолей, например, из живичной канифоли, канифоли из таллового масла, экстракционной канифоли или их смесей, в сыром или очищенном виде. Компонент канифоли, присутствующий в проклеивающем агенте на основе канифоли, может выбираться из канифоли, модифицированной канифоли, облагороженной (конденсационной) канифоли и их смесей. Модифицированной канифолью является канифоль, которая модифицирована известным способом, такая, как, например, гидрированная канифоль, полимеризованная канифоль, канифоль, обработанная формальдегидом и т.д. Предпочтительно, чтобы компонентом канифоли была конденсационная канифоль, т.е. продукт присоединения по реакции Дильса-Альдера, полученный известным способом, реакцией между канифолью, необязательно модифицированной как показано ранее, и α, β-ненасыщенным карбонильным соединением, например, малеиновой кислотой, фумаровой кислотой, итаконовой кислотой, цитраконовой кислотой или их пригодными ангидридами, или неполными эфирами, акриловой кислотой и метакриловой кислотой. Конденсационная канифоль может быть, конечно, получена из смеси a, β-ненасыщенных карбонильных соединений, например, тех, что приведены ранее, а также могут использоваться смеси различных конденсационных канифолей. Конденсационная канифоль обычно содержит вплоть до 15 мас. присоединенного a,b-ненасыщенного карбонильного соединения, преимущественно от 3 до 12 мас. от общего веса конденсационной канифоли.

Количество компонента канифоли, присутствующего в проклеивающем веществе на основе канифоли, составляет предпочтительно от примерно 25 до примерно 95 мас. от общего веса проклеивающего вещества на основе канифоли. Предпочтительно компонент канифоли присутствует в количестве от примерно 35 до 90 мас. более предпочтительно от примерно 45 до примерно 85 мас. от общего количества проклеивающего вещества на основе канифоли.

Особенным признаком изобретения является то, что канифольное проклеивающее вещество содержит компонент эфира канифоли. Компонент эфира канифоли может быть эфиром канифоли спирта, выбранного из моно-, ди- и многоатомных спиртов и их смесей. Эфир канифоли может быть получен обычным способом этерификации канифоли, необязательно модифицированной, как показано выше, с моно-, ди- или многоатомным спиртом либо их смесью с образованием эфира или неполного эфира. Способы этерификации описаны, например, в патенте США N 4842691. Моно-, ди- и многоатомные спирты имеют преимущественно вплоть до 30 атомов углерода. В качестве примеров пригодных моноатомных спиртов можно указать циклические алкиловые спирты, алкиловые спирты с прямой и разветвленной углеродной цепью, имеющие от 5 до 25 атомов углерода, предпочтительно гидрофобные алкиловые спирты с длинной углеводородной цепью. Конкретными примерами их являются октиловый, дециловый, додециловый, тетрадециловый, гексадециловый, октидециловый, эйкозиловый и докозиловый спирты. Предпочтительно используют эфиры канифоли, полученные из спиртов, выбранных из ди- и многоатомных спиртов, таких как три- и тетраатомные спирты. Подобные спирты могут быть выбраны из гликолей, таких как этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и полиэтиленгликоль, триметиленгликоль, глицерин, диглицериловый спирт, триметилолэтан, триметилолпропан, пентаэритритол, дипентаэритритол; аминоспиртов, таких как триэтаноламин, трипропаноламин, триизопропаноламин и их смесей. Компонент эфира канифоли может содержать эфир облагороженной канифоли, причем этерификацию можно проводить и до проведения реакции присоединения, и после нее.

Компонент эфира канифоли может быть расширен дополнительным эфирным соединением, таким как эфиры жирных кислот, полученным из жирных кислот и спиртов, выбранных из моно-, ди- и многоатомных спиртов, приведенных выше. Преимущественно жирная кислота содержит более чем восемь атомов углерода и может быть любой из органических кислот, определенных далее. Количество увеличивающего эфира жирной кислоты преимущественно менее чем 50 мас. предпочтительно от 10 до 30 мас. от веса компонента эфира канифоли.

Компонент эфира канифоли может содержать смешанный эфир канифоли и жирной кислоты со спиртом, выбранным из ди- и многоатомных спиртов, таких как определено ранее. Пригодными жирными кислотами являются кислоты, указанные выше. Смешанные эфиры могут быть получены совместной реакцией канифоли и жирной кислоты со спиртом по обычной методике. Смешанный эфир может содержать канифоль и жирную кислоту в любой пропорции, преимущественно содержание канифоли составляет от 25 до 75 мас. по количеству канифоли и жирной кислоты в смешанном эфире.

Количество компонента эфира канифоли, присутствующего в проклеивающем агенте на основе канифоли, может быть от 5 до 75 мас. по общему количеству канифольного проклеивающего агента. Предпочтительно эфир канифоли присутствует в количестве от 10 до 65 мас. и более предпочтительно от 15 до 55 мас. от общего количества канифольного проклеивающего вещества.

Целлюлозо-реакционноспособный проклеивающий агент согласно изобретению может быть целлюлозо-реакционноспособным проклеивающим агентом, выбранным из группы, содержащей дикетены, ангидриды кислот, органические изоцианаты, карбамоилхлориды и их смеси, предпочтительно димеры дикетенов и ангидриды кислот. Любой из известных целлюлозо-реакционноспособных проклеивающих агентов может быть использован. Пригодные дикетены имеют формулу

в которой R¹ и R² представляют собой углеводородную группу, обычно алкил, имеющий по крайней мере восемь атомов углерода, арил, аралкил и алкарил. Примеры пригодных димеров кетена включают октил, децил, додецил, тетрадецил, гексадецил, октадецил, эйкозил, докозил, тетракозил, фенил, бензил, β-нафтил и циклогексалдикетены, дикетены, полученные известными методами из органических кислот, таких как монтановая кислота, нафтеновая кислота, Δ^9,10-дециленовая кислота, Δ^9,10-додециленовая кислота, пальмитолеиновая кислота, олеиновая кислота, рацинолевая кислота, линолевая кислота и элеостеариновая кислота, и их природных смесей жирных кислот, таких как те, что найдены в кокосовом масле, пальмоядровом масле, пальмовом масле, оливковом масле, арахисовом масле, рапсовом масле, говяжьем жиру, свином топленом сале и китовой ворвани. Могут также быть использованы смеси любых из вышеприведенных димеров кетонов.

Пригодные ангидриды кислот могут характеризоваться общей формулой

в которой R¹ и R² могут быть одинаковыми или разными и представляют собой ненасыщенные или насыщенные углеводородные группы, содержащие от 8 до 36 атомов углерода, группы могут быть прямыми или разветвленными алкилами, аралкилами или алкарилами, или R¹ и R² могут вместе с -C-O-C-частью образовывать 5- -6-членное кольцо, которое к тому же может быть замещено алкилом, алкенилом, аралкилом или алкарилом. Примерами пригодных ангидридов кислот являются ангидриды тетрадеценовой кислоты, пальмитиновой кислоты, олеиновой кислоты и стеароловой кислоты, ангидриды замещенной янтарной кислоты, такие как ангидриды изооктадеценил, н-гексадеценил, додецил, деценил и октенилянтарной кислоты, и ангидриды замещенной глутаровой кислоты, такие как ангидрид гептилглутаровой кислоты.

Примеры пригодных карбамоилхлоридов включают карбамоилхлориды, описанные в патенте США N 3887427.

Соотношение по массе проклеивающего агента на основе канифоли к целлюлозо-реакционноспособному проклеивающему агенту может находиться в ряду от 1:1 до 20: 1, преимущественно от 2:1 до 15:1 и предпочтительно от 3:1 до 10:1. Наиболее предпочтительно соотношение по массе от 4:1 до 7:1.

Частицы дисперсии согласно изобретению включают два активных проклеивающих вещества, т.е. проклеивающее вещество на основе канифоли и целлюлозо-реакционноспособное проклеивающее вещество. Конечно, может также присутствовать небольшое количество инертных веществ, например, вспомогательных веществ, таких как углеводороды, парафины, воски. Количество таких веществ, однако не должно превышать предпочтительно 25 мас. по активным проклеивающим агентам. Общее количество проклеивающих агентов в данных дисперсиях может находиться в ряду от 5 до 70 мас. преимущественно в ряду от 10 до 50 мас.

Согласно изобретению дисперсия может быть получена при использовании одного или нескольких диспергирующих агентов, выбранных из группы анионных и катионных диспергирующих агентов. Предпочтительно, чтобы дисперсия была анионной. Количество диспергирующего агента должно быть достаточным для придания дисперсии требуемого заряда и стабильности при хранении и должно обычно быть по крайней мере 2 мас. по количеству проклеивающих веществ. Обычно редко бывает необходимым использовать более 5 мас.

Требования к диспергирующим веществам заключаются в том, что они дают требуемый общий заряд и что они не влияют отрицательно на проклеивающее действие дисперсий. Диспергирующими агентами могут быть любые из обычно использующихся диспергирующих агентов при получении водных дисперсий или эмульсий для проклейки. Анионные диспергирующие агенты, например, могут выбираться из омыленных производных канифоли, алкилсульфатов, алкиларилсульфатов, алкилсульфонатов, алкиларилсульфонатов и т.д. Особенно пригодными анионными диспергирующими агентами являются алкильсульфонаты и алкилсульфаты, например, лаурилсульфат натрия. Катионными диспергирующими агентами могут быть, например, азотсодержащие диспергирующие вещества, такие как четвертичные аммониевые соединения, соли третичных аминов, катионсодержащие крахмалы, водорастворимые алкиленполиамин (эпихлоргидриновые смолы, поли(диаллиламин)), эпихлоргидриновые смолы и т.д. Особенно пригодными катионными диспергирующими агентами являются четвертичные аммониевые соединения. Настоящая дисперсия может также содержать защитный коллоид, такой как любой из известных по предшествующим работам, например, поливиниловый спирт, катионсодержащий крахмал, казеин и производные целлюлозы. Для того, чтобы получить более стабильную дисперсию, можно также успешно включать в нее неионные и амфотерные поверхностно-активные вещества.

Согласно изобретению дисперсия может содержать дисперсные частицы проклеивающего агента на основе канифоли и дисперсные частицы целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента или дисперсные частицы, содержащие смесь проклеивающего агента на основе канифоли и целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента, или комбинацию вышеуказанных дисперсных частиц. Дисперсии, содержащие дискретные частицы проклеивающего агента на основе канифоли и целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента, могут быть получены смешением предварительно полученной дисперсии проклеивающего агента на основе канифоли с предварительно приготовленной дисперсией целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента. Согласно изобретению такие дисперсии предпочтительно получают смешением или предварительно приготовленных анионных проклеивающих дисперсий, или предварительно приготовленных катионных проклеивающих дисперсий. Однако они могут быть также получены смешением предварительно приготовленных проклеивающих дисперсий противоположного заряда пока результирующая дисперсия изобретения показывает требуемые заряд и стабильность хранения.

Водные дисперсии проклеивающих веществ на основе канифоли являются коммерчески доступными и могут быть получены сами по себе обычным способом, например, гомогенизацией активного вещества в воде в присутствии диспергирующего агента при использовании высоких сдвигающих сил и достаточно высоких температур для того, чтобы получить в дисперсной фазе мелкие частицы в основном с размером ниже примерно 1,0 мкм. Активным веществом, которое гомогенизируют, является компонент канифоли, компонент эфира канифоли или предпочтительно их гомогенная смесь. Гомогенную смесь предпочтительно получают интенсивным перемешиванием расплавленных канифольного компонента и компонента эфира канифоли. Однако также возможно получение гомогенной смеси исходя из растворов соответствующих компонентов в растворителях. Активное вещество диспергируется в воде в присутствии диспергирующего агента при удовлетворительном перемешивании, например, при использовании статического смесителя или аппарата Ultra Turrax. Нагретая дисперсия проклеивающего агента на основе канифоли может быть получена способом обратимости, т.е. водный раствор диспергирующего агента прибавляют к расплавленному активному веществу преимущественно смеси из компонента канифоли и компонента эфира канифоли при непрерывном перемешивании с образованием эмульсии вода в масле. Затем при энергичном перемешивании добавляют горячую воду до тех пор, пока эмульсия не обратится в эмульсию масло в воде, которую охлаждают и получают дисперсию на основе канифоли. Дисперсия канифольного проклеивающего агента может быть получена также смешиванием предварительно приготовленной дисперсии компонента канифоли с предварительно приготовленной дисперсией компонента эфира канифоли.

Водные дисперсии или эмульсии целлюлозо-реакционноспособных агентов известны по предшествующим работам и коммерчески доступны, такие дисперсии могут быть приготовлены и сами по себе обычным способом, например, перемешиванием целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента с водным раствором диспергирующего агента или эмульгатора с последующим гомогенизированием смеси. Дополнительные методы получения водных дисперсий целлюлозо-реакционноспособных проклеивающих агентов, так же как и дисперсий канифольных проклеивающих агентов будут оценены специалистами, работающими в этой области.

Согласно изобретению дисперсия может содержать дисперсные частицы, включающие смесь канифольных проклеивающих агентов и целлюлозо-реакционноспособных проклеивающих агентов. Метод получения подобных дисперсий из канифоли и целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего вещества описан в патенте США N 4743303. Настоящая дисперсия может быть получена таким способом, но он модифицирован так, что канифольный проклеивающий агент содержит компонент эфира канифоли.

Настоящая дисперсия особенно пригодна для проклейки бумаги, бумажного картона, картона и аналогичных продуктов из целлюлозного волокна, содержащих в качестве наполнителя осажденный карбонат кальция. Дисперсия может использоваться для внутренней и поверхностной проклейки, предпочтительно использование для внутренней проклейки.

Согласно изобретению дисперсия проклеивающих веществ добавляется преимущественно в волокнистую массу, т.е. в водную суспензию бумажной массы, обычным способом, с данной дисперсией могут, конечно, применяться химические добавки, обычно используемые для получения бумаги, такие как связующие вещества, соединения алюминия, смолы, обеспечивающие влагопрочность и т.д. Примеры соединений алюминия включают алюминиевые квасцы и полиалюминиевые соединения, такие как полиалюминий хлориды и сульфаты. Химические добавки, используемые при производстве бумаги, такие как связующие вещества, могут, если необходимо, также быть включены в текущую дисперсию. Дисперсия может использоваться в количестве, соответствующем 0,01-5,0 мас. проклеивающих агентов, рассчитанном как сухой продукт на сухие целлюлозные волокна, преимущественно в количестве, соответствующем 0,025-1,0 мас. проклеивающих агентов.

Осажденный карбонат кальция добавляется к водной суспензии бумажной массы преимущественно обычным способом. Он может вноситься до дисперсии проклеивающих веществ, после нее или одновременно с добавлением дисперсии.

Дисперсия проклеивающих веществ может добавляться к волокнистой массе в любое время после того, как закончится очистка и до образования листа. Однако для достижения задач изобретения нет необходимости в получении дисперсии заранее, но дисперсии могут быть приготовлены in situ. Таким образом, предварительно приготовленная дисперсия канифольного проклеивающего вещества и предварительно приготовленная дисперсия целлюлозо-реакционноспособного проклеивающего агента или их части могут отдельно добавляться к волокнистой массе в одно и то же или в разное время с последующим смешением дисперсий с волокнистой массой перед обезвоживанием и сушкой волокнистой массы. Раздельное добавление предварительно приготовленных дисперсий может быть полезным в случае, если целлюлозо-реакционноспособный проклеивающий агент является ангидридом кислоты. Обычно ангидриды кислот не стабильны при гидролизе и их дисперсии или эмульсии обычно получают на месте на бумажной фабрике непосредственно перед добавлением в волокнистую массу. Таким образом, раздельное добавление проклеивающих агентов может оказаться технически выгодным.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами, которые, однако не ограничивают изобретение (части и указываются как части по массе и мас. соответственно, если особо не оговорено).

Пример 1. Анионную дисперсию канифольного проклеивающего агента, содержащую 20 мас. компонента эфира канифоли от канифольного проклеивающего агента, получают следующим образом:
80 ч. талловой канифоли, модифицированной конденсацией с малеиновым ангидридом, перемешивают при 150-170^oC с 20 ч. эфира глицерина канифоли, полученного из 12 ч. глицерина и 100 ч. канифоли. Результирующая смесь канифоли, модифицированной конденсацией, и эфира канифоли реагирует с водным гидроксидом калия для нейтрализации примерно 5% имеющейся кислотности, затем охлаждается водой до 100-103^oC, после чего быстро добавляют водную анионную дисперсию казеина до образования вязкой эмульсии масло в воде. Реакционная масса перемешивается интенсивно 5 мин, разбавляется медленно водой при 80^oC и быстро холодной водой. Наконец, добавляют слимицид и эмульсию быстро охлаждают до температуры ниже 30^oC. Конечная дисперсия имеет средний размер частиц менее чем 0,5 мкм и общее содержание твердых веществ 40%
Пример 2. Анионную дисперсию проклеивающих веществ согласно изобретению получают при перемешивании анионной дисперсии канифольного проклеивающего агента примера 1 с предварительно полученной анионной дисперсией дикетена. Keydime A^TM от Eka Nobel Inc. США, в количествах, соответствующих массовому соотношению 5:1 канифольного проклеивающего агента к целлюлозо-реакционноспособному проклеивающему агенту. Содержание компонента эфира канифоли составляет 20 мас. по канифольному проклеивающему агенту.

Пример 3. Проклеивающая способность водных дисперсий проклеивающих веществ согласно изобретению оценивается и сравнивается с данными для эталонной АКД и канифольной дисперсии, из которых они получены.

Анионные дисперсии используются для получения внутренне проклеенной бумаги с PCC-наполнителем на опытной бумагоделательной машине. Бумагу делают из 60: 40 пульпы перемешиванием беленой крафт-целлюлозы из твердой древесины и древесины хвойных пород (древесная влажная масса), измельчением 400 Canadian Standard и формированием в полотно с массой 1 м² 80 г при pH головной части 7,6-8,2. Листы сушат до 4,5-5,0% влажности на бобине.

Осажденный карбонат кальция добавляют в количестве 12 мас. рассчитанных как сухой продукт на сухие целлюлозные волокна. Система белой воды закрывается, свежую воду подают через вязкую волокнистую массу снизу и впрыскивают. Каждый опыт продолжается по крайней мере 12 15 мин, позволяя системе белой воды установить равновесие.

Каждая дисперсия добавляется к вязкой волокнистой массе прямо до разбавления у вентиляторного насоса. PCC добавляют у входной части насоса. К тому же вводят следующие химические добавки в количествах, выраженных на сухие целлюлозные волокна: полиалюминий хлорид, Ekoflock^TM, от Eka Nobel Inc. США, 10,0 кг/т добавляют одновременно с дисперсией и 0,5 кг/т к поддону (только когда АКД-дисперсия израсходуется); система удерживания и обезвоживания, Compozil^® от Eka Nobel Inc. США, включающая катионсодержащий крахмал и неорганический силикасол, 6 кг/т катионсодержащего крахмала добавляют к вязкой волокнистой массе прямо перед разбавлением у насоса и 1 кг/т силикасола добавляют к разбавленной волокнистой массе.

Полотно бумаги с РРС-наполнителем тестируется при использовании Hercules Sizing Test (HST) с тестируемым раствором N 2 (1%-ная муравьиная кислота) до 80%-ной отражательной способности. Образцы полотна берут с машины в рулоне и через 1 неделю хранения в условиях естественного старения при комнатной температуре и 50%-ной относительной влажности. Результаты сведены далее в табл. 1. Уровень проклейки отражается уровнем проклеивающего агента в мас. по сухому целлюлозному волокну.

Как видно из табл. 1, дисперсия примера 2 изобретения не показывает признаков реверсии проклейки, но заметное улучшение высокой начальной проклеивающей способности получают через 1 неделю старения. Проклеивающая способность, полученная с дисперсией данного изобретения, была более высокой, чем проклеивающая способность, полученная с эталонными дисперсиями, из которых дисперсия изобретения приготовлена.

Пример 4. Проклеивающая способность водной дисперсии проклеивающих агентов изобретения оценивается способом, аналогичным примеру 3, но при использовании 24 мас. РРС, рассчитанных на сухой продукт по сухому целлюлозному волокну. К дисперсии примера 2, содержащей 0,6% проклеивающих веществ, добавляют 15 кг/т Ekoflock^TM. Остальные добавки и их количества остаются теми же самыми. Результаты приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, дисперсия примера 2 изобретения дает улучшенную проклейку при всех уровнях проклейки. Проклеивающая способность, полученная при использовании комбинированных проклеивающих веществ изобретения, была более высокой, чем ожидалось от каждого компонента в отдельности.

Пример 5. В этом примере водные анионные дисперсии проклеивающих агентов с разным соотношением компонента эфира канифоли к компоненту канифоли получают перемешиванием предварительно приготовленных анионных дисперсий канифольного проклеивающего вещества с той же, что в примере 2, предварительно приготовленной анионной дикетеновой дисперсией. Результирующие дисперсии содержали 0, 20, 50 и 80 мас. глицеринового эфира канифоли на канифольный проклеивающий агент при массовом соотношении канифольного проклеивающего агента к алкилдикетену 5:1.

Анионные дисперсии канифольного проклеивающего вещества получают способом примера 1, но при использовании меняющихся уровней глицеринового эфира канифоли для получения требуемого содержания эфира канифоли. Дисперсии имеют размер частиц примерно 0,5 мкм (80% дисперсия имеет размер частиц 0,87 мкм) и содержание сухих твердых веществ примерно 40 мас.

Пример 6. Водные катионные дисперсии проклеивающих агентов с меняющимся соотношением компонента эфира канифоли к компоненту канифоли получают перемешиванием предварительно приготовленных катионных дисперсий канифольного проклеивающего вещества с предварительно полученной катионной дисперсией дикетена, Keydime E^TM, от Eka Nobel Inc. США. Дисперсии содержат 0, 20, 50 и 80 мас. глицеринового эфира канифоли по канифольному проклеивающему агенту и массовое соотношение канифольного проклеивающего агента к алкилдикетену составляет 5:1.

Катионные дисперсии канифольного проклеивающего агента получают с помощью первоначального растворения канифольного проклеивающего агента в органическом растворителе, перемешиванием при 50^oC полученного раствора с водным раствором эпихлоргидринполиамидоаминной смолы. Сырую дисперсию гомогенизируют до тех пор, пока полученная дисперсия не будет иметь размер частиц примерно 0,5-0,6 мкм, наконец, растворитель упаривают на роторном испарителе. Полученные катионные дисперсии канифольного проклеивающего агента имеют содержание сухого твердого вещества примерно 19 мас. и содержание канифольного проклеивающего агента примерно 17 мас.

Пример 7. Проклеивающую способность анионных дисперсий примера 5 оценивают с помощью проведения лабораторной отливки бумаги. Бумажные листы с массой 1 м² 100 г получают из той же пульпы и при использовании тех же химических добавок, что и в примере 3. Отливки подвергают прессованию для получения содержания 50%-ной влажности и сушат при 80^oC в течение 4 мин.

Химические добавки прибавляют к разбавленной волокнистой массе при 0,5% вязкости. Последовательность добавления и количества химических соединений, которые добавляются, по сухому целлюлозному волокну следующие (разбавленная волокнистая масса при 0 с):
0,5% катионсодержащего крахмала на 10-й с;
2,0% (как принято) полиалюминий хлорида на 20-й с;
0,25% анионной дисперсии проклеивающих агентов на 30-й с;
10,0% PCC на 40-й с;
0,7% (как принято) силикасола на 50-й с;
формирование листа на 75-й с.

Проклеивающая способность измеряется так же, как и в примере 3. Испытания проводят на листах через 24 ч естественного старения и через неделю старения при постоянной комнатной температуре и 50%-ной относительной влажности. Результаты испытаний приведены в табл. 3 ниже. Эфир канифоли (%) представляет собой количество в массовых компонента эфира канифоли, присутствующего в канифольном проклеивающем агенте.

В табл. 3 ясно показана эффективность введения в дисперсию комбинированных проклеивающих агентов компонента эфира канифоли. Дисперсии, содержащие 20 и 50 мас. компонента эфира канифоли, дают более высокую начальную проклеивающую способность, более высокую проклеивающую способность при хранении и меньшую степень реверсии проклейки.

Пример 8. Проклеивающую способность водных катионных дисперсий примера 6 оценивают способом, аналогичным примеру 7. Также проводится сравнение с катионной дисперсией АКД, из которой данные дисперсии получены, они добавляются в количестве, соответствующем 0,09 и 0,1 мас. АКД, соответственно по сухому целлюлозному волокну. Катионная дисперсия комбинированных проклеивающих агентов изобретения используется в количестве, соответствующем 0,35 мас. комбинированных проклеивающих агентов по целлюлозному волокну. Все другие добавки и количества их внесения аналогичны. Результаты приведены ниже в табл. 4. RE (%) представляет собой эфир канифоли (%) как в примере 7.

Дисперсии изобретения, содержащие 20 и 50 мас. компонента канифоли, показывают высокую начальную проклеивающую способность и высокую проклеивающую способность при хранении.

Реферат

Использование: для получения проклеенной бумаги и аналогичных продуктов из целлюлозных волокон, содержащих в качестве наполнителя осажденный карбонат кальция. Сущность изобретения: водную суспензию волокнистой массы обезвоживают и сушат в присутствии водной дисперсии канифольного проклеивающего агента, который содержит компонент канифоли и компонент эфира канифоли, и водной дисперсии целлюлозно-реакционноспособного проклеивающего агента. Изобретение также касается водной дисперсии проклеивающих веществ, которая содержит канифольный проклеивающий агент, состоящий из компонента канифоли и компонента эфира канифоли, и целлюлозо-реакционноспособный проклеивающий агент. 2 с. и 15 з. п. ф-лы, 4 табл.

Формула