Противомикробная проклеивающая эмульсия и гипсовая панель, полученная с ее применением - RU2555991C2

Описание

РОДСТВЕННАЯ ЗАЯВКА

Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с параграфом 119(e) раздела 35 свода законов США на основании предварительной заявки на патент США №61/428080, поданной 29 декабря 2010 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к эмульсии, содержащей алкенилянтарный ангидрид («АЯА»), используемый для проклейки бумаги, или алкилкетеновый димер («АКД»), используемый для проклейки бумаги, и биоцид, где биоцид имеет двойственную функцию и выступает в качестве биоцида и эмульгатора.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Гипсовые плиты, также известные как гипсовые панели, гипсокартон и стеновые плиты, являются популярными строительными материалами, обладающими желательными свойствами для использования внутри помещений. Они имеют продолжительный срок службы, являются экономичными и огнестойкими. Кроме того, указанные плиты обладают превосходной прочностью при сжатии и относительно низкой плотностью. Их легко декорировать, по этой причине их использование в качестве поверхностей для внутренней отделки является привлекательным.

Производство гипсовых плит включает получение суспензии полугидрата сульфата кальция, воды и добавок и непрерывного нанесения суспензии на ленту конвейера или на формовочный стол. Часто бумажное листовое покрытие, также называемое облицовочным материалом, перемещают по ленте конвейера, расположенной за смесителем, для непрерывного нанесения суспензии на облицовочный слой. Часто второе бумажное листовое покрытие или облицовочный материал наносят поверх суспензии. Полученную систему формуют в панели. Полугидрат сульфата кальция взаимодействует с водой в суспензии, в результате чего происходит превращение полугидрата в матрицу связанных кристаллов дигидрата сульфата кальция, что вызывает схватывание и затвердевание суспензии. В результате указанного процесса образуется непрерывная лента затвердевшего материала, возможно не содержащая листовые покрытия, содержащая листовое покрытие на передней и задней стороне панели или только одно листовое покрытие на передней или на задней стороне панели. Непрерывную ленту транспортируют по конвейеру до схватывания обожженного гипса, достаточного для того, чтобы гипс мог выдерживать обработку и перемещение из конвейера в другое место, такое как сушильная печь, после чего ленту разрезают с получением плит требуемой длины. Избыточное количество воды, требуемой для гидратации обожженного гипса, удаляют из гипсовой панели в сушильной печи.

Производители гипсовых панелей часто используют биоцид для защиты панелей от микроорганизмов, таких как плесень или грибки, посредством обработки бумажных покрытий. Тем не менее, обработка исключительно бумаги для борьбы с ростом плесени часто является недостаточной по ряду причин. Множество биоцидов теряют эффективность при сушке в печи в результате воздействия высоких температур. Эффективность биоцида может быть недостаточной из-за объединения большого количества спор плесени, попадающих в гипс и бумагу из воды, применяемой в процессе формования панелей, и спор, поступающих из воздуха. В некоторых случаях природоохранным законодательством ограничена концентрация, в которой биоцид может содержаться на поверхности бумаги. Из этого следует, что не во всех случаях максимальная разрешенная концентрация биоцида является достаточной для защиты бумаги и отвержденного среднего гипсового слоя.

Росту микроорганизмов благоприятствуют среды, в которых споры могут найти влагу и питательные вещества, необходимые для метаболизма. Температура также является определяющим фактором, и множество видов микроорганизмов размножаются при температурах, необходимых для жизнедеятельности человека, при которых гипсовые панели применяют наиболее часто. Таким образом, потенциальные способы борьбы с ростом микроорганизмов заключаются, главным образом, в контроле доступа влаги и питательных веществ. Желательно иметь механизм для уничтожения микроорганизмов, которые начинают размножаться внутри или на поверхности гипсовой панели или облицовочного слоя. В средах, в которых применяют гипсовые панели, невозможно предотвратить доступ паров воды и спор, даже несмотря на то, что гипсовые плиты, как правило, применяют для внутренней отделки. Помимо влаги, которая присутствует в окружающей среде, в продукты, применяемые для внутренней отделки, вода иногда попадает вследствие утечек, протечки кровли или труб, затопления, конденсации и т.д. Указанные воздействия происходят в отсутствие любых дефектов при производстве или применении гипсовых плит. Принято считать, что после воздействия влаги традиционные гипсовые панельные продукты становятся чувствительными к росту микроорганизмов.

Крахмал является примером питательного вещества, в котором размножаются микроорганизмы. В гипсовых панелях крахмал часто применяют по ряду причин. Его можно добавлять в суспензию обожженного гипса для ускорения адгезии между средним слоем и облицовочным слоем. Часто облицовочный слой получают из бумаги, и крахмал может являться компонентом бумаги, традиционно применяемой в качестве покрытия гипсовых панелей. Частицы дигидрата кальция, покрытые крахмалом (сахаром), часто применяют в качестве ускорителя схватывания в суспензии обожженного гипса. Другие крахмалы также можно применять для модификации различных свойств композиции, содержащей обожженный гипс. Если в облицовочных материалах или в гипсовом среднем слое гипсовых панелей присутствуют крахмалы, то содержание питательных веществ является достаточным для возможного роста микроорганизмов, так как споры вступают во взаимодействие с питательной средой крахмалсодержащей панели.

Листовые покрытия гипсовых панелей, также известные как облицовочные слои, облицовочные материалы, бумажные облицовочные материалы и т.д., получают при помощи способов производства бумаги, в которых сначала получают разбавленную волокнистую массу, химические добавки и воду. Массу пропускают через сито с образованием подложки случайным образом переплетенных волокон. Избыточную воду удаляют путем прессования подложки или с применением отсасывания. При производстве «мокрый этап» относится к способу получения бумаги до удаления воды, а стадию способа после удаления избытка воды называют «сухим этапом». Добавки, такие как проклеивающие агенты, можно добавлять во время любой или обеих указанных стадий.

Проклеивающее вещество представляет собой гидрофобное соединение, которое улучшает прочность бумаги и непроницаемость для жидкостей, таких как вода и чернила. Алкилкетеновый димер («АКД») и алкенилянтарный ангидрид («АЯА»), каждый из которых является гидрофобным, являются наиболее распространенными проклеивающими агентами. Канифоль и производные канифоли являются другим классом агентов для проклейки бумаги, известным в бумажной промышленности. Для высокой эффективности проклейки проклеивающее вещество применяют в виде очень мелких частиц. Указанное условие, а также гидрофобные свойства, требуют проведения эмульгации АЯА и/или АКД в водном растворе для подходящего введения и связывания проклеивающего вещества и волокон бумаги. Вещество для проклейки в массе вводят непосредственно в бумагу во время мокрого этапа способа производства. Вещество для внешней проклейки наносят на поверхность готового бумажного продукта на сухом этапе при помощи способов нанесения покрытия, таких как погружение, распыление или прокатывание.

АЯА для проклейки в массе, как правило, получают на целлюлозно-бумажных комбинатах в виде эмульсии с катионным крахмалом в качестве стабилизатора согласно описанию, приведенному в патенте США №6159339, содержание которого включено в настоящую заявку посредством ссылки. Полимер с высокой плотностью заряда и низкой молекулярной массой также можно применять в качестве эмульгатора вещества для проклейки бумаги в массе в эмульсии, содержащей воду. В качестве альтернативы эмульсию АКД можно получать путем первоначального диспергирования фосфатного производного крахмала в воде, которая составляет непрерывную фазу эмульсии. Затем АКД добавляют и тщательно перемешивают при температуре, составляющей примерно 140°F-160°F (от 60°С до 70°С), для получения однородной, гомогенной эмульсии. Смеситель с большим сдвиговым усилием применяют для перемешивания смеси кетенового димера и водного фосфата крахмала для получения желаемой эмульсии.

Недостатки, связанные с известными способами эмульгации АКД, как правило, устраняют путем удаленного проведения эмульгации АКД и поставки производителям бумаги готовой эмульсии. Эмульгация АКД является сложным процессом, который, как правило, требует применения дорогого и узкоспециализированного оборудования. Для стабилизации эмульсий АКД добавки, такие как поверхностно активные вещества и защитные коллоиды, могут присутствовать в композиции, содержащей эмульсию. АКД может взаимодействовать с некоторыми из указанных добавок, в результате чего происходит снижение эффективности проклеивающего вещества за счет снижения количества доступного активного ингредиента. Анионные поверхностно активные вещества, присутствующие в эмульсии АКД, дополнительно снижают эффективность проклеивающего вещества, так как целлюлозный материал, с которым должно связываться проклеивающее вещество, также является анионным и, таким образом, отталкивает частицы проклеивающего вещества, а не обеспечивает введение проклеивающего вещества в целлюлозные волокна. Другой недостаток поставки типовых эмульсий АКД связан с ее дороговизной, так как транспортировка большого количества воды, которая входит в состав эмульсии АКД, производителю бумаги является дорогостоящей.

Эмульсии АЯА являются нестабильными, и максимальный срок годности составляет от 6 до 8 часов в зависимости от снижения рН воды и температуры. Как правило, эмульсию АЯА хранят в течение 30 минут перед применением. Желательно хранить АЯА в виде очень сухой маслянистой жидкости и максимально оттягивать время получения водной эмульсии. Часто производители бумаги получают требуемое количество эмульсии АЯА за 30 минут до добавления раствора в бумажную массу. Катионные крахмальные эмульгаторы, применяемые для получения эмульсий проклеивающего агента АЯА, обеспечивают защитную оболочку катионного крахмала вокруг каждой капли АЯА, которая связывает проклеивающее вещество с анионными целлюлозными волокнами бумаги. При этом сохраняется возможность вымывания большей части АЯА из волокон технической водой, что обеспечивает время для протекания разложения АЯА в результате гидролиза, которое приводит к снижению эффективности АЯА в качестве проклеивающего агента, вызывает образование отложений в бумагоделательной машине, приводит к более высоким производственным издержкам и проблемам, связанным с качеством бумаги. Сложные и дорогостоящие химические способы на мокром этапе часто требуют достижения удовлетворительного удерживания проклеивающего вещества. Исследование мокрого этапа, такое как высокоэффективная жидкостная хроматография («ВЭЖХ»), является традиционным способом подтверждения приемлемого и удовлетворительного удерживания проклеивающего АЯА.

Предпринимавшиеся ранее попытки снижения роста микроорганизмов в гипсовых плитах включают замену бумажных облицовочных слоев на стекловолоконные облицовочные материалы, удаление источника питательного крахмала и ограничение роста микроорганизмов на поверхностях плиты. Также предпринимались попытки получения гипсовых плит, устойчивых к росту микроорганизмов, путем введения биоцида, такого как соль пиритиона, в средний слой, облицовочные слои или в средний слой и облицовочные слои, раскрытые в патенте США №689752, озаглавленном «Mold Resistant Gypsum Panel and Method of Making Same», включенном в настоящую заявку посредством ссылки.

Четвертичные аммонийные соединения согласно широкому определению являются классом соединений, имеющим общую формулу R₁R₂R₃R₄-N⁺Y^-, где радикалы могут быть одинаковыми, различными или являться частью кольца, а Y представляет собой противоион (анион). Как правило, но не во всех случаях, один из радикалов представляет собой длинноцепочечную алкильную группу. Конкретные четвертичные аммонийные соединения обладают биоцидными свойствами. В уровне техники описано применение биоцидных четвертичных аммонийных соединений в гипсовом среднем слое или в качестве покрытия на поверхности бумажных облицовочных слоев путем распыления, погружения, прокатывания или любого другого способа нанесения оболочки на сухом этапе.

Несмотря на то, что четвертичные аммонийные соединения ценятся за способность противостоять росту микроорганизмов, при получении бумаги их применения часто стараются избегать, так как указанные соединения приводят к образованию пены даже в низких концентрациях. Пена оказывает отрицательное действие на качество готового бумажного продукта за счет образования точечных дефектов, круглых пятен на бумаге, снижения прочности бумаги и снижения количества получаемого продукта. Часто решение проблемы пенообразования включает применение сложных химических способов на мокром этапе для предотвращения пенообразования с использованием противопенных соединений или для удаления пены из бумажной массы с использованием обеспенивающих соединений. Другим способом борьбы с пеной в водных растворах четвертичных аммонийных соединений является добавление анионных поверхностно активных веществ в раствор, которое описано в международной опубликованной заявке на патент WO 2008/049616, озаглавленной «Controlled Foam Aqueous Quaternary Ammonium And Phosphonium Compositions)), включенной в настоящую заявку посредством ссылки. Как отмечается в указанной публикации, биоцидная эффективность четвертичных аммонийных соединений снижается в результате добавления анионного поверхностно активного вещества.

Сохраняется необходимость в гипсовых плитах, которые обладают повышенной устойчивостью к росту микроорганизмов, не нарушающей их полезных свойств. Кроме того, сохраняется необходимость в коммерчески приемлемых способах производства указанных продуктов. Также сохраняется необходимость в повышении эффективности и применимости АКД и АЯА при использовании для проклейки бумаги, а также в улучшении удерживания биоцидных соединений, применяемых для получения бумаги.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одну или более из указанных задач решают при помощи настоящего изобретения, в котором предложена биоцидная проклеивающая эмульсия, содержащая проклеивающее вещество и биоцидный эмульгатор в воде. Биоцидную проклеивающую эмульсию применяют для получения биоцидной бумаги для нанесения на гипсовую панель. Другой вариант реализации представляет собой биоцидную гипсовую панель с бумажным облицовочным слоем, который содержит биоцидную проклеивающую эмульсию.

Неожиданно было обнаружено, что бумагу, обладающую полезными свойствами проклеивающего вещества и биоцида, можно получать без применения отдельных эмульгаторов и биоцидных соединений. Неожиданно было обнаружено, что биоцидные эмульгаторы образуют эмульсию с веществом для проклейки бумаги в массе, которую добавляют в бумажную массу в процессе производства бумаги. Эффективность и снижение затрат в процессе получения бумаги достигаются за счет двойственной функции биоцида.

В результате возможности применения биоцидного эмульгатора в качестве эмульгатора вещества для проклейки бумаги в массе повышаются прочность и срок службы готового бумажного продукта. Повышение прочности достигается за счет улучшения устойчивости к действию жидких сред в результате эффективной проклейки. Повышение срока службы достигается за счет улучшения устойчивости к микроорганизмам.

По сравнению с эмульсиями веществ для проклейки бумаги в массе, известными в уровне техники, в которых применяют эмульгаторы, в которых объединены крахмал, полимер и поверхностно активное вещество, заявленная биоцидная проклеивающая эмульсия вносит вклад в повышение эффективности способа получения бумаги. Указанное повышение достигается за счет того, что одно соединение, биоцид, применяют вместо нескольких химических добавок. Применение крахмала, полимера или поверхностно активного вещества не требуется, так как проклеенная бумага, полученная с применением биоцидной проклеивающей эмульсии, также обладает полезным свойством, заключающимся в устойчивости к росту микроорганизмов, при этом ее получение не требует введения других добавок помимо эмульгатора проклеивающего агента.

Также, если в качестве биоцидного эмульгатора выбирают не содержащее крахмал катионное четвертичное аммонийное соединение, то неожиданно реализуется дополнительное улучшение эффективности способа получения бумаги. Количество пены, образование которой, как правило, сопряжено с применением четвертичных аммонийных соединений в бумажной массе, снижается, или происходит значительная дестабилизация пены. Для борьбы с пеной не требуется применение противопенных или обеспенивающих агентов. Таким образом, эффективность, связанная с применением одного соединения, выполняющего три функции, для которых ранее требовалось применение по меньшей мере трех различных соединений, определяется применением биоцидного эмульгатора в биоцидной проклеивающей эмульсии.

Биоцидный эмульгатор, применяемый в биоцидной проклеивающей эмульсии, является катионным и обеспечивает хорошее удерживание в листе бумаге, что снижает необходимость применения сложных химических способов повышения удерживания на мокром этапе. Необходимость проведения контроля качества на сухом этапе для определения приемлемого и достаточного содержания биоцида также минимизируется. Ожидается, что указанные усовершенствования способа получения бумаги будут выражаться в виде менее сложных, менее затратных и более стабильных способов и результатов при получении бумажных облицовочных слоев и гипсовых панелей, в которых применяют бумажные покрытия.

Эмульсия АЯА, в которой применяют биоцидный эмульгатор, сохраняет стабильность в течение продолжительного периода времени и повышает эффективность и применимость АЯА, используемого для проклейки бумаги. Подразумевается, что биоцидную проклеивающую эмульсию, полученную с применением АКД, также можно получать на целлюлозно-бумажном комбинате или на заводе по производству гипса, что, таким образом, приводит к снижению затрат на транспортировку получаемой предварительно эмульсии АКД и большого количества воды, необходимого для ее получения.

Другим важным признаком настоящего изобретения является то, что биоцидную гипсовую панель можно получать, не прибегая к использованию стекловолокна или других менее желательных облицовочных покрытий, отличных от бумаги. Одно из улучшений также заключается в обеспечении большего количества биоцида в листовом бумажном покрытии, которое представляет собой слой бумаги, расположенный в непосредственной близости с поверхностью гипсовой панели, где наиболее вероятно возникновение проблемы нарушения внешнего вида, вызванного плесенью, плесневыми грибами или грибком.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предложена биоцидная проклеивающая эмульсия, в которой одну фазу составляют агент для проклейки бумаги в массе и биоцидный эмульгатор. Второй непрерывной фазой является вода. Необходимость применения другого биоцида или эмульгатора в биоцидной проклеивающей эмульсии согласно настоящему изобретению отсутствует. Биоцидную проклеивающую эмульсию можно применять для получения бумажных облицовочных материалов для гипсовых плит. Применение биоцидной проклеивающей эмульсии обеспечивает усовершенствованный способ получения, который является более эффективным и коммерчески приемлемым, а также улучшенный продукт, содержащий биоцидный эмульгатор, который лучше удерживается в продукте, таком как бумажный облицовочный материал.

Соединения, которые в настоящем описании называют «биоцидные эмульгаторы», ограничены биоцидами, которые образуют эмульсию с веществом для проклейки бумаги в массе и входят в состав готового бумажного продукта и, таким образом, наделяют бумажный продукт противомикробными свойствами. Биоцидная добавка («биоцид») к бумаге является эффективной для снижения роста микроорганизмов на стеновых панелях и их облицовочных слоях. Термины микроб, бактерия, плесень, плесневый гриб и грибок, которые используют взаимозаменяемо, относятся к множеству микроорганизмов, рост которых возможен на указанных поверхностях.

Предпочтительными агентам для проклейки в массе являются алкенилянтарный ангидрид («АЯА») и алкилкетеновый димер («АКД»). АЯА, используемый для проклейки в массе, представляет собой маслянистую жидкость при комнатной температуре. Его хранят в местах без доступа влаги, поскольку он является очень нестабильным. АЯА взаимодействует с водой или парами воды, гидролизуется, и его применение в качестве агента для проклейки в массе становится невозможным. Одним из примеров проклеивающего АЯА, который является эффективным в настоящем изобретении, является Bubond 650 (Buckman Laboratories, Memphis, TN). Кроме того, Prequel® 1000/Prequel® 630 (Ashland Hercules, Wilmington, DE) и Nalco® 7548/Nalco® 7540 (Nalco, Naperville, IL) являются дополнительными примерами проклеивающего АЯА.

В одном из вариантов реализации биоцидную проклеивающую эмульсию, содержащую вещество для проклейки бумаги в массе, получают с применением биоцидного эмульгатора и воды. Предпочтительно, получают эмульсию АЯА, используемого для проклейки бумаги в массе, и биоцидного эмульгатора, который представляет собой не содержащее крахмал катионное четвертичное аммонийное соединение. Более конкретно, четвертичными аммонийными соединениями, подходящими для указанной биоцидной проклеивающей эмульсии, являются хлорид алкилдиметилбензиламмония (ADBAC), хлорид алкилдиметилэтилбензиламмония (ЕВС), хлорид диалкилдиметиламмония, хлорид дидецилдиметиламмония и их комбинации. В другом варианте реализации не содержащий крахмал катионный биоцид представляет собой одно соединение или комбинацию соединений, выбранных из хлорида деквалиния, хлорида дидецилдиметилфосфония, дидодецилэтилизобутилфосфония,

дигексилдецилэтилизбутилфосфония, длинноцепочечного алкиламина, гуанидина, бис(3-аминопропил)додециламина, полиаминопропилбигуанида или йодпропинилбутилкарбамата. Если один из указанных биоцидных эмульгаторов выбран для образования эмульсии с веществом для проклейки бумаги в массе, то применение дополнительных эмульгаторов не требуется. Полимеры, поверхностно активные вещества, крахмалы и другие известные соединения, используемые для эмульгации или стабилизации АЯА и АКД, можно не применять.

Эмульгация вещества для проклейки в массе обеспечивает получение небольших капель, которые позволяют добиваться эффективного связывания проклеивающего вещества и волокон бумажной массы. АЯА, используемый для проклейки, представляет собой гидрофобную маслянистую жидкость, которая в обычных условиях содержит 100% твердых частиц. Биоцидный эмульгатор, как правило, содержит от 20 до 80% твердых частиц, и сначала его разбавляют исходной водой в статическом смесителе. Количество исходной воды, применяемой для разбавления биоцидного эмульгатора, составляет примерно 10% от общего количества технической воды, требуемого для эмульгации биоцида, содержащего 40% твердых частиц. В случае биоцидного эмульгатора, содержащего менее 40% твердых частиц, может требоваться незначительное количество воды, или применение воды может не требоваться вовсе. Поток разбавленного биоцидного эмульгатора объединяют с потоком АЯА, содержащего 100% твердых частиц, и полученный раствор прокачивают через турбинный насос с разностью давлений, составляющей 200-230 psi, для получения биоцидной проклеивающей эмульсии. Размер капель биоцидной проклеивающей эмульсии находится в диапазоне от 0,5 микрон до 1,5 микрон в диаметре. Поток биоцидной проклеивающей эмульсии дополнительно разбавляют вторичной водой. Содержание твердых частиц в эмульсии АЯА можно изменять до достижения концентрации, составляющей примерно 1%, после чего эмульсию закачивают с массу для получения бумаги. В зависимости от рабочих параметров конечную концентрацию АЯА в эмульсии можно изменять до уровня, составляющего менее или более 1%; но так как количество воды, используемой для эмульгации, отдельно определяется для конкретной бумагоделательной машины, то необходимость изменения концентрации отсутствует.

Количество биоцидного эмульгатора, применяемого в биоцидной проклеивающей эмульсии, напрямую связано с количеством биоцида, требуемым для борьбы с ростом микроорганизмов, и количеством, требуемым для эмульгации проклеивающего вещества. Бумаги с различным составом получают для применения в различных средах, таким образом, количество, требуемое для борьбы с микроорганизмами, может повышаться или снижаться в зависимости от возможного доступа питательных веществ, влаги, и прочих факторов, достаточных для ускорения роста микроорганизмов. Аналогично, различные количества эмульгатора в зависимости от качества проклеивающего вещества могут требоваться для достижения достаточной защиты получаемой бумаги от жидких сред. Указанную приемлемую дозировку или концентрацию биоцидного эмульгатора затем применяют для получения эмульсии АЯА, после чего проводят проверку размера частиц, пенообразования и стабильности эмульсии.

Дозировку проклеивающего вещества определяют путем оценки влагостойкости, необходимой для конкретного класса или типа бумаги. В целом, указанные классы имеют более высокую влагостойкость, так как требования для указанных классов включают устойчивость к плесени и влагостойкость. Соотношение вещества для проклейки в массе, также известного как проклеивающий агент, и биоцидного эмульгатора предпочтительно составляет одну часть проклеивающего вещества на одну часть биоцидного эмульгатора. Соотношение проклеивающего вещества и биоцидного эмульгатора может находиться в диапазоне от 1:1 до 1:0,5. Количество проклеивающего вещества может быть различным, но, как правило, составляет от 2 фунтов/тонну до 20 фунтов/тонну (от 0,9 кг/тонну до 9 кг/тонну) бумаги после воздушной сушки; чаще от 5 фунтов/тонну до 10 фунтов/тонну (от 2,2 кг/тонну до 4,5 кг/тонну). Например, в 5000 ppm проклеивающей эмульсии АЯА содержится 41,2% биоцидного эмульгатора или 2060 ppm, а оставшуюся часть материала составляет проклеивающий агент АЯА.

Ниже в Примере 2 показан способ выбора концентрации биоцидного эмульгатора. Например, при использовании 2060 ppm биоцидного эмульгатора, описанного выше, рост плесени после обработки стандартного 1% КМЦ раствора смесью, содержащей 0,25% проклеивающего АЯА, не должен наблюдаться.

Подразумевается, что АКД, используемый для проклейки в массе, является альтернативной и подходящей заменой АЯА в биоцидной проклеивающей эмульсии согласно настоящему изобретению. Биоцидные проклеивающие эмульсии АКД можно получать на целлюлозно-бумажных комбинатах или на заводах по производству гипсовых панелей, что, таким образом, приводит к снижению затрат на транспортировку получаемой предварительно эмульсии АКД и большого количества воды, необходимого для ее получения. Кроме того, подразумевается, что поверхностно активное вещество или полимер можно применять совместно с биоцидной проклеивающей эмульсией согласно настоящему изобретению. Один из вариантов реализации включает применение неароматического поверхностно активного вещества или полимера в биоцидной проклеивающей эмульсии.

Эмульгацию АЯА или АКД, используемых в качестве проклеивающего агента, с применением биоцидного эмульгатора проводят при помощи известных способов эмульгации. Проведение изменений стандартного оборудования не требуется, но незначительные изменения расхода компонентов или противодавления в турбине можно производить для получения биоцидной проклеивающей эмульсии подходящего качества, т.е. эмульсии, имеющей подходящий размер и распределение частиц, а также стабильность.

Описан примерный способ, применяемый для эмульгации проклеивающего агента АЯА в лаборатории. Сначала взвешивают чашу мини-смесителя Senco и в чашу добавляют 1 грамм проклеивающего агента АЯА. Затем в чашу, содержащую проклеивающий агент АЯА, добавляют 0,7 грамма биоцидного эмульгатора и количество воды, необходимое для получения 100 граммов биоцидной проклеивающей эмульсии, содержащей два вышеуказанных ингредиента. Помещают чашу Senco в смеситель и включают смеситель на максимальную мощность в течение 90 секунд. В результате получают 100 граммов готового проклеивающего агента АЯА для обработки разбавленной суспензии целлюлозных волокон. При необходимости относительное содержание эмульгатора можно изменять в зависимости от содержания твердых частиц и качества эмульсии.

В другом варианте реализации получают многослойную проклеенную бумагу. В этом случае можно применять две секции эмульгации для минимизации простоя оборудования при производстве бумаги. Один или более слоев бумаги получают путем смешения с биоцидным эмульгатором и проклеивающим веществом для предотвращения роста плесени, а второй эмульгатор можно применять для получения проклеенной бумаги при помощи традиционных способов эмульгации. Это снижает затраты на проклейку и позволяет проводить обработку биоцидом только внешних слоев бумаги, которые подвержены воздействию спор плесени. Биоцидную проклеивающую эмульсию можно добавлять в бумажную массу путем введения с приточной стороны смесительного насоса, но можно добавлять и со стороны нагнетания насоса.

При выборе биоцидного эмульгатора для способа получения бумаги используют те же критерии, что и в случае выбора биоцидного эмульгатора для биоцидной проклеивающей эмульсии. Существует баланс между количеством добавляемой воды и итоговым разбавлением в бумагоделательной машине. При добавлении большего количества воды проклеивающее вещество лучше диспергируется в объеме, и его распределение становится более однородным. Тем не менее, добавление дополнительного количества воды приводит к дополнительному удорожанию, так как воду, как правило, умягчают. Это может приводить к изменениям водного баланса в способе получения бумаги, и вызывать необходимость сброса некоторого количества отработанной воды в виде отходов.

Биоцидную проклеивающую эмульсию с содержанием твердых частиц, составляющим 1%, хранят в небольшом резервуаре, который обновляют каждые 30-60 минут для минимизации гидролиза. Проклеивающее вещество закачивают в смесительный насос при помощи центрифуги при низком давлении, составляющем от 20 до 25 psi. Добавление раствора проклеивающего вещества в бумажную массу с учетом вязкости, расхода волокон и процентного содержания твердых частиц, а также расхода разбавленного проклеивающего вещества в способе получения бумаги можно проводить на любой традиционной бумагоделательной машине. Часто получают бумажные облицовочные материалы, состоящие из нескольких пластов или слоев. Иногда применяют не более двух слоев. В других случаях применяют семь слоев или более. Добавки к бумаге или проклеивающему веществу можно вводить в бумажную массу через напорный ящик или до поступления смеси в рафинер, но, как правило, добавки вводят в смесительный насос, который подает разбавленную массу в напорный ящик.

В другом варианте реализации настоящего изобретения применяют вышеописанную эмульсию и бумагу в способе получения устойчивых к плесени гипсовых панелей, который включает выбор биоцидного эмульгатора, эмульгацию АЯА или АКД, используемых в качестве агентов для проклейки в массе, с биоцидным эмульгатором для получения биоцидной проклеивающей эмульсии, добавление биоцидной проклеивающей эмульсии в бумажную массу, которую перерабатывают с образованием бумажного облицовочного материала, после чего наносят суспензию гипса, которая схватывается с образованием гипсовой панели или плиты. Получение бумажных облицовочных материалов часто является частью процесса производства гипсовых плит, осуществляемого производителями гипсовых плит.

Получение суспензии полугидрата сульфата кальция и воды проводят в соответствии с традиционными способами получения суспензий гипса. Полугидрат сульфата кальция и воду, количество которой превышает требуемое для регидратации полугидрата сульфата кальция, смешивают в форме текучей суспензии. Добавки, такие как крахмал, пена, ускоритель, диспергирующий агент и т.д., рассматривают как часть суспензии гипса. Отрицательные или желаемые взаимодействия добавок и биоцидного бумажного облицовочного материала отсутствуют.

Противомикробный бумажный облицовочный материал, который получают из бумажной массы, улучшенной с применением биоцидной проклеивающей эмульсии, помещают на формовочный стол, расположенный на ленте конвейера. Суспензию гипса непрерывно наносят на облицовочный материал. После того, как бумага и суспензия пересекают конвейер, второй бумажный облицовочный материал можно наносить на верхнюю поверхность суспензии гипса перед ее схватыванием. Схватывание суспензии гипса включает экзотермическую реакцию, в результате которой вода захватывается полугидратом сульфата кальция, и образуются кристаллы гипса. По мере прохождения кристаллизации суспензия становится более твердой. Протекание схватывания определяют по повышению температуры суспензии. На заводе по производству гипсовых панелей подходящим вариантом является измерение температуры материала, проходящего по конвейеру, в том месте, где материал разрезают ножом на фрагменты плит желаемого размера. Готовая гипсовая плита является устойчивой к действию микроорганизмов за счет содержания по меньшей мере одного противомикробного бумажного облицовочного покрытия. Подразумевается, что биоцидный эмульгатор можно добавлять в суспензию гипса, и, таким образом, он также может присутствовать в гипсовом среднем слое.

Следует понимать, что приведенные ниже примеры дополнительно раскрывают и иллюстрируют изобретение. Примеры не ограничивают объем изобретения.

ПРИМЕР 1

В лаборатории листы бумаги ручного отлива получали с применением различных эмульсий для проклейки в массе. Листы обладали превосходной влагостойкостью, а также хорошей устойчивостью к росту микроорганизмов. Проклеивающие эмульсии для бумажных листов получали с применением проклеивающего агента АЯА NALCO® 7540, произведенного в Naperville, IL. Проклеивающее вещество объединяли с каждым из противомикробных компонентов, приведенных в Таблицах I и II с массовым соотношением проклеивающего агента АЯА и биоцидного эмульгатора, составляющим 10:1.

В качестве биоцидных эмульгаторов применяли четвертичные хлориды аммония, которые получали в Mason Chemical Company, Joliet, IL. MAQUAT® MC1416 и MAQUAT® MCI412 оба содержали 80% активного хлорида алкилдиметилбензиламмония (ADBAC). MAQUAT® MQ2525 содержали 80% активной комбинации хлорида алкилдиметилбензиламмония и хлорида алкилдиметилэтилбензиламмония. MAQUAT® MQ624M получали с 80% содержанием активного биоцидного эмульгатора, но разбавляли и применяли в лаборатории в виде активной комбинации с 45% содержанием хлорида алкилдиметилбензиламмония и хлорида диалкилдиметиламмония. MAQUAT® 4480Е, хлорид дидецилдиметиламмония, разбавляли аналогично и снижали содержание активного соединения от 80% до 45%.

Четырехграммовые двухслойные листы ручного отлива получали в лаборатории при помощи способа, в котором применяли листовую форму для ручного отлива, разработанную в Британской лаборатории. Массу, содержащую 100% отработанной картонной тары («ОКК»), измельчали с получением волокнистой массы. Биоцидные проклеивающие эмульсии АЯА в различных биоцидах, показанных в Таблице 1, получали путем добавления в водный раствор биоцидного эмульгатора проклеивающего вещества в соответствии с лабораторным способом эмульгации АЯА, приведенным выше, для получения капель эмульгированного АЯА подходящего размера. Полученную водную биоцидную проклеивающую эмульсию дополнительно разбавляли водой до достижения содержания разбавленного проклеивающего агента АЯА и биоцидного эмульгатора, составляющего 1% или менее. Суспензию, содержащую бумажную массу, воду и эмульгированное проклеивающее вещество затем прессовали на прокатном прессе Adirondack при 20 psi, полученные листы сушили в лабораторном сушильном барабане при 240°F (115°С) в течение 2,5 минут.

Затем исследовали влагостойкость и устойчивость к плесени полученных листов ручного отлива. Исследования влагостойкости включали тест Кобба с использованием стандартной процедуры TAPPI Т441, описание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки, и исследование по методу «лодки в кипящей воде» (Boiling Boat), в котором измеряют время (не более 1000 секунд), требуемое для намокания 50% бумажного листа в кипящей воде. Тест Кобба проводили при 120°F (49°С) в течение 3 минут.

В исследовании по методу «лодки в кипящей воде» изучали плавание листа бумаги по кипящей воде для определения уровня водонепроницаемости. Образцы бумаги получали путем разрезания бумаги на листы размером 12″×12″ (30×30 см), которые исследовали далее. Образец бумаги помещали приклеиваемой стороной (приклеиваемая сторона представляет собой сторону, которую присоединяют к гипсовой панели) вниз на плоскую поверхность. 6″×6″ прижим или твердый плоский объект помещали точно в центр листа бумаги. При помощи прижима делали загибы вдоль каждой его грани и по углам листа и получали из листа бумаги трехмерную похожую на лодку структуру. Один угол образца бумаги загибали и соединяли с соседней стороной, после чего закрепляли скрепками. Для закрепления каждого угла использовали две скрепки. Указанную процедуру загибания и скрепления при помощи скрепок повторяли для каждой стороны для получения и сохранения формы бумажной лодки. 4′×4′ (120×120 см) резиновый штамп применяли для нанесения сетки в центре (или как можно ближе к центру) дна бумажной лодки.

Квадратную кювету из алюминия или нержавеющей стали со стороной основания 10″ (25 см) и глубиной 3″ (7,5 см) помещали на плитку со стороной, составляющей по меньшей мере 10″ (25 см). Кювету заполняли примерно на 2/3 водой, в воду помещали термометр и тумблер плитки переводили в положение «максимальный нагрев». Когда температура воды достигала 97°С±3°С бумажную лодку помещали в воду и запускали секундомер. Намокание бумаги или части бумаги определяли по потемнению влажной области. При помощи мерной сетки измеряли площадь потемневшей части дна лодки через 5 и 15 минут при условии, что намокание бумаги не достигало 50%. Исследование прекращали после достижения 50% намокания (12-13 квадратов сетки) или через 15 минут (1000 секунд).

Для измерения намокания дна лодки подсчитывали число намокших квадратов сетки. Значения округляли до ¼ квадрата. Число квадратов умножали на 4 для определения намокания в процентах.

В Таблице I показаны результаты теста Кобба и исследования по методу лодки в кипящей воде, свидетельствующие об эффективности применения проклеивающего агента АЯА в различных биоцидных проклеивающих эмульсиях. Обе группы результатов исследований свидетельствуют об очень хорошей проклейке бумаги. В образцы, обозначенные буквенным и числовым кодами от В1 до F3, полимер не добавляли. Образец А был контрольным и не содержал биоцидный эмульгатор, его получали с применением АЯА для проклейки в массе и полимерного эмульгатора (NALCO® 7541).

В Таблице II показаны результаты теста Кобба и исследования по методу лодки в кипящей воде, свидетельствующие об эффективности применения проклеивающего агента АЯА в эмульсиях, содержащих полимер NALCO® 7541. Сравнение результатов теста Кобба и исследования по методу лодки в кипящей воде указывает на очень хорошую проклейку все образцов. Этот вывод подтверждается тем фактом, что для намокания 50% бумаги в исследовании по методу лодки в кипящей воде требовалось более 1000 секунд (17 минут). Результаты теста Кобба также были очень хорошими. Неожиданным был тот факт, что АЯА, применяемый в качестве агента для проклейки в массе, имел примерно равную эффективность при эмульгации с биоцидным эмульгатором и при эмульгации с полимером в соответствии с общепринятой практикой.

Все образцы, А-Н3, показанные в Таблицах I и II, а также другой контрольный образец также исследовали при помощи модифицированного теста по определению воздействия грибка на внешний вид в соответствии с ASTM G21. При помощи контрольного образца подтверждали, что в исследовании происходит рост плесени, и поведение проклеенных образцов является схожим с контрольным образцом. Два бумажных образца с площадью один квадратный дюйм (6,3 см²) вырезали из каждого листа и помещали в затвердевший агар, содержащий питательные соли, в чашку Петри таким образом, чтобы можно было исследовать каждую сторону образца бумаги. Чашку Петри с образцами бумаги инкубировали при 28-30°С при относительной влажности более 85% в течение периода времени, после чего образцы исследовали. Образцы бумаги смачивали стерильной водой, поэтому они содержали только споры плесени, попавшие из воздуха.

На 7 и 14 день исследовали переднюю и заднюю стороны образцов бумаги для определения роста микроорганизмов на поверхности. Результаты показаны в Таблице IV. Значение «0» означает отсутствие роста микроорганизмов на поверхности образца. Значение «1» соответствует 10% росту, «2» означает 11-30% рост, «3» означает 31-60% рост; а «4» соответствует росту, составляющему более 61%. Определения рейтингов образцов бумаги, приведенных в Таблице 4, показаны в Таблице III:

Кодовые обозначения образцов в Таблице IV соответствуют кодовым значениям образцов в Таблицах I и II. Образец А был контрольным. Биоцидное действие наблюдали в образцах, в которые добавляли биоцидный эмульгатор. Подразумевается, что повышение концентрации биоцидного эмульгатора улучшает противомикробные характеристики бумаги.

ПРИМЕР 2

Биоцидную проклеивающую эмульсию применяли в способе получения бумажного облицовочного материала, устойчивого к плесени, включающем выбор биоцидного эмульгатора. Одним из способов выбора концентрации одного биоцидного эмульгатора или смеси нескольких эмульгаторов являлось проведении последовательного разбавления компонентов перед эмульгацией АЯА или обработкой бумаги. Карбоксиметилцеллюлозу («КМЦ») со средней или низкой молекулярной массой, стабилизатор эмульсии, в 1% концентрации и проклеивающий агент АЯА в 0,25% концентрации перемешивали в химическом стакане в качестве стандартного раствора. Пять миллилитров полученного стандартного раствора при помощи пипетки переносили в восемь различных стерильных пробирок для исследования. Исследуемый биоцидный эмульгатор разбавляли с получением 2,5% раствора. См. Таблицу V.

1 мл аликвоту помещали в чашку Петри и исследовали через 3, 5 или 7 дней. Подсчитывали число колоний плесени в каждой чашке Петри для определения числа колоний грибков при наименьшей концентрации биоцидного эмульгатора. После завершения указанных исследований получали стандартный лист ручного отлива с применением биоцида для эмульгации проклеивающего агента АЯА. Оценивали характеристики проклейки, определяли свойства бумаги и проводили тест на действие грибка на бумагу в соответствии с ASTM G21.

Подразумевается, что более высокие количества биоцидного эмульгатора приводят к улучшению устойчивости к микроорганизмам и не снижают проклеивающие или другие свойства бумажного продукта.

Несмотря на то, что показаны и описаны конкретные варианты реализации эмульгации проклеивающего вещества с применением биоцида, биоцидного бумажного облицовочного материала и биоцидной гипсовой панели, специалистам в данной области техники будет очевидным, что можно проводить изменения и модификации, не выходя за рамки более широких аспектов изобретения, предложенных в приведенной формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к эмульсии агента для проклейки бумаги в массе и биоцидного эмульгатора, такого как катионные не содержащие крахмал четвертичные аммонийные соединения, которую вводят в бумажную массу для получения противомикробной бумаги. Противомикробная бумага является подходящим облицовочным материалом для гипсовых панелей. Технический результат заключается в улучшении противомикробных характеристик бумаги. Биоцидная проклеивающая эмульсия содержит агент для проклейки в массе и биоцидный эмульгатор, причем агент для проклейки в массе и биоцидный эмульгатор эмульгированы в воде, при этом биоцидный эмульгатор представляет собой не содержащее крахмал четвертичное соединение аммония. 7 з.п. ф-лы, 5 табл.

Формула