Akd組合物以及紙和紙板的生產的製作方法

2023-11-03 02:35:17

Akd組合物以及紙和紙板的生產的製作方法
【專利摘要】可通過使纖維素懸浮液的料流流經剪切裝置而獲得的AKD纖維素組合物，其中在所述剪切裝置之中或之前將熔融的烷基烯酮二聚物(AKD)計量添加至所述纖維素懸浮液的料流中。所述AKD纖維素組合物特別適於生產施膠紙和紙板。
【專利說明】AKD組合物以及紙和紙板的生產
[0001]本發明涉及一種使用烷基烯酮二聚物(AKD)製備經施膠的紙或紙板的方法。本發明還涉及一種新型AKD組合物。
[0002]已知將反應性施膠劑如烷基烯酮二聚物用於對紙施膠的目的。烷基烯酮二聚物是非常有效的反應性施膠劑，然而其是疏水性的且通常在環境溫度如25°C下為固體。因此，必須將烷基烯酮二聚物轉化成可用於造紙工藝中的更方便的形式使用。通常將烷基烯酮二聚物轉化成用於該目的的含水分散體形式。
[0003]DE-A-3316179描述了 AKD分散體，其包含含氮丙啶單元的聚合物和水溶性雙氰胺/甲醛縮合物。儘管後者提高了施膠發展速率(即促進劑效應)，然而其對分散體的穩定不起作用。
[0004]US-A-3, 223，544和EP-A-0353212公開了烷基二烯酮(AKD)分散體，其具有作為保護性膠體的陽離子澱粉和作為穩定劑的陰離子分散體。
[0005]W0-A-96/26318公開了 AKD分散體，其包含N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基咪唑的共聚物或基於聚氮丙啶的縮合物作為保護性膠體。由於保護性膠體的共聚或縮合，這些AKD分散體的製備非常複雜。
[0006]適於施膠的其他AKD分散體描述於德國公開專利10237911、德國公開專利10237912 和 W0-A-98/41565 中。
[0007]儘管該AKD分散體提供了用於紙的非常方便且有效的施膠劑，然而它們所具有的缺點在於它們需要通常使用保護性膠體且有時需要其他添加劑以製備穩定分散體產物的特種配製劑。
[0008]W02011/051882描述了一種在擠出機中製備微纖化纖維素(納米纖維素)的方法。所述方法需要向擠出機中添加纖維淤漿並在擠出機中對所述淤漿進行處理，從而使得所述纖維形成去纖化和微纖化的纖維素。應指出的是該方法可包括在處理過程中將至少一種改性化學品添加至擠出機中。在導至擠出機並在其中處理之前，可優選用酶對所述淤漿的纖維進行預處理。應指出的是如果纖維被疏水化(例如使用AKD)，則改性的微纖化纖維素可用於紙和板或複合材料的疏水化。其沒有指出如何實現該目的。
[0009]W02011/004300描述了一種處理纖維素纖維的方法，其包括機械預處理纖維,用酶處理所述纖維，並將所述纖維與包含鹼金屬氫氧化物的溶液混合以使所述纖維膨脹，然後機械處理所述膨脹纖維以形成微纖化纖維素。
[0010]W02011/004301描述了 一種處理纖維素纖維的方法，其包括在第一酶處理中用酶處理纖維，在第一機械處理中機械預處理纖維，在第二酶處理中用酶處理所述纖維，並在第二機械處理中機械處理所述纖維以形成微纖化纖維素。
[0011]本發明人開發了一種更方便的使用AKD對紙進行施膠的方法，其避免了使用經配製的AKD分散體。
[0012]因此，根據本發明的第一方面，我們提供了一種製備施膠紙或紙板的方法，其包括:形成第一纖維素懸浮液，任選向所述第一纖維素懸浮液中添加一種或多種造紙添加劑，然後使所述第一纖維素懸浮液在運動篩上濾水以形成紙頁，然後乾燥所述紙頁，其中使第二纖維素懸浮液料流流經剪切裝置，其中在所述剪切裝置之中或之前，將熔融的烷基烯酮二聚物(AKD)計量添加至所述第二纖維素懸浮液料流中以形成AKD纖維素組合物，然後將所述AKD纖維素組合物計量添加至所述第一纖維素懸浮液中。
[0013]所述AKD纖維素組合物為新型組合物。
[0014]因此，在本發明的第二方面中，我們提供了一種AKD纖維素組合物，其可通過如下步驟獲得:使纖維素懸浮液料流流經剪切裝置，其中在所述剪切裝置之中或之前，將熔融的烷基烯酮二聚物(AKD)計量添加至所述纖維素懸浮液料流中。在本發明的該方面中，所述纖維素懸浮液可視為本發明第一方面中所指的第二纖維素懸浮液料流。
[0015]所述剪切裝置可為任何產生顯著剪切力的合適裝置。剪切裝置通常可為混合泵或研磨裝置。
[0016]混合泵通常具有運動元件:如旋轉組件，例如葉輪；捏合組件；或運動板。混合泵還可包括靜態元件，如擋板或板，例如包含孔的板。運動元件往往非常快地運動以產生足夠的剪切。這可例如為至少5次循環/秒(5s—1)，通常為至少IOs'適當地為至少20s—1，通常為至多170s-1，至多200s-1或至多300s-1或更多。
[0017]研磨裝置包括膠體磨、錐形磨和轉子磨等。一般而言，研磨裝置往往具有相對於其他靜態元件運動的運動元件，如包含間隙、溝、槽或孔的錐形體、篩或板。所述運動元件可例如以旋轉方式運動。這些裝置往往在通過它們的液體和其他材料上產生高水平的剪切應力。所述運動元件往往兼具高 速和非常小的剪切間隙，這在加工材料上產生強烈的摩擦。所導致的摩擦和剪切通常稱為溼磨。在一種形式中，研磨裝置可包含轉子和定子，二者均為錐形且可具有一個或多個細溝、間隙、槽或孔的級。可對該定子進行調節以獲得所需的轉子和定子之間的間隙設定值。在每個級中可改變溝、間隙、槽或孔的方向以提高湍流度。運動元件往往非常快地運動以產生足夠的剪切。這可例如為至少5次循環/秒(5s—1)，通常為至少10s—1，適當地為至少20s—1，通常為至多170s—1，至多2008.1或至多3008.1或更多。
[0018]使用溼轉子磨(也稱為膠體磨)來將懸浮液中的顆粒狀固體研磨或分散至小於200 μ m(對研磨而言)，小於10 μ m(對解團聚研磨(分散)和乳化而言)的粒度。對具有研磨腔的間隙幾何形狀的膠體磨而言，機芯由具有圓形和圓錐形的轉子和定子構成，從而導致環形間隙幾何形狀。通過轉子和定子彼此相對的軸向調節，間隙寬度可在50μπ?至10mm、100 μ m至IOmm或500 μ m至5mm之間變化。由於轉子的旋轉具有通常為l-lOOm/s或10-50m/s的尖端速度，因此在液體或懸浮液中產生高梯度剪切場。所述懸浮液流經研磨腔，且顆粒或附聚物分別在停留期間由於與研磨軌跡的碰撞(研磨)或在剪切場中(分散)而受力並研磨或分散。具有間隙幾何形狀的溼轉子磨產生一定的泵送功率，然而如果需要巨大的輸送高度或高物料通過量，則必須由泵支持。其可以以環行(circuit)或通過運行模式(pass operation mode)運行。
[0019]優選的剪切裝置包括反應混合泵或溼轉子磨。
[0020]優選應將熔融的AKD直接添加至剪切裝置中。所述纖維素懸浮液和熔融的AKD應在剪切裝置中停留所需量的時間(停留時間)。在該停留時間期間，應形成AKD纖維素組合物。在剪切裝置中的停留時間可例如為至少I秒。通常為至少5秒，有時為至少10秒。其可為至多30秒或更長或者其可為至多15秒或至多20秒。
[0021]在某些情況下，其可為至少20秒，例如至少I分鐘，通常可為數小時，例如至多10小時或更長。合適的停留時間可為至少5分鐘，適當地為至少10分鐘，通常為至少30分鐘。在許多情況下，其可為至少I小時。停留時間通常為至多8小時，理想地少於該時間。
[0022]在造紙期間，纖維素懸浮液往往通過通常將一種或多種纖維素材料與其他添加劑混合，從而在水中形成懸浮液而製備。所述纖維素材料通常可包括原木纖維如硬木和/或軟木。還可包括例如獲自廢紙的回收纖維。根據本發明，措辭第一纖維素懸浮液應包括所有用於造紙工藝溼部中的纖維素懸浮液。
[0023]用於製備本發明AKD纖維素組合物的纖維素懸浮液可通過常規方法例如由木材或其他原料製備。可使用脫墨廢紙或紙板來提供其中的一些。例如，可將木材去皮，然後經歷研磨、化學或熱製漿技術，以製備例如機械漿、熱法機械漿或化學漿。所述纖維可為漂白的，例如通過使用常規漂白工藝，例如使用亞硫酸氫鎂或連二亞硫酸鎂。可將其他添加劑引入所述纖維素懸浮液中，例如螢光增白劑、增白劑、染料和/或填料。
[0024]根據本發明的方法，可在溼部中的任何方便的點將所述AKD纖維素組合物計量添加至造紙工藝的第一纖維素懸浮液中。例如，可將所述AKD纖維素組合物供入稀漿料(低稠度纖維素懸浮液)或者甚至可供入稠漿料(高稠度纖維素懸浮液)中。還可取的是在其他方便的點引入所述AKD纖維素組合物。例如，可取的是將所述AKD纖維素組合物添加至混合槽或者甚至混合漿池中。或者，可取的是將所述AKD纖維素組合物引入稀釋流漿箱的低稠度流線中。在一個優選形式中，將所述AKD纖維素組合物引入稀漿料懸浮液中。在另一優選形式中，將所述AKD纖維素組合物引入稠漿料懸浮液中。
[0025]在本發明的一個優選方面中，所述第二纖維素懸浮液料流從第一纖維素懸浮液中流出。可取的是可改變一部分第一纖維素懸浮液的方向，例如沿導管定向，從而形成第二纖維素懸浮液料流。這可適當地通過改變一部分稠漿料纖維素懸浮液或稀漿料纖維素懸浮液的方向而實現。
[0026]或者，第二纖維素懸浮液料流獨立於第一纖維素懸浮液提供。就此而言，不改變一部分第一纖維素懸浮液的方向，相反，第二纖維素懸浮液料流可通過通常由常規纖維素組分和通常用於形成纖維素懸浮液的其他漿料組分形成懸浮液而形成。
[0027]第二纖維素懸浮液料流可具有任何合適的濃度或漿料稠度。例如，其可具有與對應於第一纖維素懸浮液的稀漿料或稠漿料相同的漿料稠度。適當地，第二纖維素懸浮液料流可具有至多7 %，通常至多5 %的濃度。通常其可具有至少0.01%，例如至少0.1%，通常至少0.5%，適當地至少1%的濃度。第二纖維素懸浮液料流通常往往可具有基於懸浮液總重量為0.1-5%的懸浮固體濃度。優選所述纖維素懸浮液可具有1-4%的濃度。
[0028]第二纖維素懸浮液料流可由就第一纖維素懸浮液所述的任何纖維素漿料形成。
[0029]合適的烷基烯酮二聚物(AKD)實例為十四烷基雙烯酮、硬脂基雙烯酮、月桂基雙烯酮、棕櫚基雙烯酮、油基雙烯酮、山嵛基雙烯酮或其混合物。具有不同烷基的烷基雙烯酮如硬脂基棕櫚基雙烯酮、山嵛基硬脂基雙烯酮、山嵛基油基雙烯酮或棕櫚基山嵛基雙烯酮也是合適的。優選使用硬脂基雙烯酮、棕櫚基雙烯酮、山嵛基雙烯酮或者山嵛基雙烯酮和硬脂基雙烯酮的混合物。
[0030]熔融的AKD通常基本上為純淨的或者為純AKD。藉此我們意指所述AKD基本上不含稀釋劑，且一般由至少90% AKD，常常至少95% AKD，通常至少99%或者甚至100% AKD構成。[0031]應引入第二纖維素懸浮液料流中且因此存在於所述AKD纖維素組合物中的AKD量應通常為至少lOOOppm，基於纖維素懸浮液的乾重量。在某些情況下，這可多達40%或更多。這通常為至少I %，常常為至少5 %。AKD的量通常可為至少10 %，有時為至少15 %。適當地，AKD的量可為20-30%，基於纖維素懸浮液的乾重量。在本發明的造紙工藝中，引入第一纖維素懸浮液中的AKD纖維素組合物的合適劑量應足以提供0.001-10%,例如0.01-5%(基於最終漿料或紙的總乾重)的AKD劑量。
[0032]適當地，熔融的AKD應通過將所述AKD加熱至高於其熔點的溫度而形成。通常這可為至少40°C的溫度，更通常為至少50°C或者甚至至少60°C的溫度。在某些情況下，使AKD處於至多100°C或者通常至多90°C的溫度下。
[0033]還可取的是在添加熔融的AKD之前，將第二纖維素懸浮液料流加熱至高於AKD熔點的溫度以防止AKD的任何過早固化。合適的溫度包括上文就加熱AKD所述的那些。
[0034]在本發明的優選方面中，所述AKD纖維素組合物包含納米纖維素和/或微纖化纖維素。據認為在熔融AKD的存在下，所述剪切裝置對纖維素懸浮液的作用導致納米纖維素和/或微纖化纖維素的形成。優選所述AKD纖維素組合物包含與所述納米纖維素和/或微纖化纖維素緊密結合的AKD。藉此我們意指AKD可與納米纖維素和/或微纖化纖維素緊密接近。例如，所述AKD可與納米纖維素和/或微纖化纖維素纖維實質接觸或更通常地實際接觸。AKD可至少部分塗覆所述納米纖維素和/或微纖化纖維素纖維的一部分。
[0035]適當地，本發明的AKD纖維素組合物作為與分散遍及於水相中的AKD纖維素組合物的含水懸浮液形成。可將該含水組合物方便地用於引入其他水基或液體基體系中。優選地，根據本發明的第一方面，可在造紙工藝的溼部中將AKD纖維素組合物的含水懸浮液計量添加至第一纖維素懸浮液中。
[0036]本發明人出人意料地發現在造紙工藝中引入AKD纖維素組合物提供了可接受的施膠特性。因此，我們請求保護所述AKD纖維素組合物在對紙或紙產品進行施膠中的用途。
[0037]本發明人還發現所述AKD纖維素組合物可形成固體層，優選作為膜。這可通過將所述AKD纖維素組合物引入合適表面上或合適的可澆鑄固體層的模具中。合適的物質包括玻璃或金屬表面。
[0038]AKD纖維素組合物的固體層可適當地具有任何長度或寬度，例如從數毫米，例如至少IOmm或者至少50mm至數米,例如至多Im或至少IOm或更長。如果製成卷,則固體層可甚至具有更長的長度，例如至多數百米，例如至多500m或更長。AKD纖維素組合物的固體層通常可具有至少數微米的厚度，通常為至少50 μ m,常常為至少100 μ m。所述層通常具有至少500 μ m或者甚至至少700 μ m或至少800 μ m的厚度。其可具有數毫米或更大的厚度，例如至多IOmm,但常常不超過5mm,通常不超過2或3mm。
[0039]該AKD纖維素組合物層可用於各種應用場合，包括塗覆應用，例如紙張塗覆、包裝、絕緣體以及其中需要兼具疏水和生物衍生表面的應用場合。
[0040]下文實施例闡述了本發明，並非意欲以任何方式限制本發明。
實施例
[0041 ] 實施例1一製備AKD纖維素組合物
[0042]形成衍生自漂白硫酸鹽法紙漿的纖維素懸浮液，其包含分散於水中的3.7重量％濃度纖維素纖維。將所述纖維素懸浮液(680g)與熔融的AKD (6g，Basoplast A20)合併，並將所述混合物在反應混合泵(RMP)中剪切2小時(試樣I)和5小時(試樣2)。試樣I的掃描電子顯微鏡(SEM)照片示於圖1中，試樣2示於圖2中。
[0043]實施例2—製備AKD纖維素懸浮液膜
[0044]使用流延刀由兩種AKD纖維素懸浮液試樣(試樣I和2)在玻璃表面上澆鑄膜。所述膜具有1200 μ m厚度。使所述膜在室溫下乾燥整夜並容易地從所述玻璃表面移除。由試樣2澆鑄的膜照片示於圖3(上側)和圖4(下側)中。由試樣2澆鑄的膜的SEM示於圖5中。
[0045]膜的疏水性通過對水的接觸角測量而測量。每隔5秒將3 μ I水置於所述膜上180秒。測量進行3次。所述膜的高疏水特性反映在達到大於100°值的高接觸角(CA)。此外，所述膜顯示出高穩定性，因為接觸角在180秒內穩定。一般而言，當獲得大於100°的接觸角時，材料被視為高度疏水的。接觸角與時間的圖示於圖6中。
[0046]實施例3—製備施膠紙的方法
[0047]由回收紙漿(100% )製備具有0.5%漿料密度和80g/m2定量的造紙漿料。將該造紙漿料的一部分供入反應混合泵(RMP)中。此外，還將熔融的AKD以4g/t的劑量(基於造紙漿料的乾重量)供入所述反應混合泵中。將造紙漿料和熔融AKD的混合物剪切至多10分鐘以形成AKD纖維素組合物。然後將該AKD纖維素組合物計量添加至所述造紙漿料中以提供0.4-4 %的AKD劑量，然後在網目上形成紙頁。
[0048]施膠結果記錄於表1中。
[0049]表1
[0050]
【權利要求】
1.一種製備施膠紙或紙板的方法，其包括:形成第一纖維素懸浮液，任選向所述第一纖維素懸浮液中添加一種或多種造紙添加劑，然後使所述第一纖維素懸浮液在運動篩上濾水以形成紙頁，然後乾燥所述紙頁， 其中使第二纖維素懸浮液料流流經剪切裝置，其中在所述剪切裝置之中或之前，將熔融的烷基烯酮二聚物(AKD)計量添加至所述第二纖維素懸浮液料流中以形成AKD纖維素組合物，然後將所述AKD纖維素組合物計量添加至所述第一纖維素懸浮液中。
2.根據權利要求1的方法，其中所述剪切裝置為混合泵，優選為反應混合泵或溼轉子磨。
3.根據權利要求1或2的方法，其中將所述AKD纖維素組合物計量添加至稀漿料纖維素懸浮液中。
4.根據權利要求1-3中任一項的方法，其中所述第二纖維素懸浮液料流從所述第一纖維素懸浮液中流出。
5.根據權利要求1-3中任一項的方法，其中所述第二纖維素懸浮液料流與所述第一纖維素懸浮液獨立地提供。
6.根據權利要求1-5中任一項的方法，其中所述第二纖維素懸浮液料流具有基於懸浮液總重量為0.1-5%的懸浮固體濃度。
7.根據權利要求1-6中任一項的方法，其中將所述AKD加熱至高於熔點的溫度以形成熔融的AKD。
8.根據權利要求1-7中任一項的方法，其中所述AKD纖維素組合物包含納米纖維素和/或微纖化纖維素的含水懸浮液以及與所述納米纖維素和/或微纖化纖維素緊密結合的AKD。
9.一種可通過使纖維素懸浮液的料流流經剪切裝置而獲得的AKD纖維素組合物，其中在所述剪切裝置之中或之前，將熔融的烷基烯酮二聚物(AKD)計量添加至所述纖維素懸浮液的料流中。
10.根據權利要求9的組合物，其包含納米纖維素和/或微纖化纖維素的含水懸浮液以及與所述納米纖維素和/或微纖化纖維素緊密結合的AKD。
11.根據權利要求9或10的組合物，其呈固體層形式，優選呈膜形式。
12.根據權利要求9-11中任一項的組合物在對紙施膠中的用途。
【文檔編號】D21H17/17GK103930618SQ201280054840
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月12日 優先權日:2011年11月14日
【發明者】A·金德勒, M·格蘭斯特羅姆, H·科勒納, H·克恩 申請人:巴斯夫歐洲公司