CN106812019A - 剥离助剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于造纸工艺、特别是纸张起皱工艺的包含丁二酸酐衍生物的剥离助剂，一种新型的使纸幅起皱的方法以及丁二酸酐衍生物用于造纸工艺中使纸幅起皱的用途。

Description

剥离助剂

技术领域

本发明涉及用于造纸工艺、特别是纸张起皱工艺的包含丁二酸酐衍生物的剥离助剂，一种新型的使纸幅起皱的方法以及丁二酸酐衍生物用于造纸工艺中使纸幅起皱的用途。

背景技术

在造纸工艺中，例如为了制造一些湿法纸产品如面巾纸、卫生纸或纸巾等，通常要将纸幅进行起皱处理以获得理想的性能如柔软度、松散度、拉伸强度和吸收率等。起皱工艺包括将纸幅贴附到旋转的起皱设备上，例如可以将纸张转移到杨克式烘缸，随后通过例如刮刀对贴附的纸幅进行起皱并从缸体上移除。为了有助于纸幅从烘缸上均匀脱离，需要将剥离助剂喷涂到烘缸上。这些剥离助剂能够有助于薄纸张均匀脱离，同时还有润滑和保护叶片免受过度的磨损的作用。

因此，在造纸工艺中广泛使用剥离助剂，尤其是油基的剥离助剂。传统的油基剥离助剂包含烃油或天然油作为主要组分。烃油通常来自石油蒸馏工艺并具有不同的纯度，而天然油则来源于植物油如大豆油、玉米油、橄榄油等。通过选择不同等级和来源的油品并结合合适的表面活性剂组分，可以配制得到具有不同脱离性能的油基剥离助剂。

但是近年来，随着全球原油价格的不断走高，油基剥离助剂的成本随之大幅增加，这是目前油基剥离助剂的发展所面临的最大挑战之一。另外，由于石油基油类的疏水本性，在最终薄纸或纸巾产品中的油可能会引起其吸收率的下降，即最终纸产品的吸收水或水性溶液的能力下降。因此，目前的研发人员大力致力于对现有的油基剥离助剂进行配方优化。一方面对于现有剥离助剂产品的主要组分如油和表面活性剂寻求更为合适的原材料。另一方面人们也试图对现有配方进行调整以进一步降低成本。

在CN 101184799 A中公开了包括一种或多种(聚)C₅-C₂₀α-烯烃和一种或多种表面活性剂的剥离助剂。该剥离助剂中使用合成油PAO来改善造纸应用的有效性和效率，并且通过其提供了薄纸张与空气穿透干燥(TAD)织物的隔离。作为表面活性剂提到了脂肪酸、烷氧基化醇、烷氧基化脂肪酸、蔗糖和葡萄糖酯及衍生物、聚乙二醇及其混合物。

另外，在造纸工艺中也通过改变剥离助剂的组成配方而开发有一些非油基的剥离助剂产品。例如，WO 01/74581 A1中提供了一种用于起皱过程的、将纸幅从杨克烘缸脱离的非油基剥离助剂。该剥离助剂是具有通式R-(OC₃H₆)_y(OC₂H₄)_zOH的非油基化合物，例如烷氧基化的烷基酚、烷氧基化的脂肪酸和烷氧基化的醇等。另外该剥离助剂还可任选地包含0至20％重量的乳化性表面活性剂。

在CN 1176655 A中也公开了一种水基的基于卵磷脂的剥离助剂组合物，其含有由醇、脂肪酸或油、卵磷脂、水溶性或水分散性表面活性剂和水组成的稳定乳液。在该组合物中使用脂肪酸和油等组分作为卵磷脂的溶剂，以实现卵磷脂的良好分散。

此外，WO 2011/058086中公开了一种造纸方法，其中向加热的缸体表面施用包含C₁₆-C₂₀脂肪酸或其盐的剥离助剂。该专利文献中建议的剥离助剂包含约2至50％的C₁₆-C₂₀脂肪酸或其盐，约5至50％的醇，0至75％的油，约1至5％的表面活性剂和约1至50％的水。

发明概述

本申请的发明人意外地发现，如果将至少一种丁二酸酐衍生物用于剥离助剂配方中，则所得剥离助剂不仅具有低廉的成本，而且甚至能够带来比传统剥离助剂更好的脱离效果。本发明的剥离助剂组合物特别适合作为薄纸起皱应用中的剥离助剂，和作为织物剥离助剂以将薄纸幅从制造过程中所用的织物脱离。

因此，本发明的第一个方面在于提供一种用于纸张起皱工艺的剥离助剂，其包含含有至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分。

本发明的第二个方面在于提供一种新型的使纸幅起皱的方法。

本发明的第三个方面在于丁二酸酐衍生物用于造纸工艺中使纸幅起皱的用途。

本申请的其他方面和变型形式以及其他优点可以从以下说明书的详细描述和后附的权利要求中一目了然。

发明详述

在上下文中“薄纸幅、纸幅、纸张和纸制品”均指通过以下方法制造的纸张，所述方法包括以下步骤：形成含水的造纸配料；将该配料施涂至有孔的表面上，如施涂到长网造纸机的线网上，并通过重力或者通过真空辅助的排水操作从所述配料中除去水。在所述方法的最后步骤中，借助于TAD织物或起皱或其组合来赋予纸张合乎需求的纹理特征，并将纸张干燥。US 5944954公开了可以结合本发明的教导使用的造纸机和造纸工艺的实例，在此将其全文引入作为参考。然而应当理解，可以将本发明的剥离助剂用于其它已知的造纸工艺和其它已知的造纸机，以制造薄纸和/或纸巾产品。

薄纸幅可以包括各种类型的天然纤维和合成纤维，所述天然纤维包括化学和机械类型的木浆、植物纤维、再循环纤维，而所述合成纤维如聚丙烯。薄纸幅也可以包括颗粒填充剂，如高岭土、二氧化钛和/或碳酸钙。

在本申请上下文中，术语“组合物”由至少一种组分或成分构成，其特别包括本申请中所述的剥离助剂、浓缩液、溶液和乳液等。

除非另有说明，否则上下文的所有百分比数值、比值和比例均以重量表示。

在本申请的剥离助剂及其乳液或溶液中，包含活性成分作为主要的有效组分。所谓“活性成分”指的是在剥离助剂中决定性地承担脱离效果的成分。在现有技术中，例如在CN 1176655 A、WO0174581、CN101184799、US6562194、US8071667和JP2005076141中还提到了在剥离助剂中除了活性成分之外，还可以通常包含表面活性物质以辅助所述活性成分形成稳定的乳液或分散液。这样的表面活性物质区别于上述的活性成分，并且通常是例如脂肪酸、烷氧基化的脂肪酸、烷氧基化的醇、烷氧基化的烷基酚、油和脂肪酸的硫酸酯和磺酸酯、蔗糖和葡萄糖酯及其衍生物以及脂肪族酯、乙氧基化的脂肪族酯和甘油酯等。原则上这些文献中提到的表面活性剂及其中所提到的具体实例也适用于本发明，因此将这些文献全文引入在此作为参考。

根据本发明的第一个方面涉及一种用于纸张起皱工艺的剥离助剂，其包含含有至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分。

根据本发明的丁二酸酐衍生物选自具有如下结构式I或II的丁二酸酐衍生物及其对应的盐：

I

II

其中，R表示具有8到25个、优选10到22个、更优选15-20个碳原子的烷基或烯基，尤其是烷基。优选的丁二酸酐衍生物是丁二酸、丁二酸酐和丁二酸盐。

在一个具体的实施方式中，可以使用由如上所述的丁二酸酐衍生物与一价或二价阳离子形成的单盐或二盐，只要该盐是水溶性的。作为合适的一价或二价的阳离子可以列举诸如Na⁺、K⁺、NH₄ ⁺、Mg²⁺、Ca²⁺，优选Na⁺、K⁺和NH₄ ⁺。当丁二酸酐衍生物形成二盐时，两个羧基可以分别与相同或不同的阳离子结合，也可以与二价的阳离子结合；当丁二酸酐衍生物形成单盐时，另一个游离的羧基也可以进一步与适宜的烃基如烷基形成酯键，只要其满足水溶性的要求。例如在应用温度下，溶解度达到1g及以上。

在一个具体的实施方式中，所述丁二酸酐衍生物是丁二酸酐的盐，更优选是式II的丁二酸酐衍生物与一价阳离子如Na⁺、K⁺和NH₄ ⁺形成的单盐或二盐，特别是二盐。

优选的丁二酸酐衍生物例如有月桂基丁二酸或丁二酸酐、十五烷基丁二酸或丁二酸酐、十六烷基丁二酸或丁二酸酐、十六碳烯基丁二酸或丁二酸酐、十八烷基丁二酸或丁二酸酐、十八碳烯基丁二酸或丁二酸酐、十六烷基丁二酸二钠盐或二钾盐、十八烷基丁二酸二钠盐或二钾盐、十六碳烯基丁二酸二钠盐或二钾盐以及十八碳烯基丁二酸二钠盐或二钾盐。

根据本发明的丁二酸酐衍生物可以单独或以两种或更多种组合的方式作为活性成分用于剥离助剂中。

根据本发明的丁二酸酐衍生物可以通过本领域技术人员已知的方法和技术制备，例如可以参考《工业催化》2014年9月第22卷第9期，“CeO₂改性Ni/γ-Al₂O₃催化剂上顺酐加氢制备丁二酸酐”中记载的制备方法。

在一个实施方式中，所述剥离助剂是一种稳定的水基组合物，其包含含有如上所述的至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分、水溶性或水分散性表面活性剂和水。优选地，该水基组合物由含有如上所述的至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分、水溶性或水分散性表面活性剂和水组成。所述的水基组合物可以是稳定的水基乳液或者稳定的水基溶液。在稳定的水基溶液的情况下，除了含有至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分、水溶性或水分散性表面活性剂和水之外，还可以向组合物中加入适量的pH调节剂如NaOH等。

在另一个实施方式中，根据需要，所述剥离助剂也可以是一种稳定的浓缩液组合物，其包含含有如上所述的至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分和水溶性或水分散性表面活性剂。优选地，该浓缩液组合物由含有如上所述的至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分和水溶性或水分散性表面活性剂组成。

因此，在一个实施方式中，所述剥离助剂由所述至少一种丁二酸酐衍生物、水溶性或水分散性表面活性剂和水以及任选地pH调节剂组成。

原则上，根据本发明的剥离助剂组合物也可以根据实际需要而包含其他一些活性成分，例如白油，脂肪酸、卵磷脂、烷氧基化的烷基酚、烷氧基化的脂肪酸以及聚C₅-C₂₀的α-烯烃。应当理解，所述这些其他的活性成分是任选添加的，只要它们不影响产品的均匀性和稳定性。因此，所述丁二酸酐衍生物可以占全部活性成分重量的1-100重量％，例如1-99重量％、1-95重量％、10-95重量％、20-95重量％、35-95重量％、50-95重量％或者60-95重量％。

适用于本申请的表面活性剂是水溶性或水可分散性表面活性剂，其可以是非离子、阳离子、阴离子、两性或两性离子型的表面活性剂。可以使用的表面活性剂例如脱水山梨醇脂肪酸酯如脱水山梨醇油酸酯或脱水山梨醇单月桂酸酯，聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯如脂肪酸酯和月桂酸酯、烷氧基化的醇、其他的脂肪酸、烷氧基化的脂肪酸、烷氧基化的烷基酚、油和脂肪酸的硫酸酯和磺酸酯、蔗糖和葡萄糖酯及其衍生物以及脂肪族酯、乙氧基化的脂肪族酯和甘油酯等等。优选的，所述水溶性或水可分散性表面活性剂是非离子型表面活性剂，例如脱水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯和烷氧基化的醇等。更优选地，所述聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯可以是Tween 20、Tween 40、Tween 60和Tween80，而脱水山梨醇脂肪酸酯可以是例如Span 20、Span 40、Span 60和Span 80。此外，还可以有利地使用烷氧基化的醇，具有平均EO基团在3到15的乙氧基化的醇。例如还有脂肪醇聚氧乙烯醚。

对于根据本发明的水基剥离助剂组合物，包括乳液或溶液组合物，所述至少一种丁二酸酐衍生物与所述表面活性剂的总比例可以在按重量计1％-99％的范围内，而水则可以相应地以1％-99％的量加入。优选地，水的加入量可以为按重量计50-90％。在剥离助剂浓缩液组合物中，含有低于1％的水，优选不含水。此外，在水基剥离助剂组合物以及剥离助剂浓缩液组合物中，所述的至少一种丁二酸酐衍生物与表面活性剂的比例为按重量计1:(0.05-20)，优选1:(0.5-10)、更优选1:(0.5-5)。

水基组合物通过将水按比例加入到经预混合的含有丁二酸酐衍生物的活性成分和表面活性剂体系的混合物，如如上所述的剥离助剂浓缩液组合物中而制得，通过调整水和表面活性剂的比例可以以这样的水基组合物制得具有一定粒度范围的乳液。

通常，该水基组合物会带来更好的在热板上的涂膜质量。

此外，本发明的第二个方面在于提供一种新型的使纸幅起皱的方法,所述方法包括以下步骤：

a)将如上所述的包含含有至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分的剥离助剂施用于旋转起皱烘缸；

b)相对于所述起皱滚筒压制所述纸幅以将所述纸幅有效地粘合于所述起皱烘缸；和

c)使用刮刀从所述起皱烘缸取出所述纸幅。

在根据本发明的使纸幅起皱的方法中，一般可以在常规的湿压机(wet pressmachines)中将剥离助剂施用于起起皱烘缸。

通常将根据本发明的剥离助剂以约1mg/m²至约40mg/m²施用于起皱烘缸。在此，mg/m²指与剥离助剂施用到的滚筒表面有关的、以毫克计量的丁二酸酐衍生物/表面活性剂混合物的量。

可以通过任何适合实现该制剂均匀地施用于烘缸的方式(如喷涂)来将剥离助剂组合物施用于起皱烘缸。

为了在常规的起皱过程中施用于杨克式烘缸，例如可以于湿纸幅恰好接触烘缸之前将例如含水形式的剥离助剂喷涂到杨克式烘缸上。

在一个具体的实施方案中，连同剥离助剂一起将也为含水形式的粘合剂施用于杨克式烘缸。

适合的起皱粘合剂(也称为贴缸剂)的一个实例是水溶性的、阳离子的聚酰胺表卤代醇(PAE)树脂。PAE树脂包括表卤代醇与含有仲胺基团的长链聚酰胺的反应产物。有关PAE树脂的其他内容和另外一些可用的起皱粘合剂可以参考CN101184799A的说明书第7页第1行到第8页第10行中的内容以及其中所引用的专利文献。在此通过参考将CN101184799A以及其中所引用的专利文献的全文引入本申请中。

本发明的剥离助剂组合物还可以结合本领域施用的功能添加剂来施用，以改善薄纸或纸巾的柔软度。代表性的功能添加剂的实例包括所引入的CN101184799A的说明书第8页第3段中所列举的那些。

本发明的第三个方面在于丁二酸酐衍生物用于造纸工艺中使纸幅起皱的用途。

附图说明

图1根据本发明对比例1的不同剥离助剂在相同测试条件下的剥离效果比较。

实施例

以下通过实施例来更详细地阐述本发明，但是本发明并非局限于以下所示的实施例。

实施例中所用的试剂：

A：具有18个碳原子的烷基链的烷基丁二酸酐，十八烷基丁二酸酐

B:具有18个碳原子的烷基链的烷基丁二酸，十八烷基丁二酸

C:具有16个碳原子的烷基链的烷基丁二酸钠，十八烷基丁二酸二钠盐

D:白油

E：妥尔油脂肪酸

F：水

G：吐温-80，聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯

H:脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-5

I：48％NaOH溶液

剥离力的测试方法

剥离助剂和贴缸剂按一定比例混合后，取3-5ml铺于10cm*20cm尺寸且表面打磨光滑的铁板上。加热到100度使之成膜。

把宽度为5cm长的全棉布条浸没在水中，然后将布条铺于铁板上并压实使之粘合。

放置于105度烘箱15分钟后用拉力仪测试将布条以180度的角度从铁板上剥离的力度。力度降低的程度就体现了剥离助剂的效果大小。

实施例1

乳液形式的剥离助剂组合物

原料组成	重量％
		A	5％
E	5％
		G	10％
F	80％

将约5g A,5g E和10g G加入容器中。然后将混合物在300RPM的速度下进行搅拌直至形成均匀的液相。在搅拌条件下向混合物中缓慢加入约80g的F,最后形成均匀、稳定的浅黄色分散乳液。

实施例2

溶液形式的剥离助剂组合物

原料组成	重量％
		B	3％
C	2％
		H	15％
F	79.9％
		I	0.1％

采用约3g的B,2g的C以及约15g的H和约80g的F，在将其搅拌均匀后加入少量I，调节混合物的pH值至7.5-9.0。在搅拌一段时间后，形成为透明的浅黄色溶液。

实施例3

浓缩液形式的剥离助剂组合物

原料组成	重量％
		B	40％

D	5％
		E	5％
G	50％

将40g B,5g D,5g E和50g G加入容器中。然后将混合物在300RPM的速度下进行搅拌直至形成均匀的液相。

对比例1

不同剥离助剂的对比：

剥离助剂Nalco 64575：市售可得的常规油基剥离助剂

类似于实施例1制备20％乳液型的剥离助剂(X1)，其中A与G的比例为约1：2(5％:10％)

类似于实施例2制备20％溶液型的剥离助剂(X2)，其中(B+C)与H的比例为约1：3(5％:15％)

类似于实施例3制备的浓缩型剥离助剂(X3),其中B与(E+G)的比例为约1:1.4(40％:55％),使用前用水稀释至20％的浓度。

贴缸剂(起皱粘合剂)：

Nalco 64094：PAE型粘合剂

按照98％贴缸剂和2％上述四种剥离助剂的比例分别配制成四种混合液，用上述剥离力测试方法测得不同剥离助剂在相同测试条件下的剥离力。

剥离效果显示于图1中，其中空白样是只含有贴缸剂而不含任何剥离助剂，贴缸剂的浓度与其他对比样相同，而其他对比样中的剥离助剂的比例在此用水代替。从中可以看出，在相同的测试条件下，根据本发明的包含丁二酸酐衍生物的隔离助剂能够使得剥离力有很大程度的降低，效果更优于现有产品N64575。

Claims (12)

1.一种用于纸张起皱工艺的剥离助剂，其包含含有至少一种丁二酸酐衍生物的活性成分，

所述丁二酸酐衍生物选自具有如下结构式I或II的丁二酸酐衍生物及其对应的盐：

其中，R表示具有8到25个、优选10到22个、更优选15-20个碳原子的烷基或烯基。

2.根据权利要求1的剥离助剂，其特征在于，所述丁二酸酐衍生物是式I或II的丁二酸酐衍生物与一价或二价阳离子形成的单盐或二盐，优选二盐，其中所述的一价或二价的阳离子选自Na⁺、K⁺、NH₄ ⁺、Mg²⁺、Ca²⁺，优选Na⁺、K⁺和NH₄ ⁺。

3.根据权利要求1或2的剥离助剂，其特征在于，所述丁二酸酐衍生物选自月桂基丁二酸或丁二酸酐、十五烷基丁二酸或丁二酸酐、十六烷基丁二酸或丁二酸酐、十六碳烯基丁二酸或丁二酸酐、十八烷基丁二酸或丁二酸酐、十八碳烯基丁二酸或丁二酸酐、十六烷基丁二酸二钠盐或二钾盐、十八烷基丁二酸二钠盐或二钾盐、十六碳烯基丁二酸二钠盐或二钾盐以及十八碳烯基丁二酸二钠盐或二钾盐。

4.根据权利要求1至3任一项的剥离助剂，其特征在于，所述剥离助剂是一种稳定的水基组合物，其包含含有所述丁二酸酐衍生物的活性成分、水溶性或水分散性表面活性剂和水。

5.根据权利要求1至4任一项的剥离助剂，其特征在于，所述剥离助剂是稳定的水基乳液或者稳定的水基溶液形式，或者是浓缩液形式。

6.根据权利要求1至5任一项的剥离助剂，其特征在于，所述剥离助剂的活性成分包含其他活性物质，例如脂肪酸、卵磷脂、烷氧基化的烷基酚、烷氧基化的脂肪酸以及聚C₅-C₂₀的α-烯烃。

7.根据权利要求1至5任一项的剥离助剂，其特征在于，所述剥离助剂由所述至少一种丁二酸酐衍生物、水溶性或水分散性表面活性剂和水以及任选地pH调节剂组成。

8.根据权利要求1至7任一项的剥离助剂，其特征在于，所述丁二酸酐衍生物与所述表面活性剂的总比例在按重量计1％-99％的范围内，而水的比例在1％-99％的范围内。

9.根据权利要求1至8任一项的剥离助剂，其特征在于，所述表面活性剂为脱水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯和烷氧基化的醇。

10.根据权利要求1至9任一项的剥离助剂，其特征在于，所述至少一种丁二酸酐衍生物与表面活性剂的比例为按重量计1：(0.05-20)、优选1:(0.5-10)和更优选1:(0.5-5)。

11.一种新型的使纸幅起皱的方法,所述方法包括以下步骤：

a)将如权利要求1至10任一项所述的剥离助剂施用于旋转起皱烘缸；

b)相对于所述起皱烘缸压制所述纸幅以将所述纸幅有效地粘合于所述起皱烘缸；和

c)使用刮刀从所述起皱烘缸取出所述纸幅。

12.如权利要求1至10任一项中定义的丁二酸酐衍生物用于造纸工艺中使纸幅起皱的用途。