CN112534101B - 改善木质纤维素材料的性能的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了用于改善木质纤维素材料的性能的施胶压榨组合物。施胶压榨组合物包括铝盐以及阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂。基于使用显微镜在10倍的放大倍率下的视觉观察，铝盐及阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。本文还提供了由过程形成的施胶压榨组合物。过程包括组合染料和淀粉以形成染料混合物。过程还包括组合染料混合物、苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂及铝盐以形成施胶压榨组合物。基于使用显微镜在10倍的放大倍率下的视觉观察，染料、淀粉、铝盐及阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。

Description

改善木质纤维素材料的性能的组合物和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月26日提交的美国申请No.16/018,936的优先权，其内容在此明确引入作为参考。
技术领域
本公开总体上涉及纸产品的表面施胶，并且更具体地涉及利用铝盐和苯乙烯丙烯酸酯乳液(SAE)施胶剂来改善木质纤维素材料的性能的组合物和方法。
背景技术
苯乙烯丙烯酸酯乳液(SAE)施胶剂已作为表面施胶剂广泛应用于纸及纸板工业中，用以提高纸和纸板的耐水性。取决于合成中使用的单体，这些SAE施胶剂可以是阳离子的、阴离子的或两性的，所有均在明确定义的条件下在工业上使用。
这些SAE施胶剂既可以单独使用，也可以与施胶助剂结合使用，施胶助剂例如是铝盐，并且最主要是硫酸铝(明矾)和聚合氯化铝(PAC)。一旦在水溶液中电离，铝阳离子有助于将施胶剂固定至带负电荷的纤维素纤维上。这些施胶助剂是强阳离子型的，且通常仅与阳离子SAE施胶剂一起用于施胶压榨机中。
尽管多价金属离子例如铝是有效的施胶助剂，但当添加至施胶压榨机时，铝离子在溶液中的阳离子特性限制造纸者及纸板生产商仅使用阳离子染料、阳离子光学增白剂(OBA)及其他阳离子添加剂。此外，阳离子SAE施胶剂也必须在施胶过程中使用铝盐，由于阳离子SAE施胶剂相对于阴离子SAE施胶剂的成本增加，这将导致施胶过程的成本增加。阴离子染料、阴离子OBA以及其他阴离子添加剂将导致与带正电荷的多价阳离子(在此情况下来自铝盐的铝)形成团聚体。如果这些铝盐与阴离子SAE施胶剂结合，也会形成团聚体和沉积物。
当阴离子染料用于纸及纸板制造过程时，通常使用阴离子表面施胶剂，例如阴离子SAE施胶剂，以及苯乙烯马来酸酐或苯乙烯丙烯的溶液酸聚合物进行施胶。不能使用铝盐，例如PAC和明矾，这是因为这些盐是强阳离子的。但这是有问题的，因为SAE及纤维二者上的负电荷，阴离子SAE施胶剂不能有效地与纤维结合，因而导致在与阳离子系统相等的剂量下减少施胶。因此，需要解决方案用于改善这种组合的性能。
因此，期望提供利用SAE施胶剂(例如阴离子SAE施胶剂)及具有染料和OBA(例如阴离子染料和OBA)的铝盐组合物和方法。此外，结合附图以及前述技术领域和背景技术，根据随后的概述和详细描述以及所附权利要求，其他期望的特征和特性将变得显而易见。
发明内容
本文公开了用于改善木质纤维素材料的性能的组合物的各种非限制性实施方案，以及用于其的方法的各种非限制性实施方案。
在一个非限制性实施方案中，本文提供了用于改善木质纤维素材料的性能的施胶压榨组合物。施胶压榨组合物包括，但不限于，铝盐以及阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液(SAE)施胶剂。基于使用显微镜在10倍放大倍率下的视觉观察，铝盐和阴离子SAE施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。
在另一非限制性实施方案中，本文提供了用于改善通过一方法形成的木质纤维素材料的性能的施胶压榨组合物。所述方法包括，但不限于，组合染料和淀粉以形成染料混合物。所述方法进一步包括，但不限于，组合染料混合物、苯乙烯丙烯酸酯乳液(SAE)施胶剂及铝盐以形成施胶压榨组合物。基于使用显微镜在10倍放大倍率下的视觉观察，染料、淀粉、铝盐及SAE施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。
在另一非限制性实施方案中，本文提供了对纸进行施胶的方法。方法包括，但不限于，组合染料和淀粉以形成染料混合物。方法进一步包括，但不限于，组合染料混合物、苯乙烯丙烯酸酯乳液(SAE)施胶剂及铝盐以形成施胶压榨组合物。方法进一步包括，但不限于，将施胶压榨组合物施加至木质纤维素材料。基于使用显微镜在10倍放大倍率下的视觉观察，染料、淀粉、铝盐及SAE施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。
附图说明
当结合附图考虑以下详细描述时，将容易理解所公开的主题的其他优点，因为通过参考以下详细描述，将更好地理解所公开的主题，其中：
图1是施胶溶液的非限制性实施方案的图像；
图2是比较施胶溶液的图像；
图3A是施胶压榨组合物的非限制性实施方案在无放大情况下的图像；
图3B是图3A的施胶压榨组合物的非限制性实施方案在放大情况下的图像；
图4A是比较施胶压榨组合物在无放大情况下的图像；
图4B是图4A的比较施胶压榨组合物在放大情况下的图像；
图5是示出了施胶溶液的非限制性实施方案的实验数据的图表；以及
图6是示出了施胶压榨组合物的非限制性实施方案的实验数据的图表。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本文所述的系统和方法。此外，本发明无意受到前述背景技术或以下详细说明中所提出的任何理论的约束。
以下说明提供具体细节，例如材料和尺寸，以提供对本公开的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在不采用这些具体细节的情况下实践本公开。实际上，本公开可以结合造纸工业中常规使用的加工、制造或制作技术来实践。而且，下面的过程仅描述了根据本公开制造本发明的施胶压榨组合物的步骤，而不是完整的过程流程。
除非另有规定，否则如本文所用的“一”(“a”、“an”)或该意指一个或多个。术语“或”既可以是结合的，也可以是分离的。开放性术语例如“包括”(“include”，“including”)，“含有”(“contain”，“containing”)及诸如此类意指“包含”。在整个说明书及权利要求中结合数值使用的术语“约”表示精确度的区间，且为本领域技术人员熟悉且可接受。一般而言，该精确度的区间为±10％。因此，“约十”意指9至11。除非另外明确指出，否则本说明书中指示量、材料的比率、材料的物理性能和/或用途的所有数字都应当理解为由词语“约”修饰。除非另有指示，否则如本文所述，本公开中描述的“％”是指的重量百分比。如本文所述，短语“基本上不含”意指组合物含有很少或不含有指定成分/组分，例如小于约1wt％，0.5wt％或0.1wt％或低于可检测值的指定成分。
本文提供了改善木质纤维素材料的性能的施胶压榨组合物。施胶压榨组合物包括铝盐以及阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液(SAE)施胶剂。基于使用显微镜在10倍放大倍率下的视觉观察，铝盐及阴离子SAE施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。在某些实施方案中，施胶压榨组合物进一步包括淀粉。基于使用显微镜在10倍放大倍率下的视觉观察，淀粉、铝盐及阴离子SAE施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。在示例性实施方案中，施胶压榨组合物进一步包括染料。基于使用显微镜在10倍放大倍率下的视觉观察，染料、淀粉、铝盐及阴离子SAE施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。组合物可用于对纸进行施胶。施胶压榨机通常用于将组合物施加至纸或纸板的表面，以改善光滑度、可印刷性、强度以及对水性渗透物的抗性。在施胶压榨机装置中将施胶压榨组合物施加到纸上，可以在造纸机上(机上)，也可以在单独的施胶压榨机装置中(脱机)。
在各种实施方案中，通过包括组合染料和淀粉以形成染料混合物的步骤的过程形成施胶压榨组合物。为了最小化染料与铝盐(阳离子)组合时的凝结，首先将染料与淀粉组合以形成染料混合物。可以使用本领域中已知的任何方式将染料和淀粉组合，只要将染料和淀粉充分混合即可，例如利用静态混合器或配备有顶置式叶轮的混合槽。在某些实施方案中，该过程进一步包括利用搅拌将染料和淀粉混合的步骤。基于染料混合物的总重量，染料混合物可以包括约1至约20wt.％的量的染料。染料混合物可以包括约1至约20wt.％的量的淀粉。应当理解，可以将染料与一部分淀粉预混合，之后与可能包含另一部分淀粉的施胶压榨组合物组合。因此，本公开内容不限于染料和淀粉的量的上述范围，并且可以以本领域已知的任何量组合，只要在形成施胶压榨组合物之前将染料与淀粉组合即可。此外，应当理解，相对于将PAC和SAE施胶剂引入到造纸机中，可以在造纸机的上游组合染料和淀粉，从而在染料和淀粉的组合与PAC和SAE施胶剂的引入之间产生时间段，以考虑混合的步骤。
方法进一步包括组合染料混合物、SAE施胶剂及铝盐以形成施胶压榨组合物的步骤。染料混合物、SAE施胶剂和铝盐可单独地组合以形成施胶压榨组合物。只要将染料混合物、SAE施胶剂和铝盐充分混合，可以使用本领域已知的任何方式组合染料混合物、SAE施胶剂和铝盐，例如通过使用静态混合器。
在其他实施方案中，将染料混合物、SAE施胶剂和铝盐组合以形成施胶压榨组合物的步骤包括将SAE施胶剂和铝盐组合以形成施胶溶液，并且将染料混合物和施胶溶液组合以形成施胶压榨组合物的步骤。只要将SAE施胶剂和铝盐充分混合，可以使用本领域已知的任何方式组合SAE施胶剂和铝盐，例如通过使用静态混合器。在实施方案中，当将阴离子，阳离子或两性SAE施胶剂与铝盐(阳离子)组合时，可以获得稳定的施胶溶液。在某些实施方案中，施胶溶液包含重量比为约1:20至约20:1的铝盐和SAE施胶剂，或者约1:5至约5:1，或者约1:3到约3:1。
基于使用显微镜在10倍放大倍率下的视觉观察，染料、淀粉、铝盐及SAE施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。如本文所用，术语“基本上”是指基于施胶压榨组合物的总重量，至少80wt.％，或者至少90wt.％，或者至少95wt.％，或者至少99wt.％的施胶压榨组合物被均匀分散。术语“均匀分散”是指施胶压榨组合物的组分均匀地分散在整个施胶压榨组合物中。利用配置有10倍放大倍率的光学透镜和背光的显微镜，可以对施胶压榨组合物的样品进行10倍放大倍率的视觉观察。应当理解的是，可以使用显微镜以小于10倍的放大倍率进行施胶压榨组合物的视觉观察，或者无需借助放大倍数，只要基于使用显微镜以10倍放大倍率进行视觉观察，施胶压榨组合物的组分基本上均匀地分散在其中即可。样品大小可以是来自7.5ml的一次性移液管(VWR#414004-004)的一滴。将该滴置于75x25mm的单面磨砂的显微镜载玻片(Corning 2948-75x25)上。将盖玻片置于顶部(VWR Micro盖玻片25x25,Cat.No 48366249)。
施胶压榨组合物中使用的染料可以是本领域已知的任何染料。染料可包括碱性染料、酸性染料、阴离子染料、阳离子染料或其组合。在某些实施方案中，染料是阴离子染料。合适的阴离子染料可以商品名Cartasol(例如
Figure BDA0002933861090000061
)从瑞士Reinach的Archroma购得，以及以商品名Levacell/PontamineKS从芬兰赫尔辛基的Kemira购得(例如Levacell红色染料和Levacell棕色染料)。合适的阳离子染料可以商品名Cartasol从瑞士Reinach的Archroma购得(例如
Figure BDA0002933861090000062
)，以及以商品名Levacell/PontamineKS从芬兰赫尔辛基的Kemira购得(例如Fast Blue KS-6GLL)。染料通常以水溶液或分散液的形式添加到染料组合物中，但是也可以以固体形式添加。基于施胶压榨组合物的总重量，施胶压榨组合物可以包括0.001至约2wt.％的量，或者约0.001至约1wt.％的量，或者约0.001至约0.5wt.％的量的染料。替代地，基于施胶压榨组合物的总重量，施胶压榨组合物可以包括高达2wt.％的量，或者高达1wt.％的量，或者高达0.5wt.％的量的染料。
施胶压榨组合物中使用的淀粉可来自任何已知来源，例如玉米、马铃薯、稻米、木薯和小麦。可以通过酶、酸或过硫酸盐处理来转化淀粉。淀粉也可以被改性，包括阳离子化、氧化、乙基化、两性化、疏水化等。可以使用的其他水溶性羟基化聚合物包括碳水化合物，例如藻酸盐、卡拉胶、瓜尔胶、阿拉伯树胶、印度树胶、果胶等。可以使用改性纤维素，例如羧甲基纤维素或羟乙基纤维素。也可以使用合成的水溶性羟基化聚合物，例如完全和部分水解的聚乙烯醇。可以在施胶压榨机上施加到纸上的任何水溶性羟基化聚合物都是合适的。以每吨干纸的干淀粉磅数(lb/T)表示，淀粉添加量可在0至约120lb/T(或基于干纸的总重量，0至约6wt.％)的范围内，或者约40至约100lb/T(或基于干纸的总重量，约2至约5wt.％)的范围内，或者约60至约100lb/T(或基于干纸的总重量，约3至约5wt.％)的范围内。基于施胶压榨组合物的总重量，施胶压榨组合物可以包括1至约25wt.％的量，或者约2至约22wt.％的量，或者约4至约18wt.％的量的染料淀粉。
SAE施胶剂可用于施胶压榨组合物中以改善纸和纸板的耐水性。SAE施胶剂也可以称为苯乙烯丙烯酸酯乳液(SAE)共聚物。SAE施胶剂可以是包含亲水基团及疏水基团的两亲性分子。亲水基团可面向纸及纸板的纤维，且疏水基团可远离纤维地延伸，从而在纸和纸板上形成防水的饰面。SAE施胶剂可以是阳离子的、阴离子的或两性的，这取决于SAE施胶剂的合成中所采用的单体。如上文所介绍，在某些实施方案中，SAE施胶剂是阴离子的。与阳离子SAE施胶剂相比，阴离子SAE施胶剂用于施胶压榨组合物中通常更具成本效益。
SAE施胶剂可呈乳胶形式。苯乙烯SAE施胶剂可以由包括苯乙烯或取代的苯乙烯、丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯、烯键式不饱和羧酸或其组合的反应混合物形成。
丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯的烷基可包含1至12个碳原子。示例性的丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯包括但不限于甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸月桂酯及其组合。
合适的烯键式不饱和羧酸的实例可包括但不限于α，β-不饱和羧酸，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸或酸酐、富马酸、衣康酸及其组合。
合适的苯乙烯或取代的苯乙烯的实例可包括但不限于苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯及其组合。
在某些实施方案中，SAE施胶剂由包括苯乙烯和丙烯酸丁酯的反应混合物形成。基于SAE施胶剂的摩尔比，SAE施胶剂可以由包括约10至约90，或者约25至约75，或者约33至约67的量的苯乙烯的反应混合物形成。
SAE施胶剂可具有约-15℃至约90℃，或者约5℃至约80℃，或者约30℃至约70℃的量的Tg。
合适的SAE施胶剂的实例可以商品名Chromaset 800和Impress ST-730从特拉华州威尔明顿的Solenis International LP购得。
基于施胶压榨组合物的总重量，施胶压榨组合物可以包括0.001至约12.5wt.％的量，或者约0.006至约5wt.％的量，或者约0.05至约4wt.％的量的施胶剂。基于纸的干重量，可以将SAE施胶剂以约0.005至约1wt.％，或者约0.02至约0.5wt.％，或者约0.2至约0.3wt.％的量施用于纸上。
铝盐是一种无机盐，可以改善纸和纸板应用中的脱水和固着性。合适的铝盐包括但不限于通式为Alx(SO4)y(H2O)z的硫酸铝，其中x为1至3，y为1至4且z为0至20。合适的硫酸铝，通常称为明矾，可从新泽西州的通用化学公司购得。其他铝盐包括通式为Aln(OH)mX(3n-m)的聚铝化合物，其中X为阴离子，例如氯离子、硫酸根、硅酸根或乙酸根，且n和m为大于零的整数，使得(3n-m)大于零。当X是氯离子时，盐是聚合氯化铝(PAC)。也可以使用盐的混合物。在某些实施方案中，铝盐包括硫酸铝(明矾)、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合氯水合铝，聚合氯硫酸铝或其组合。在示例性实施方案中，铝盐包括聚合氯化铝。聚合氯化铝是阳离子的，并且显示出不同的碱性。聚合氯化铝的化学式通常以Aln(OH)mCl(3n-m)的形式表示，其中碱度可由该通式中的m/(3n)项定义。在实施方案中，如上所述，只要首先将阴离子染料与淀粉结合，就可以将阳离子型聚合氯化铝与阴离子染料结合。合适的聚合氯化铝的实例可以商品名Perform PB9007(高碱性PAC)和Prequel 737(低碱性PAC)从特拉华州威尔明顿的Solenis International LP购得。
基于施胶压榨组合物的总重量，施胶压榨组合物可以包括约0.002至约6.5wt.％的量，或者约0.003至约5wt.％的量，或者约0.008至约2.5wt.％的量的铝盐。基于纸的干重量，可以将铝盐以约0.01至约0.5wt.％，或者约0.02至约0.4wt.％，或者约0.05至约0.2wt.％的量施用于纸上。
施胶压榨组合物可进一步包括光学增白剂。光学增白剂可以补偿纸或纸板的泛黄(漂白的纸张或纺织品为淡黄色)。吸收短波长的光(紫到蓝)可能会导致泛黄。使用光学增白剂，该短波长的光可以被部分替换，因此可以在不损失光的情况下获得完全的白色。此额外的光可以由增白剂通过荧光产生。光学增白剂可以吸收日光光谱的不可见部分，并将该能量转换为光谱中较长波长的可见部分，即转换为蓝光至蓝紫色。光学增白剂可以是阴离子的或阳离子的。在某些实施方案中，光学增白剂是阴离子的。合适的光学增白剂的实例包括但不限于，二苯乙烯和二苯乙烯的衍生物，或其组合。基于所生产的纸，光学增白剂的用量可以为至少0.5wt％。
所述施胶压榨组合物可进一步包括本领域已知的常规施胶压榨添加剂，例如盐、填充剂、消泡剂、生物杀灭剂、蜡、其他的施胶剂或其组合。已知的其他的施胶剂可包括烷基烯酮二聚物、烯基琥珀酸酐、脂肪酸酐等。通常，施胶压榨组合物具有低于约6的pH，以及约0至约99℃，或者约45至约99℃的温度。
出于本申请的目的，术语施胶是指纸或纸板抵抗水性液体渗透的能力。经设计以增加液体滞留性的化合物称为施胶剂。施胶值具体对应于所用的测试。一种用于测量对水性渗透剂的抗性的常用测试是Cobb测试，如下所述。关于施胶的论述，参见WilliamE.Scott的Principles of Wet End Chemistry Tappi Press 1996,Atlanta,ISBN 0-89852-286-2.各种施胶测试的说明可以参考The Handbook of Pulping andPapermaking，Christopher J.Biermann Academic Press 1996,San Diego,ISBN 0-12-097362-6以及Properties of Paper:An Introduction，编辑William E.Scott以及JamesC.Abbott Tappi Press 1995,Atlanta,ISBN 0-89852-062-2.如通过Hercules施胶试验(HST)测量的，施胶的纸通常具有大于约1秒，或者大于约20秒，或者大于约100秒的施胶值。较高的HST值代表更多的施胶。
用本发明的施胶压榨组合物施胶的纸或纸板由木质纤维素材料形成，并且可以包含从磨木至化学漂白的木材的木基纸浆或非木基的纸浆或纸浆的组合。此外，纸浆可全部或部分地由再生纸或纸产品获得。纸浆可含有一些合成的纸浆。纸浆可以是纸浆类型的一些组合，例如硬木和软木，或某种类型的木材，例如桉木。纸浆可以是磨木浆、机械纸浆、化学或热处理的纸浆、牛皮纸纸浆、亚硫酸盐纸浆或合成纸浆或造纸工业中使用的任何其他常见的纸浆。纸可以包含或不包含无机填充剂，例如碳酸钙或粘土，并且可以包含或不包含有机填充剂、施胶剂和在造纸机的湿端添加的其他添加剂。纸还可以包含强度添加剂、助留剂和其他常见的纸添加剂，例如明矾。在一些实施方案中，木质纤维素材料进一步定义为再生箱纸板。
本公开适用于对纸或纸板的一侧或两侧进行施胶。当仅处理一侧时，与纸相关的所有上述的量将为所列出的值的一半。
最终的纸可以包含其他添加剂，其包括在纸的形成过程中，或与施胶组合物表面处理一起施用或与施胶组合物表面处理分开施用。适用的添加剂是纸中使用的那些添加剂。其包括但不限于以下：无机和有机填充剂，例如粘土或空心球颜料；光学增白剂，其也被称为荧光增白助剂；颜料；染料；强度添加剂，例如聚酰胺-胺；施胶剂，例如松香、AKD、ASA和蜡；以及无机盐。
本文还提供了对纸进行施胶的方法。方法包括组合染料和淀粉以形成染料混合物的步骤。方法进一步包括组合染料混合物、SAE施胶剂及铝盐以形成施胶压榨组合物的步骤。方法进一步包括将施胶压榨组合物施加至木质纤维素材料的步骤。基于使用显微镜在10倍放大倍率下的视觉观察，染料、淀粉、铝盐及SAE施胶剂基本上均匀地分散在施胶压榨组合物中。
将施胶压榨组合物施加于木质纤维素材料，如纸或纸板的步骤不受限制，只要获得均匀的受控施加即可。施加可作用于在造纸机上形成的纸，然后仅进行部分干燥，或者可在造纸机上将其施加至干燥的纸，或者施加可与造纸机分离，而作用于已经形成、干燥和转移的纸上。典型的过程是用造纸机形成纸，并干燥。然后可采用造纸机施胶压榨机施加施胶压榨组合物。然后，纸被再次干燥。可通过压光进一步改良纸。纸的适用等级是基础重量为约50至350g/m2，或者为约70至250g/m2的等级。
尽管在本公开的前述详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解，存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施方案仅是实例，并且无意以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本发明的示例性实施方案的便利路线图。应该理解的是，可以在示例性实施方案中描述的元件的功能和布置上进行各种改变，而不脱离所附权利要求书中阐述的本公开的范围。
实施例
实施例1-示例性以及比较施胶溶液(SAE/PAE溶液)
在实施例1中，将25克阴离子SAE施胶剂(imPress ST-730)和25克聚合氯化铝(PAX18，可从Kemira Oyj获得)组合，并通过使用手使容器涡旋，搅拌混合1分钟，以形成示例性施胶溶液。
为了形成比较施胶溶液，通过组合0.9克示例性施胶溶液和48克去离子水并混合以形成中间溶液。接下来，将中间溶液和0.2克阴离子染料(Levacell红色染料，可从KemiraOyj获得)组合，并利用顶置式混合器在搅拌下混合5分钟，以形成比较施胶溶液。
在形成示例性和比较施胶溶液之后，利用视觉观察而不放大来评价溶液。视觉观察的结果提供在下表1中，溶液的图像提供在图1(示例性)和图2(比较)中。
表1
样品 视觉观察
示例性施胶溶液 均匀
比较施胶溶液 显著凝结
阴离子SAE和阳离子PAC组合的示例性施胶溶液是均匀的。相反，阴离子SAE，阳离子PAC和阴离子染料组合的比较施胶溶液明显凝结。
实施例2-示例性和比较施胶压榨组合物
在实施例2中，将2.275克的阴离子SAE施胶剂(imPress ST-730)和2.275克的聚合氯化铝(PAX 18，可从Kemira Oyj获得)组合，以形成施胶溶液。
为了获得示例性施胶压榨组合物，通过首先组合193.97克的10％淀粉(GPC D28F，可从谷物加工公司获得的氧化玉米淀粉)溶液和1.46克的阴离子染料(可从Kemira获得的Levacell棕色染料)并混合来形成均匀的染料混合物。接下来，将染料混合物和施胶溶液组合，并利用顶置式混合器在搅拌下混合15分钟，以形成示例性施胶压榨组合物。
为了获得比较施胶压榨组合物，通过首先组合4.55克施胶溶液和193.97克淀粉并混合以形成中间溶液。接下来，将中间溶液和1.46克阴离子染料组合，并使用顶置式混合器在搅拌下混合15分钟，以形成比较施胶压榨组合物。
在形成示例性和比较施胶压榨组合物之后，在配置有具有10倍放大倍率的光学透镜和背光的显微镜下，以及在没有显微镜下，通过视觉观察评估组合物。视觉观察的结果提供在下表2中，组合物的没有放大的图像提供在图3A(示例性)和图4A(比较)中，并且放大10倍的的图像提供在图3B(示例性)和图4B(比较)中。
表2
样品 视觉观察
示例性施胶压榨组合物 均匀
比较施胶压榨组合物 显著凝结
在与SAE/PAC溶液组合之前，将阴离子染料和淀粉组合的示例性施胶压榨组合物是均匀的，并提供了用于给纸施胶的优异的施胶压榨组合物。相反，在与SAE/PAC溶液组合之前，阴离子染料未与淀粉组合的比较施胶压榨组合物显著地凝结，并且因此不能用于给纸施胶。
实施例3-使用Cobb测试的施胶压榨组合物的性能
Cobb测试通过测量在纸被固定在金属环和板之间时，在指定时间内纸样品吸收的水量来衡量施胶。将面积为100cm2的纸暴露于100ml的水中，水的高度为1cm。在测试之前，将纸(约12.5×12.5厘米)切出并称重。对于此处的Cobb测试，将水保持纸上3分钟。将水倒掉后，迅速取下环，将样品以湿润的一面朝上放在一张吸水纸上。将第二张吸水纸放在样品的顶部，然后使用10kg的手辊在纸上向前和向后运行一次。应小心不要对辊施加向下的力。从吸水纸上取出纸样品并重新称重。结果报告为每平方米纸吸收的水量(克)。测试和测试设备的完整说明可从Gurley Precision Instruments获得。
在图5中，针对示例性施胶溶液，研究了PAC剂量对使用阴离子SAE(Chromaset800)的功效的影响，其中增加PAC剂量会增加耐水色牢度，如改善的Cobb值所示。低和中等碱性PAC(20.0％的碱性：UP1692以及41.2％的碱性：UP1040)与阴离子SAE(Chromaset 800)一起使用，在相似的剂量条件下产生的Cobb值大致相同。因此，如图6所示，所用PAC的碱性在增强示例性施胶溶液的功效方面不起主要作用。
实施例4-施胶溶液(SAE/PAE溶液)的稳定性
通过将阴离子SAE施胶剂(Chromaset 800)与高碱性PAC(Perform PB9007)以如表3所示的不同比例混合来制备稳定的施胶溶液。通过监测随时间改变的混合物的粒度来评估稳定性。
表3
Figure BDA0002933861090000131
阴离子SAE是一种阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液，可以商品名Chromaset 800从特拉华州威尔明顿的Solenis International LP购得。
PAC是高碱性聚合氯化铝，可以商品名Perform PB9007从特拉华州威尔明顿的Solenis International LP购得。
包括各种重量比的阴离子SAE和PAC的施胶溶液4A、4B和4C在室温下存放4周后，根据粒径展现出稳定性。特别是施胶溶液4A、4B和4C在室温下存放4周后，展现最小的粒径变化。
实施例5-再生箱纸板施胶评估-Dixon涂布机
以下实施例的纸样品是使用实验室槽式施胶压榨机或用于更高速度应用的Dixon涂布机作为槽式施胶压榨机制备的。本文阐述通常的流程。利用每一实施例列出具体的细节。对于台式施胶压榨机以及Dixon涂布机实验，预先在商用或中试造纸机上制备原纸。所制得的纸未经任何施胶压榨处理，即未将淀粉、施胶剂或其他添加剂施用于所形成的纸的表面。用于造纸的纸浆是由再生纸流制备的。基重以及片材特征根据来源而变化。
通过在95℃下将淀粉蒸煮45分钟，冷却，将淀粉保持在目标处理温度，通常为60至70℃下来制备施胶压榨制剂。进行其他添加和任何pH调节，然后使用淀粉溶液处理纸。对于所使用的每种原纸，确定通过辊拾取的溶液量，并相应地设置添加剂含量以达到目标拾取量。
台式槽式施胶压榨机包括一组水平的10英寸(25.4厘米)压紧辊，一个包覆有橡胶，且一个为金属辊，纸通过其进给。施胶压榨处理的槽由辊以及辊顶侧的挡板固定。利用14磅的气压将辊固定在一起。当纸被辊拉动时，纸穿过槽，然后穿过辊，以达到可控且均匀程度的处理。纸被静置30秒，并且随后第二次运行通过施胶压榨机。在第二次通过施胶压榨机之后，在两个辊的下方将纸张捕获，并立即在设定为210°F的鼓式干燥机中干燥。将纸干燥至约3至5％的水分含量。干燥后，通过在室温下老化来调节每一个样品。
Dixon涂布机具有槽式施胶压榨机，通过该机器，基片可以高达1300英尺/分钟的速度进给。槽式施胶压榨机由一组22cm的水平橡胶辊组成，其以50psi压制在一起。使用红外干燥器在160℃下将片材干燥至水分含量为5％至7％。
将实施例4的对比(comp.)施胶溶液和示例性(ex.)施胶溶液添加至淀粉溶液(GPCD28F氧化淀粉，在60℃下为8.46％的固体)以形成施胶压榨组合物，并使用Dixon涂布机作为中试压制机，将其施加至循环介质(55#/T淀粉拾取，基于干板2.75wt％)的表面，没有其他添加剂。使用Cobb测试和HST评估施胶压榨组合物的施胶性能。特别地，Cobb测试进行了2分钟和30分钟。使用2#FA油墨和80％反射率实施HST。在表面处理的板上进行的施胶评估的结果列于表4中，表明SAE/PAC共混物提供优于标准阴离子表面施胶剂的对水性渗透剂的抵抗性。
表4
Figure BDA0002933861090000151
阴离子SAE是一种阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液，可以商品名Chromaset 800从特拉华州威尔明顿的Solenis International LP购得。
PAC是高碱性聚合氯化铝，可以商品名Perform PB9007从特拉华州威尔明顿的Solenis International LP购得。
与比较再生箱纸板5A-5D相比，根据Cobb测试和HST，包括不同重量比的阴离子SAE和PAC且在不同剂量下的示例性再生箱纸板5E-5M显示出改进的施胶性能。

Claims (9)

1.用于改善木质纤维素材料的性能的施胶压榨组合物，所述施胶压榨组合物包含铝盐、阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂、淀粉和阴离子染料，其中基于使用显微镜在10倍的放大倍率下的视觉观察，所述铝盐和所述阴离子苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂均匀地分散在所述施胶压榨组合物中。
2.根据权利要求1所述的施胶压榨组合物，其中所述苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂由包含苯乙烯和丙烯酸丁酯的反应混合物形成。
3.根据权利要求1所述的施胶压榨组合物，其中所述铝盐包含聚合氯化铝。
4.用于生产根据权利要求1-3任一项所述的施胶压榨组合物的方法，所述方法包括：
组合阴离子染料和淀粉以形成染料混合物；及
组合所述染料混合物、苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂及铝盐以形成所述施胶压榨组合物。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂由包括苯乙烯和丙烯酸丁酯的反应混合物形成；以及
所述铝盐包含聚合氯化铝。
6.根据权利要求4所述的方法，其中组合所述染料混合物、所述苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂和所述铝盐以形成所述施胶压榨组合物的所述步骤包含：
组合所述铝盐和所述苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂，以形成施胶溶液；及
组合所述染料混合物和所述施胶溶液以形成所述施胶压榨组合物。
7.对纸进行施胶的方法，所述方法包含：
将权利要求1-3任一项所述的施胶压榨组合物施加至木质纤维素材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中
所述苯乙烯丙烯酸酯乳液施胶剂由包括苯乙烯和丙烯酸丁酯的反应混合物形成；以及
所述铝盐包含聚合氯化铝。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述木质纤维素材料进一步定义为再生箱纸板。
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