KR102587485B1 - 수용성 폴리머 기반의 신규한 첨가제 및 이의 용도 - Google Patents

수용성 폴리머 기반의 신규한 첨가제 및 이의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 비닐아민 작용기를 포함하는 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머의 존재 하에 수용성 모노머의 중합반응에 의해 수득된 적어도 하나의 복합 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 (코)폴리머 기반의 첨가제에 관한 것이다.

Description

수용성 폴리머 기반의 신규한 첨가제 및 이의 용도{NOVEL ADDITIVE BASED ON WATER-SOLUBLE POLYMERS AND USES THEREOF}
본 발명은 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 하나 이상의 모노머들의 중합반응에 의해 수득된 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성되는 첨가제에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 첨가제를 제조하는 방법 및 제지에서의 이의 용도에 관한 것이다.
제지 산업, 더욱 구체적으로 제지 분야에서, 셀룰로오스 섬유 및 미네랄 충전제는 성형 직물 상에 퇴적되기 전에 수성 현탁액 내에 배치되어, 물을 제거하고 습식 섬유의 매트를 형성하는데, 이것은 압착되고 건조되어 종이 시트를 수득할 것이다.
이들 섬유 및 충전제의 보류도(retention)는 성형 직물 상에서 가능한 한 많은 재료를 회수하고 성형 직물을 통한 통과를 제한하기 위하여 중요한 파라미터이다.
또한, 섬유 매트의 탈수 용량은 또한 제지 공정에서의 주요한 요소인데, 탈수 용량의 증가는 제지 기계의 속도를 증가시켜서 그들의 생산성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 실험실 환경에서, 차이점은 중력 탈수와 진공 탈수로 이루어질 수 있으며, 후자는 더 우수한 블로우 박스(blow boxes)의 시뮬레이션을 제공한다. 이 파라미터는 기계의 속도가 증가함에 따라 중요도가 증가한다.
또한, 특히 포장 또는 직물 산업을 위하여 점점 더 질긴 종이 및 판지(cardboard)가 요구되고 있다. 해당 제지 산업의 분야에 따라 건식 상태 또는 습식 상태로 평가되는 종이 시트의 기계적 강도의 증가는 향상된 종이 품질을 제안할 수 있게 한다. 특히, 파열 강도, 압축 저항성, 박리 저항성 및 건식 상태 또는 습식 상태에서의 인장 강도가 논의될 수 있다.
문헌 US 9,546,246 B2호는 수용성 폴리머 복합체 및 또한 종이 제조에서의 구현을 위한 미네랄 충전제 처리제로서의 이의 용도를 기재하였다. 이 복합체는 특히 섬유 매트 내에서 미네랄 충전제의 보류도를 개선시키는 것을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 종이의 충전제 함량의 증가는 종이의 기계적 강도에 유해한 영향을 미칠 수 있다.
특허 출원 FR 3 080 853 A1호에 기재된 다른 복합체 (코)폴리머는 종이, 판지 또는 이와 유사한 것의 건조 강도 특성을 향상시킬 수 있다. 이 복합체 (코)폴리머는 탈수 용량의 면에서 어떠한 이점도 제공하지 않는다.
건식 상태 및 습식 상태에서의 이들 종이의 강도를 특히 증가시키기 위하여, 디알데히드에 의해 관능화된 수용성 폴리아크릴아미드류가 제지 공정에서 널리 사용된다. 이들 수용성 폴리아크릴아미드류는 양이온성, 양쪽성 또는 음이온성 폴리머로부터 제조될 수 있다.
문헌 US 2011/0056640호는 디알데히드와 아크릴아미드/디알릴디메틸암모늄 클로라이드 코폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 화합물을 사용하여 종이를 제조하는 방법을 기재한다. 이 코폴리머는 탈수만을 개선시킨다.
적어도 하나의 디알데히드와 적어도 하나의 폴리에틸렌이민 다작용성 화합물로 미리 개질된 적어도 하나의 베이스 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 양이온성 또는 양쪽성 폴리머는 문헌 US 9,506,200 B2에 기재되어 있다. 이들 폴리머는 종이의 건조 강도 및 또한 제지 스톡(papermaking stock)의 중력 탈수를 개선시킬 수 있게한다. 이 특허의 맥락에서 진공 탈수는 언급되지 않았지만, 그러나 이것은 현재 고속으로 작동하는 제지 기계와 관련하여 중요한 특징을 나타낸다.
문헌 US 8,703,847 B2호는 "임계(critical)"로 지칭되는 농도에 근접하고 30 cps 미만의 점도를 갖는 농도에서 구체적으로 제조되는 글리옥살화 폴리머를 기재하였다. 이들 폴리머는 건조 강도 성능을 향상시킨다. 탈수 성능은 언급되지 않았다.
문헌 US 9,644,320 B2호는 펄프 중에서 또는 습식 시트 또는 건식 시트의 표면 상 중 어느 하나에서 건식 강도제 및 습식 강도제로서 사용되는 저농도, 고분자량 및 높은 양이온성의 글리옥살화 폴리머를 기재하고 있다.
디알데히드와 5 mol% 이상의 2-아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산 및/또는 이들의 염을 포함하는 베이스 음이온성 폴리머 사이의 반응에 의해 생성되는 수용성 음이온성 폴리머를 수득하는 방법은 특허 출원 FR 3 079 516 A1호에 기재되어 있다. 이들 수용성 음이온성 폴리머를 사용하는 제지 공정은 건식 상태 뿐만 아니라 습식 상태에서의 강도 측면에서 개선된 성능을 갖는 것을 가능하게 한다. 탈수 성능은 언급되지 않았다.
본 발명에 의해 해결되는 문제는 부정적인 부작용 없이 건식 상태 및 습식 상태에서의 진공 탈수 특성 및 강도 특성을 동시에 개선할 수 있는 신규한 첨가제를 제공하는 것이다.
이하의 설명 및 청구 범위에서, 하기의 명칭이 사용된다:
- "베이스 (코)폴리머(base (co)polymer)"에 의해, 1차 아민 작용기의 형성 전의 (코)폴리머,
- "호스트 (코)폴리머(host (co)polymer)"에 의해, 1차 아민 작용기의 형성 후 그리고 복합체 (코)폴리머의 형성 전의 (코)폴리머,
- "복합체 (코)폴리머(complex (co)polymer)"에 의해, 호스트 (코)폴리머의 존재 하에 수용성 모노머의 중합반응으로부터 생성된 생성물,
- "첨가제"에 의해: 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 생성물. "첨가제"는 또한 건조 강도, 보류도, 탈수 및 출력 내구성(runnability) 대한 제제를 나타내는데 사용된다.
용어 "수용성(water-soluble)"은 20 g.L-1의 농도에서 25℃에서 4시간 동안 교반하면서 물에 첨가될 때, 불용성 입자들 없이 수용액을 형성하는 화합물(특히 복합체 (코)폴리머 또는 (코)폴리머 또는 모노머)을 나타낸다.
발명의 설명
본 발명은 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 호스트 폴리머 및 상기 호스트 폴리머의 존재 하에 중합되는 하나 이상의 종류의 수용성 모노머를 포함하는 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 첨가제에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 비닐아민(-CH2-CH(NH2)-) 작용기를 포함하는 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머의 존재 하에 수용성 모노머들의 중합반응에 의해 수득된 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 첨가제에 관한 것이다.
"폴리머"는 각각 동일하거나 별개인 모노머들의 중합반응으로부터 생성되는 호모폴리머 또는 코폴리머를 의미하는 것으로 의도된다. "(코)폴리머"는 또한 각각 동일하거나 별개인 모노머들의 중합반응으로부터 생성된 호모폴리머 또는 코폴리머를 나타낸다.
호스트 폴리머
호스트 폴리머는 우선적으로 1차 아민 작용기(비닐아민) 및 아미드 작용기를 포함한다. 유리하게는 수용성이다.
비닐아민 작용기를 포함하는 호스트 폴리머는 당업자에게 공지된 상이한 공정들로부터 생성될 수 있다. 특히 다음과 같다:
- 아크릴아미드 베이스 (코)폴리머 상에서 호프만 분해(Hofmann degradation)로 생성되는 폴리머, 또는
- N-비닐포름아미드 베이스 (코)폴리머의 완전한 또는 부분적인 가수분해로 생성되는 폴리머.
베이스 (코)폴리머 상에서 호프만 분해로부터 생성되는 폴리비닐아민류
호프만 분해는 19세기 말 호프만에 의해 발견된 반응으로서, 이산화탄소를 제거하여 아미드(또는 아크릴로니트릴)가 1차 아민으로 전환될 수 있도록 한다. 반응 메커니즘을 하기에 상세하게 설명한다.
염기(수산화나트륨)의 존재 하에서, 아미드로부터 양성자가 제거된다.
그 후 형성된 아미데이트 이온(amidate ion)은 하이포아염소산염(예를 들어: 평형상태의 NaClO: 2 NaOH + Cl2 ↔ NaClO + NaCl + H2O)의 활성 염소(Cl2)와 반응하여 N-클로르아미드(N-chloramide)를 형성한다. 상기 염기(NaOH)는 상기 클로르아미드로부터 양성자를 제거하여 음이온을 형성한다. 상기 음이온은 클로라이드(chloride) 이온을 잃고 니트렌(nitrene)을 형성하는데, 이것은 재배열을 거쳐 이소시아네이트를 형성한다.
히드록시드 이온과 이소시아네이트 사이의 반응에 의해 카바메이트가 형성된다.
상기 카바메이트로부터 탈카르복실화(CO2의 제거)된 후에, 1차 아민이 수득된다:
폴리머의 아미드 작용기 전체 또는 일부가 아민 작용기로 전환되기 위해서는, 2가지 주요 인자들이 관여한다(몰비로 표현함). 이들은 다음과 같다:
- 알파(Alpha) = (알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 하이포할라이트(hypohalite)/아미드),
- 베타(Beta) = (알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 히드록시드/알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속 하이포할라이트).
바람직한 실시 형태에 따르면, 비닐아민(-CH2-CH(NH2)-) 작용기를 포함하는 폴리머는 아크릴아미드 또는 이들의 유도체를 포함하는 군으로부터 선택되는 비이온성 폴리머를 포함하는 베이스 (코)폴리머 상에서 수행되는 호프만 분해로부터 생성된다.
아크릴아미드 유도체 중에서는, 메타크릴아미드, N-이소프로필아크릴아미드, N-메틸메타크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐포름아미드, N-비닐피롤리돈 또는 아크릴로니트릴을 들 수 있다. 바람직한 모노머는 아크릴아미드이다.
본 발명에 따르면, 상기 베이스 (코)폴리머 내에서의 아크릴아미드 모노머 또는 유도체의 비율은 베이스 (코)폴리머 내의 전체 모노머 수에 대하여, 30 mol% 내지 100 mol%이고, 바람직하게는 50 mol% 내지 95 mol%이며, 보다 바람직하게는 60 mol% 내지 90 mol%이다.
상기 베이스 (코)폴리머는 또한 양이온성 및/또는 음이온성 모노머들을 포함할 수 있다.
본 발명의 맥락에서 사용될 수 있는 양이온성 모노머(들)은 특히 아크릴아미드, 아크릴릭, 알릴릭 또는 말레익인 비닐형 모노머의 4차 암모늄염으로부터 특히 선택될 수 있다. 4차화된 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 4차화된 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디메틸디알릴암모늄 클로라이드(DADMAC), 아크릴아미도 프로필트리메틸 암모늄 클로라이드(APTAC) 및 메타크릴아미도 프로필트리메틸 암모늄 클로라이드(MAPTAC)를 특히 비제한적으로 언급할 수 있다. 바람직한 양이온성 모노머는 DADMAC이다. 클로라이드 음이온은 다른 할라이드, 예를 들어 브로마이드 또는 다른 유형의 음이온에 의해 선택적으로 치환될 수 있다.
DMAEA 또는 DMAEMA와 같은 모노머들의 4차화(quaternization)는 특히 알킬 할라이드 또는 아릴 할라이드, 예를 들어 메틸 할라이드, 유리하게는 메틸 클로라이드 또는 벤질 클로라이드에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 베이스 (코)폴리머 중의 양이온성 모노머의 비율은 상기 베이스 (코)폴리머 중의 전체 모노머들의 수에 대하여, 유리하게는 0 mol% 내지 70 mol%, 바람직하게는 5 mol% 내지 50 mol%, 더욱 바람직하게는 10 mol% 내지 40 mol%이다.
본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있는 음이온성 모노머(들)은 넓은 범위의 군으로부터 선택될 수 있다. 이들 모노머는 비닐, 특히 아크릴릭, 말레익, 푸마릭 및 알릴릭 작용기를 가질 수 있으며 카복실레이트, 포스포네이트, 포스페이트, 설페이트 또는 설포네이트기 또는 다른 음이온성 기를 포함할 수 있다. 상기 모노머는 산성이거나 또는 이러한 모노머에 해당하는 알칼리토금속염, 알칼리금속염 또는 암모늄염의 형태일 수 있다. 적절한 모노머들의 예로서는 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 말레산, 푸마르산을 포함하고, 예로서 2-아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 비닐술폰산, 비닐포스폰산, 알릴술폰산, 알릴포스폰산, 스티렌술폰산과 같은 술폰산 또는 포스폰산 작용기를 갖는 강산 형태의 모노머, 및 이들 모노머의 수용성 알칼리금속염, 알칼리토금속염 또는 암모늄염을 포함한다. 바람직한 모노머는 아크릴산이다.
본 발명에 따르면, 상기 베이스 (코)폴리머 중의 음이온성 모노머의 비율은 베이스 (코)폴리머 중의 전체 모노머 수에 대하여 유리하게는 0 mol% 내지 99 mol%이고, 바람직하게는 2 mol% 내지 50 mol%이며, 보다 바람직하게는 5 mol% 내지 30 mol%이다.
이들 모노머와 조합하여, 비닐과 같은 수-불용성 모노머들, 특히 소수성기를 포함하는 아크릴릭 또는 알릴릭 모노머를 사용할 수 있는 것이 또한 중요하다. 이들의 사용 동안, 이들 모노머는 매우 소량, 유리하게는 20 mol% 미만, 바람직하게는 10 mol% 미만으로 사용될 것이며, 이들은 아크릴아미드 유도체, 예컨대 N-알킬아크릴아미드류(유리하게는 C4 내지 C25 알킬), 예를 들어 N-3차-부틸아크릴아미드, 옥틸아크릴아미드 및 또한 N,N-디알킬아크릴아미드류(유리하게는 동일하거나 또는 상이한 C4 내지 C25 알킬류), 예컨대 N,N-디헥실아크릴아미드, 아크릴산 유도체 예컨대 에톡실화 또는 비-에톡실화 알킬의 아크릴레이트류 및 메타크릴레이트류 (유리하게는 C4 내지 C25 알킬류)를 포함하는 군으로부터 유리하게 선택될 것이다.
본 발명에 따르면, 호프만 분해로부터 생성된 호스트 (코)폴리머의 알파 인자(alpha factor)가 유리하게는 0.01 내지 1 사이, 바람직하게는 0.05 내지 0.9 사이, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 0.8 사이이다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 아크릴아미드 또는 이들의 유도체를 포함하는 폴리머 상에서 수행되는 호프만 분해에 의해 수득되는 폴리비닐아민류, 및 N, O, S 및 P로부터의 3개 이상의 헤테로원자들을 함유하고, 각각 적어도 하나의 이동성 수소(mobile hydrogen)를 갖는 적어도 하나의 다작용성 화합물을 사용할 수 있다. 다작용성 화합물은 베이스 (코)폴리머를 구성하는 모노머들의 중합반응 전 또는 중합반응 동안에 혼입된다.
바람직하게는, 상기 다작용성 화합물은 폴리에틸렌이민, 폴리아민 및 폴리알릴아민을 포함하는 군으로부터 선택된다.
N-비닐포름아미드 베이스 (코)폴리머의 전체 또는 부분 가수분해로부터 생성되는 폴리비닐아민류
제1 단계에서, N-비닐포름아미드 (NVF) 베이스 (코)폴리머가 수득되는데, 폴리(N-비닐포름아미드)는 하기의 단위를 갖는다:
그 후, 이 단위는 가수분해에 의해 1차 아민으로 전환되고, 폴리(비닐아민)을 형성한다:
상기 가수분해는 산(산성 가수분해) 또는 염기(염기성 가수분해)의 작용에 의해 수행될 수 있다.
첨가되는 산 또는 염기의 양에 따라, N-비닐포름아미드 베이스 (코)폴리머는 부분적으로 또는 전체적으로 폴리(비닐아민)으로 전환된다.
유리하게는, 가수분해의 정도는 1% 내지 100% 사이이며, 더욱 유리하게는 30% 내지 90% 사이인 것이다. 다시 말해, 100개의 개시 NVF기 당 30개 내지 90개의 NVF기가 아민기로 전환된다.
바람직하게는, N-비닐포름아미드 베이스 (코)폴리머는 적어도 하나의 비이온성 모노머 및/또는 적어도 하나의 양이온성 모노머 및/또는 적어도 하나의 음이온성 모노머를 포함한다. 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있는 모노머들은 상기 언급 된 목록으로부터 선택될 수 있으며, 비이온성 모노머들은 유리하게는 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-이소프로필아크릴아미드, N-메틸메타크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐포름아미드, N-비닐피롤리돈 및 아크릴로니트릴에 해당한다.
상기 비닐아민 작용기 외에, 바람직한 실시 형태에 따르면, 상기 호스트 (코)폴리머는 적어도 하나의 비이온성 모노머 및 적어도 하나의 양이온성 모노머를 포함한다. 상기 폴리머는 바람직하게는 아크릴아미드 및 DADMAC를 포함한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 실시 형태(호프만, 폴리(NVF)...의 가수분해)에 관계없이, 호스트 (코)폴리머는 선형일 수 있거나 분지형, 별형 또는 빗형 구조를 가질 수 있다.
상기 복합체 (코)폴리머의 구조는 다작용성 분지화제 및 선택적으로 이동제의 존재 하에서, 상기 호스트 폴리머를 구성하는 모노머들의 중합반응 동안(또는 선택적으로 중합반응 후) 수득되는 것이 바람직하다.
상기 분지화제는 예를 들어 메틸렌비스아크릴아미드(MBA), 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디아크릴아미드, 시아노메틸 아크릴레이트, 비닐옥시에틸 아크릴레이트, 비닐옥시 메타크릴레이트, 트리알릴아민, 글리시딜 에테르형의 화합물, 예컨대 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 에폭시류, 펜타에리트리톨, 폴리비닐 알코올류, 크산테이트류(xanthates) 또는 기타 별-분지형 코어 형태의 가교제로부터 선택될 수 있다.
이동제는 폴리퍼옥시드류, 폴리아조류 및 다작용성 이동제류 예컨대 폴리메르캅탄 (코)폴리머류, 및 폴리올류, 예를 들면 이소프로필 알코올, 하이포아인산 나트륨, 메르캅토에탄올, 소듐 메트알릴술포네이트(sodium methallylsulfonate)로부터 선택될 수 있다.
실제로, 상기 분지화제는 활성 물질(호스트 (코)폴리머를 구성하는 모노머들의 중량)에 대하여 중량으로 5 내지 50,000(5∼50,000)ppm의 양으로 도입하는 것이 유리하고, 5 내지 10,000ppm인 것이 바람직하며, 5 내지 5,000ppm인 것이 유리하다. 상기 구조화제는 메틸렌비스아크릴아미드(MBA)인 것이 유리하다.
본 발명에 따르면, 상기 호스트 (코)폴리머는 적어도 10,000 g/mol의 분자량을 가지며, 바람직하게는 적어도 50,000g/mol이고, 더욱 더 바람직하게는 적어도 100,000 g/mol이다. 이의 분자량은 유리하게는 10,000,000 g/mol 이하이고, 바람직하게는 5,000,000 g/mol 미만이다.
복합체 (코)폴리머
복합체 (코)폴리머의 제조 동안 사용되는 수용성 모노머(들)은 특히 적어도 하나의 비이온성 모노머 및/또는 적어도 하나의 음이온성 모노머 및/또는 적어도 하나의 양이온성 모노머일 수 있다. 복합체 (코)폴리머는 유리하게는 수용성이다.
사용된 다양한 모노머들은 상기 호스트 (코)폴리머의 기재 시에 미리 언급된 각각의 목록들로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 특정 실시 형태에 따르면, 수용성 모노머의 중합반응은 적어도 하나의 비-폴리머성 이동제의 존재 하에 그리고 다작용성 에틸렌형의 분지화제 또는 가교제의 부재 하에 수행된다. 이동제는 바람직하게는 200 g/mol 미만의 분자량을 갖는 것이 유리하다. 이의 분자량은 유리하게는 2 g/mol 이상이다.
"다작용성 에틸렌형의 분지화제 또는 가교제"는 폴리비닐기, 예를 들어 폴리알릴릭기, 특히 2작용성, 3작용성 또는 4작용성인 것을 포함하는 제제를 나타내는데 사용된다.
수용성 모노머(들)의 중합반응 동안 사용되는 적어도 하나의 비-폴리머성 이동제는 유리하게는 이소프로필 알코올, 하이포아인산 나트륨, 소듐 (메트)알릴술포네이트 및 메르캅토에탄올을 포함하는 군으로부터 선택된다.
도입되는 이동제의 양은 사용되는 수용성 모노머의 중량에 대하여, 중량으로 1 내지 15,000ppm인 것이 유리하고, 10 내지 10,000ppm인 것이 바람직하며, 100 내지 5,000ppm인 것이 보다 바람직하다.
일반적으로, 본 발명의 복합체 (코)폴리머의 제조는 임의의 특정 중합 방법의 개발을 요구하지 않는다. 실제로, 이 복합체 (코)폴리머는 당업자에게 널리 공지된 임의의 중합 기술에 따라 수득될 수 있다. 이는 특히 용액 중합, 겔 중합, 침전 중합, 유화 중합(수성 또는 역), 현탁 중합, 또는 미셀 중합(micellar polymerization)일 수 있다.
중합반응은 일반적으로 UV 개시제, 아조 개시제, 산화환원(redox) 또는 열 개시제 뿐만 아니라 제어 라디칼 중합(CRP) 또는 매트릭스 중합 기술에 의한 자유 -라디칼 중합반응이다.
폴리머의 첨가제
전술한 바와 같이, 첨가제는 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성되는 생성물이다. 첨가제는 유리하게는 수용성이다.
유리하게는, 상기 디알데히드 화합물이 글리옥살(glyoxal), 말로닉 디알데히드(malonic dialdehyde), 숙시닉 디알데히드(succinic dialdehyde), 글루타르알데히드(glutaraldehyde), 아디픽 디알데히드(adipic dialdehyde), 2-히드록시아디픽 디알데히드(2-hydroxyadipic dialdehyde), 피멜릭 디알데히드(pimelic dialdehyde), 수베릭 디알데히드(suberic dialdehyde), 아젤라익 디알데히드(azelaic dialdehyde), 세바식 디알데히드(sebacic dialdehyde), 말레익 디알데히드(maleic dialdehyde), 푸마릭 디알데히드(fumaric dialdehyde), 프탈릭 디알데히드, 이소프탈릭 디알데히드, 테레프탈릭 디알데히드 및 1,4-디포르밀시클로헥산 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 반응 동안 존재하는 디알데히드의 양은 복합체 (코)폴리머에 대하여 5 중량% 내지 50 중량% 사이, 바람직하게는 10 중량% 내지 40 중량% 사이이다.
"글리옥살화(Glyoxalation)"는 디알데히드 유리하게는 글리옥살인 그의 성질에 관계없이, 복합체 (코)폴리머와 디알데히드 화합물 사이의 반응을 나타내는데 사용된다.
글리옥살화에는 특별한 방법이 필요하지 않다. 당업자에게 알려진 글리옥살화의 주요 기술이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리하게는 수산화나트륨 용액으로 디알데히드의 첨가 후 pH를 조정할 수 있다. 염기, 유리하게는 수산화나트륨을 연속적으로 첨가함으로써 제어된 pH 하에서 반응을 또한 수행할 수 있고, 디알데히드를 복수의 분획으로 또한 첨가할 수도 있다. 점도, 탁도 등을 측정하여 반응의 진행을 또한 모니터링할 수도 있다.
다른 측면에 따르면, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 폴리머 기반의 첨가제를 제조하는 방법에 관한 것이다:
a/ 적어도 하나의 비이온성 모노머로 구성된 적어도 하나의 베이스 (코)폴리머를 제조하는 단계,
b/ 단계 a/에서 수득된 적어도 하나의 베이스 (코)폴리머 상에서 수행되는 호프만 분해라고도 칭해지는 것(what is referred to as Hofmann degradation)에 의해 수득되는 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머를 제조하는 단계,
c/ 단계 b/에서 수득된 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머의 존재 하에 적어도 하나의 수용성 모노머의 중합반응에 의해 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머를 제조하는 단계,
d/ 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 단계 c/에서 수득된 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 첨가제를 제조하는 단계.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 폴리머 기반의 첨가제를 제조하는 방법에 관한 것이다:
a/ 적어도 하나의 N-비닐포름아미드 베이스 (코)폴리머를 제조하는 단계,
b/ 단계 a/에서 수득된 N-비닐포름아미드 (코)폴리머의 적어도 부분 가수분해에 의해 수득되는 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머를 제조하는 단계,
c/ 단계 b/에서 수득된 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머의 존재 하에 적어도 하나의 수용성 모노머의 중합반응에 의해 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머를 제조하는 단계,
d/ 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 단계 c/에서 수득된 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 첨가제를 제조하는 단계.
"적어도 하나의 모노머로 구성된 (코)폴리머"는 적어도 하나의 모노머의 복수의 분자들로부터 수득된 폴리머를 나타내는데 사용된다. 따라서, 모노머의 폴리머는 모노머 분자들의 복수의 반복 단위들로부터 수득되는 폴리머에 해당한다.
본 발명에 따라 수득된 첨가제는 건조 강도, 보류도, 탈수 및 출력 내구성 대한 제제로서의 폴리머의 사용을 필요로 하는 모든 유형의 종이, 판지 또는 이와 유사한 것의 제조에 성공적으로 사용될 수 있다. 이것은 특히 포장지, 코팅 지지 종이, 위생지 및 가정용 종이를 위한 종이 및 판지일 수 있다.
출력 내구성은 테이블(table) 상에서의 탈수 개선, 프레스 섹션에서의 건조 개선, 회로의 청정도 향상을 통한 파손 감소와 침전물의 감소를 통해 생산성을 향상시켜 제지 기계의 작동의 최적화를 나타내는데 사용된다.
본 발명의 첨가제는 특히 이 첨가제가 사용되어질 제지 기계의 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 부정적인 부작용 없이 건식 상태 및 습식 상태에서의 더 나은 진공 탈수 특성 및 강도 특성을 수득할 수 있다.
본 발명에 따르면, 첨가제는 시트 형성 전 또는 후에 공정에서 첨가된다. 따라서, 셀룰로오스 물질은 다양한 방식으로 첨가제와 접촉될 수 있다. 첨가제는 희석되거나 희석되지 않은 수용액의 형태로 사용될 수 있다. 첨가제는 셀룰로오스 물질에 첨가될 수 있다. 이것은 건조 강도 제제가 관례적으로 도입되는 제지 제조 공정의 임의의 지점에서 함침 기술에 의해 적용될 수 있거나 섬유 현탁액에 직접 첨가될 수 있다.
그것은 진한 스톡(thick stock) 또는 묽은 스톡(thin stock)에 도입될 수 있다. 그것은 팬 펌프(fan pump) 또는 헤드박스(headbox)에 첨가될 수 있다. 첨가제는 우선적으로 헤드박스에 이전에 도입된다.
또한, 스프레이, 또는 코팅기를 사용하여 성형 테이블(forming table)에 적용할 수도 있다.
첨가제는 당업자에게 공지된 통상적인 수단으로 함침되거나 적용될 수 있다.
첨가제는, 즉 그것이 백수(white water)(진한 스톡)로 희석되기 전에, 바람직하게는 산업적으로 섬유 현탁액에 주입된다. 펄프의 농도는 유리하게는 대략 3 중량% 내지 5 중량%이다.
이 공정은 천연 섬유 펄프(pulps of virgin fibers)(크래프트(Kraft), 바이설파이트(bisulfite) 등), 재활용 섬유 펄프(pulps of recycled fibers), 탈잉크 펄프(deinked pulps), 기계 펄프(mechanical pulps) 또는 열기계 펄프(thermomechanical pulps)에 사용될 수 있다.
첨가제는 바람직하게는 제지 기계 근처에서 제조될 수 있다.
본 발명과 결과적인 이점들은 하기의 예시적인 실시 형태로부터 명백해질 것이다.
실시예
모든 점도들은 LV1 모듈이 장착된 브룩필드 점도계(Brookfield viscometer)로 측정된다. 측정은 60 rpm의 회전 속도로 수행된다.
실시예 1 (본 발명에 따름):
복합체 코폴리머 1의 합성
38.1 g의 호스트 폴리머(상업적 제품 Floret HF31(SNF SA), 활성 물질(active matter) = 물 중 10.5 중량%, 건조 물질(dry matter) = 21%, 즉 4 g의 호스트 폴리머)가 기계식 교반기, 온도계, 응축기 및 기체 질소 딥스틱(gaseous nitrogen dipstick)이 장착된 1-리터 반응기에 도입되었다. 559 g의 물, 254.9 g의 50% 아크릴아미드(물 중 50 중량%의 용액) 및 145.4 g의 50% AMPS(물 중 50 중량%의 용액), 및 또한 0.67 g의 연쇄-이동제(chain transfer agent)(하이포아인산 나트륨)(AMPS = 2-아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산)를 첨가하였다. 황산을 사용하여 반응 매질의 pH를 4.1로 조정하였다. 온도를 21℃로 조정한 다음, 촉매를 반응 매질, 즉 0.31 g의 과황산나트륨, 0.41 g의 소듐 메타바이설파이트(sodium metabisulfite) 및 0.01 g의 모어염(Mohr's salt)에 주입하였다. 발열 반응(reaction exothermy)에 의해, 반응 매질의 온도를 62.1℃의 온도까지 상승하였다. 45분의 에이징 후, 2.5 g의 소듐 바이설파이트(물 중 40 중량%의 용액)를 첨가하였고 임의의 잔류 모노머들을 반응시켰다. 냉각 전에 45분의 또 다른 에이징이 적용되었다. 수득된 복합체 폴리머 1의 용액은 pH 4.1, 고형분 함량 20.2% 및 점도 1200 cps를 갖는다.
실시예 1 내지 실시예 4에서, 제품 Floret HF31은 알파 인자 = 0.7 (AM = 아크릴아미드)를 갖는 DADMAC/AM 코폴리머(30/70 mol%)의 호프만 분해로부터 생성되는 코폴리머에 해당한다.
첨가제 1의 합성
241.4 g의 복합체 코폴리머 1 및 539.3 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 11.1로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 19.3 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 65 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 첨가제 1을 수득하였다.
실시예 2 (본 발명에 따름):
복합체 코폴리머 2의 합성
38.1 g의 호스트 폴리머(상업적 제품 Floret HF31 (SNF SA), 활성 물질 = 물 중 10.5 중량%, 건조 물질 = 21%)가 기계식 교반기, 온도계, 응축기 및 기체 질소 딥스틱이 장착된 1-리터 반응기에 도입되었다. 481.3 g의 물 및 33.4 g의 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC, 물 중 64 중량%)를 첨가하였다. H2SO4를 사용하여 pH를 2.5로 조정하였다. 수조를 사용하여 매질을 가열하였고 79℃ 내지 81℃의 온도로 유지시켰다. 2회의 연속 주입을 사용하여, 357.2 g의 50% 아크릴아미드(50 중량%의 용액) 및 0.67 g의 연쇄-이동제(하이포아인산 나트륨)를 90분 동안 연속적으로 주입하였고, 과황산나트륨 용액을 90분에 걸쳐 혼입하였다. 30분의 에이징 후, 0.26 g의 소듐 바이설파이트(물 중 40 중량%의 용액)를 첨가하였고 임의의 잔류 모노머들을 반응시켰다. 냉각 전에 60분의 또 다른 에이징이 적용되었다. 수득된 복합체 코폴리머 2의 용액은 pH 5.0, 고형분 함량 19.6% 및 점도 900 cps를 갖는다.
첨가제 2a의 합성
160 g의 복합체 코폴리머 2 및 620 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.3으로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 20.0 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 49 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 첨가제 2a을 수득하였다.
첨가제 2b의 합성
69.6 g의 복합체 코폴리머 2 및 725.2 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.38로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 5.22 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 38 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 첨가제 2b를 수득하였다.
실시예 3 (본 발명에 따름):
복합체 코폴리머 3의 합성
38.1 g의 호스트 폴리머(상업적 제품 Floret HF31 (SNF SA), 활성 물질 = 물 중 10.5 중량%, 건조 물질 = 21%)가 기계식 교반기, 온도계, 응축기 및 기체 질소 딥스틱이 장착된 1-리터 반응기에 도입되었다. 565.9 g의 물, 113.3 g의 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC, 물 중 64 중량%)를 첨가하였다. H2SO4를 사용하여 pH를 2.5로 조정하였다. 수조를 사용하여 매질을 가열하였고 79℃ 내지 81℃의 온도로 유지시켰다. 2회의 연속 주입을 사용하여, 255 g의 50% 아크릴아미드(물 중 50 중량%의 용액) 및 0.07 g의 연쇄-이동제(하이포아인산 나트륨)를 90분 동안 연속적으로 주입하였고, 과황산나트륨 용액을 90분에 걸쳐 혼입하였다. 30분의 에이징 후, 0.26 g의 소듐 바이설파이트(물 중 40 중량%의 용액)를 첨가하였고 임의의 잔류 모노머들을 반응시켰다. 냉각 전에 60분의 또 다른 에이징이 적용되었다. 수득된 복합체 코폴리머 3의 용액은 pH 5.0, 고형분 함량 19.7% 및 점도 2000 cps를 갖는다.
첨가제 3a의 합성
256.8 g의 복합체 코폴리머 3 및 521.6 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.6으로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 21.6 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 97 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 첨가제 3a을 수득하였다.
첨가제 3b의 합성
69.6 g의 복합체 코폴리머 3 및 725.2 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.4로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 5.22 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 18 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 첨가제 3b를 수득하였다.
실시예 4 (본 발명에 따름):
복합체 코폴리머 4의 합성
38.1 g의 호스트 폴리머(상업적 제품 Floret HF31 (SNF SA), 활성 물질 = 물 중 10.5 중량%, 건조 물질 = 21%)가 기계식 교반기, 온도계, 응축기 및 기체 질소 딥스틱이 장착된 1-리터 반응기에 도입되었다. 584.5 g의 물 및 89.5 g의 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC, 물 중 64 중량%)를 첨가하였다. H2SO4를 사용하여 pH를 2.5로 조정하였다. 수조를 사용하여 매질을 가열하였고 79℃ 내지 81℃ 사이의 온도로 유지시켰다. 2회의 연속 주입을 사용하여, 285.4 g의 50% 아크릴아미드 (물 중 50 중량%의 용액) 및 0.07 g의 연쇄-이동제(하이포아인산 나트륨)를 90분 동안 연속적으로 주입하였고, 과황산나트륨 용액을 90분에 걸쳐 혼입하였다. 30분의 에이징 후, 0.26 g의 소듐 바이설파이트(물 중 40 중량%의 용액)를 첨가하였고 임의의 잔류 모노머들을 반응시켰다. 냉각 전에 60분의 또 다른 에이징이 적용되었다. 수득된 복합체 코폴리머 4의 용액은 pH 4.7, 고형분 함량 20.6% 및 점도 3500 cps를 갖는다.
첨가제 4의 합성
69.6 g의 복합체 코폴리머 4 및 725.2 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.4로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 5.22 g의 글리옥살을 첨가하였다.
pH의 제어 및 점도의 모니터링은 54 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 첨가제 4를 수득하였다.
실시예 5 (본 발명에 따름):
복합체 코폴리머 5의 합성
복합체 코폴리머 4의 합성을 위한 프로토콜을 반복하였으나, 도입된 호스트 폴리머의 양은 95.2 g이었다.
수득된 복합체 코폴리머 5의 용액은 pH 4.8, 고형분 함량 20.7% 및 점도 2100 cps를 갖는다.
첨가제 5의 합성
복합체 코폴리머 4를 복합체 코폴리머 5로 대체하여, 첨가제 4의 합성 프로토콜을 반복하였다.
pH의 제어 및 점도의 모니터링은 35 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 첨가제 5를 수득하였다.
실시예 6 (본 발명에 따름):
복합체 코폴리머 6의 합성
복합체 코폴리머 4의 합성을 위한 프로토콜을 반복하였으나, 도입된 호스트 폴리머의 양은 190.5 g이었다.
수득된 복합체 코폴리머 6의 용액은 pH 5.0, 고형분 함량 20.5% 및 점도 3500 cps를 갖는다.
첨가제 6의 합성
복합체 코폴리머 4를 복합체 코폴리머 6으로 대체하여, 첨가제 4의 합성 프로토콜을 반복하였다.
pH의 제어 및 점도의 모니터링은 38 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 첨가제 6을 수득하였다.
실시예 7 (반례: counter-example):
코폴리머 1의 합성
597.1 g의 물, 254.9 g의 50% 아크릴아미드(물 중 50 중량%의 용액) 및 145.4 g의 50% AMPS(물 중 50 중량%의 용액), 및 또한 0.67 g의 연쇄-이동제(하이포아인산 나트륨)가 기계식 교반기, 온도계, 응축기 및 기체 질소 딥스틱이 장착된 1-리터 반응기에 도입되었다. 황산을 사용하여 반응 매질의 pH를 4.1로 조정하였다. 온도를 21℃로 조정한 다음, 촉매를 반응 매질, 즉 0.31 g의 과황산나트륨, 0.41 g의 소듐 메타바이설파이트 및 0.01 g의 모어염에 주입하였다. 발열 반응에 의해, 반응 매질의 온도는 62.2℃의 온도까지 상승하였다. 45분의 에이징 후, 2.5 g의 소듐 바이설파이트(물 중 40 중량%의 용액)를 첨가하였고 임의의 잔류 모노머들을 반응시켰다. 냉각 전에 45분의 또 다른 에이징이 적용되었다. 수득된 코폴리머 1의 용액은 pH 4.1, 고형분 함량 20.1% 및 점도 700 cps를 갖는다.
글리옥살화 코폴리머 1의 합성
241.4 g의 코폴리머 1 및 539.3 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 11.12로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 19.3 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 52.5 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 글리옥살화 코폴리머 1를 수득하였다. 글리옥살화 코폴리머 1은 선행 문헌 FR 3 079 516 A1호에 해당한다.
실시예 8 (반례):
코폴리머 2의 합성:
519.4 g의 물, 33.4 g의 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC, 물 중 64 중량%의 용액)가 기계식 교반기, 온도계, 응축기 및 기체 질소 딥스틱이 장착된 1-리터 반응기에 도입되었다. H2SO4를 사용하여 pH를 2.5로 조정하였다. 수조를 사용하여 매질을 가열하였고 79℃ 내지 81℃의 온도로 유지시켰다. 2회의 연속 주입을 사용하여, 357.2 g의 50% 아크릴아미드(물 중 50 중량%의 용액)를 90분 동안 연속적으로 주입하였고, 과황산나트륨 용액을 90분에 걸쳐 혼입하였다. 그 후 1 g의 연쇄-이동제(하이포아인산 나트륨)를 첨가하였고, 30분의 에이징 후, 0.26 g의 소듐 바이설파이트(물 중 40 중량%의 용액)를 첨가하였고 임의의 잔류 모노머들을 반응시켰다. 냉각 전에 60분의 또 다른 에이징이 적용되었다. 수득된 코폴리머 2의 용액은 pH 5.0, 고형분 함량 19.5% 및 점도 1100 cps를 갖는다.
글리옥살화 코폴리머 2a의 합성
160 g의 코폴리머 2 및 620 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.2로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 20.0 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 50 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 글리옥살화 코폴리머 2a를 수득하였다.
글리옥살화 코폴리머 2b의 합성
69.6 g의 코폴리머 2 및 725.2 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.38로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 5.22 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 15 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 글리옥살화 코폴리머 2b를 수득하였다. 글리옥살화 코폴리머 2b는 선행 문헌 US 8,703,847호에 해당한다.
혼합물 2의 제조
38.1 g의 호스트 폴리머(상업적 제품 HF31(SNF Floerger), 활성 물질 = 물 중 10.5 중량%, 건조 물질 = 21%) 및 상기에서 합성된 911 g의 코폴리머 2를 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에서 혼합하였다. pH 4.5, 고형분 함량 19.1% 및 점도 950 cps를 갖는 혼합물을 수득하였다.
글리옥살화 혼합물 2b의 합성
69.6 g의 혼합물 2 및 725.2 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.38로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중의 40 중량%의 5.22 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 40 cps의 점도를 갖는 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 글리옥살화 혼합물 2b를 수득하였다. 글리옥살화 혼합물 2b는 선행 문헌 WO 2009/059725호에 해당한다.
실시예 9 (반례):
코폴리머 3의 합성:
605 g의 물, 113.3 g의 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC, 물 중 64 중량%) 및 16 g의 폴리에틸렌이민이 기계식 교반기, 온도계, 응축기 및 기체 질소 딥스틱이 장착된 1-리터 반응기에 도입되었다. H2SO4를 사용하여 pH를 2.5로 조정하였다. 수조를 사용하여 매질을 가열하였고 79℃ 내지 81℃의 온도로 유지시켰다. 2회의 연속 주입을 사용하여, 255 g의 50% 아크릴아미드(물 중 50 중량%의 용액), 0.2 g의 메틸렌비스아크릴아미드 및 0.08 g의 하이포아인산 나트륨을 90분 동안 연속적 주입으로 혼입하였고, 과황산나트륨 용액을 90분에 걸쳐 혼입하였다. 그 후 1 g의 연쇄-이동제(하이포아인산 나트륨)를 첨가하였고, 30분의 에이징 후, 0.26 g의 소듐 바이설파이트(물 중 40 중량%의 용액)를 첨가하였고 임의의 잔류 모노머들을 반응시켰다. 냉각 전에 60분의 또 다른 에이징이 적용되었다. 수득된 코폴리머 3의 용액은 pH 4.1, 고형분 함량 20.9% 및 점도 2050 cps를 갖는다.
글리옥살화 코폴리머 3a의 합성
260.9 g의 코폴리머 3 및 519.6 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.2로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 19.57 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 95 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 글리옥살화 코폴리머 3a를 수득하였다. 글리옥살화 코폴리머 3은 선행 문헌 FR 2 987 375호에 해당한다.
글리옥살화 코폴리머 3b의 합성
69.6 g의 코폴리머 3 및 725.2 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 물 중 10 중량%의 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.5로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 5.22 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 55 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 글리옥살화 코폴리머 3b를 수득하였다.
실시예 10 (반례):
코폴리머 4의 합성:
621 g의 물, 89.5 g의 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC, 물 중 64 중량%)가 기계식 교반기, 온도계, 응축기 및 기체 질소 딥스틱이 장착된 1-리터 반응기에 도입되었다. H2SO4를 사용하여 pH를 2.5로 조정하였다. 수조를 사용하여 매질을 가열하였고 79℃ 내지 81℃의 온도로 유지시켰다. 2회의 연속 주입을 사용하여, 285.4 g의 50% 아크릴아미드(물 중 50 중량%의 용액)를 90분 동안 연속적 주입으로 혼입하였고, 과황산나트륨 용액을 90분에 걸쳐 혼입하였다. 그 후 1 g의 연쇄-이동제(하이포아인산 나트륨)를 첨가하였고, 30분의 에이징 후, 0.26 g의 소듐 바이설파이트(물 중 40 중량%의 용액)를 첨가하였고 임의의 잔류 모노머들을 반응시켰다. 냉각 전에 60분의 또 다른 에이징이 적용되었다. 수득된 코폴리머 4의 용액은 pH 4.9, 고형분 함량 20.5% 및 점도 1700 cps를 갖는다.
글리옥살화 코폴리머 4의 합성
69.6 g의 코폴리머 4 및 725.2 g의 물을 기계식 교반기가 장착된 1-리터 반응기에 도입하였다. 반응기에는 pH 프로브가 제공되었다. 10분 동안 교반한 후, 10% 수산화나트륨 용액으로 pH를 10.4로 조정하였다. 온도는 20℃ 내지 22℃ 사이로 유지되었다. 물 중 40 중량%의 5.22 g의 글리옥살을 첨가하였다. pH의 제어 및 점도의 모니터링은 53 cps 생성물을 수득할 수 있게 하였다. 물 중에 92%의 H2SO4를 첨가하여 pH를 3.5 미만으로 낮추어 반응을 정지시켰고, 글리옥살화 코폴리머 4를 수득하였다. 글리옥살화 코폴리머 4는 선행 문헌 US 9,644,320호에 해당한다.
평가 테스트 절차
재활용 섬유 펄프(모든 적용 실시예에서 사용됨):
습식 펄프는 건식 펄프를 펄핑하여(pulping) 1 질량%의 최종 수성 농도를 수득하였다. 이것은 100% 재활용 보드 섬유로 구성된 중성의 pH의 펄프이다.
진공 탈수 성능의 평가(DDA)
동적 배수 분석기(Dynamic Drainage Analyzer: DDA)를 사용하면 진공 하에서 섬유 현탁액을 배수하는데 필요한 시간(초: in seconds)을 자동으로 결정할 수 있다. 1000 rpm에서 교반하면서 DDA 실린더에 습식 펄프(물 중의 1.0 질량%로 0.6 리터의 펄프)에 폴리머를 첨가하였다:
T = 0 s: 펄프 교반의 개시
T = 10 s: 첨가제의 첨가
T = 30 s: 교반의 종료 및 진공 상태에서 200 mbar에서 60초 동안의 탈수
와이어(wire) 아래의 압력은 시간의 함수로 기록된다. 모든 물이 섬유 웹(fibrous web)에서 빠져나가면, 공기가 이를 통과하여 시간의 함수로서 와이어 아래의 압력을 나타내는 곡선의 기울기의 중단(break)을 유발한다. 기울기의 이러한 중단에서, 초로 표현되는, 시간은 탈수 시간(dewatering time)에 해당한다. 상기 시간이 더 작을수록, 진공 하에서 탈수가 더 우수하다.
수초지(handsheets)의 제조, 90 g.m -2 의 평량(grammage)
필요한 펄프량을 샘플링하여 90 g.m-2의 평량을 갖는 시트를 수득하였다.
습식 펄프는 동적 수초지 제작기(dynamic handsheet former)에 도입되었고 교반 하에 유지되었다. 미리 정의된 순서에 따라 시스템의 다양한 요소가 이 펄프에 주입되었다. 일반적으로, 각각의 폴리머의 첨가 사이에 45초의 접촉 시간(contact time)이 유지된다.
수초지(paper handsheets)는 자동 수초지 제작기(automatic handsheet former)로 제조된다: 압지(blotter) 및 성형 와이어(forming wire)는 1000 rpm으로 용기의 회전 시작 및 수벽(water wall)의 구성 이전에 동력 수초지 제작기의 용기에 위치된다. 처리된 펄프는 수벽 상에 분포되어 성형 와이어 상에 섬유 시트를 형성한다.
일단 물이 배수되면, 섬유 시트를 수집하고, 4 bar의 압력을 가한 후, 117 ℃에서 건조한다. 수득된 시트를 제어된 온도 및 습도 공간(50% 상대 습도 및 23 ℃)에서 밤새 컨디셔닝한다. 이 방법에 의해 수득된 모든 시트의 건조 강도 특성을 이후에 측정하였다.
종이의 기계적 강도 성능:
파열(bursting)은 표준 TAPPI T403 om-02에 따라 Messmer Buchel M 405 파열 측정기로 측정하였다. 결과는 kPa 단위로 표시된다. kPa.m2/g으로 표현되는, 파열 지수(burst index)는 이 값을 테스트된 시트의 평량으로 나눔으로써 측정되었다.
건식 상태 또는 습식 상태에서의 열단 길이(breaking lengths)는 표준 TAPPI T494 om-01에 따라 Testometric AX 견인 장치(traction device)를 사용하여 종이의 세로 방향(machine direction)으로 측정하였다. 결과는 km로 나타내었다.
평가되는 특성들에 관계없이, 상기 폴리머의 첨가 없이 동일한 조건과 비교하여 각 폴리머에 대하여 성능에서의 백분율 개선이 표시된다.
하기에서 평가된 폴리머는 건조 섬유에 대하여 1.5 kg/t의 활성 폴리머의 양으로 투여된다.
음이온성 폴리머의 경우, 상기 폴리머는 건조 섬유에 대하여 3 kg/t의 건조 물질로 투여된 PAE(폴리아미도아민 에피클로로히드린)와 사전에 조합되어 테스트된다.
표 1: 복합체 코폴리머류와 본 발명에 따른 첨가제 사이에 대한 비교
복합체 코폴리머의 글리옥살화에 해당하는 그들의 농도에 관계없이, 글리옥살화를 겪지 않은 복합체 코폴리머와 비교하여, 본 발명에 따른 첨가제들은 진공 탈수 성능 및 또한 종이의 물리적 특성(파열 지수 및 건식 상태 및 습식 상태에서의 열단 길이)의 개선을 제공하는 것을 표 1에서 명확하게 입증하였다.
표 2: 첨가제와 선형 코폴리머에 기반한 글리옥살화 코폴리머 사이의 15 mol%에서의 동일한 음이온도에 대한 비교
표 3: 본 발명에 따른 첨가제, 선형 코폴리머에 기반한 글리옥살화 코폴리머 및 당해 혼합물의 글리옥살화로부터 생성되는 제품 사이의 5 mol%에서의 동일한 양이온도에 대한 비교
표 4: 본 발명에 따른 첨가제와 종래의 선형 코폴리머에 기반한 글리옥살화 코폴리머류 사이의 20 mol%에서의 동일한 양이온도에 대한 비교
표 2, 표 3 및 표 4에서, 본 발명의 첨가제는 종래의 선형 코폴리머류로부터 생성된 글리옥살화 코폴리머류, 또는 폴리에틸렌이민으로 사전에 개질된 종래의 분지형 코폴리머류와 비교하거나, 또는 해당 혼합물의 글리옥살화 제품과 비교하여, 다른 모든 점에서는 동일하지만(글리옥살화 농도, 이온도), 진공 탈수 성능 및 또한 종이의 기계적 특성(파열 지수 및 건식 상태 및 습식 상태에서의 열단 길이)의 측면에서 이점을 제공한다는 것이 명확하게 확립되었다.
표 5: 본 발명에 따른 첨가제와 선형 코폴리머에 기반한 글리옥살화 코폴리머 사이의 15 mol%에서의 동일한 양이온도에 대한 비교
표 5에서, 진공 탈수 및 종이의 기계적 강도 성능(파열 및 건식 상태에서의 열단 길이)의 관점에서 본 발명에 의해 제공되는 기술적 효과가 용이하게 관찰되었다. 실제로, 복합체 코폴리머 중의 호스트 폴리머의 양이 증가함에 따라 성능의 향상이 점점 두드러졌다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 디알데히드 화합물과 비닐아민 작용기를 포함하는 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머(host (co)polymer)의 존재 하에 수용성 모노머의 중합반응에 의해 수득된 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머(complex (co)polymer) 사이의 반응으로부터 생성되는 (코)폴리머 기반의 첨가제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    디알데히드가 글리옥살(glyoxal), 말로닉 디알데히드(malonic dialdehyde), 숙시닉 디알데히드(succinic dialdehyde), 글루타르알데히드(glutaraldehyde), 아디픽 디알데히드(adipic dialdehyde), 2-히드록시아디픽 디알데히드(2-hydroxyadipic dialdehyde), 피멜릭 디알데히드(pimelic dialdehyde), 수베릭 디알데히드(suberic dialdehyde), 아젤라익 디알데히드(azelaic dialdehyde), 세바식 디알데히드(sebacic dialdehyde), 말레익 디알데히드(maleic dialdehyde), 푸마릭 디알데히드(fumaric dialdehyde), 프탈릭 디알데히드(phthalic dialdehyde), 이소프탈릭 디알데히드(isophthalic dialdehyde), 테레프탈릭 디알데히드(terephthalic dialdehyde) 및 1,4-디포르밀시클로헥산 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 첨가제.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    적어도 하나의 수용성 모노머의 중합반응은 적어도 하나의 비-폴리머성 이동제(non-polymeric transfer agent)의 존재 하에 그리고 다작용성 에틸렌형 분지화제 또는 가교제의 부재 하에 수행되는 것을 특징으로 하는, 첨가제.
  4. 청구항 3에 있어서,
    이동제가 200 g/mol 미만의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는, 첨가제.
  5. 청구항 3에 있어서,
    이동제가 이소프로필 알코올, 하이포아인산 나트륨(sodium hypophosphite) 및 메르캅토에탄올을 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 첨가제.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    비닐아민 작용기를 포함하는 호스트 폴리머가 N-비닐포름아미드 베이스 (코)폴리머(N-vinylformamide base (co)polymer)의 가수분해로부터 생성되는 것을 특징으로 하는, 첨가제.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    비닐아민 작용기를 포함하는 호스트 폴리머가 베이스 (코)폴리머 상에서의 호프만 분해 반응(Hofmann degradation reaction)으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는, 첨가제.
  8. 청구항 7에 있어서,
    베이스 (코)폴리머가 아크릴아미드 및 이들의 유도체를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 비이온성 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 첨가제.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    호스트 폴리머를 구성하는 모노머들 및 수용성 모노머(들)은 하기를 포함하는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 첨가제:
    - 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-이소프로필아크릴아미드, N-메틸메타크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, N-비닐포름아미드, N-비닐피롤리돈 및 아크릴로니트릴로부터의 적어도 하나의 모노머; 및/또는
    - 디메틸아미노에틸 아크릴레이트(DMAEA)의 4차 암모늄염, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(DMAEMA)의 4차 암모늄염, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC), 아크릴아미도프로필트리메틸 암모늄 클로라이드(APTAC) 및 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드(MAPTAC)로부터의 적어도 하나의 모노머; 및/또는
    - 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 말레산, 푸마르산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 비닐술폰산, 비닐포스폰산, 알릴술폰산, 알릴포스폰산, 스티렌술폰산, 이들 모노머의 수용성 알칼리금속염, 수용성 알칼리토금속염, 또는 수용성 암모늄염으로부터의 적어도 하나의 모노머.
  10. 하기 단계들을 포함하는 폴리머 기반의 첨가제를 제조하는 방법:
    a/ 적어도 하나의 비이온성 모노머로 구성된 적어도 하나의 베이스 (코)폴리머를 제조하는 단계,
    b/ 단계 a/에서 수득된 적어도 하나의 베이스 (코)폴리머 상에서 수행되는 호프만 분해라고도 칭해지는 것에 의해 수득되는 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머를 제조하는 단계,
    c/ 단계 b/에서 수득된 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머의 존재 하에 수용성 모노머들의 중합반응에 의해 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머를 제조하는 단계,
    d/ 적어도 하나의 디알데히드와 단계 c/에서 수득된 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 첨가제를 제조하는 단계.
  11. 하기 단계들을 포함하는 폴리머 기반의 첨가제를 제조하는 방법:
    a/ 적어도 하나의 N-비닐포름아미드 베이스 (코)폴리머를 제조하는 단계,
    b/ 단계 a/에서 수득된 N-비닐포름아미드 (코)폴리머의 적어도 부분 가수분해에 의해 수득되는 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머를 제조하는 단계,
    c/ 단계 b/에서 수득된 적어도 하나의 호스트 (코)폴리머의 존재 하에 수용성 모노머들의 중합반응에 의해 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머를 제조하는 단계,
    d/ 적어도 하나의 디알데히드와 단계 c/에서 수득된 적어도 하나의 복합체 (코)폴리머 사이의 반응으로부터 생성된 첨가제를 제조하는 단계.
  12. 종이를 제조하는 방법으로서,
    상기 종이의 형성 전에, 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 적어도 하나의 첨가제가 하나 이상의 주입 지점들에서 섬유 현탁액(fibrous suspension)에 첨가되는, 방법.
  13. 판지를 제조하는 방법으로서,
    상기 판지의 형성 전에, 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 적어도 하나의 첨가제가 하나 이상의 주입 지점들에서 섬유 현탁액(fibrous suspension)에 첨가되는, 방법.
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