KR20080032140A - 광학 증백제의 저장 안정성 용액 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 별도의 용해 첨가제가 불필요한 다이아미노스틸벤의 유도체에 기초한 광학 증백제의 저장 안정성 용액에 관한 것이다.
종이, 합판, 직물 및 부직포 제품의 백색도와 그로 인한 매력은 광학 증백제(OBA)의 첨가로써 증진될 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 종이 및 합판 산업에서 가장 중요한 광학 증백제는 4,4'-다이아미노스틸벤-2,2'-다이설폰산의 아닐리노-치환 비스트라이아지닐 유도체이다. 상기 아닐리노-치환체는 추가적인 설폰산기를 함유할 수 있는데, 이는 수용성을 크게 증대시킨다. 아닐리노-치환체가 설폰산기를 함유하지 않는 광학 증백제는 셀룰로스 섬유에 특히 높은 친화력을 가지고, 종이 제조 공정의 습부(wet-end)에서의 이용에 특히 적합하다. 취급 및 조절의 용이성을 위하여, 종이 및 합판 산업은 광학 증백제가 액체 형태로, 바람직하게는 농축 수용액의 형태로 공급될 필요가 있다.
또한, 상기 액체 형태는 넓은 온도 범위, 일반적으로 4 내지 50℃에서 장기 저장에 안정하여야 한다. 과거에는, 저장 안정성을 제공하기 위해서 우레아 또는 에틸렌 글리콜과 같은 용해 보조제를 30중량%의 양까지 첨가하였다. 그러나, 이러한 용해 제제는 셀룰로스에 대한 친화력이 없고, 종이 제조기로부터의 방출물을 오염시킨다. 따라서, 용해 보조제의 첨가 없이 안정한 농축 수용액을 형성할 수 있는 4,4'-다이아미노스틸벤-2,2'-다이설폰산의 아닐리노-치환 비스트라이아지닐 유도체가 요구된다.
영국 특허 제 1,243,276 호는 하나 이상의, 바람직하게는 두 개의 프로피온 아마이드 라디칼을 함유하는 4,4'-다이아미노스틸벤-2,2'-다이설폰산의 비스트라이아지닐 유도체뿐만 아니라, 종이용 광학 증백제로서의 이들의 용도를 청구하고 있다. 하기 화학식 A의 화합물의 제조 및 적용이 개시되어 있다:
상기 화합물을 고체로서 단리하고, 0.1%의 농도로 물에 용해한 후 셀룰로스 섬유의 수용 현탁액에 적용하였다.
또한, 화합물 A는 영국 특허 제 1,247,765 호에 기술되어 있다.
또한, 화합물 A는 유럽 특허 공개 제 376,893 A2 호에 따른 액체 세탁 세제 조성물의 바람직한 성분이다. 발명자들은 다음과 같이 말한다: "본 발명에 따른 광학 증백제는 분말 형태 또는 수용액으로서 사용된다. 그러한 용액은 18 내지 75 중량%의 활성 물질을 가지며 또한 바람직하게는 굴수성 물질을 함유한다."
나트륨 이외의 반대 이온의 이용 시의 장점에 대해서는 영국 특허 제 1,243,276 호, 영국 특허 제 1,247,765 호 또는 유럽 특허 제 376,893 A2 호에서 제시한 바가 없다.
국제 특허출원 공개 제 02/055646 호는 두 가지 이상의 비스(트라이아지닐아미노) 스틸벤 유도체의 혼합물을 제공함으로써 다이설폰화된 광학 증백제의 안정한 농축 수용액을 제조하는 문제를 해결하기 위해 시도하였다. 실시예 1은 하기 화학식 B 및 C의 화합물의 몰 동량의 혼합물 형태로, 각각 혼합된 나트륨/트라이에탄올암모늄 염의 형태로 0.2844 mol/kg의 광학 증백제를 함유하는 안정한 수용액의 제조에 대하여 기술하고 있다:
그러나, 저장 안정성은 또한 첨가제(국제 특허출원 공개 제 02/055646 호의 10면에 (F1)로 지칭된 것)의 존재에 의존하는데, 이는 바람직하게는 용액의 0.2 내지 3중량%의 농도로 사용된다. 바람직한 첨가제(F1)는 3차 알칸올아민이며, 트라이아이소프로판올아민이 특히 바람직하다.
국제 특허출원 공개 제 2005/028749 A1 호는 알칸올아민 및 비스(트라이아지닐아미노) 스틸벤 유도체를 포함하는 광학 증백제 조성물을 개시하고 있다. 바람직한 알칸올아민은 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-아미노-2-프로판올, 또는 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 및 2-(N-메틸아미노)-2-메틸-1-프로판올의 혼합물이다.
일본 특허 공개 소 62-273266 호는 음이온 비스(트라이아지닐아미노) 스틸벤 유도체의 4차 암모늄 염을 포함하는 광학 증백제 조성물을 청구하고 있다. 바람직한 4차 암모늄 이온은 트라이메틸-β-하이드록시에틸암모늄 이온이다.
유럽 특허 제 A-884 312 호는 하기 화학식 D의 비스(트라이아지닐아미노) 스틸벤 유도체의 수화물을 개시하고 있다:
상기 식에서, M 및 M1은 독립적으로 수소, 알칼리토금속 또는 암모늄을 나타낸다.
상기 수화물은 적은 양의 제형 보조제로 안정한 액체 현탁액을 생산할 수 있도록 청구된 것이다.
그러나, 종이제조자는 예를 들어, 취급과 조절의 용이성을 위해서, 용액의 형태로 광학 증백제를 사용하기를 선호한다. 따라서, 여전히 용해 보조제로부터 자유로운 다이설폰화된 광학 증백제의 안정한 농축 수용액을 제공할 필요가 있다.
놀랍게도 4,4'-다이아미노스틸벤-2,2'-다이설폰산의 아닐리노-치환 비스트라이아지닐 유도체의 특정 염 형태가 용해 보조제의 첨가 없이 안정한 농축 용액을 제공할 수 있다는 것이 현재 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은 하기 화학식 1의 화합물을 제공한다:
상기 식에서,
R은 수소 또는 메틸 라디칼이고;
R1은 수소, 탄소원자수 1 내지 4의 알킬 라디칼, 탄소원자수 2 내지 4의 β-하이드록시알킬 라디칼, 탄소원자수 3 또는 4의 β-알콕시알킬 라디칼 또는 CH2CH2CONH2이고;
R2는 수소 또는 메틸 라디칼이고;
M+은 Li+, Na+ 또는 K+이고;
n은 1.5 이하이다.
바람직하게는 상기 식에서,
R이 수소 또는 메틸 라디칼이고;
R1이 수소, 메틸 라디칼, 또는 탄소원자수 2 또는 3의 β-하이드록시알킬 라디칼이고;
R2가 수소 또는 메틸 라디칼이고;
M+이 Na+이고;
n이 1.5 이하인 화합물이다.
더욱 바람직하게는 상기 식에서,
R이 수소이고;
R1이 수소, 메틸 라디칼 또는 탄소원자수 2의 β-하이드록시알킬 라디칼이고;
R2가 수소이고;
M+이 Na+이고;
n이 1.5 이하인 화합물이다.
더욱 특히 바람직하게는 상기 식에서,
R이 수소이고;
R1이 -CH2CH2OH이고;
R2가 수소이고;
M+이 Na+이고;
n이 1.2 이하인 화합물이다.
또한, 본 발명은 상기 화합물의 제조 방법을 제공하는데, 이 방법은 수용액 형태의 하기 화학식 2의 화합물을 설폰산기와 결합된 M+ 이온의 적어도 25%가 2-다이메틸아미노에탄올 및 무기산(예를 들면 HCl 또는 H2SO4)의 처리 또는 양이온 교환 수지 및 2-다이메틸아미노에탄올의 연속적 처리에 의해 (CH3)2NH+CH2CH2OH 이온으로 치환된 화학식 1의 혼합염 형태로 전환시키는 것을 특징으로 한다:
이어서, 화학식 1의 화합물은 선택적으로 단리되고, 막 여과에 의해 과량의 염 및 알칸올아민으로부터 추가로 분리될 수 있다.
바람직한 막 여과 방법은 예컨대, 폴리설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 셀룰로스 아세테이트 또는 얇은 필름막을 이용하는 한외여과 방법이다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 담체, 부동액, 소포제, 용해 보조제, 보존제, 착화제 등 뿐만 아니라 광학 증백제를 제조하는 동안 형성된 유기 부산물을 선택적으로 함유하는 하나 이상의 화학식 1의 화합물의 수용액을 제공한다.
담체는 착색된 코팅 증백제 조성물에 백색도 특성을 증진시킨다고 알려져 있고, 예를 들면 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜 또는 카복시메틸셀룰로스일 수 있다.
부동액은 예를 들면 우레아, 다이에틸렌 글리콜 또는 메틸렌 글리콜일 수 있다.
용해 보조제는 예를 들면 우레아, 트라이에탄올아민, 트라이아이소프로판올아민 또는 2-다이메틸아미노에탄올일 수 있다.
화학식 1의 화합물 및 이들의 용액은 직물, 종이, 합판 및 부직포의 증백을 위한 광학 증백제로서 사용하기에 적합하다. 이들은 종이 및 합판을 증백하는 데에 특히 유용하고, 펄프의 수성 현탁액 또는 종이의 표면, 특히 착색된 코팅 조성물에 적용하기에 적당하다. 이들은 높은 저장 안정성, 수율 및 도포의 용이성에 특징이 있다. 또한, 이들은 셀룰로스 물품, 특히 종이 및 합판의 제조에 통상적으로 이용되는 기타 첨가제와 잘 융화된다.
하기의 실시예는 본 발명을 보다 자세히 설명할 것이다. 다른 언급이 없으면, "부"는 "중량부"를 의미하고, "%"는 "중량%"를 의미한다. 막 여과는 지이 인프라스트럭쳐 워터 앤드 프로세스 테크놀로지스(GE Infrastructure Water & Process Technologies)에 의해 공급되는 G-시리즈 얇은 필름 한외여과 막 요소를 이용하여 수행하였다.
실시예 1
하기 화학식 3의 아민 291 부를 60℃에서 물 7750 부 중 하기 화학식 4의 화합물 824 부의 교반한 현탁액에 첨가하였다:
상기 혼합물을 환류시까지 가열하여 30% 수용액 형태로 수산화나트륨을 첨가하여 pH를 8.5-9.0으로 조절하면서 4시간 동안 유지하였다. 염화나트륨 44 부를 첨가하고, 생성 혼합물을 환류에서 10분 더 교반하였다. 그 후에, 상기 혼합물을 90℃로 냉각시킨 후 교반을 중지하였다. 10분 지난 후에, 화학식 A의 화합물을 함 유하는 오일의 하층(1990 부)을 염 함유 수상으로부터 분리하고 80℃에서 교반하면서 냉수 1570 부에 첨가하였다. 그 후에, 그렇게 제조된 용액을 냉수 350 부 중의 2-다이메틸아미노에탄올 197 부 및 37% 수성 염산 197 부의 용액으로 50℃에서 처리하였다. 생성 혼합물을 50℃에서 10분 동안 교반한 후, 20℃로 냉각하였다. 1 시간이 지난 후에, 오일의 하층을 분리하고, 물로 5000 부까지 희석하였다. 수용액의 막 여과로 과량의 염화나트륨 및 알칸올아민을 제거하고, 증류법으로 물을 제거하여 하기 화학식 5의 화합물 28%를 함유하는 수용액 3520 부를 수득하였다:
그렇게 제조된 수용액은 결정종(crystal seeds) 부재 시 또는 존재 시 4℃에서 적어도 2주 동안 저장하기에 안정하였다.
실시예 2
(CH
3
)
3
N
+
CH
2
CH
2
OH 반대 이온 (일본 특허 공개 소 62-273266 호에서 청구됨)에 비해 장점을 보여주는 비교 실시예
오일(1990 부)이 첫 번째 염 함유 수상으로부터 분리되는 지점까지 실시예 1을 실시하였다. 그 후에, 상기 오일을 물 2700 부 중의 염화콜린 309 부의 교반한 용액에 부었다. 수용액의 막 여과로 과량의 염을 제거하고, 증류법으로 물을 제거하여 하기 화학식 6의 화합물 28%를 함유하는 수용액 3520 부를 수득하였다:
그렇게 제조된 수용액은 결정종 존재 시 4℃에서 보관 시 4일 내에 침전하였다.
실시예 3
(CH
3
)
2
C(NH
3
+
)CH
2
OH 반대 이온 (국제 특허출원 공개 제 2005/028749 Al호에서 청구됨)에 비해 장점을 보여주는 비교 실시예
첫 번째 상 분리(1990 부)로부터의 오일을 물(1570 부)로 희석시키는 지점까지 실시예 1을 실시하였다. 그 후에, 그렇게 제조된 용액을 냉수 350 부 중의 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 196 부 및 37% 수성 염산 197 부의 용액으로 50℃에서 처리하였다. 생성 혼합물을 50℃에서 10분 동안 교반하고나서, 20℃로 냉각하였다. 1시간이 지난 후에, 오일의 하층을 분리하여, 물로 희석하여 5000 부로 되게 하였다. 수용액의 막 여과로 과량의 염화나트륨 및 알칸올아민을 제거하고, 증류법으로 물을 제거하여 하기 화학식 7의 화합물 28%를 함유하는 수용액 3520 부를 수득하였다:
그렇게 제조된 수용액은 결정종 존재 시 4℃에서 보관 시 4일 내에 침전하였다.
실시예 4
H
3
N
+
CH
2
CH
2
OH 반대 이온에 비해 장점을 보여주는 비교 실시예
첫 번째 상 분리(1990 부)로부터의 오일을 물(1570 부)로 희석시키는 지점까지 실시예 1을 실시하였다. 그 후에, 그렇게 제조된 용액을 냉수 350 부 중의 에탄올아민 135 부 및 37% 수성 염산 197 부의 용액으로 50℃에서 처리하였다. 생성 혼합물을 50℃에서 10분 동안 교반하고 나서, 20℃로 냉각하였다. 1시간이 지난 후에, 오일의 하층을 분리하여, 물로 희석하여 5000 부로 되게 하였다. 수용액의 막 여과로 과량의 염화나트륨 및 알칸올아민을 제거하고, 증류법으로 물을 제거하여 하기 화학식 8의 화합물 27%를 함유하는 수용액 3520 부를 수득하였다:
그렇게 제조된 수용액은 결정종 존재 시 4℃에서 보관 시 1일 내에 침전하였다.
실시예 5
Na
+
반대 이온에 비해 장점을 보여주는 비교 실시예
첫 번째 상 분리(1990 부)로부터의 오일을 물(1570 부)로 희석시키는 지점까지 실시예 1을 실시하였다. 수용액의 막 여과로 과량의 염화나트륨을 제거하고, 증류법으로 물을 제거하여 화학식 A의 화합물 26%를 함유하는 수용액 3520 부를 수득하였다.
그렇게 제조된 수용액은 상온으로 냉각 시 침전하였다.
실시예 6
오일(1990 부)이 염 함유 수상으로부터 첫 번째 분리되는 지점까지 실시예 1을 실시하였다. 상기 오일을 37% 수성 염산 171 부 및 냉수 1582 부 중의 2-다이메틸아미노에탄올 150 부의 용액에 80℃에서 교반하면서 첨가하였다. 생성 혼합물을 10분 동안 교반하고 20℃로 냉각하였다. 1시간이 지난 후에, 오일의 하층을 분리하여, 물로 희석하여 5000 부로 되게 하였다. 생성 수용액을 막 여과법으로 처 리하여 과량의 염화나트륨을 제거하고 나서, 증류법으로 농축하였다. 또한, 2-다이메틸아미노에탄올 7 부를 용해 보조제로서 첨가하였다. 강도는 하기 화학식 9의 화합물 28% 및 2-다이메틸아미노에탄올 0.2%를 함유하는 수용액 3520 부를 수득하도록 조정하였다:
그렇게 제조된 수용액은 결정종이 부재 시 또는 존재 시 4℃에서 적어도 2주 동안 저장하기에 안정하다.
적용 실시예 1
제조 실시예 1로부터의 산물을 0.2 내지 2중량% 건조 섬유 농도 범위에서 표백된 전나무 설파이트 셀룰로스 및 표백된 너도밤나무 설파이트 셀룰로스의 50:50 혼합물의 2.5% 수성 현탁액 200 부에 첨가하여 쇼퍼 리이글러(Schopper Riegler) 여수도시험기로 20°SR의 습도로 만들었다. 상기 현탁액을 5분 동안 교반하고 나서, 1000 부로 희석하였다. 그 후에, 철망(wire mesh)을 통해 현탁액을 흐르게 함으로써 종이 시트를 만들었다. 압축 및 건조 후에, 미놀타(Minolta) CM-700d 분광 광도계로 상기 종이의 백색도를 측정하였다.
상기 표의 결과는 본 발명의 화합물에 의한 뛰어난 증백 효과를 명백하게 입증한다.
적용
실시예
2
초크(OMYA 사에서 하이드로카브(Hydrocarb) 90이라는 상표명으로 시판 중) 500 부, 점토(IMERYS 사에서 카올린(Kaolin) SPS라는 상표명으로 시판 중) 500 부, 물 470 부, 분산제(BASF 사에서 폴리살즈(Polysalz) S라는 상표명으로 시판 중인 폴리아크릴산의 나트륨 염) 6 부, 라텍스(BASF 사에서 아크로날(Acronal) S320D라는 상표명으로 시판 중인 아크릴 에스터 코폴리머) 200 부, 물 중 폴리비닐 알콜의 10% 용액(Kuraray 사에서 모위올(Mowiol) 4-98이라는 상표명으로 시판 중) 40 부, 및 물 중 카복시메틸 셀룰로스의 10% 용액(노비언트(Noviant) 사에서 핀픽스(Finnfix) 5.0이라는 상품명으로 시판 중) 50 부를 함유한 코팅 조성물을 제조하였다. 고체 함량을 물을 첨가하여 60%로 조정하고, 수산화나트륨으로 pH를 8 내지 9로 조정하였다.
제조 실시예 1로부터의 산물을 0.5, 1.0 및 1.5% 농도에서 교반한 코팅 조성물에 첨가하였다. 그 후에, 증백된 코팅 조성물을 표준 속도 세팅 및 표준 로드(load)가 바에 장착된 자동 권선 바 도포기(wire-wound bar applicator)를 사용하여 시판 중인 75gsm 중간 크기의 흰색 종이 베이스 시트에 적용하였다. 그리고 나서, 코팅된 종이를 5분 동안 열풍 흐름(hot air flow)에서 건조시켰다. 건조된 종이를 조건에 노출하고 나서, 보정된 엘레포(Elrepho) 분광 광도계에서 CIE 백색도를 측정하였다.
상기 표의 결과는 본 발명의 화합물에 의한 뛰어난 증백 효과를 명백하게 입증한다.
Claims (14)
- 제 1 항에 있어서,R이 수소 또는 메틸 라디칼이고;R1이 수소, 메틸 라디칼, 또는 탄소원자수 2 또는 3의 β-하이드록시알킬 라디칼이고;R2가 수소 또는 메틸 라디칼이고;M+이 Na+이고;n이 1.5 이하인 화합물.
- 제 1 항에 있어서,R이 수소이고;R1이 수소, 메틸 라디칼 또는 탄소원자수 2의 β-하이드록시알킬 라디칼이고;R2가 수소이고;M+이 Na+이고;n이 1.5 이하인 화합물.
- 제 1 항에 있어서,R이 수소이고;R1이 -CH2CH2OH이고;R2가 수소이고;M+이 Na+이고;n이 1.2 이하인 화합물.
- 활성 물질로서 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 화학식 1의 화합물 하나 이상을 20 내지 40 중량% 함유하는 수용액.
- 제 5 항에 있어서,활성 물질의 농도가 25 내지 35 중량%인 수용액.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,하나 이상의 담체, 부동액, 소포제, 용해 보조제, 보존제, 착화제, 및 광학 증백제를 제조하는 동안 형성된 유기 부산물을 추가적으로 함유하는 수용액.
- 제 8 항에 있어서,화학식 1의 화합물을 단리하고, 막 여과에 의해 과량의 염 및 알칸올아민으로부터 추가로 분리하는 제조 방법.
- 화학식 1의 화합물의 제조로부터 생성되는 수용액에 추가적인 성분을 첨가하는, 제 7 항에 따른 수용액의 제조 방법.
- 직물, 종이, 합판 및 부직포의 광학적 증백을 위하여 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 화학식 1의 화합물 또는 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 수용액의 용도.
- 제 11 항에 있어서,펄프의 수성 현탁액을 위한 용도.
- 펄프 현탁액을 제공하는 단계;제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 수용액을 건조 섬유를 기준으로 0.01 내지 2 중량% 첨가하는 단계;상기 펄프 현탁액으로부터 종이 시트를 제조하는 단계; 및상기 시트를 압착 및 건조하는 단계를 포함하는 종이의 증백 방법.
- 초크 또는 기타 백색 안료, 하나 이상의 분산제, 1차 라텍스 결합제 및 선택적으로 2차 결합제 및 선택적으로 기타 첨가제를 함께 혼합함으로써 수성 코팅 조성물을 제조하는 단계;제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 수용액을 건조 안료를 기준으로 0.01 내지 3 중량% 첨가하는 단계;코팅 조성물을 종이 시트에 도포하는 단계; 및상기 코팅된 종이 시트를 건조하는 단계를 포함하는 종이의 증백 방법.
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