TW200907141A - Alkanolamine-stabilized dispersed rosin sizing agents and their preparation - Google Patents

Description

200907141 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種利用松香之烷醇胺鹽乳化及穩定松香 分散液。這種分散液適用於製造上漿紙和紙板。 【先前技術】

可溶性松香鹽為表面活性物質，通常適用爲乳化劑。松 香的鈉鹽已用於穩定已展開的第一個經分散的松香上漿劑 (參考，如，Davison，USP 3,565,755)。不幸的是，這些^ 品的穩定性並不強。其對剪切力敏感4顆粒會隨時閒沉 降，集中在槽底部的沉積物很難清除。 過去未曾評價松香的烷醇胺鹽。已知脂肪酸的烷醇胺鹽 乳化劑。如··，，化工技術百科全書（Kirk_〇thn^ 爲

EnCycI〇pedia of Chemical 丁心⑽咖中所述："院醇胺和 長鏈脂肪酸在室溫下反應生成中性院醇胺4，财性烧醇 胺息為蠛狀非結晶物質，在—般„應用中作爲乳化劑。 文獻中關於松香㈣醇㈣的類似說明並不明顯^德國臨 時專利案案號#1，131，348 (1982年6月 分比的松香皂的樹脂"的分散液包含 劑’如硬脂酸酯、三乙醇胺、絡蛋白 14曰）提到"含一定百 ”辅助乳化劑、穩定 、蠟、填料，如高嶺 土，及其他添加劑”，但是在該參考文獻中並未清楚指明 穩定劑。Davison並未將炫醇胺列人，，適宜㈣性 卜 【發明内容】 如今已證明有可能利用松香的燒醇胺鹽製造松香或松香 加成物之分散液。這些分散液在儲存時具有穩定的物理性 129034.doc 200907141 質^有良好的聚壓（剪切）穩定性。除非另外陳述否則 文中使用的專有名詞”松香I，包含"松香"本身和"松香加

已發現將松香的有機相和含指定含量的院醇胺的水合 併，並使混合物通過均質機，可製得穩定的松香分散液。 咸信烧醇胺會與松香反應，形成用於穩定分散液的松香的 烧酵胺鹽。最終產物為—種減低且平均粒度均一（通常 為0.3至1.5微米）之穩定分散液。藉由黏度測量顯示這些分 散液在存儲時之物理性質穩定且有良好的㈣⑶切）穩定 性。 本發明組合物為松香上漿組合物，該組合物為經烷醇胺 松香鹽穩定的松香水性乳液。 本發明方法為一種製備水包油性乳液的方法，該方法 包括 a) 取下列二者之混合物， i)松香有機相，及 Π)烷醇胺水相， 當進行步驟b)時，烧薛脸的人曰# σ 凡醇胺的含置需足以產生穩定的分 散液。 b) 由a)形成之混合物進行均f化’得到平均粒度在㈢至 1.5微米之間的顆粒。 咸信因烷醇胺會與松香反應形成鹽，因此這種方法限制 了烧醇胺的使用量。如果鹽的含量太高，分散衫不穩定 的。 【實施方式】 129034.doc 200907141 將松香的有機相和含指定量㈣醇胺水相 合物通過均質機，製得松香的穩定分散液。 - 有機相可僅僅為熔融松 审壬、々 ^為冷於有機溶劑（如二氯 …液。如果有機相為炫融松香1必須在高 溫和咼壓下進行均質化 ”化然後使產物通過熱交換器，冷卻 至至皿。如果有機相為溶於有機溶劑的松香溶液時，則在 至溫和常壓下進行均質化。 便乂肩/飞鈥排除乳液中之溶 劑，付到松香的穩定分散液。

松香組分可為任何自商品購得之松香種 煉的木松香、脂松香、妥爾油松香、# A# …^精 文啁，由松杳和它們的混合物。部 分或實質上完全氫化的松香及聚合松香和經處理以防止 結晶的松香（如：經熱處理或與fg^應}均& 分和其處合物。 適用於本發明的松香加成物"為松香和含以下基團的酸 性化合物的反應產物

且係在約15(TC至約210〇c之間的高溫下，由松香和該酸性 化合物反應後衍生得到。在美國專利2,628,918和2,684，川〇 中描述了製備這些反應產物的方法。相關技藝中通常稱這 些反應產物為Diels-Alder反應產物，且有時稱爲"松香加 成物"、”加成物"、或”強化松香"。 可用於製備文中所採用加成物的含以下基團 129034.doc 200907141 的歐ι·生化合物實例包含α，β_不飽和多元有機酸和它們的已 知敲酐類，其明確實例包含富馬酸、馬來酸、丙烯酸、馬 來馱酐、衣康酸、衣康酸酐、檸康酸和擰康酸酐。 酉欠性化合物之用量將使強化松香中反應性酸性化合物的 含量占強化松香重量約！至約16重量％。最好為約3_8%範 圍。 ( 水相為溶於水的㈣胺溶液。因㈣胺與松香反應形成 因此這種方法中限制了烷醇胺的用量。如果鹽含量太 :’分散液不穩定。烷醇胺可為例如三乙醇胺、二乙醇 胺、二異丙醇胺，等等。院醇胺的含量最好足以使100克 水相包含約0.0033至0 01丨替H· b - · 1莫耳烷醇胺鹽（烷醇胺和樹脂酸 的反應產物），或若佶用-7 t w 士 飞右使用二乙醇胺時，三乙醇胺鹽占水相 的1.5-5%重量％。 a併有機相和含嫁_ 、、“…， 烷醇㈣水相’形成稱爲預混物的水包 ,v. ^ /物均邊化形成穩定的水包油性乳液。 松香的烷醇胺鹽作爲 孔^ 宜的”，b作料乳化劑。可❹任-種適 最二:，：超音波探針到G—…使用。 的穩定二：⑽香的烧醇胺鹽或松香加成物穩定化 約OMu微米。本 的顆粒相*小’平均粒度 產品黏度相當低，< s π 良好。實驗室低 5〇cpS，物理穩定性 至果塵穩定性實驗顯示 其他添加劑，如 切力穩定。 依工業中已知 ^1殺生物製劑和其他防腐劑均可 本發明的組合物可：：用量加至本發明穩定分散液中。 爲紙内上漿劑或表面上漿劑使用。 129034.doc 200907141 紙内上襞法包括在紙片形成前添加上㈣至紙漿懸浮液 2 ’而表面上聚法則涉及將紙浸人上漿劑中或將上裝劑喷 務於、、、氏上’然後根據已知乾燥技術在高溫下乾燥。本發明 適用於上漿紙原料，如，例如：裱面紙板和食品包裝板。 使用量以紙廠的上衆需求量爲主，根據要求的上漿度、紙 等級、用於造紙的紙衆配料種類，和習此相關技藝之人士 :知且很容易根據經驗決定的因素而定。料，使用最少 罝的上漿劑得到想要的上漿規格。 松香 /漿組合物可與造紙明蓉或其他同等的銘化合物 (如聚乳化！呂，PAC)-起使用。當本發明分散液作爲紙内 上製劑使用時或當其作為外表面± t劑使用時，該銘化合 物係作爲紙漿的另—成份施用。鋁化合物的用量根據需處 的’氏的種類、等級’上漿劑的使用量和習此相關技藝之 人士熟知的其他因素來確定。 使用松香上毁劑展開上聚時，需要造紙明馨，或其他同 等的紹化合物。松香會與銘反應，形成不溶性㈣，該鹽 為活性上聚劑。銘也可與纖維素經基配位，將上漿劑固定 在適合的位置上。(Strazdins ’ E，’紙上漿法(化μ per) WF Reyn〇ids，ed，Tappi 出版社，^⑽第— 頁）。 赫氏（Hercules)上漿實驗（HST)為工業中用於測量上漿度 的標準實驗（TAPPI實驗方法咖。㈣）。該方法使用— 種水性染料溶液作爲渗透劑，當滲人紙片日寺，可隨其在紙 片上之運動’在其液體前行線上進行光度檢測。利用儀器 I29034.doc 200907141 測定未與滲透劑接觸的薄片表面的反射度降到其初始反射 度的預定百分比時所需要的時間。除非另外説明，否則所 有的HST實驗數據均採用20%甲酸墨水測量到達8〇%反射 度時所需的時間。使用曱酸墨水比中性墨水更嚴格且可能 實驗時間更快。高HST值優於低值。上漿的需要量係根據 所製造的紙種類和其製造系統決定。 粒度大小測定

使用Malvern Mastersizer Mieroplus，依據製造商推薦的 程序測定粒度。 黏度測定 在25°C下，利用Brookfield黏度計，lV系列，在6〇 rpm 下使用1號轉子測定黏度。 在下列實例中，松香分散液的上聚效能係利用紙聚配 枓’於試驗性造紙機上敎，該紙張配料為再循環介質 (卿歐洲舊瓦愣包(30%)的混合物且加拿大標準游離度 為3一調整稀釋用水至硬度為5〇ppm及鹼度為25 ppm。 試驗規模造紙機之 ^ 煨鞭商業上的長網造紙機， 枓製備、精煉和儲存。漿料I 力送到恆㈣係攸造紙機貯漿池靠重 J陵疋液面的漿料槽中。漿料 端添加夭* μ 〜”丨表果麼送至已在濕 外加冶之一系列串聯攪拌機中， 浦中。在風扇幫、者士 …後达至主風扇幫 可進-步在漿, 稀釋漿枓至約0.2%固體。 少仕水料進入或退出風扇幫 相絮席時添加化學藥品。漿 129034.doc 200907141 科從主風扇幫浦㈣送至輔助風扇幫浦中，其令可添加化 學樂品至進料中之漿料’然後送至佈衆機和切刀中，其中 沉積於12寸寬的造紙長網上。當沉積在網上後，紙片：即 經由三個真空箱進行真空脫水；伏輥稠度一般為…外。 濕紙片從伏輥轉移到電動接收濕氇套。此時，通過真空 泵操作的真空吸水箱去除紙片和毯套的水。紙片進一步在 單層氇套的加壓機中脫水並當離開加壓機時之固體含量為 3 8-40%。

形成一張 160 g/sq m (98 lb/3〇〇〇 ft2 ream)紙片，並於七 台乾燥罐上乾燥至5%含水量（乾燥機表面溫度為85。〇)，在 40 ph下通過5個壓區，6個輥輪之壓光機的單一壓區。 在杈擬回收利用的裱面紙板配料中，在試驗性規模造紙 機上，本發明產品的上漿效率等於市售松香加成物的分散 液商品。 實例1 製備中國脂松香（CGR)的富馬酸加成物 取174.08份富馬酸（99%固體），在高溫下與2700份中國 脂松香反應。富馬酸溶於熔融松香中並與之反應，得到反 應產物。在實質上所有富馬酸均和松香反應後，使反應產 物冷卻至室溫（約23 °C )。產物為由未反應的松香和松香-富 馬酸反應產物或加成物組成的混合物。反應產物含6重量 %的富馬酸’實質上所有的富馬酸都已反應。 實例2 製備經三乙醇胺（TEA)穩定的松香分散液_Gaulin/TEA較佳 129034.doc 200907141 含量-本發明實例

取750份實例1的反應產物溶於893 93份二氣甲烷中，製 成溶液。該溶液與由11.22份（98%)三乙醇胺溶於93〇份水 中製得的溶液充分混合，得到水包油性粗乳液。粗乳液在 3000 psi壓力下通過商用均質器。產品為穩定性很好的水 包油性乳液。在減壓下蒸餾，實質上已從水包油性乳液中 去除了所有一氣甲烧，得到水性分散液，使其通過塗料過 濾器。最終水性懸浮液的固體含量為42 6%且黏度為8 cPs。該水性懸浮液係由直徑在約〇 〇5微米至約15微米範 圍的懸浮粒子組成，平均為〇·33微米。 實例3 3-製備經TEA穩定的松香分散液·實驗室音波處理器/tea 較佳含量-本發明實例 取123.32份實例1的反應產物溶於147份二氯甲烧中製成 溶液。該溶液與由2.68份（98%)三乙醇胺溶於233 86份水中 製得的溶液充分混合，得到水包油性粗乳液。粗乳液利用 實驗室音波處理器均質化。產品為穩定性很好的水包油性 乳液。在減壓下蒸餾’ f質上從水包油乳液中去除了所有 二氣甲烧，得到水性分散液，使其通過塗料過渡器。最線 水性懸浮液的固體含量為36·61，平均粒度為〇29咖且黏 度為7 cps。 實例4 製備經TEA穩定的松香分散液_過量tea 重複實例3，但其中改添加4 56份二 仞一乙醇胺至水中，製 129034.doc 12 200907141 成水相。水包油性乳液如常均質化，但是去除二氯甲院過 程未能成功’幾乎所有松香均從水相中分離出來。 實例5 製備經NaOH穩定的松香分散液_非本發明的主體 4複實例3 ’但其令改用U. 15份4%氫氧化納水溶液將 230份水的PH調至1以，製成水相。總固體含量為34 96% 的水懸浮液之平均粒度為〇.34微米且黏度為6cps。 實例6 f 實例3和5的泵壓對照實驗 泵壓穩定性數據： 實驗室用於確$系壓穩定性所採料實驗為在置於再循 環迴路上的篩網上測量所產生反壓達到預定程度時所需的 時間。時間越長泵壓穩定性越好。 使用Masterflex蠕動泵型號7564_1〇，壓頭7〇16，依〇_ι〇 級之泵轉速設定在5。管路之設定係通過恆溫槽，以確保 試驗產物的溫度保持在恆溫下。再循環迴路中使用丨〇〇目 師網。在實驗前產物先經3 2 5目篩網過渡。 採用本試驗室試驗分析實例3和5的分散液。實驗在27 +/· 下進行。使用實例5的分散液（以Davis〇n的專利為 主），僅在120分鐘後泵壓實驗即達到戴斷程度，而本發明 實例3的分散液，在持續360分鐘試驗過程中均保持栗 壓’，不會產生足夠的反壓來停止實驗。 實例7 自妥爾油松香（TOR)的富馬酸加成物製備產品 129034.doc • 13- 200907141 重複實例1，但其中改加205.28份富馬酸且改用妥爾油 松香代替中國脂松香，得到含7%富馬酸的反應產物，實 質上所有富馬酸都已反應。然後使用此反應產物如實例3 之說明’製備水性懸浮液。最終產物的總固體含量為 35.55%且平均粒度為〇 26微米。該產物的黏度為6 cps， 且經4週熟化後之黏度仍為6 cps。 f

由中國松香的6%馬來酐加成物製備產物 重複實例1 ’但其中改用172·34份馬來酸酐代替富馬 酸，形成含6%馬來酐的反應產物，實質上所有的馬來酐 都已反應。此反應產物再依實例3之說明，用於製備水性 懸子液。最終產物的總固體含量為45 41%且平均粒度為 〇’34微米。黏度為1〇cps且在4星期的熟化後仍為up” 實例9 相對於商業產品（如出-口]^3635)之上漿分析 :漿分析利用如上所述的試驗性實驗室造紙機衡量上聚 、。在主風扇幫浦的進口處添加上漿劑和明 添加量為0.75〇/〇。不使用盆它介風A χ Μ 蓐的 +便用其匕化學添加劑。壓 ’如果需要可添加苛性驗微調。 129034.doc 14 200907141

添加量 HST (%) (秒） 實例3 0.073 4 0.1 13 0.2 89 實例5 0.073 5 0.1 14 0.2 86 Hi-pHase 35 0.073 4 0.1 12 0.2 66

Hi-pHase® 35為松香分散液，可購自Hercules公司。該 表顯示實例3(屬於本發明）上漿效果與先前技術實例5及Hi-pHase®同樣好。 129034.doc 15-

Claims (1)

1. 200907141 十、申請專利範圍： 1·種权香上漿組合物，該組合物為一種經烷醇胺松香鹽 穩定的松香之水性乳液。 士叫求項1之組合物，其中鹽中的烷醇胺為三乙醇胺。 3. 如凊求項i之組合物其中組合物中每克水相包含 0.0033至ο·。"莫耳的烷醇胺松香鹽。 4. 如請求項丨之組合物，其中該松香係由松香和松香加成 物組成，其中該加成物為松香與含以下基團的酸性化合 P 物的反應產物： -C*G-C*0 III 其中該加成物包含1%至約16重量％之經反應酸性化合 物。 200907141 8·如請求項5 9.如請求d 醇胺為三乙醇胺。 香。方法，其中該松香物料的有機相為溶融松 11.- 種、、氏，其係藉由包括添加請求項 維漿料中的方法所製得。 的產物至纖維素纖 紙，其係藉由包括於紙表 的方法所製得。 塗覆請求項1的產物 I29034.doc 200907141 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無）

   129034.doc