CZ272299A3 - Vodná disperse hydrofobního materiálu - Google Patents

Abstract

Vodná disperze, která obsahuje dispergálor a disperzní fízi obsahující hydrofobní materiál. Dispergálor obsahuje aniontovou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 000 a vybranou ze sloučenin obsahujících uhlík asloučenin obsahujícíchkřemík, a kationtovou organickou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 OOO.Pnprava a použití disperze při výrobě papíru Vpodstatě bezvodá kompozice, která obsahuje hydrofobní materiál, aniontovou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 000 a vybranou ze sloučenin obsahujících uhlík a sloučenin obsahujících křemík, a kationtovou organickou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 000, stejnějakojejího použití při přípravě vodné disperze.

Description

Vodná disperze hydrofobního materiálu

Oblast techniky·'

Předložený vynález se týká vodných disperzí hydrofobního materiálu, a zejména disperzí, které mají dispergační systém obsahující dvě opačně nabité sloučeniny, jejich přípravy a použ i t í.

Dosavadní stav techniky:

Vodné disperze hydrofobních materiálů jsou velmi dobře známé a jsou používané v řadě aplikací. Například při výrobě papíru jsou vodné disperze hydrofobního materiálu používány jako klížidla pro získání papíru a kartonu určitého stupně odolnosti vůči smáčení a penetrace vodnými tekutinami. Příklady hyrofobních materiálů široce používaných pro klíženi zahrnují klížidla reaktivní s celulózou, jako jsou dimery alkylketenu a substituované sukcinanhydridy, a klížidla nereaktivní s celulózou, jako jsou klížidla na bázi kalafuny a klížidla na bázi pryskyřice.

vodné fázi vysokých střihových sil

Disperze hydrofobního materiálu obvykle obsahují vodnou fázi a jemně rozptýlené částice nebo kapičky hydrofobního materiálu v ni dispergované. Disperze jsou obvykle připraveny homogenizací hydrofobního, ve vodě nerozpustného materiálu ve za přítomnosti dispergačního prostředku použitím a dosti vysokých teplot. Obvykle používaná dispergační činidla zahrnují aniontové, amforterní a kat iontové vysokomolekulární polymery, jako lignosulfonáty, škroby, polyaminy, po1yamidaminy a vinylové adični polymery. Polymery mohou být použity jednotlivě, s jinými sloučeninami za vzniku dohromady nebo v kombinaci dispergačního prostředku.

V závislosti na celkovém náboji složek dispergačního činidla, jsou klížidlové disperze svou povahou aniontové nebo kationtové.

Disperze hydrofobního materiálu obvykle vykazují spíše slabou stabilitu a vysokou viskozitu, při relativně malém obsahu pevných látek, což zjevně vede k obtížím při zpracovávání disperzí, například při skladování a použití. Další nevýhodou je to, že se produkty mají dodávat jako disperze s nízkou koncentrací, což dále zvyšuje cenu transportu aktivního hydrofobního materiálu.

Proto je předmětem tohoto vynálezu poskytnout vodné disperze hydrofobního materiálu se zlepšenými vlastnostmi - stabilitou a viskozitou. Dalším předmětem tohoto vynálezu je poskytnout zlepšené vodné disperze klížidla, zejména klížídel reaktivních s celulózou. Další předměty budou osvětleny dále.

Podstata vynálezu:

V souladu s předloženým vynálezem bylo zjištěno, že zlepšená stabilita a viskozitní vlastnosti mohou být získány materiálu, v němž je ve vodné fázi pomocí s vodnými disperzemi hydrofobního hydrofobní materiál dispergován dispergátoru obsahujícího dvě opačně nabité sloučeniny, které mají relativně nízkou molekulovou hmotnost. Přesněji se vynález týká vodné disperze obsahující disperzní fázi obsahující hydrofobní materiál a dispergační činidlo obsahující aniontovou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 000, a která je vybrána z organických sloučenin a sloučenin obsahujících křemík, a sloučeninu s molekulovou hmotností se tedy týká vodné disperze, její přípravy a použití, jak je dále definováno v patentových nárocích.

kat iontovou organickou menší než 50 000. Vynález

Předložený vynález umožňuje poskytnout disperze hydrofobního materiálu se zlepšenou skladovací stabilitou, vyšším obsahem pevných látek a /nebo nižší viskozitou. Dále, « · pokud se použije disperze v aplikacích zahrnujících velmi vysoké zředění původně vysoce koncentrované disperze, bylo zjištěno, že disperzní fáze je stabilnější, tedy že disperze vykazovaly zlepšenou stabilitu při ředění. Příklady použití s extremně vysokým ředěním zahrnují přípravu papíru za podmínek v mokré části a skladování nebo vnitřní klížení, které zahrnuje přidávání disperze hydrofobního materiálu do vodné suspenze obsahující celulozová vlákna a popřípadě plnivo. V tomto kontextu zlepšená stabilita ředění znamená menší agregaci částic nebo kapek hydrofobního klížidla, tím vytvoření nižších hladin větších agregátů s nižší účinností klížení, stejně jako menší ukládání hydrofobního klížidla na papírenský stroj a menší znečištění navíjením, čímž se snižuje nutnost údržby papírenského stroje. Další výhody, které se dají očekávat u uvedené disperze, zahrnují zlepšenou stabilitu v přítomnosti rušivých látek, jako jsou aniontové odpady odvozené ze znečištěné papi roviny a/nebo recyklovaných vláken, menši akumulaci hydrofobního materiálu v bílé vodě recirkulující v postupu výroby papíru. Proto jsou disperze podle tohoto vynálezu zejména vhodné pro postupy, kde bílá voda extenzivně recirkuluje obsahuje podstatné množství předloženého oproti běžným a kde celulozová suspenze odpadu. Dále disperze podle vynálezu umožňují získání zlepšených kllžidel klížícím disperzím v odpovídajících dávkování klížidel, a odpovídaj íci použití nižšího dávkování klížidla k získání hladiny klížení. Možnost použití menších množství klížidla k dosažení klížení v popisu dále snižuje riziko akumulace neadsorbováných hydrofobních kllžidel v bílé vodě recirkulující v postupu, čímž se dále snižuje riziko agregace a ukládání hydrofobního materiálu v papírenském stroji. Předložený vynález tedy nabízí podstatné ekonomické a technické výhody.

Hydrofobní materiál přítomný v disperzi je přednostně nerozpustný ve vodě. Příklady vhodných hydrofobních materiálů zahrnují sloučeniny vhodné jako klížidla ve výrobě papírů, které mohou být odvozeny z obou, přirozených i syntetických • · zdrojů, jako jsou s celulózou reaktivní hydrofobní látky a s celulózou nereaktivní hydrofobní látky. Ve výhodném provedení má hydrofobní materiál teplotu tání pod asi 100 °C a zejména pod asi 75 °C.

Ve výhodném provedení tohoto vynálezu je hydrofobní materiál s celulózou reaktivní klížící prostředek, který může být vybrán z jakýchkoliv s celulózou reaktivních klížídel známých ze stavu techniky. Výhodně je klížící prostředek vybrán ze skupiny sestávající ze hydrofobních dimerů ketenu, multimerů ketenu, anhydridů kyselin, organických isokyanátů, karbamoylchloridů a jejich směsí, přednostně ketenových dimerů a anhydridů kyselin, ještě výhodněji ketenových dimerů.

Výhodné ketenové dimery mají obecný vzorec (I) uvedený dále, kde R¹ a R² znamená nasycené nebo nenasycené uhlovodíkové skupiny, obvykle nasycené uhlovodíky, uhlovodíkové skupiny výhodně mají od 8 do 36 atomů uhlíku, obvykle jsou přímé nebo větvené řetězce alkylskupin s 12 až 20 atomy uhlíku, jako je hexadecylová nebo oktadecylová skupina. Výhodné anhydridy kyselin mohou být charakterizovány obecným vzorcem (II) dále, kde R³ a R⁴ mohou být stejné nebo různé a znamenají nasycené nebo nenasycené uhlovodíkové skupiny výhodně obsahující od 8 do 30 atomů uhlíku, nebo R³ a R⁴ společně s -C-O-C- částí mohou tvořit 5- až 6-členný kruh, který je výhodně dále substituovaný uhlovodíkovou skupinou obsahující do 30 atomů uhlíku. Příklady anhydridů kyselin, které se obvykle používají, zahrnuji alkyl a alkenyl-sukeinanhydridy, a zejména isooktadecenylsukcinanhydr i d.

R¹ - CH = C - CH - R² ( I) « · • · ·

II II

R³ - C

R⁴ ( II)

Výhodné ketenové dimery, anhydridy kyselin a organické isokyanáty zahrnují sloučeniny popsané v patentu US 4 522 686, který je zde zahrnut formou odkazu. Příklady vhodných karbamoylchloridů zahrnují ty, které jsou popsány v patentu US 3 887 427, který je zde rovněž zahrnut formou odkazu.

V jiném výhodném provedení tohoto vynálezu je hydrofobním materiálem s celulózou nereaktivní hydrofobní látka, která s celulózou nereaktivních stavu techniky. Výhodný celulózou je vybrán ze může být vybrána z jakýchkoliv klížících prostředků známých ze klížící prostředek nereaktivní s skupiny sestávající z hydrofobních látek na bázi kalafuny, jako je kalafuna, disproporciováná kalafuna, hydrogenovaná polymerovaná kalafuna, kalafuna kalafuna, s formaldehydem.

esterifikovaná kalafuna, zpracovaná fořt i f ikovaná kalafuna a směsi těchto zpracováni a takto zpracovaných kalafun, mastných kyselin a jejich derivátu, jako jsou estery mastných kyselin a a jejch deriváty, pryskyřičné kyše1 i ny, vosky, jako syrové a amidy jako bis-stearamidy, pryskyřice jako jsou uhlovodíkové pryskyřice, estery a amidy pryskyřičných kyselin, rafinované parafinové vosky, syntetické vosky, přirozeně se vyskytuj ící vosky, atd.

Disperze podle tohoto vynálezu obsahují disperganty, nebo dispergačn i sloučeninu jednu aniontovou sloučeninu, obě systém, obsahující alespoň a alespoň jednu kat iontovou s nízkou molekulovou hmotností (dále označované LMW). LMW sloučeniny jsou přednostně vázány dohromady elektrostatickou přitažlivou silou, značící koacervaci dispergantu. Pokud se použijí v kombinaci, LMW sloučeniny jsou účinné jako dispergační látky pro hydrofobní materiál, ačkoliv aniontové a kationtové sloučeniny nemusí být, a obvykle nejsou, účinné jako dispergátory, pokud se použijí samotné. Ve výhodném provedení je alespoň jedna z aniontových a kat iontových sloučenin polyelektrolyt. Termín polyelektrolyt, jak se zde používá, označuje sloučeninu, která má dvě nebo více nabitých (aniontově /nebo kat iontově) sloučenin působících jako polyelektrolyt, tedy přes chemickou ne iontovou interakci nebo působení.

dvě jako nebo více aniontové

Aniontová sloučenina dispergačniho prostředku obsahuje jednu nebo více aniontových skupin stejných nebo různých typů a zahrnujících aniontové sloučeniny mající jednu aniontovou skupinu a aniontové sloučeniny mající aniontových skupin, zde označovaných polyelektrolyty. Aniontové polyelektrolyty mohou obsahovat jednu nebo více kat iontových skupin tak dlouho, dokud má celkově aniontový náboj. Příklady vhodných aniontových skupin zahrnují sulfátové skupiny a skupiny karboxylových, sulfonových, fosforečných a fosfonových kyselin, které mohou být přítomny jako volné kyseliny nebo ve vodě rozpustné amonné soli nebo soli alkalických kovů (obvykle sodné), jako karboxylaty a sulfonaty sodné. Aniontové polyelektrolyty mohou mít stupeň substituce měnící se v širokém rozmezí; stupeň aniontové substituce (DSa) může být od 0,01 do 1,4, výhodně od 0,1 do 1,2 a výhodněji od 0,2 do 1,0.

Aniontová sloučenina v dispergátoru může být odvozena ze syntetických a přírodních zdrojů a přednostně je ve vodě rozpustná nebo ve vodě dispergovatelná. Ve výhodném provedení je aniontová sloučenina organickou sloučeninou, tedy obsahuje atomy uhlíku. Výhodně aniontové sloučeniny zahrnují aniontové surfaktanty, jako alkyl-, aryl- a alkylarylsulfáty a ethersulfáty, alkyl-, aryl- a alkylarylkarboxylaty, alkyl-, aryl- a alkylarylsul fonaty, alkyl-, aryl a alkylaryl fosfáty a etherfosfaty. a dialkylsulfosukcinaty, alkylskupiny mající od 1 do 18 atomů uhlíku, arylskupiny mající od 6 do 12 atomů uhlíku, a alkylarylskupiny mající od 7 do 30 atomů uhlíku. Příklady vhodných aniontových surfaktantů zahrnují ) · · » * · • · · « laurylsulfat sodný, laurylsulfonat sodný a dodecylbenzensulfonat sodný. Další příklady vhodných aniontových sloučenin zahrnují aniontové polyelektrolyty jako aniontové organické LMW polymery, výhodně degradované, tedy odvozené z fosfátovaných, sulfonovaných a karboxylováných polysacharidů jako jsou škroby, guar-gumy a celulózy, přednostně deriváty celulózy a zejména karboxymethylceluloz, stejně jako kondenzační produkty, tedy aniontové polyurethany a kondenzované naftalensulfonaty, další vinylové adiční polymery vytvořené z monomeru s aniontovými skupinami, jako je kyselina akrylová, kyselina methakry1ová, kyselina maleinová, kyselina itakonová, kyselina krotonová, kyselina vinylsulfonová, sulfonovaný styren a fosfáty hydroxyalkylakrylatů a methakrylatů, popřípadě kopolymerované neiontovými monomery včetně akrylamidu, alkylakrylatů, styrenu a akrylonitrilu stejně jako deriváty těchto monomerů, vinylesterů a podobně. Aniontová sloučenina může být rovněž vybrána z LMW anorganických sloučenin obsahujících křemíkové atomy, jako jsou například křemičitany a další formy kondenzovaných nebo polymerovaných kyselin křemíku, jako je oligomerní kyselina křemičitá, polykřemičité kyseliny, polykřemičitaný, poly-hlinitokřemičitaný, polykřemičité mikrogely, poly-hlinitokřemičitanové mikrogely a materiály na bázi siliky, jako ve formě silika-solů, které mají negativní hydroxylově skupiny.

Kat iontová sloučenina dispergační látky obsahuje jednu nebo více kat iontových skupin stejného nebo různého typu a zahrnují stejné nebo různé typy a zahrnují kat iontové sloučeniny mající jednu kationtovou skupinu a kationtové skupiny mající dvě nebo více kationtových skupin, zde se označují jako kat iontový polyelektrolyt. Kationtové polyelektrolyty mohou obsahovat jednu nebo více aniontových skupin, pokud má celkově kationtový náboj. Příklady vhodných kationtových skupin zahrnují sulfoniové skupiny, fosfoniové skupiny, kyselé adični soli primárních, sekundárních a terciárních aminů nebo aminoskupin a kvartemich amoniových • · skupin, například kde je dusík kvarlernizován methylchloridem, dimethylsulfatem nebo benzylchloridem, výhodně kyselé adi ční soli aminů/aminoskupiny a kvartemích amoniových skupin. Kat iontové polyelektrolyty mohou mít stupeň substituce měnící se v širokém rozmezí; stupeň kat iontové substituce (DSc) může být od 0,01 do 1,0, výhodně od 0,1 do 0,8 a ještě výhodněji od 0,2 do 0,6.

Kat iontová sloučenina dispergačního prostředku může být odvozena ze syntetických a přírodních zdrojů a přednostně je ve vodě rozpustná nebo ve vodě dispergovatelná. Kat iontová sloučenina je přednostně organická sloučenina. Příklady vhodných kationtových sloučenin zahrnují kationtové surfaktanty, tedy sloučeniny typu r₄n⁺x-, kde každá R skupina je nezávisle vybrána z (i) vodíku;

(i i) uhlovodíkových skupin, výhodně alifatických a přednostně alkylskupin, majících od 1 do asi 30 atomů uhlíku, přednostně od 1 do 22 atomů uhlíku; a (iii) uhlovodíkových skupin, výhodně přednostmě alkylskupin, majících do asi přednostně od 4 do 22 atomů uhlíku, a které jsou přerušeny jedním nebo více heteroatomy, jako kyslíkem nebo dusíkem, obsahujícími heteroatom, jako karbonylem a kde alespoň jedna, výhodně alespoň tři a alifatických a 30 atomů uhlíku.

a/nebo skupinami acyloxyskupinámi;

přednostně všechny uvedené R skupiny obsahují atomy uhlíku; výhodně alespoň jedna a přednostně alespoň dvě uvedené R skupiny obsahují alespoň 7 atomů uhlíku, přednostně alespoň 9 atomů uhlíku a ještě výhodněji alespoň 12 atomů uhlíku; a kde

X je anion, typicky halogen jako chlorid, nebo aniontová skupina přítomná v aniontové sloučenině dispergačního prostředku, tedy kde je surfaktant protonovaným aminem vzorce

R₃N kde R a N jsou definovány výše.

Příklady vhodných povrchově aktivních látek zahrnují • · dioktyldimethylamoniumchlorid, didecyldimethylamoniumchlorid, d i kokod i methy1amon i umchlor i d, kokobenzy1di methylamon i umchlorid, koko( frakcionovanýlbenzyldimethylamoniumchlorld, oktadecyl-trimethy1amoniumchlorid, dioktadecyl-dimethylamoniumchlorid, dihexadecyl-dimethylamoniumchlorid, di(hydrogenovaný lůj)dimethylamoniumchlorid, di(hydrogenovaný lůj)benzylamonium chlorid, (hydrogenovaný· lůjlbenzyldimethylamoniumchlorid, dioleyldimethylamoniumchlorid, a diíethylenhexadekankarboxylat)dimethylamoniumchlorid. Zejména výhodné kationtové povrchově aktivní látky tedy zahrnují ty , které obsahují alespoň jednu uhlovodíkovou skupinu s od 9 do 30 atomů uhlíku a zejména kvarterní amoniové sloučeniny. Další vhodné kationtové povrchově aktivní látky zahrnují kvarterní di- a polyamoniové sloučeniny obsahující alepoň jednu uhlovodíkovou skupinu, výhodně alifatickou s od 9 do 30 atomů uhlíku, výhodně

Příklady vhodných povrchově aktivních látek zahrnují N-oktadecyl-N-dimethyl-N -trimethylpropylen-diamoniumdichlorid. Další příklady vhodných kationtových sloučenin zahrnují kationtové polyelektrolyty, organické LMW polymery, popřípadě které jsou odvozené z polysacharidů, jako jsou škroby a guar gumy, kationtové kondenzační produkty jako polyurethany, polyamidaminy, jako polyamidamin-epichlorhydriny, polyaminy, jako kopolymery dimethylamin-epichlorhydrinu, kopolymery dimethylaminu-ethylendiaminu-epichlorhydrinu, kopolymery dimethylaminu-ethylendiaminu-epichlorhydrinu, kopolymery amonium-ethylendichlorídu, vinylové adiční polymery vytvořené z monomerů s kationtovýmí skupinami, jako jsou homopolymery a kopolymery diallyldimethy1amon i umchlor i du, d i alky1am i noalkylakry1átů, methakrylátů a akrylamidů (jako dimethylaminoethylakrylaty a methakrylaty), které jsou obvykle přítomny jako kyselé adiční soli nebo kvarterní amoniové soli, popřípadě kopolymerované s neionogenními monomery včetně akrylamidu, alkylakrylatú, styrenu a akrylonitrilu a vinylesterů a podobných.

a přednostně od 12 do 22 alkyl, atomů uhlíku. tohoto typu jako jsou kationtové degradované, tedy ty, derivátů těchto monomerů, • · • · · · • * · ·

Aniontová LMW sloučenina i kat iontová LMW sloučenina pro použití v tomto vynálezu mají molekulovou hmotnost (dále označovanou MW) menší než 50 000, výhodně menší než 30 000 a přednostně menší než 20 000. Další výhody jsou zřejmé, pokud je MW aniontové sloučeniny a/nebo kat iontové sloučeniny dispergátoru dokonce nižší, například méně než 15 000, a dokonce menší než 10 000. Normálně mají aniontové a katintové povrchově aktivní látky nižší MW, než aniontové a kat iontové polyelektrolyty; výhodné povrchově aktivní látky mají MW od 200 do 800. Když je jedna ze sloučenin dispergátoru povrchově aktivní látkou, jiná sloučenina dispergátoru muže být výhodně polyelektrolyt, který má MW, jak je definována výše.

Disperze výhodné podle tohoto vynálezu obsahují dispergátor vybraný ze skupiny sestávající z dispergátoru (i) obsahujícího kat iontovou povrchově aktivní látku a aniontový polyelektrolyt, kde má dispergátor celkově aniontový náboj: dispergátor (ii) obsahující kationtový polyelektrolyt a aniontový polyelektrolyt, kde má dispergátor celkově aniontový náboj; dispergátor (iii) obsahující aniontovou povrchově aktivní látku a kationtový polyelektrolyt, kde má dispergátor celkově kationtový náboj; a dispergátor ( iv) obsahující aniontový polyelektrolyt a kationtový polyelektrolyt, kde má dispergátor celkově kationtový náboj; aniontové a kat iontové povrchově aktivní látky, aniontového a kationtového polyelektrolytu, a jejich molekulová hmotnost je taková, jak je definováno výše.

Aniontové a kat iontové sloučeniny dispergátoru mohou být přítomny v disperzi v množstvích měnících se v širokých rozmezích v závislosti na, inter alia, molekulové hmotnosti sloučenin, stupni iontové substituce sloučenin, tedy hustotě náboje, požadovaném celkovém náboji disperze a použitém hydrofobním materiálu. Aniontová sloučenina i kationtová sloučenina mohou být přítomny v množství do 100 % hmotnostních, výhodně od 0,1 do 20 % hmotnostních a přednostně od 1 do 10 % hmotnostních, vztaženo na hydrofobní materiál.

• ·

Bylo zjištěno, že disperze podle předloženého vynálezu mohou být připraveny s vysokými pevnými obsahy a výtěžky a vykazují velmi dobrou stabilitu při skladování a nízkou viskozitu. Tento vynález poskytuje disperze hydrofobního materiálu se zlepšenou skladovací stabilitou a/nebo vysokými obsahy pevných látek. Zejména výhodné disperze z tohoto hlediska zahrnují disperze klížidel reaktivních s celulózou, zejména disperze mající dispergátor s celkově aniontový!» nábojem. Disperze klížidel reaktivních s celulózou podle vynálezu mohou obecně mít obsahy klížidla od asi 0,1 do asi 50 % hmotnostních, výhodně kolem 20 % hmotnostních. Disperze ketenu jako klížidlo podle tohoto vynálezu dimeru ketenu v rozmezí obsahuj ící d i mer mají mit obsah do 50 % od hmotnostních a přednostně od asi 10 do asi 35 % hmotnostních.

Disperze, klížidlo nebo emulze, podle vynálezu obsahující anhydrid kyseliny jako má mít obsah anhydridu kyseliny v rozmezí od asi 0,1 do asi 30 % hmotnostních a obvykle od asi 1 do asi 20 % hmotnostních. Disperze klížidel nereaktivních s celulózou mají obvykle obsah klížidel od 5 do 50 % hmotnostních a přednostně od 10 do 35 % hmotnostních.

Disperze podle vynálezu mohou být vyráběny míšením vodné fáze s dispergačním systémem a hydrofobním materiálem, výhodně při teplotě, kdy je hydrofobní materiál kapalinou, a homogenizací takto získané směsi, výhodně pod tlakem. Získaná vodná emulze, která obsahuje kapky hydrofobní látky, normálně s velikostí v průměru od 0,1 do 3,5 um, je potom ochlazena. K výše zmíněným složkám mohou být i jiné materiály zabudovány do klížící disperze, jako jsou například přídavné dispergátory a stabilizátory, jako neionogenní dispergátory, nastavovadla, jako je močovina a močovinové deriváty, a konzervační látky. Předpokládá se, že negativní a pozitivní náboje sloučenin dispergátoru mohou být formulovány in sítu, například uvedením do kontaktu sloučenin, jedné s druhou, a/nebo smísením sloučenin s vodnou fází a/nebo snížením pH vodné fáze. Například ztráta vodíku z kyselé skupiny vytvoří aniontový náboj, a bázický amin nebo aminová skupina mohou • ·

být převedeny na kat iontovou protonacl nebo odejmutím vodíku Proto je možné začít při přípravě disperze se sloučeninami bez náboje. Například může být použita organická sloučenina s bázickými aminoskupinámi nebo bázickým aminem vzorce R3N, kdy muže být v průběhu přípravy vytvořena odpovídající amoniová část RíN* X, kde R, N a X mohou být stejné, jak jsou definovány výše.

Bylo zjištěno, že složky předložených disperzí mohou být snadno homogenizovány za přítomnosti vodné fáze, zejména pokud jsou použity LMW sloučeniny dispergátoru v kombinaci s hydrofobními materiály, které mají bod táni pod asi 100 °C a zejména pod asi 75 °C. Obvykle je v těchto postupech požadováno méně energie a nižší střihové síly ve srovnání s postupy pro přípravu běžných disperzí, a tudíž je možno použít jednoduššího zařízení. Další postup přípravy disperzi tedy zahrnuje (i) smísení hydrofobního materiálu s aniontovými a kationtovými sloučeninami dispergátoru za získání meziproduktové kompozice, a (ii) homogenizaci meziproduktové kompozice za přítomností vodné fáze, jak bylo popsáno výše. Je výhodné, pokud jsou složky homogenně smíseny ve stupni (i). Hydrofobní látky použité ve stupni (i) mohou být pevné, i když je výhodné, aby byly kapalné, neboť to zjednoduší homogenní míchání. Pokud je to žádoucí, může být meziproduktová kompozice odebrána po stupni míchání (i), a popřípadě ochlazena do ztuhnutí, za vzniku v podstatě bezvodé meziproduktové kompozice obsahující dispergátor a hydrofobní materiál, který umožňuje jednodušší nakládání ekonomicky atraktivním způsobem. V místě uvažovaného použití, nebo kdekoliv jinde, může být meziproduktová hydrofobní kompozice homogenizována za přítomnosti vody běžným nebo zjednodušeným postupem, výhodně při zvýšené teplotě tak, že přejde meziproduktová kompozice do kapalné formy. Tento postup je zejména zajímavý tehdy, když se připravují disperze dimerů ketenu a anhydridů kyselin, přičemž druhé zmiňované se obvykle připravuji v papírenském mlýnu v přímé vazbě na jejich použití jako klížícího prostředku při výrobě papíru.

Podmínka stabilního uskladnění v podstatě bezvodé kompozice takto přináší žádoucí Předložený vynález se koncentrované kompozice i technické výhody, v podstatě bezvodé hydrofobni materiál.

ekonomické tedy týká obsahuj ící aniontovou LMW sloučeninu vybranou ze sloučenin obsahujících uhlík a sloučenin obsahujících křemík, a kationtovou organickou LMW sloučeninu, kde aniontová a kat iontová sloučenina, pokud se použijí v kombinaci, jsou účinné jako dispergační systém pro hydrofobni materiál ve vodné fázi, přípravy této kompozice a použití, jak jsou dále definovány v patentových nárocích.

Složky, které jsou přítomny v koncentrované kompozici (prostředku) podle vynálezu, tedy hydrofobni materiál a aniontové a kationtové sloučeniny, jsou přednostně stejné, jako je definováno výše. Kompozice je v podstatě bezvodá a to znamená, že může obsahovat malé množství vody: obsah vody může být od O až do 10 % hmotnostních, výhodně s obsahem méně než 5 % hmotnostních a přednostně méně než 2 %

Nejvýhodnějši je, pokud neobsahuje žádnou vodu. Prostředek přednostně obsahuje hydrofobni materiál v předem stanoveném množství, vztaženo na hmotnost, tedy alespoň 50 % hmotnostních, a výhodně má prostředek obsah hydrofobni látky v rozmezí od 80 do 99,9 % hmotnostních a přednostně od 90 do

99,7 % hmotnostních. Aniontové a kationtové sloučeniny mohou v množství definovaném výše jsou procenta vztažena na aniontová sloučenina přítomny v prostředcích výhodně od 0,1 do 20 % být přítomny v prostředcích s ohledem na disperze, kde hydrofobni materiál. Proto obě, a kat iontová sloučenina mohou být v množství do 100 % hmotnostních.

hmotnostních a přednostně od 1 vztaženo na hydrofobni meteriál.

dio 10 % hmotnostních.

Disperze z tohoto vynálezu mohou být použity běžným postupem jako klížící prostředky při výrobě papíru s použitím jakéhokoliv typu celulózových vláken a mohou být použity jak pro klížení povrchu tak pro vnitřní klíženi nebo klíženi • · • ·

papíroviny. Termín papír”, jak se zde používá, znamená, že zahrnuje nejenom papír, ale všechny typy produktů na bázi celulózy ve formě listů nebo pásu, včetně například lepenky a kartonu. Papirovina obsahuje vlákna celulózy, popřípadě v kombinaci s minerálními plnivy, a obvykle je obsah celulozových vláken alespoň 50 % hmotnostních, vztaženo na suchou papi rovinu. Příklady minerálních plniv běžných typů zahrnují kaolin, křemičitan hlinitý, oxid titaničitý, sádru, talek a přírodní nebo syntetické uhličitany vápenaté, jako je křída, rozemletý mramor a vysrážený uhličitan vápenatý. Množství hydrofobního klížidla přidaného do papíroviny může být od 0,01 do 5 % hmotnostních, výhodně od 0,05 do 1,0 % hmotnostních, vztaženo na suchou hmotnost celulozových vláken a popřípadě plniva, kde dávkování hlavně závisí na kvalitě vlákniny nebo papíru, který se má klížit, použitém kllžidle a na požadované úrovni klížení.

Ve výhodném provedení se používají disperze v klížení papíroviny z celulozové vlákniny, kde papirovina má vysoké kationtové požadavky a/nebo obsahuje podstatná množství lipofilních substancí, jako např. papíroviny připravené z některých stupňů vláknin obsahujících dřevo a recyklovaných, například kde je recirkulace bílé vody extenzivní. Zejména výhodné disperze v takových použitích zahrnují disperze klížidla reaktivního s celulózou a disperze, které mají dispergátor s celkově aniontovým nábojem. Obvykle je kat iontovým požadavkem alespoň 50, výhodně alespoň 100 a přednostně alespoň 150 yekv./litr filtrátu papíroviny. Kat iontový odběr může být změřen běžným postupem, například prostřednictvím Mutek Particle Charge Detector” použitím filtrátu papíroviny získaného ze surové papíroviny filtrované přes 1,6 pm filtr as poly(diallyldimethylamonium chloridem) jako titračním činidlem. Obsah lipofilních extraktů může být alespoň 10 ppm, obvykle alepoň 20 ppm, výhodně alespoň 30 ppm a přednostně alespoň 50 ppm, měřeno jako ppm DCM pomocí extrakce a při použití DCM (dichlormethanu) známým postupem.

• *

Dále jsou předložené disperze zejména vhodné při postupech výroby papíru, kde extenzivně recirkuluje bílá voda, např. s vysokým stupněm uzávěru bílé vody, například kde se používá od 0 do 30 tun čerstvé vody na tunu produkovaného suchého papíru, obvykle méně než 20, výhodně méně než 15 a přednostně méně než 10 a zejména méně než 5 tun čerstvé vody na tunu papíru. Recirkulace bílé vody v postupu nastává přednostně smísením bílé vody s celulozovými vlákny, přednostně ve formě papiroviny nebo suspenze, před nebo po přidání disperze klížidla, tedy za vzniku papíroviny, která má být zbavena vody. Čerstvá voda může být přiváděna do postupu v kterémkoliv stupni: například může být smísena s celulozovými vlákny, aby se vytvořila papírovina, a může být smísena s papírovinou obsahující celulozová vlákna k jejímu zředění tak, že se zformuje papírovina, která má být zbavena vody, před nebo po smísení papíroviny s bílou vodou a před nebo po přidání klížící disperze.

Chemické látky, které se běžně přidávají do papíroviny při výrobě papíru, jako jsou retenční pomocné přísady, hliníkové sloučeniny, barviva, pryskyřice zvyšující pevnost za vlhka, opticky zjasňovací látky atd. mohou být samozřejmě použity spolu s přítomnými klížícími disperzemi. S celulózou nereaktivními klížidly jsou obvykle používány hliníkové sloučeniny pro fixaci klížidla na celulozové vlákno. Příklady sloučenin hliníku zahrnují kamenec, hlinitany a polylaluminiové sloučeniny.

jako polyaluminiumchloridy a sulfáty. Příklady vhodných retenčních pomocných prostředků zahrnují kationtové polymery, aniontové anorganické materiály v kombinaci v kombinaci v kombinaci s organickými s kat iontovými s kat iontovým i polymery, jako bentonitem polymery, sóly na bázi siliky polymery nebo kat iontovým i a aniontovými polymery. Zejména dobré klížidlo pro papírovinu může být získáno tehdy, pokud se použijí disperze podle vynálezu v kombinaci s retenčními pomocnými prostředky obsahujícími kationtové polymery. Vhodné kationtové polymery zahrnují kationtový škrob, guar gumu, akrylat a polymery na • · • * « bázi akrylamidu, polyethylenimin, dikyandiamid-formaldehyd, polyaminy, polyamidoaminy a polyídiallyldimethylamoniumchlorid a jejich kombinace. Kat iontový škrob a kat iontové polymery na bázi akrylamidu se používají přednostně, buď samotné nebo v kombinaci navzájem nebo s jinými materiály. Ve výhodném provedení vynálezu jsou používány disperze v kombinaci s retenčním systémem obsahujícím alespoň jeden kat iontový polymer a částice na bázi aniontové siliky. Uvedené disperze mohou být přidány před, mezi , po nebo současně s přidáním kationtového polymeru nebo polymeru. Rovněž je možné předsmísit klížicí disperzi s retenčním pomocným prostředkem, tedy kationtový polymer jako kationtový škrob nebo polymer na bázi kationtového akrylamidu, nebo aniontový materiál na bázi siliky, před zavedením takto získané směsi do papiroviny. V souladu s tím může být disperze připravena právě před jejím vnesením do papi roviny uvedením do kontaktu klížící disperze obsahující kat iontovou sloučeninu, přednostně kationtovou povrchově aktivní látku, s aniontovým materiálem na bázi siliky, například jak je de f i nováno výše.

Vynález bude dále doložen následujícími příklady, které jej však nemají omezovat. Díly a % se vztahují k dílům a procentům hmotnostním, pokud není uvedeno jinak.

Příklady provedeni

Přiklad 1

Disperze hydrofobního alkylketenového dimeru (AKD) podle vynálezu byla připravena smísením di(hydrogenovaného loje)dimethylamoniumchloridu, který je kat iontovým surfaktantem s MW 340, komerčně dostupným pod obchodním názvem Querton 442, Akzo Nobel, s roztaveným AKD při 70 °C, průchodem směsi přes homogenizer za přítomnosti vodného roztoku kondenzovaného naftalensulfonatu sodného se stanovenou MW asi 6000, komerčně dostupného pod obchodním názvem Orotan ™ SN, Rohm & Haas • · « takto získané disperze. pH asi 5 přidáváním kyseliny.

1, měla obsah AKD 30 % a a 4 % kationtové

Disperze obsahovala

Company, disperze Disperze, obsahovala a potom ochlazením bylo upraveno na označená Disperze % aniontové sloučeniny sloučeniny, obě vztaženy na hmotnost AKD částice hydrofobní látky reaktivní s celulózou, s průměrnou velikostí částic asi 1 jam, které byly aniontově nabity, jak je doloženo negativním ZetaMaster S Verze PCS.

zeta potenciálem stanoveným pomocí

Příklad 2

Stabilita disperze z příkladu 1 byla testována následujícím způsobem:

Disperze byla zředěna vodou za vzniku disperze obsahující 40 ppm AKD. V některých testech bylo přidáno 10 ppm stearové kyseliny ke zhodnocení stability za přítomnosti lipofilní, aniontové odpadní substance. Zředěná disperze byla nalita do měření zákalu, smyčkou, a chlazení. Vložený objem zatímco byl ve smyčce, a disperze byla vystavena nádoby vybavené zařízením pro prostředky pro cirkulaci a ohřev zředěné disperze cirkuloval automaticky zaznamenáván zákal cyklu ohřívání a chlazení v časové periodě 45 minut. Teplota disperze byla zvýšena ze 20 °C na 62 °C a potom byla snížena opět na 20 °C. Zákal je ovlivněn velikostí částic a rozdíl v zákalu disperze před a po teplotním cyklu je měřením schopnosti dispergovaných částic odolávat růstu aglomerací a tedy měřením stability disperze. Rozdíl vypočten následujícím způsobem:

v zákalu (..T) je

ΛΎ = (finální zákal/počáteční zákal) x 100

Čím vyšší je ZŮT tím lepší je stabilita.

Dvě standardní disperze byly také testovány pro srovnávací účely:

Ref.l je aniontová AKD disperze obsahující dispergační • · · β · »»«·»»· • ·«♦ ·· ·· systém sestávající z 1ignosulfonatu sodného a vysokomolekulárního (HMW) kat iontového škrobu, kde je aniontový 1ignosulfonat přítomen v iontovém přebytku;

Ref.2 je kat iontová AKD disperze také obsahující 1 ignosulfonat sodný a HMW kationtový škrob, ale kde je přítomen kationtový škrob v iontovém přebytku.

Tabulka 1 uvádí získané výsledky.

Tabulka 1

Disperze č.

Ref. 1

Ref. 1 Ref.2 Ref.2

Kys.stearová (ppm)_AT

Jak je znázorněno v tabulce 1, hodnoty ^T disperze tohoto vynálezu byly výrazně vyšší než hodnoty u standardních disperzí, a podle toho jsou indikací lepší stability ředění.

Přiklad 3

Koncentrovaný bezvodý prostředek podle vynálezu byl připraven suchým smísením 93 dílů AKD pelet se 3 díly kat iontové povrchově aktivní látky a 4 díly aniontové sloučeniny použité v příkladu 1. Tato suchá směs byla později přidána do horké vody a takto získaná vodná směs byla ohřátá na 80 °C, přečerpána čerpadlem s vysokým střihem a potom ochlazena na teplotu místnosti. Získaná aniontová disperze, disperze s číslem 2, měla obsah AKD 20 % a průměrnou velikost částic asi 1 pm.

Účinnost klížení byla hodnocena při přípravě papírových • · listů postupem podle standardní metody SCAN-C23X v laboratorním měřiku, a použitím papíroviny obsahující 80 % směsi 60=40 bělícího bříza/borovice sulfátu a 20 % křídy, kam bylo přidáno 0,3 g/1 NazS04. 10 H2O. Konzistence papíroviny

Disperze byly použity spolu s komerčním a odvodnění, aniontový byla 0,5 % a pH 8,0. systémem pro retenči kat iontový škrob

Compozil ™, obsahujícím silika-sol modifikovaný samostatně;

hliníkem, které byly přidány do papíroviny kat iontový škrob byl přidán v množství 12 kg/tunu, vztaženo na suchou papírovinu, a silika-sol byl přidán v množství 0,8 kg/tunu, počítáno jako S1O2 a vztaženo na suchou papírovinu.

Hodnoty Cobb, měřeno podle TAPPI standardu T 441 OS-63, získané při testování, jsou uvedeny v tabulce 2. Dávkování AKD je vztaženo na suchou papírovinu.

Tabulka 2

Disperze č._dávka AKD (kg/t)_Cobb (g/m²)

2	0.30	58
2	0.40	30
Ref. 1	0.30	84
Ref. 1	0.40	65
Ref. 2	0.30	66
Ref .2	0.40	40

Tabulka 2 dokazuje zlepšení klížení papíru získané s disperzí podle vynálezu.

Přiklad 4

Snadnost výroby disperzí podle vynálezu byla hodnocena přípravou aniontových AKD disperzí s různými obsahy AKD. Disperze podle vynálezu byly připraveny homogenizací směsi • ·

0,8 % hmotn. di(hydrogenovaný 1ΰj)dimethylamoniumchloridu, 1,6 % hmotn. kondenzovaného naftalensulfonatu sodného, 77,6 % hmotn. vody a 20 % hmotn. AKD po nastavenou dobu použitím Ultra Turrax mísiče při 15000 ot./minutu a potom chlazením takto získané disperze po 2 hodiny. Obdobné disperze byly připraveny stejným způsobem při různých hodnotách obsahu AKD, aby se získaly disperze s obsahy AKD 10, 20, 30 a 40 % hmotn. Disperze jsou označeny INV., následuje obsah AKD v % hmotn.

Standardní AKD disperze byly vyrobeny pro srovnávací účely stejným postupem a za stejných podmínek homogenizací směsi 1,0 % hmotn. kat iontového škrobu, 0,25 % hmotn. lignosulfatu sodného, 89 % hmotn. byly připraveny s standardní disperze vody a 10 % hmotn. AKD. Obdobné disperze různými obsahy AKD, aby se získaly s obsahy AKD 10, 20, 30 a 40 % hmotn.

Disperze jsou označeny Ref.3, následuje obsah AKD v % hmotn.

Velikost částic a viskozita byly zjištěny běžnými postupy. Tabulka 3 znázorňuje získané výsledky.

Tabulka 3

AKD Disperze č._Velikost částic (um)_V i skoz i ta( cps)

Inv.-10%	2.98	10
Inv.-20%	3. 12	20
Inv.-30%	3.50	20
Inv.-40%	3.50	25
Ref.3-10%	4.31	15
Ref.3-20%	4.52	20
Ref.3-30%	5.20	25
Ref.3-40%	5.57	40

Tabulka 3 dokazuje, že disperze podle vynálezu byly pro výrobu snadněji zpracovatelné; nižší viskozita byla získána při odpovídajícím obsahu AKD, a menší velikost částic byla získána s použitím stejného množství energie k úpravě volných povrchů. Ve srovnání se standardními disperzemi je tedy požadováno podle tohoto vynálezu méně energie a nižší střihové síly pro výrobu disperzí se stejnou velikostí částic. Dále, zvýšení rychlosti míchadla na 25 000 otáček za minutu vhodně redukuje velikost částic disperzí podle vynálezu, která je v rozmezí od 1 do 2 μι».

Claims (19)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Vodná disperze obsahující dispergátor a disperzní fázi obsahující hydrofobní materiál vyznačující se tím, že dispergátor obsahuje (a) aniontovou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 000 a vybranou ze sloučenin obsahujících uhlík a sloučenin obsahujících křemík, a (b) kationtovou organickou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 000.
2. 2. Disperze podle nároku 1 vyznačující se tím, ž e aniontová sloučenina a kationtová sloučenina mají molekulovou hmotnost menší než 20 000.
3. 3. Disperze podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že aniontová sloučenina je organická sloučenina.
4. 4. Disperze podle nároku 1, 2 nebo 3 vyznačující se tím, že dispergátor je aniontový a obsahuje kationtovou povrchově aktivní látku a aniontový polyelektrolyt.
5. 5. Disperze podle nároku 1, 2 nebo 3 vyznačující se tím, že dispergátor je aniontový a obsahuje kat iontový polyelektrolyt a aniontový polyelektrolyt.
6. 6. Disperze podle nároku 1, 2 nebo 3 vyznačující se tím, že dispergátor je kat iontový a obsahuje aniontovou povrchově aktivní látku a kat iontový polyelektrolyt.
7. 7. Disperze podle nároku 1, 2 nebo 3 vyznačuj ící se t í m, že dispergátor je kat iontový a obsahuje aniontový polyelektrolyt a kationtový polyelektrolyt.
8. 8. Disperze podle kteréhokoliv z předchozích nároků vyznačující se tím,že obsah hydrofobního materiálu je alespoň 20 % hmotnostních.
9. 9. Disperze podle kteréhokoliv z předchozích nároků vyznačující se tím,že hydrofobním materiálem je klížidlo reaktivní s celulózou.
10. 10. Disperze podle nároku 9 vyznačující se tím, že klížidlem je dimer ketenu nebo anhydrid kyseliny.
11. 11. Disperze podle nároku 9 vyznačující se tím, že hydrofobním materiálem je klížidlo nereaktivní s celulózou.
12. 12. Disperze podle nároku 8, 9, 10 nebo 11 vyznačující setím, že hydrofobní materiál má teplotu tání pod 75 °C.
13. 13. Způsob přípravy vodné disperze homogenizací hydrofobního materiálu za přítomnosti vodné fáze a dispergátoru obsahujícího aniontovou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 000 a vybranou ze sloučenin obsahujících uhlík a sloučenin obsahujících křemík, a kationtovou organickou sloučeninu s molekulovou hmotností menší než 50 000.
14. 14. Způsob podle nároku 13vyznačující se tím, ž e aniontová sloučenina a kationtová sloučenina mají molekulovou hmotnost menší než 20 000.
15. 15. Způsob podle nároku 13 nebo 14 vyznačuj ící se t í m, že aniontová sloučenina je organická sloučenina.
16. 16. Použití vodné disperze podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12 jako klížidla pro papírovinu nebo povrchového kllžidla při výrobě papíru.

    • ·
17. 17. V podstatě bezvodá klížící kompozice obsahující hydrofóbní materiál, aniontovou sloučeninu s molekulovou

    hmotností menší než 50 000 a vybranou ze sloučenin obsahujících uhlík a sloučenin obsahuj ících křemík, a kationtové organické sloučeniny s molekulovou hmotnost i menší než 50 000. 18. Kompozice pod1e nároku 17 v y z n a č u jící

    se tím, že aniontová sloučenina je organická sloučenina.
18. 19. Kompozice podle nároku 17 nebo 18 vyznačující setím, že hydrofobním materiálem je dimer ketenu nebo anhydrid kyseliny.
19. 20. Použití kompozice podle nároku 17, 18 nebo 19 pro přípravu vodné disperze podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12.