专利名称：用于辊剥离性改进的造纸添加剂的制作方法
技术领域：
本发明提供了用于改进造纸过程中的辊剥离性的方便且容易的方法。所述方法包括将处理剂添加至造纸机的中央辊表面或压榨部中的其它表面。施用的组合物可仅包含疏水性咪唑啉，或包含疏水性咪唑啉与其它疏水改性的胺、铵、单烷基铵、二烷基铵或三烷基铵或其它含胺或铵的阳离子性表面活性剂、以及疏水性活性物如植物油或矿物油、烷烃、石蜡、聚丁烯、蜡等的组合。还可将非离子表面活性剂添加入这些混合物中，以增强辊剥离效果。
背景技术：
造纸过程包括从纸浆和添加剂的含水浆料形成纸张，然后从湿纸逐步去除水。水的去除本身由几个阶段构成。在被称为湿端的第一过程部分中，水通过重力、真空抽吸，然后通过压榨辊压榨湿纸而被去除。在被称为干燥器部的后一脱水过程部分中，残余的水通过加热和蒸发从加热表面被去除。当纸幅(paper web)到达造纸机的压榨部时,纸的稠度为约20_25%。在该部,通过一系列压榨辊向纸施加压力以排出水，并使纸张更平滑。在压榨后，纸的稠度升至40-50%。借助于这样的含水量减少，纤维变得相互靠近，并且缔合和结合的程度明显增大。纤维不仅相互附着，而且易于附着在辊表面上，造成纸幅流动中的阻力。纸和辊表面之间的表面张力和粘合性明显增大。此外，粘性材料，例如树脂、提取剂、有机固体、无机填料和细纤维沉积在辊表面上也可妨碍纸幅从辊表面脱离。这些问题对于从回收或包含树脂的纸浆制得的纸是特别重要的。纸粘合性的增大和辊表面上的污染物沉积可以影响所述网的可运行性，并最终造成工艺过程的干扰或中断。为了弥补该增大的纸粘合性，当将其输送至造纸机的下一部分时，需要用额外的力拉动或“拖动”纸幅。但是，增加拖动有其后果，并且可能不利地影响纸的品质或造成破裂。为了避免这些不期待的影响，已使用了多种处理。这些处理包括辊套(roll cover)材料的改进、通过刮刀机械性去除沉积物和/或纸剥离剂的施用。已应用并实践了多种不同的化学品以增强辊剥离。几个应用描述了包含疏水性活性物或乳液的组合物。例如US6，468，394公开了在辊表面上施用蜡乳液，其中所述蜡应具有低于60° C的熔点。根据该方法，蜡熔化于温热的辊表面上，形成疏水性膜，由此促进纸从棍表面剥离。另一应用US6, 558, 513教导了通过施用非水的、未固化的烃组合物从压榨辊的表面剥离纸幅的改进方法，其中优选的材料是烃聚合物-聚丁烯，其优选分子量为400-700。US6, 139，911中描述的方法公开了通过施用稀的微乳液形式的添加剂对剥离性的改进。活性组分选自油、蜡、水不溶性表面活性剂和聚合物。WO 1996/26997中描述了基于醇、脂肪酸或油、卵磷脂和水溶性或水分散性表面活性剂的稳定乳液的应用。US6, 723，207公开了向造纸辊施用阳离子性水溶性聚合物、非离子表面活性剂和阴离子性表面活性剂的共混物。所述组合物总体上呈正电荷。所述阳离子性聚合物优选是季铵化合物，例如聚二烯丙基二甲基氯化铵。专利申请US2009/0159229公开了向压榨辊施用组合物以改进湿纸的可剥离性。施用于压榨辊表面上的活性物的组合物基于官能化的聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段聚合物。W01997/11225公开了通过含水酶溶液在压榨部中的中央辊的处理，其中至少一种物质附着在辊表面上，并且可“改进造纸工艺中运动部件的可靠性”。US6, 051，108公开了在造纸湿压榨毡和成型网上沉积物积累的去除或防止。清洁溶液包含至少一种酸性清洁化合物和过乙酸。US4, 704，776公开了以硅油、有机硅塑料和氟塑料作为造纸机的压榨辊的剥离剂。W02008/063268公开了具有至少一种脲连接键的直链或支链的氟化聚合物的制备。该聚合物设计用于表面处理，包括表面清洁、织物处理、污溃剥离改进等。
发明内容
本发明涉及用于降低纸幅和造纸机的辊表面之间的粘合力，由此改进纸从辊表面剥离的组合物和方法。所述方法包括向辊表面单独施用疏水性咪唑啉，或施用疏水性咪唑啉与以下的一种或多种的组合a)其它的疏水改性的胺、b)其它的疏水性材料、c)非离子表面活性剂或d)它们的混合物。所提出的组合物可通过喷涂器或通过辊机向关注的表面施用。这些组合物可能使表面更疏水化，因此使纸幅较少地附着在压榨辊上。在一个优选实施方案中，本发明涉及通过施用疏水性咪唑啉、植物油或矿物油或脂肪酸烷基酯、以及一种或多种非离子表面活性剂的混合物，以降低纸对于辊表面的粘合性的方法。在另一个优选实施方案中，本发明涉及通过施用疏水性咪唑啉、植物油、及非离子表面活性剂和低分子量聚丁烯的混合物，以降低纸对于辊表面的粘合性的方法。
具体实施例方式本发明公开了用于降低纸幅和辊表面之间的粘合性的组合物和方法。施用于辊表面的所述组合物包括疏水性咪唑啉。本发明公开了向辊表面施用包含低分子量的疏水性咪唑啉和任选存在的以下中至少一种的组合物a)疏水改性的胺、b)疏水性材料，例如矿物油或植物油或它们的烷基衍生物、聚丁烯、蜡、石蜡、疏水改性的二氧化硅或硅酮、疏水性磷酸酯、疏水改性的聚合物、疏水改性的碳水化合物或任何其它的疏水物、c)非离子表面活性齐U，例如直链醇乙氧基化物、支链醇乙氧基化物、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、聚乙二醇酯、各种脂肪酸的单酯或二酯、乙氧基化的聚甲基-烷基硅氧烷等，或d)它们的混合物，并且公开了向造纸机中的所述表面施用这些疏水性混合物或它们的含水乳液，以降低纸幅的粘合性，并降低造纸机上所产生的拖拉力(draw)。“疏水改性的胺”是指包含低分子量的胺或铵的化合物，其胺基或铵基的氮与疏水性基团或脂肪基团例如烃或氟碳链键接；胺可以是直链或支链的脂肪烷基胺或铵化合物、氨基酰胺或氟化铵等。出于本发明的目的，疏水改性的胺不包括咪唑啉。“植物油”是指来自植物来源的油；实例包括但不限于大豆油、玉米油、菜籽油、蓖麻油、蓖麻油衍生物及它们的混合物等。“矿物油”是指来自矿物来源的油，例如直链烃、支链烃和芳族烃的混合物、石蜡和蜡。植物油的“烷基衍生物”是指从植物油与醇的酯交换反应得到的酯衍生物。植物油酯的实例包括但不限于大豆油烷基酯、玉米油烷基酯、低芥酸菜子(菜籽)油酯、棕榈酸烷基酯、油酸烷基酯、硬脂酸烷基酯等。“非离子表面活性剂”是指包含例如烷基和乙二醇单元的组合物，其中所述组合物的一部分是疏水性的，而一部分是亲水性的。非离子表面活性剂的实例包括但不限于直链醇乙氧基化物、支链醇乙氧基化物、醇烷氧基化物、聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物、各种脂肪酸的聚乙二醇酯单酯或二酯、脂族聚醚、乙氧基化的聚甲基-烷基硅氧烷、烷基聚葡糖苷、乙氧基化的脱水山梨醇衍生物、脱水山梨醇脂肪酸酯、烷基苯基的乙氧基化物和烷氧基化的胺。根据本发明，低分子量的疏水性咪唑啉在降低粘合力上是非常有效的，并且可用于辊剥离。最优选的是在分子组成中具有包含I个、2个或几个疏水性链(在疏水性链中具有10-24个，优选16-18个碳原子)的环状咪唑啉结构。可用于本发明的咪唑啉的分子量不大于1000道尔顿，优选其分子量小于800道尔顿。疏水改性的胺的名目包括但不限于疏水性的直链或支链的脂肪烷基(伯、仲、叔)胺或季铵化合物；其具有一个或几个疏水性链、氨基酰胺、具有全氟烷基的胺、聚合性胺、聚合性氨基酰胺和具有全氟烷基的聚合性胺或氨基酰胺。所述胺还可选自脂肪胺羧酸酯、酰氨胺、脂肪链烷醇胺和两亲性类胺，例如甜菜碱。较高分子量的胺(例如聚二烯丙基二甲基氯化铵(“Polydadmac”)、分子量为100，000道尔顿的阳离子聚合产物、分子量为9，000道尔顿的疏水改性的聚氨基酰胺等)在降低粘合力上表现不如低分子量的胺有效。优选的咪唑啉是包括咪唑啉环状结构的那些，其具有一个或两个疏水性基团与其键接。咪唑啉是脂肪酸(例如油酸、棕榈酸或硬脂酸)与二亚乙基三胺或氨乙基乙醇胺(amonoethylethanolamine)反应、随后所得的酰氨胺通过硫酸二乙酯、硫酸二甲酯或乙酸季铵化的反应产物。疏水性链的数量取决于脂肪酸和胺的比例。优选该比例为1:1或2:1o咪唑啉产物中的环化程度取决于反应条件。在最佳条件下，它可以是、0%环化的。在其它情况中，它可以是环化咪唑啉和直链氨基酰胺的混合物。咪唑啉强烈地吸引金属、纤维、玻璃或矿物的负电性表面，并使它们呈疏水性。咪唑啉被用作润滑剂、抗腐蚀剂、织物软化剂和抗静电剂。低分子量的咪唑啉表现出与所述表面有效附着，从而使表面呈疏水性。这些胺中的许多是相当溶于水的，并可易于作为含水溶液施用。在低溶解度的活性物的情况中，用于施用的可选方案可包括与非离子表面活性剂共混或将它们与酸化的缓冲剂一起使用。疏水性材料(例如植物油和矿物油、蜡、聚烯烃、聚丁烯)在现有技术中已描述为用于辊剥离的有效处理剂(例如参见US6，468，394或US6，558，513)。这些化学品的施用不总是简单直接的，由于它们中的许多是固体或粘稠液体，并且它们不与水混合。这些材料中的许多可较好地用作水包油乳液。乳化的疏水性材料的应用是已知的，并且已实践多年。这些处理剂作为乳液的应用可能不产生期待的效果，这是由于乳液的不稳定性或疏水物不能长期保留在辊表面上。这些效果最终可造成所述处理低效率的经济性。非离子表面活性剂单独已显示出在粘合力降低上的适度效果。它们的效果可能是由于纸和辊的界面处的界面张力的降低。非离子表面活性剂向疏水性材料的添加有助于乳化疏水性材料(例如油)。它还促进疏水物在关注的表面上更有效的输送和铺展。根据本发明，有效的非离子表面活性剂的HLB为0-20，优选4-15，更优选的HLB值为8_12。已发现将水可混溶的疏水性咪唑啉与水不溶性的疏水物组合会产生更好的辊剥离性改进。疏水性咪唑啉与疏水性材料例如植物油或矿物油或植物油烷基酯、以及非离子表面活性剂的组合物证明了在纸幅对辊表面的粘合性降低上有协同行为。对于所发现的协同性的可能解释可归因于但不限于与辊表面强烈附着并形成疏水性单层的咪唑啉组分中的环状和直链的胺结构。咪唑啉层有助于植物油的铺展，以及油或任何其它疏水性材料在辊表面上的锚固。由于咪唑啉涂层的形成，疏水性材料更长时间地保留在表面上，由此改进处理的经济性。本发明中使用的疏水改性的胺可以是伯胺、仲胺、叔胺或季铵或季铵化合物；其包含一个、两个或几个疏水性基团，例如直链、支链、芳族烃的链或全氟化基团。出于本发明的目的，疏水改性的胺不包括咪唑啉。疏水性材料可以是植物油或矿物油，植物油烷基酯、植物油衍生物、脂肪酸酯或任何类型的烃或氟化材料。疏水性材料可以是大豆油、玉米油、低芥酸菜子油、椰油、丁香油、百里香油、桉叶油、大ii油烧基酷、低芥酸菜子油烧基酷、玉米油烧基酷、掠桐酸烧基酷、硬脂酸烧基酷、油酸烷基酯、磺化蓖麻油、矿物油、石蜡油、低分子聚丁烯、蜡、蜡乳液或它们的混合物。非离子表面活性剂可以是直链醇乙氧基化物、支链醇乙氧基化物、各种脂肪酸的聚(乙二醇)单酯或二酯、聚(乙二醇)烷基醚、环氧乙烷/环氧丙烷的均聚物和共聚物或聚(环氧乙烷-共聚-环氧丙烷)烷基酯或烷基醚、乙氧基化的蓖麻油或乙氧基化的聚甲基-烷基硅氧烷、乙氧基化的脱水山梨醇衍生物、脱水山梨醇脂肪酸酯。本发明的一个优选实施方案使用一种的组合物，其包含疏水性咪唑啉、植物油和乙氧基化的直链醇或支链醇的混合物。本发明的一个优选实施方案使用一种的组合物，其包含疏水性咪唑啉、植物油和乙氧基化的直链和低分子量的聚丁烯的混合物。本发明的一个优选实施方案使用一种的组合物，其包含a)疏水性咪唑啉、b)疏水性的非环状氨基酰胺、c) 一种脂肪酸烷基酯或脂肪酸烷基酯或其混合物，和d)乙氧基化的直链或支链醇。本发明的一个优选实施方案使用一种的组合物，其包含a)疏水性咪唑啉、b)疏水性的非环状氨基酰胺、c) 一种脂肪酸烷基酯或脂肪酸烷基酯或其混合物，和d)脱水山梨醇脂肪酸酯和乙氧基化的脱水山梨醇脂肪酸酯的组合。所述非离子表面活性剂可以是直链或支链醇乙氧基化物，其HLB值为0-20，优选6-16，更优选8-12。当直链或支链醇乙氧基化物用于本发明时，其具有至少一个乙二醇单元，并且优选至少3个乙二醇单元。
在本发明的一些方面，非离子表面活性剂是乙氧基化的脱水山梨醇衍生物和脱水山梨醇脂肪酸酯的混合物，其HLB值为0-20，更优选4-16。在本发明的一些实施方案中，将疏水性咪唑啉、疏水性胺、疏水性材料与非离子表面活性剂一起共混。疏水性材料的量为基于总组合物干重的0-99干重％，1-99干重％，优选33. 3-96. 8%，并且更优选85. 7%和96. 8%，其中疏水改性的胺和非离子表面活性剂的量各为0. 0-99%，0. 0-66. 7%，优选0-33. 3，并且更优选为2. 0%和6. 0%。疏水性咪唑啉的量为基于所述组合物干重的0. 5-100干重％，优选0. 5-66. 7%，优选0. 5-33. 3%，优选1_10%，并且更优选 2. 0% 和 6. 0%。此外，已证实当将少量的氟化胺，优选0. 5-15干重％的氟化胺向咪唑啉、植物油和非离子表面活性剂的共混物添加时，甚至可进一步改进辊剥离性。在另一个实例中，通过将少量的低分子量聚丁烯与咪唑啉、植物油和非离子表面活性剂的混合物共混，可实现粘合性的降低。在另一个实例中，通过将少量的疏水改性的二氧化硅与咪唑啉、植物油和非离子表面活性剂的混合物共混，可实现粘合性的降低。根据本发明，将降低剥离性的添加剂或添加剂的组合施用至期待改进剥离性的中央辊或靴型压榨(shoe press)的表面或任何其它表面。将处理组合物与水混合而得到1-1OOOOppm,更优选30-3000ppm的水乳液。通过喷淋器实施所制得的乳液的添加。处理剂在阴离子性废物存在或不存在下在水流中都良好地工作；阴离子性废物的存在进一步增强季铵的疏水性胺的性能。当单独施用时,疏水性咪唑啉证实在去离子水或白水(white water)中在500ppm下的有效辊剥离性(参见实施例1和表I中的数据)。对于含有疏水性材料的组合物，咪唑啉的含量可甚至降低至低于lOOppm。在这些组合物中，施用疏水物如矿物油和植物油，并与咪唑啉和表面活性剂共混，其中油的含量可以为1-lOOOOppm，更优选100-3000ppm。水溶液中的疏水性咪唑啉、疏水改性的胺和非离子表面活性剂的含量(load)各自优选在1-1OOOOppm,各自更优选在10-300ppm之间的范围。氟化胺可以l-lOOOppm,更优选25-200ppm添加至含水组合物。氟化胺可包含所述组合物重量的0. 5_85%，优选0. 5-15%,优选2-10%，更优选组合物干重的3-6%。在一些含水组合物中，低分子量聚丁烯可以1-lOOOppm，更优选50_200ppm的水平添加。聚丁烯可占所述组合物重量的0. 5-12%，优选所述组合物干重的2. 5-10. 5%。在其它含水组合物中，疏水改性的二氧化硅可以1-1OOOppm的水平添加，更优选50-300ppm。疏水改性的二氧化硅可占所述组合物重量的0. 5-15%，优选所述组合物干重的
2.5-10. 5%。所述处理剂可与水混合，所得乳液可通过喷淋器、刷子或喷涂器施用至辊表面上。上述组合物在石墨表面上测试时已证实了增强的剥离效果。已测试所选的组合物，并显示出在陶瓷表面上对于辊剥离性的改进也是有效的。本领域技术人员可预期在其它表面，包括石墨、陶瓷、橡胶、塑料、树脂、复合材料、聚氨酯等上的改进性能。本发明可用以改进造纸工艺中的辊剥离性。尽管将它设计用于压榨部，它也可被施用于其它区域，例如湿端辊、干燥器罐、干燥器织物表面和砑光机组(stack)。此外，它还可用于扬克式剥离应用的薄纸磨机(tissue mill)。以下将参照数个具体实施例描述本发明，具体实施例应认为是说明性的，并且不限制本发明的范围。实施例本发明组合物按照以下的方式评价它们降低湿纸对辊表面材料的粘合性的能力。将数个活性物和组合物在OY Gadek湿网剥离测试机上测试，以检验它们对所得粘合力的影响。活性物和组合物以500ppm和1700ppm的含水溶液进行测试。下表中使用的咪唑啉包括咪唑啉A是油酸和二亚乙基三胺(2 :1的比例)的环化反应产物，其由硫酸二乙酯
季铵化。 咪唑啉B是环化咪唑啉和直链的单酰胺和双酰胺的混合物，其从油酸和二亚乙基
三胺的反应形成，由硫酸二乙酯季铵化。咪唑啉C是环化咪唑啉和直链的单酰胺和双酰胺的混合物，其从油酸和二亚乙基
三胺的反应形成，由硫酸二乙酯季铵化。咪唑啉D是油酸和二亚乙基三胺的环化反应产物，其由与二油酸聚乙二醇酯Cl0%)混合的硫酸二乙酯( 90%)季铵化。将辊套材料浸入候选材料的水溶液或水乳液中，或者将经测试的处理剂通过涂料滚筒均匀地(neat)涂覆在辊表面上。预备湿的手抄片，并在经处理的辊表面上压榨。湿纸片的总固体物在40-45%的范围，其对于造纸机的压榨部是常规的。通过湿网剥离测试器测试粘合力(N/m)，并通过仪器软件自动记录。每个条件下对剥离测试进行三次重复。对于棍剥离测试器的描述和试验细节还可见于A. Alastalo, L. Neimo和H. Paulapuro的TAPPIJournal, Vol. 82，NO. 6，1996。通过比较在经处理的辊表面上进行的试验的结果和未涂覆任一种本发明组合物而进行的空白试验，确定本发明组合物的功效。表IA汇总了这些试验；提供基准物A-1用于比较，其为矿物油和非离子表面活性剂的混合物。结果记录为空白和经处理表面的粘合力的绝对值(第2栏)，和对于空白处理剂的降低％所表示的相对效果(第3栏)。所给出的数据是每次处理进行3次测试的均值。在以下的实施例和表中，已将名为A、C、D或P的样品用作参照并用于比较，而将名为E、EC、AE或ES的样品用作本发明的权利要求中覆盖的实例。实施例#1表 IA
权利要求
1.在造纸过程中降低压榨辊上的纸幅粘合性、并改进辊表面的剥离性的方法，其包括向所述辊表面施用包含至少一种低分子量的疏水性咪唑啉的组合物。
2.权利要求1的方法，其中所述疏水性咪唑啉包含至少一个疏水性基团和一个环状咪唑啉结构。
3.权利要求1的方法，其中所述组合物还包含一种或多种选自以下的化合物a)疏水改性的胺、b)疏水性材料、c)非离子表面活性剂，和d)它们的混合物。
4.权利要求3的方法，其中所述疏水性材料选自植物油、矿物油、植物油烷基酯、植物油衍生物、脂肪酸酯、烃材料或氟化材料。
5.权利要求3的方法，其中所述组合物包含至少一种疏水改性的胺，所述疏水改性的胺是包含一个、两个或几个疏水性基团，例如直链、支链、芳族烃链或全氟化基团的伯胺、仲胺、叔胺、或者季胺或季铵的化合物。
6.权利要求3的方法，其中所述组合物包含至少一种非离子表面活性剂，其中所述非离子表面活性剂选自直链醇乙氧基化物、支链醇乙氧基化物、脂肪酸的聚(乙二醇)单酯或二酯、聚(乙二醇)烷基醚、环氧乙烷/环氧丙烷均聚物和共聚物、或共聚(环氧乙烷-环氧丙烷)烷基酯或醚、乙氧基化的蓖麻油或乙氧基化的聚甲基-烷基硅氧烷、乙氧基化的脱水山梨醇衍生物、脱水山梨醇脂肪酸酯及它们的组合。
7.权利要求3的方法，其中所述组合物包含疏水性材料，其中所述疏水性材料包含植物油，所述非离子表面活性剂包含乙氧基化的直链或支链醇。
8.权利要求3的方法，其中所述组合物包含疏水改性的胺、疏水性材料和非离子表面活性剂，其中所述疏水改性的胺包含疏水性的非环状氨基酰胺；所述疏水性材料包含一种或多种脂肪酸烷基酯或植物油烷基酯；并且所述非离子表面活性剂包含乙氧基化的直链或支链醇。
9.权利要求3的方法，其中所述组合物包含疏水改性的胺、疏水性材料和非离子表面活性剂，其中所述疏水改性的胺包含疏水性的非环状氨基酰胺；所述疏水性材料包含一种或多种脂肪酸烷基酯或植物油烷基酯；并且所述非离子表面活性剂包含脱水山梨醇脂肪酸酯和乙氧基化的脱水山梨醇脂肪酸酯的组合。
10.权利要求3的方法，其中将疏水性咪唑啉、疏水改性的胺、疏水性材料和非离子表面活性剂一起共混，并且其中疏水性材料的量为33. 3%-96. 8%。
11.权利要求1的方法，其中所述组合物还包含植物油和非离子表面活性剂。
12.权利要求1的方法，其中所述组合物还包含直链氨基酰胺；脂肪酸烷基酯或植物油酯；以及非离子表面活性剂。
13.权利要求1的方法，其中所述组合物还包含植物油、直链或支链醇的乙氧基化物和聚丁烯。
14.权利要求13的方法，其中所述聚丁烯的量为所述组合物干重的0.5%-12%o
15.权利要求1的方法，其中所述组合物还包含植物油、直链醇乙氧基化物和氟化材料。
16.权利要求15的方法，其中所述氟化材料的量为所述组合物干重的0.5%-15. 0%。
17.权利要求1的方法，其中所述组合物还包含植物油、直链醇乙氧基化物和疏水改性的二氧化硅或硅酮化合物。
18.权利要求17的方法，其中所述疏水改性的二氧化硅或硅酮材料的量为所述组合物干重的0. 5%-15%o
19.权利要求1的方法，其中所述辊表面由选自石墨、陶瓷、橡胶、树脂、复合材料和聚氨酯的材料构成。
20.权利要求1的方法，其中所述组合物是乳液的形式，并且通过喷淋器、刷子或喷涂器施用至所述辊表面上。
全文摘要
公开了用于在造纸方法中降低湿纸幅和辊表面之间的粘合性的组合物和方法。所述方法特别可用于压榨部辊的剥离性的改进。
文档编号D21F3/08GK103069075SQ201180040711
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年8月23日
发明者T-F·林, D·E·沙洛颜, S·T·施内勒尔 申请人:赫尔克里士公司