本發(fā)明提供了一種水包油乳液及其制備方法。更具體地，描述了烷基烯酮二聚體乳液的制備。該三組分乳液易于使用兼具低乳化能力和高剪切速率能力的設(shè)備來制備，以制備具有優(yōu)異品質(zhì)、高效率且制備時(shí)間短的akd乳液。
背景技術(shù)：
1、烷基烯酮二聚體(akd)、烯基琥珀酸酐(asa)和石蠟在造紙?bào)w系中用作提供耐水性的施膠劑。這些物質(zhì)具有疏水性并且以液體油或固體蠟的形式生產(chǎn)。通常，這些添加劑需要分散成水包油乳液后才能用于造紙?bào)w系。為了獲得良好的施用性能，這些疏水材料的乳液必須具備某些特性。乳液必須長時(shí)間保持足夠穩(wěn)定以確保它們從生產(chǎn)點(diǎn)到造紙機(jī)不會(huì)損失物理或化學(xué)性能。
2、由于這些要求，制備疏水性紙用施膠劑乳液已成為提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和/或施膠效率的基礎(chǔ)。先前的嘗試包括產(chǎn)生穩(wěn)定的高固含量的烯酮二聚體分散體，做法是：在標(biāo)準(zhǔn)淀粉基穩(wěn)定體系中摻入水溶性羧酸，或使用取代度更高的陽離子淀粉作為乳化劑。已使用其他方法：將陽離子聚合物后添加到用淀粉制備的疏水性纖維素反應(yīng)性施膠劑的分散體中。進(jìn)行的其他嘗試為將水溶性聚合物后添加到淀粉穩(wěn)定的疏水性紙用施膠劑分散體中以試圖提高穩(wěn)定性和施膠性能。然而，所有上述疏水性纖維素反應(yīng)性施膠劑分散體均由淀粉穩(wěn)定。
3、除了淀粉之外，其他聚合物也已嘗試用于穩(wěn)定纖維素反應(yīng)性施膠劑的水分散體，諸如為用于提高紙料(papermaking?furnish)中的施膠效果的陰離子疏水改性纖維素衍生物。其他方法則使用具有包含陰離子組分和陽離子組分的凝聚分散劑的纖維素反應(yīng)性施膠劑來穩(wěn)定乳液并提高施膠性能。
4、隨著制劑的改進(jìn)，生產(chǎn)方式也同樣重要。在疏水性分散劑或油乳液的生產(chǎn)工藝中，通常采用四個(gè)步驟：水相和油相制備步驟、預(yù)混步驟、均質(zhì)化步驟和冷卻步驟。水相制備涉及蒸煮淀粉或?qū)⒕酆衔锶芙庠谒小τ诘矸鄯€(wěn)定的疏水性分散劑，淀粉蒸煮花費(fèi)時(shí)間并且可能導(dǎo)致最終乳液的穩(wěn)定性問題。預(yù)混制備步驟是指在均質(zhì)化之前在水相中形成疏水性材料的粗乳液。
5、將粗乳液泵送通過高壓均質(zhì)機(jī)，例如gaulin的高壓均質(zhì)機(jī)或hammelmann的高壓泵。大疏水性液滴以高壓和低速進(jìn)入閥區(qū)。當(dāng)液滴進(jìn)入閥與座之間的可調(diào)節(jié)的緊密間隙區(qū)域時(shí)，速度迅速增加并且壓力相應(yīng)地降低。強(qiáng)烈的能量釋放引起湍流和局部壓差，這將撕裂顆粒。然后，通過將液滴進(jìn)一步減小至小于1微米并具有窄粒度分布來形成細(xì)乳液。
6、總體而言，上述方法的局限性在于需要能夠施加高均質(zhì)剪切和/或壓力的復(fù)雜、昂貴且笨重的設(shè)備，以及對于乳化比例、溫度等的嚴(yán)格程序，以生產(chǎn)具有所需特定尺寸的令人滿意的穩(wěn)定乳液。
7、其他紙產(chǎn)品施膠工藝包括在無高剪切力的情況下形成水性施膠乳液，所述乳液包含用陽離子組分進(jìn)行后稀釋的烯基琥珀酸酐組分。目前乳化asa的工藝一致表明，低剪切asa乳液在用陽離子淀粉后稀釋時(shí)，其施膠效果不如高剪切asa乳液。
8、其他工藝已使用改性淀粉或聚合物來增強(qiáng)低剪切乳化體系的施膠性能。
9、其他已知方法教導(dǎo)了使用含有akd和選自聚氧化烯烷基醚或聚氧化烯烷基芳基醚或相應(yīng)的單酯或二酯的乳化劑的水性乳液。
10、到目前為止，大多數(shù)乳化工藝都需要多臺(tái)設(shè)備，尤其是在乳化含有akd和/或石蠟的制劑時(shí)，除了專用設(shè)備外，這類乳化還涉及高昂的資金投入和大量空間。
11、后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，通過將akd與含有例如聚二甲基二烯丙基氯化銨(polydadmac)和/或聚丙烯酰胺以及分散劑(諸如萘磺酸與甲醛的縮聚物)的制劑混合，可以生產(chǎn)適用于造紙的akd乳液。還發(fā)現(xiàn)，該乳化體系可以擴(kuò)展至其他疏水性化學(xué)品(諸如asa或石蠟)的乳化。這些制劑易于使用簡單的膠體磨、其他高速剪切乳化設(shè)備進(jìn)行乳化，這能夠現(xiàn)場制備施膠乳液。
12、為了簡化油乳化工藝并降低化學(xué)品和設(shè)備成本，研究人員進(jìn)行了研究，使用了各種化學(xué)品的組合，并改造了已知設(shè)備，例如使用再生渦輪泵和具有高速剪切能力的膠體磨。用于制備asa乳液的設(shè)備的一個(gè)實(shí)例為hercules?prequel淀粉堿性施膠乳化機(jī)(herculesprequel?starch?alkaline?size?emulsifier，hase)。該設(shè)備最初設(shè)計(jì)用于以連續(xù)工藝用液體淀粉將asa乳化，并將乳液直接送入造紙機(jī)。雖然使用該設(shè)備可以制備合格的asa乳液，但在生產(chǎn)akd乳液方面存在一些問題。目前的制劑和設(shè)備改造解決了這些問題。
13、所要求保護(hù)的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將在后續(xù)描述中闡述，部分內(nèi)容在本領(lǐng)域技術(shù)人員查看以下內(nèi)容后將變得顯而易見，或通過實(shí)踐本技術(shù)而習(xí)得。本發(fā)明公開并要求保護(hù)的發(fā)明構(gòu)思的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過所附權(quán)利要求書中特別指出的組合物和方法(包括其功能等同物)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本公開提供了一種用于造紙工藝的組合物，其賦予最終產(chǎn)品耐水性。所述組合物為水包油乳液形式，其包含：第一組分，其選自聚二烯丙基二甲基氯化銨(polydadmac)、聚丙烯酰胺(pam)、聚胺、聚乙烯亞胺(pei)、聚乙烯醇及其組合；第二組分，其選自烷基烯酮二聚體(akd)、烯基琥珀酸酐(asa)、石蠟或其任意組合；和分散劑。乳液可以任選地包含脂肪酸，諸如硬脂酸。
2、本公開還提供了一種制備水包油乳液的方法。所述方法包括提供組合物，所述組合物包含：第一組分，其選自聚二烯丙基二甲基氯化銨(polydadmac)、聚丙烯酰胺(pam)、聚胺、聚乙烯亞胺(pei)、聚乙烯醇或其任意組合；第二組分，其選自烷基烯酮二聚體、烯基琥珀酸酐、石蠟及其組合；和分散劑。將所述組合物均質(zhì)化，從而產(chǎn)生乳液。
3、最后，本公開提供了一種形成紙產(chǎn)品的方法，所述方法包括向造紙工藝添加乳液組合物，所述乳液組合物包含：第一組分，其選自聚二烯丙基二甲基氯化銨(polydadmac)、聚丙烯酰胺(pam)、聚胺、聚乙烯亞胺(pei)、聚乙烯醇或其任意組合；第二組分，其選自烷基烯酮二聚體、烯基琥珀酸酐、石蠟或其組合；和分散劑。可以將乳液組合物添加到造紙工藝的濕部或施加到成型紙的表面。
4、本
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
旨在以簡化形式介紹一些概念，這些概念將在下文的具體實(shí)施方式中作進(jìn)一步描述。本發(fā)明內(nèi)容并非旨在確定所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用作確定所要求保護(hù)主題的范圍的助手。
1.一種用于處理紙產(chǎn)品的組合物，其包含：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述組合物的第一組分為polydadmac和/或polydadmac衍生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中所述組合物的第二組分為烷基烯酮二聚體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物中的分散劑選自木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸與甲醛的縮聚物、丙烯酰胺與磺酸的共聚物及其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的組合物，其中基于組合物總重量，第一組分以約0.1重量％至約30重量％、約0.1重量％至約20重量％、約0.5重量％至約15重量％的量存在于組合物中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的組合物，其中基于組合物總重量，第二組分以約0.1重量％至約60重量％、或約1重量％至約50重量％、或約5重量％至約40重量％的量存在于組合物中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的組合物，其中基于組合物總重量，所述分散劑以約0.1重量％至約10.0重量％、或約0.1重量％至約1重量％、或約0.25重量％至約0.75重量％的量存在于組合物中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的組合物，其還包含飽和或不飽和脂肪酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，其中基于組合物總重量，所述脂肪酸以約0.1至約10重量％、或約1重量％至約10重量％的量存在于組合物中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的組合物，其中用所述組合物處理的紙產(chǎn)品與未處理的紙產(chǎn)品相比具有更高的耐水性。
11.一種制備水包油乳液的方法，其中所述方法包括：
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述組合物中的第一組分選自polydadmac和/或polydadmac衍生物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述polydadmac衍生物為丙烯酰胺與二烯丙基二甲基氯化銨的共聚物。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述組合物中的第二組分為烷基烯酮二聚體。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述組合物中所述分散劑選自木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸與甲醛的縮聚物、丙烯酰胺與磺酸的共聚物、及其組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中基于組合物總重量，第一組分以約0.1重量％至約30重量％、或約0.5重量％至約15重量％的量存在于組合物中。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中基于組合物總重量，第二組分以約1重量％至約60重量％、或約1重量％至約50重量％、或約5重量％至約40重量％的量存在于組合物中。
18.根據(jù)權(quán)利要求11-17中任一項(xiàng)所述的方法，其中基于組合物總重量，所述分散劑以約1.0重量％至約10重量％、或約0.1重量％至約1重量％、或約0.25重量％至約0.75重量％的量存在于組合物中。
19.根據(jù)權(quán)利要求11-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中基于組合物總重量，所述組合物還包含約0.1至約10重量％、或約1重量％至約5重量％的脂肪酸。
20.一種生產(chǎn)紙產(chǎn)品的方法，其包括：