Водные растворы оптических осветлителей

Водные растворы оптических осветлителей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к водным растворам оптических осветлителей с поливиниловыми спиртами, которые могут быть непосредственно использованы производителями бумаги и которые обеспечивают покрытые бумаги с высокой белизной.

Хорошо известно, что белизна и поэтому привлекательность покрытых бумаг может быть улучшена введением оптических осветлителей в композицию покрытия. Для того чтобы удовлетворить спрос в покрытых бумагах высокой белизны, требуются более эффективные оптические осветлители.

Несмотря на то, что известно, что поливиниловый спирт (PVOH) может улучшать характеристику оптических осветлителей в пигментированных композициях покрытия при действии в качестве носителя (смотри, например, стр. 164 из “Surface Application of Paper Chemicals” by Brander (Springer, 1977)), производитель бумаги при желании использовать указанный поливиниловый спирт вводит его отдельно в композицию покрытия обычно в форме водного раствора с получением в результате высокого водосодержания композиции покрытия и, следовательно, длительного времени сушки. Остается проблема обеспечения производителя бумаги полностью удовлетворяющим средством использования PVOH в качестве носителя для оптических осветлителей.

WO 2005/056658 предусматривает решение рассмотрением способа получения водного концентрата оптический осветлитель/PVOH, содержащего последовательные стадии: (а) обеспечение водной композиции осветлителя, включающей воду и активный ингредиент оптического осветлителя, в которой активный ингредиент оптического осветлителя обычно присутствует в водной композиции осветлителя в количестве от примерно 10% до примерно 25%; (b) смешение смолы поливинилового спирта с указанной композицией оптического осветлителя в количестве примерно 1 ч. смолы поливинилового спирта на 0,25-10 мас. ч. водной композиции осветлителя с обеспечением возникающего водного концентрата смолы поливинилового спирта и оптического осветлителя; и (с) варка водного концентрата с растворением твердых веществ (т.е. с получением водного раствора, содержащего оптический осветлитель и 9,1-80% поливинилового спирта). Способ позволяет получать пигментированные композиции покрытия с низким водосодержанием без ущерба для степени белизны и цвета.

WO 2005/056658, однако, не обеспечивает удовлетворительное решение для производителя бумаги, который обычно желает дозировать раствор оптический осветлитель/PVOH непосредственно в композицию покрытия; водные растворы, содержащие оптический осветлитель и более 9% PVOH, обычно являются такой высокой вязкости, что они могут подаваться насосом только с трудом, если совсем не подаваться. Производители бумаги обычно не способны использовать жидкости с вязкостью более 1000 мПа·с не только из-за трудности подачи насосом, но также из-за «шокового» загустевания, когда жидкость такой высокой вязкости вводится в композицию покрытия.

Остается необходимость решения проблемы обеспечения водного раствора оптический осветлитель/PVOH, который сочетает хорошую способность осветления с низкой вязкостью.

Было установлено, что можно получить растворы оптический осветлитель/PVOH низкой вязкости, которые могут использоваться непосредственно производителем бумаги, так что они могут дозироваться насосом прямо в композицию покрытия, и которые обеспечивают покрытые бумаги удивительно высокой белизны.

Настоящее изобретение, таким образом, предусматривает водные растворы оптического осветлителя, состоящие по существу из:

(а) от 10 до 50 мас.%, по меньшей мере, одного оптического осветлителя формулы (1):

в которой

М представляет собой водород, атом щелочного металла, аммоний или катион, производный от амина, предпочтительно, водород или натрий, наиболее предпочтительно, натрий,

R¹ представляет собой водород, С₁-С₄-алкил или С₂-С₄-гидроксиалкил, и

R² представляет собой С₁-С₄-алкил, который может быть замещен -CN- или -CONH₂-группой, или С₂-С₄-гидроксиалкил,

или R¹ и R² вместе с атомом азота замыкают морфолино-кольцо;

(b) от 0,5 до 9 мас.% поливинилового спирта, имеющего степень гидролиза от 60 до 85%; и

(с) воды.

NR¹R² представляет собой, предпочтительно, N(CH₂CH₂OH)₂, N(CH₂CH(CH₃)OH)₂, N(CH₂CH₂OH)CH₂CH₂CONH₂ или N(CH₂CH(CH₃)OH)CH₂CH₂CONH₂ и, наиболее предпочтительно, N(CH₂CH₂OH)₂ или N(CH₂CH(CH₃)OH)₂.

Водные растворы могут содержать до 10 мас.% соли, обычно хлорида натрия, образовавшегося в качестве побочного продукта при получении оптического осветлителя.

Водные растворы могут содержать один или более антифризов, пестицидов, комплексообразующих агентов или других добавок, а также органические побочные продукты, образовавшиеся при получении оптического осветлителя. Водные растворы могут содержать другие носители, такие как полиэтиленгликоль.

Поливиниловый спирт, предпочтительно, имеет степень гидролиза от 65 до 80% и вязкость по Брукфилду 2-40 мПа·с (4% водный раствор при 20°C). Более предпочтительно, поливиниловый спирт имеет степень гидролиза от 65 до 80% и вязкость по Брукфилду 2-20 мПа·с (4% водный раствор при 20°C).

Предпочтительно, содержание поливинилового спирта в растворе лежит в интервале 1-5%, более предпочтительно, в интервале 1,5-4 мас.% от массы раствора.

Концентрация оптического осветлителя в растворе находится, предпочтительно, в интервале 15-40 мас.%, более предпочтительно, в интервале 18-35 мас.% от массы раствора.

Растворы оптический осветлитель/PVOH обычно получают при введении поливинилового спирта в качестве твердого вещества в перемешиваемый раствор оптического осветлителя в воде и нагревании при 90-95°C до образования прозрачного раствора.

Водный раствор имеет рН, предпочтительно, от нейтрального до явно щелочного, в частности, в интервале от рН 7 до рН 10. При необходимости рН может корректироваться введением М-соответствующих оснований, например гидроксидов или карбонатов щелочного металла, аммиака или аминов.

Растворы оптический осветлитель/PVOH изобретения являются стабильными при хранении и могут использоваться непосредственно как таковые в том смысле, что они могут дозироваться насосом прямо в композицию покрытия. Таким образом, другой целью настоящего изобретения является введение растворов оптический осветлитель/PVOH в композицию покрытия для того, чтобы получить покрытую и оптически осветленную бумагу.

Таким образом, настоящее изобретение также предусматривает способ получения покрытой бумаги, т.е. оптически осветленной, по меньшей мере, в покрытии, в котором композиция покрытия, как описано выше, наносится на бумагу после формования листа.

Композиции покрытия представляют собой по существу водные композиции, которые содержат, по меньшей мере, одно связующее и белый пигмент, в частности, кроющий белый пигмент, и могут дополнительно содержать другие добавки, такие как диспергаторы, противовспениватели и синтетические загустители.

Несмотря на то, что можно получать композиции покрытия, которые не содержат белые пигменты, наилучшие белые подложки для печати получают с использованием непрозрачных композиций покрытий, которые содержат 10-70 мас.% белого пигмента. Такие белые пигменты обычно представляют собой неорганические пигменты, например алюминийсиликаты (каолин, известный иначе как фарфоровая глина), карбонат кальция (мел), диоксид титана, гидроксид алюминия, карбонат бария, сульфат бария или сульфат кальция (гипс).

Связующим может быть любое из связующих, обычно используемых в бумажной промышленности для получения композиций покрытия, и связующее может состоять из одного связующего или из смеси первичного и вторичного связующих. Единственным, или первичным, связующим является, предпочтительно, синтетический латекс, обычно, стирол-бутадиеновый, винилацетатный, стиролакриловый, винилакриловый или этиленвинилацетатный полимер. Вторичным связующим может быть, например, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза, казеин, соевые полимеры, поливиниловый спирт или смесь любых из них.

Единственное, или первичное, связующее используется в количестве обычно в интервале 5-25 мас.% от массы белого пигмента. Вторичное связующее используется в количестве обычно в интервале 0,1-10 мас.% от массы белого пигмента.

Оптический осветлитель формулы (1) используется в количестве обычно в интервале 0,01-1 мас.% от массы белого пигмента, предпочтительно, в интервале 0,05-0,5 мас.% от массы белого пигмента.

Примеры

Последующие примеры поясняют данное изобретение более подробно. Если не указано иное, «%» и «части» даются по массе, вязкости измеряются с использованием вискозиметра Брукфилда.

Пример приготовления 1

Раствор оптического осветлителя 1 получают смешением вместе 25,9 мас. ч. оптического осветлителя формулы (2),

72,0 мас. ч. воды и

2.1 мас. ч. поливинилового спирта, имеющего степень гидролиза 71% и вязкость по Брукфилду 5,4 мПа·с (4% водный раствор при 20°C).

Вязкость по Брукфилду 5,4 мПа·с (4% водный раствор при 20°C) получают при нагревании до 90-95°C до получения прозрачного раствора, который остается стабильным после охлаждения до комнатной температуры. рН раствора корректируют до 9,0 гидроксидом натрия.

Вязкость раствора составляет 97 мПа·с при 20°C и 211 мПа·с при 10°C.

Пример приготовления 2

Сравнительный пример (без поливинилового спирта)

Раствор оптического осветлителя 2 получают смешением вместе 25,9 мас. ч. оптического осветлителя формулы (2) и 74,1 мас. ч. воды. рН раствора корректируют до 9,0 гидроксидом натрия.

Пример применения

Получают композицию покрытия, содержащую 500 мас. ч. мела (коммерчески доступного под торговой маркой Hydrocarb 90 от OMYA), 500 мас. ч. глины (коммерчески доступной под торговой маркой Kaolin SPS от IMERYS), 470 мас. ч. воды, 6 мас. ч. диспергатора (натриевая соль полиакриловой кислоты, коммерчески доступная под торговой маркой Polysalz S от BASF), 200 мас. ч. 50% латекса (сополимер стирол-бутадиен, коммерчески доступный под торговой маркой DL 921 от Dow) и 50 мас. ч. 10% раствора карбоксиметилцеллюлозы (коммерчески доступной под торговой маркой Finnfix 5,0 от Noviant) в воде. Содержание твердого вещества корректируется до 60% добавлением воды и рН корректируется до 8-9 гидроксидом натрия.

Растворы оптического осветлителя 1 и 2, полученные, как описано в примерах приготовления 1 и 2 соответственно, вводят в интервале концентраций от 0,4 до 1,0 мас.% сухого вещества в перемешиваемую композицию покрытия. Осветленную композицию покрытия затем наносят на лист коммерческой 75 г/см белой бумажной основы с нейтральной проклейкой с использованием автоматического проволочного аппликатора со стандартной скоростью и стандартной нагрузкой на проволочный аппликатор. Покрытую бумагу затем сушат в течение 5 мин в потоке горячего воздуха. Обеспечивают кондиционирование высушенной бумаги, затем определяют МКО (CIE)-белизну на калиброванном Elrefo-спектрофотометре.

Таблица 1
Концентрация активного оптического осветлителя раствора по массе сухого вещества (%)	Концентрация активного оптического осветлителя (2) по массе сухого вещества (%)	МКО-белизна с использованием раствора 1	МКО-белизна с использованием раствора 2 (сравнительный)
0,4	0,104	88,7	86,9
0,6	0,155	89,9	88,2
0,8	0,207	91,8	89,1
1,0	0,259	92,7	88,5

Данные результаты ясно показывают удивительное превосходство по белизне покрытых бумаг, полученных с использованием данных растворов, которые содержат только 2,1 мас.% поливинилового спирта.

Примеры приготовления 3-5

Растворы оптического осветлителя 3-5, содержащие 12,3% активного осветлителя, получают смешением вместе

12,3 мас. ч. оптического осветлителя формулы (2),

(87,7-х) мас. ч. воды и

х мас. ч. поливинилового спирта, имеющего степень гидролиза 85,2% и вязкость по Брукфилду 3,7 мПа·с (4% водный раствор при 20 °C)

при нагревании до 90-95°C до получения прозрачного раствора, который остается стабильным после охлаждения до комнатной температуры. рН раствора корректируют до 9,0 гидроксидом натрия.

Вязкость каждого раствора представлена в таблице 2.

Таблица 2
Номер примера	Концентрация PVOH от массы раствора (%)	Вязкость(20°C)	Вязкость(10°C)
3	3,2	21,6	34,4
4	6,3	123,5	256,4
5 (Пример из WO 2005/056658)	9,5	4269	5089

Данные результаты ясно показывают преимущество данных растворов в плане низкой вязкости и, соответственно, способности подаваться насосом.

1. Водные растворы оптического осветлителя, состоящие, по существу, из (а) от 10 до 50 мас.%, по меньшей мере, одного оптического осветлителя формулы (I): в которойМ представляет собой водород, атом щелочного металла, аммоний или катион, производный от амина,R¹ представляет собой водород, С₁-С₄-алкил или С₂-С₄-гидроксиалкил, иR² представляет собой С₁-С₄-алкил, который может быть замещен -CN- или -CONH₂-группой, или С₂-С₄-гидроксиалкил,или R¹ и R вместе с атомом азота замыкают морфолино-кольцо;(b) от 0,5 до 9 мас.% поливинилового спирта, имеющего степень гидролиза от 71 до 85,2% и вязкость по Брукфилду от 3 до 5,4 мПа·с; и(c) воды.

2. Растворы по п.1, в которыхМ представляет собой натрий,NR¹R² представляет собой N(CH₂CH₂OH)₂, N(CH₂CH(CH₃)OH)₂, N(CH₂CH₂OH)CH₂CH₂CONH₂ или N(CH₂CH(CH₃)OH)CH₂CH₂CONH₂ ив которых поливиниловый спирт имеет степень гидролиза от 71 до 80% и вязкость по Брукфилду 3-5,4 мПа·с.

3. Растворы по п.1, в которыхМ представляет собой натрий,NR¹R² представляет собой N(CH₂CH₂OH)₂, N(СН₂СН(СН₃)ОН)₂ ив которых поливиниловый спирт имеет степень гидролиза от 71 до 75% и вязкость по Брукфилду 3-5,4 мПа·с.

4. Растворы по п.1, в которых концентрация поливинилового спирта составляет от 1 до 5 мас.% и в которых концентрация оптического осветлителя составляет от 15 до 40 мас.%.

5. Растворы по п.4, в которых концентрация поливинилового спирта составляет от 1,5 до 4 мас.% и в которых концентрация оптического осветлителя составляет от 18 до 35 мас.%.

6. Применение растворов по любому из пп.1-5 для композиций покрытия для бумаги.

7. Способ получения покрытой бумаги, в котором композиция покрытия, содержащая раствор по любому из пп.1-5, наносится на бумагу после формования листа.

8. Способ по п.7, в котором композиция покрытия содержит от 10 до 70 мас.% одного или более белых пигментов.

9. Способ по п.7, в котором композиция покрытия содержит первичное связующее на основе синтетического латекса, выбранного из стирол-бутадиенового, винилацетатного, стирол-акрилового, винилакрилового или этилен-винилацетатного полимера, или дополнительно вторичное связующее, выбранное из крахмала, карбоксиметилцеллюлозы, казеина, соевых полимеров или поливинилового спирта или смеси любых из них.

10. Способ по п.7, в котором первичное связующее используется в количестве от 5 до 25 мас.% от массы белого пигмента, в котором вторичное связующее используется в количестве от 0,1 до 10 мас.% от массы белого пигмента и в котором оптический осветлитель формулы (1) используется в количестве от 0,01 до 1 мас.% от массы белого пигмента, предпочтительно, от 0,05 до 0,5 мас.% от массы белого пигмента.