Усовершенствованные композиции для оптического отбеливания

Усовершенствованные композиции для оптического отбеливания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композициям, которые обеспечивают превосходные оптические отбеливающие эффекты при нанесении на поверхность бумаги на клеильном прессе.

Уровень техники

Высокая степень белизны является важнейшим параметром для конечного потребителя бумажной продукции. Наиболее важным сырьем для бумажной промышленности является целлюлоза, пульпа и лигнин, которые естественным образом поглощают синий свет, поэтому имеют желтоватый цвет и придают бумаге неудовлетворительные визуальные характеристики. В бумажной промышленности оптические отбеливатели используют для компенсации поглощения синего света путем поглощения УФ-света с максимальной длиной волны 350-360 нм и превращения его в видимый синий свет с длиной волны 440 нм.

При производстве бумаги оптические отбеливатели можно прибавлять или в мокрую часть бумагоделательной машины, или на поверхность бумаги, или в оба места. Как правило, невозможно обеспечить высокие степени белизны, которые требуются для бумаги высокого качества, прибавлением отбеливателя только в мокрую часть бумагоделательной машины.

Обычный способ прибавления оптического отбеливателя на поверхность бумаги состоит в нанесении водного раствора оптического отбеливателя на клеильном прессе вместе с проклеивающим веществом, обычно природным крахмалом или крахмалом, модифицированным ферментами, или химически модифицированным крахмалом. Предварительно сформированный лист бумаги пропускают через зону прессования между двумя валками, причем вход в зону прессования залит раствором для проклейки. Бумага впитывает некоторое количество раствора, остаток удаляют в зоне прессования.

Наряду с крахмалом и оптическим отбеливателем раствор для проклейки может содержать другие химикаты, предназначенные для обеспечения конкретных свойств. Они включают пеногасители, парафиновые эмульсии, красители, пигменты и неорганические соли.

С целью получения высоких степеней белизны были предприняты усилия для разработки новых оптических отбеливателей (См., например, Japanese Kokai 62-106965, РСТ заявка WO 98/42685, Патент США 5,873,913 и Европейский патент 1,763,519).

В патенте Великобритании 1239818 описаны гексасульфонированные оптические отбеливатели, полученные из триазиниламиностильбенов. В примерах 1-6 описаны их натриевые соли. Магний упоминается только в перечне возможных противоионов для гексасульфонированных оптических отбеливателей, крахмал в качестве компонента композиции для проклейки поверхности также упомянут только в перечне возможных связующих агентов.

Потребность в более эффективных средствах для достижения высоких степеней белизны бумаги по-прежнему сохраняется.

Раскрытие изобретения

Авторы настоящего изобретения к своему удивлению обнаружили, что оптические отбеливатели формулы (1) при нанесении на поверхность бумаги, в сочетании с солями магния, в композиции для проклейки, содержащей крахмал, усиливают отбеливающее действие. Если не указано иное, части в последующем изложении означают массовые части.

Настоящее изобретение относится к способу отбеливания бумаги в клеильном прессе, отличающемуся тем, что композиция для проклейки содержит

(а) по меньшей мере, один оптический отбеливатель формулы (1)

в которой

R₁ обозначает водород или SO₃M,

R₂ обозначает водород или SO₃M,

R₃ обозначает водород, С_1-4 алкил, С_2-3 гидроксиалкил, CH₂CO₂M, CH₂CH₂CONH₂ или CH₂CH₂CH,

R₄ обозначает C_1-4 алкил, C_2-3 гидроксиалкил, CH₂CO₂М, CH(CO₂M)CH₂CO₂M или CH(CO₂M)CH₂CH₂CO₂M, бензил или

R₃ и R4 вместе с соседним атомом азота обозначают морфолиновое кольцо, и где

M обозначает водород, катион щелочного металла, аммоний, моно-метил-ди-C₂-C₃-гидроксиалкиламмоний, диметил-моно-C₂-C₃-гидроксиалкиламмоний, аммоний, который является моно-, ди- или тризамещенным C₂-C₃ гидроксиалкильным радикалом, и смеси указанных соединений,

(b) соль магния и

(c) связующее вещество, которое выбрано из группы, состоящей из природного крахмала, крахмала, модифицированного ферментами и химически модифицированного крахмала, причем 0,1-15 частей компонента (b) приходится на одну часть компонента (a).

Предпочтительными соединениями формулы (1) являются соединения, в которых R₃ обозначает водород, метил, этил, н-пропил, изопропил, β-гидроксиэтил, β-гидроксипропил, CH₂CO₂M, CH₂CH₂CONH₂ или CH₂CH₂CN, и R₄ обозначает метил, этил, н-пропил, изопропил, 2-бутил, β-гидроксиэтил, β-гидроксипропил, CH₂CO₂M, CH(CO₂M)CH₂CO₂M или CH(CO₂M)CH₂CH₂CO₂M или бензил.

Оптические отбеливатели формул (2) и (3) являются конкретными примерами оптических отбеливателей формулы (1), но изобретение не ограничено этими двумя конкретными примерами.

Соль магния может представлять собой, например, ацетат магния, бромид магния, хлорид магния, формиат магния, йодид магния, нитрат магния, сульфат магния или тиосульфат магния. Предпочтительно, соль магния представляет собой хлорид магния, сульфат магния или тиосульфат магния. Наиболее предпочтительной солью магния является хлорид магния.

Предпочтительно на одну часть компонента (a) приходится 0,15-10 частей компонента (b). Наиболее предпочтительно, если на одну часть компонента (a) приходится 0,4-5 частей компонента (b).

Для обработки бумаги в клеильном прессе могут быть использованы композиции для проклейки, содержащие 0,2-30, предпочтительно 1-15 граммов оптического отбеливателя на литр. Композиция для проклейки также содержит связующее вещество в концентрации предпочтительно 2-15% (масс), в расчете на общую массу композиции для проклейки. Обычно уровень рН составляет от 5 до 9, предпочтительно от 6 до 8.

Связующее вещество или клей выбирают из группы, состоящей из природного крахмала, крахмала, модифицированного ферментами, и химически модифицированного крахмала. Модифицированные крахмалы предпочтительно представляют собой окисленный крахмал, гидроксиэтилированный крахмал или ацетилированный крахмал. Природный крахмал предпочтительно представляет собой анионный крахмал, катионный крахмал или амфотерный крахмал. Хотя источник крахмала может быть любым, предпочтительными источниками крахмала являются кукуруза, пшеница, картофель, рис, тапиока или саго. Могут присутствовать одно или несколько дополнительных связующих, предпочтительно поливиниловый спирт или карбоксиметилцеллюлоза.

Следующим объектом изобретения является способ оптического отбеливания бумаги, включающий стадии

a) нанесения композиции для проклейки на бумагу,

b) сушки обработанной бумаги.

К композиции для проклейки предпочтительно прибавляют пеногаситель, парафиновую эмульсию, краситель и/или пигмент.

Следующие ниже примеры более подробно разъясняют настоящее изобретение. Если не указано иное, подразумевается, что термины "%" и "части" обозначают массовые "%" и "части".

Осуществление изобретения

Пример 1

Композиции для проклейки получают добавлением оптического отбеливателя формулы (2) в таком количестве, чтобы добиться конечных концентраций оптического отбеливателя в интервале от 2,5 до 12,5 г/л, к перемешиваемому водному раствору хлорида магния (конечная концентрация составляет 8 г/л) и анионного окисленного картофельного крахмала (Perfectamyl A4692 от AVEBE В.А.) (конечная концентрация составляет 50 г/л) при 60°С.

Раствору для проклейки дают охладиться, затем выливают на движущиеся ролики лабораторного клеильного пресса и наносят на проклеенный коммерческим 75 г/м² AKD (димер алкилкетена), обесцвеченный лист бумаги-основы. Обработанную бумагу сушат в течение 5 минут при 70°С в сушилке с плоскими плитами. Высушенную бумагу доводят до кондиционного состояния, затем измеряют белизну по CIE на калиброванном спектрофотометре «Elrepho».

Пример повторяют и в отсутствие хлорида магния, т.е. в присутствии только натриевой соли оптического отбеливателя, и заменяя хлорид магния эквивалентным количеством хлорида кальция.

Результаты суммированы в таблице 1 и убедительно демонстрируют преимущества применения хлорида магния по сравнению с применением хлорида кальция и применением только натриевой соли оптического отбеливателя для получения высоких степеней белизны. Неожиданный характер изобретения дополнительно иллюстрируется данными о том, что хлориды дивалентных ионов других металлов II группы, такие как хлорид кальция, оказывают даже негативное воздействие на отбеливающий эффект оптического отбеливателя.

Таблица 1
Оптический отбеливатель (2) (г/л активных веществ)	Хлорид магния (г/л)	Хлорид кальция (г/л)	Белизна по CIE
0	0	0	104,6
0	8	0	104,7
0	0	8	104,8
2,5	0	0	122,3
2,5	8	0	126,7
2,5	0	8	123,4
5,0	0	0	128,3
5.0	8	0	133,1
5,0	0	8	128,0
7,5	0	0	129,8
7,5	8	0	133,7
7,5	0	8	128,6
10,0	0	0	131,1
10,0	8	0	134,5
10,0	0	8	128,2
12,5	0	0	130,6
12,5	8	0	134,2
12,5	0	8	127,3

Пример 2

Композиции для проклейки получают добавлением оптического отбеливателя формулы (3) в таком количестве, чтобы достичь конечных концентраций оптического отбеливателя в интервале от 2,0 до 10 г/л, к перемешиваемому водному раствору хлорида магния (конечная концентрация составляет 8 г/л) и анионного окисленного картофельного крахмала (Perfectamyl A4692 от AVEBE В.А.) (конечная концентрация составляет 50 г/л) при 60°С.

Раствору для проклейки дают охладиться, затем выливают на движущиеся ролики лабораторного клеильного пресса и наносят на проклеенный коммерческим 75 г/м² AKD (димер алкилкетена), обесцвеченный лист бумаги-основы. Обработанную бумагу сушат в течение 5 минут при 70°С в сушилке с плоскими плитами. Высушенную бумагу доводят до кондиционного состояния, затем измеряют белизну по CIE на калиброванном спектрофотометре «Elrepho».

Пример повторяют и в отсутствие хлорида магния, и заменяя хлорид магния эквивалентным количеством хлорида кальция.

Результаты суммированы в таблице 2 и убедительно демонстрируют преимущества применения хлорида магния по сравнению с применением оптического отбеливателя только в виде натриевой соли для получения высоких степеней белизны.

Таблица 2
Оптический отбеливатель (3) (г/л активных веществ)	Хлорид магния (г/л)	Хлорид кальция (г/л)	Белизна по CIE
0	0	0	104,6
0	8	0	104,7
0	0	8	104,8
2,0	0	0	119,2
2,0	8	0	122,5
2,0	0	8	121,5
4,0	0	0	127,2
4,0	8	0	131,1
4,0	0	8	127,9
6,0	0	0	131,1
6,0	8	0	135,4
6,0	0	8	131,6
8,0	0	0	133,7
8,0	8	0	138,1
8,0	0	8	133,5
10,0	0	0	136,0
10,0	8	0	139,7
10,0	0	8	134,7

Пример 3

Композиции для проклейки получают, добавляя оптический отбеливатель формулы (3) в таком количестве, чтобы достичь конечных концентраций оптического отбеливателя в интервале от 0 до 12,5 г/л, к перемешиваемым водным растворам хлорида магния (конечная концентрация составляет 6,25 и 12,5 г/л) и анионного окисленного кукурузного крахмала (конечная концентрация составляет 50 г/л) (Penford Starch 260) при 60°С. Каждому раствору для проклейки дают охладиться, затем выливают на движущиеся ролики лабораторного клеильного пресса и наносят на проклеенный коммерческим 75 г/м² AKD (димер алкилкетена) обесцвеченный лист бумаги-основы. Обработанную бумагу сушат в течение 5 минут при 70°С в сушилке с плоскими плитами.

Высушенную бумагу доводят до кондиционного состояния, затем измеряют белизну по CIE на калиброванном спектрофотометре «Auto Elrepho».

Результаты показаны в таблице 3.

Пример 4

Композиции для проклейки получают, добавляя оптический отбеливатель формулы (3) в таком количестве, чтобы достичь конечных концентраций оптического отбеливателя в интервале от 0 до 12,5 г/л, к перемешиваемым водным растворам гексагидрата тиосульфата магния (конечная концентрация составляет 10 и 20 г/л) и анионного окисленного кукурузного крахмала (Penford Starch 260) (конечная концентрация составляет 50 г/л) при 60°С. Раствору для проклейки дают охладиться, затем выливают на движущиеся ролики лабораторного клеильного пресса и наносят на проклеенный коммерческим 75 г/м² AKD (димер алкилкетена), обесцвеченный лист бумаги-основы. Обработанную бумагу сушат в течение 5 минут при 70°С в сушилке с плоскими плитами.

Высушенную бумагу доводят до кондиционного состояния, затем измеряют белизну по CIE на калиброванном спектрофотометре «Auto Elrepho».

Результаты показаны в таблице 3.

Таблица 3
	Белизна по CIE
Оптический отбеливатель (3) (г/л активных веществ)	Соль Mg отсутствует, т.е. только соль Na	Добавленная соль магния
Хлорид магния (г/л) (пример 3)	Гексагидрат тиосульфата магния (г/л) (пример 4)
6,25	12,5	10,0	20,0
0	102,8	102,9	103,5	102,2	102,7
2,5	119,6	122,4	125,5	125,1	123,6
5,0	128,9	131,1	132,5	132,9	132,7
7,5	135,1	136,3	137,9	137,7	137,9
10,0	139,2	140,9	141,4	141,1	141,0
12.5	141,1	142,3	142,8	142,4	142,4

Результаты убедительно демонстрируют преимущества применения хлорида магния или тиосульфата магния для достижения высоких степеней белизны по сравнению со случаями, где оптический отбеливатель используют только в виде натриевой соли.

1. Композиция для проклейки бумаги, отличающаяся тем, что содержит(а) по меньшей мере, один оптический отбеливатель формулы (1) в которойR₁ обозначает водород или SO₃M,R₂ обозначает водород или SO₃M,R₃ обозначает водород или CH₂CO₂M,R₄ обозначает СН₂СО₂М, СН(CO₂M)СН₂СО₂М или СН(СО₂М)CH₂CH₂CO₂M, гдеМ обозначает водород, катион щелочного металла, аммоний, моно-метил-ди-С₂-С₃-гидроксиалкиламмоний, диметил-моно-С₂-С₃-гидроксиалкиламмоний, аммоний, который является моно-, ди- или тризамещенным C₂-C₃ гидроксиалкильным радиксом, или смеси указанных соединений,(b) соль магния и(c) связующее вещество, которое выбрано из группы, состоящей из природного крахмала, крахмала, модифицированного ферментами, и химически модифицированного крахмала, причем 0,1-15 частей компонента (b) приходится па одну часть компонента (а).

2. Композиция для проклейки по п.1, в которой 0,15-10 частей компонента (b) приходится на одну часть компонента (а).

3. Композиция для проклейки но п.1, в которой 0,4-5 частей компонента (b) приходится на одну часть компонента (а).

4. Композиция для проклейки по п.1, в которой компонент (b) представляет собой ацетат магния, бромид магния, хлорид магния, формиат магния, йодид магния, нитрат магния, сульфат магния или тиосульфат магния.

5. Композиция для проклейки по п.1, в которой компонент (b) представляет собой хлорид магния.

6. Композиция для проклейки по п.1, в которой компонент (b) представляет собой тиосульфат магния.

7. Композиция для проклейки по п.1, где количество связующего вещества составляет от 2 до 15 мас.% в расчете на общую массу композиции для проклейки.

8. Способ оптического отбеливания бумаги, включающий стадииa) нанесения композиции для проклейки по одному или нескольким пунктам 1-7 на бумагу,b) сушки обработанной бумаги.

9. Способ но п.8, включающий дополнительную стадию добавления пеногасителя, парафиновой эмульсии, красителя и/или пигмента в композицию для проклейки.