[發明專利]用于乳化油和水的設備、系統和方法

有效

• 申請號: 200980161346.7
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN102639219A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: O·馬尼埃
• 申請（專利權）人: 赫爾克里士公司
• 主分類號: B01F3/08
• 分類號: B01F3/08;B01F5/04;D21H21/16
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

技術領域

本發明涉及用于乳化油和水的設備、系統和方法，其特別用于制備施膠劑的水性乳液，所述施膠劑用于紙和紙板的內部施膠或表面施膠，或用于處理紙和紙板用的反轉乳液聚合物產物的反轉(inversion)。

背景技術

通常將紙工業中使用的向水性滲透劑賦予耐受性的添加劑稱為施膠劑。兩種最常見的合成施膠劑是烷基烯酮二聚體(AKD)和烯基琥珀酸酐(ASA)。

AKD和ASA是疏水性的水不溶性材料。在形成片材之前，可將這些材料加入紙漿中而稱為內部施膠，或可涂布在所形成的網狀物的表面上而稱為表面施膠。對于各應用，施膠劑應良好地分散于水性體系中以便有效。為此，這些水不溶性添加劑通常以水性的水包油乳液的形式添加。

施膠劑水性乳液可以該形式供應至紙磨機，或可原位制備。實際上，對于一些合成的纖維素反應性施膠劑，有利的是原位乳化。例如由于在使用水乳化之后酸酐官能團的不穩定性而原位乳化ASA。

目前，在該工業中使用兩類磨機中的乳化技術：(1)高剪切和(2)低剪切。高剪切乳化需要將ASA(或其他施膠劑)和保護性膠體、淀粉或合成性聚合物通過高剪切渦輪泵或勻化器，其添加有或未添加表面活性劑。該方法的限制在于需要“能夠施加高度均勻的剪切和/或壓力的相對復雜、昂貴和笨重的設備、以及有關乳化比例、溫度等的嚴格步驟用于制備令人滿意的特定粒徑的穩定乳液。”(美國專利4,040,900)

為了解決高剪切乳化的限制，從1977年的Mazzarella(美國專利4,040,900)開始已提出低剪切乳化方法，其公開了ASA與3-20重量份的表面活性添加劑(表面活性劑)的混合物，其在非高剪切力和常壓下僅通過攪拌、經過混合閥或常規抽吸器而可容易地用水乳化。”但是，這樣的低剪切乳化可能造成發泡問題和不佳的施膠有效性，因此增大的表面活性劑含量造成表面活性劑累積在體系中。(C.E.Farley和R.B.Wasser，“Sizing?with?Alkenyl?Succinic?Anhydride”，The?sizing?of?Paper中的第三章，第二版，W.F.Reynolds，Ed.，Tappi?Press，1989，pp?51-62)

近來，Pawlowska等人(WO2006/096216)公開了“一種在濕端處對紙施膠的改進方法，其將使用較簡單且較低成本的低剪切設備用于ASA乳化。”Pawlowska等人公開了一種施膠方法，其包括“在無高剪切力下形成水性施膠乳液，其包含烯基琥珀酸酐組分”，用陽離子組分將所述水性施膠乳液進行后稀釋。Pawlowska和Mazzarella之間的主要差別在于使用陽離子組分后稀釋乳液以提高駐留性。其實施例一致證實了使用陽離子淀粉后稀釋的低剪切ASA乳液是比高剪切ASA乳液更低效的施膠劑，但認為低剪切ASA乳液的乳化方法的簡易性向造紙工作者提供操作和成本上的益處。

其它專利公開了使用改性淀粉(如US?6,210,475)或聚合物(如US6,444,024B1)以增強低剪切乳化體系的性能，但沒有解決低剪切體系性質中的基本性能和可運轉性的問題。

在文獻中，對于ASA乳化的“低剪切”條件和“高剪切”條件的定義傾向于是定性的。通常，使用一列不符合或符合描述詞的設備。“高剪切”系統“存在于韋林氏搗切器、渦輪泵或其他極高速的攪拌器等”，并且“發現于活塞或其他類型的勻化設備中”(Mazzarella)。“低剪切”系統是：“僅攪拌、經過混合閥或常規抽吸器，或通過存在于備料體系中的攪拌器”(Mazzarella)或是“通過選自離心泵、靜態在線混合器、蠕動泵及它們的組合裝置產生的”剪切條件(Pawlowska)。但在商用乳化設備列表中使人混淆的這些定義暗示在低剪切類中存在符合的渦輪泵，所述商用乳化設備包括工業低壓和高壓單元如“Cytec?Industries，Inc.，供應的Cytec低壓渦輪乳化器、Nalco高壓乳化系統和National?Starch渦輪和文丘里乳化器”。此外，通過改變電壓將韋林氏搗切器用于制備低能和高能的ASA乳液(Chen?and?Woodward，Tappi?J.Aug，1986，pg?95)。所以通過設備類型不能簡單地定義“低剪切”和“高剪切”系統。