处理纤维素材料的油/油脂和水施胶剂制造技术

一种为纸和其它纤维素材料提供油／油脂施胶和水施胶特性的水可分散的油／油脂施胶和水施胶剂。所述施胶剂在高温下能高效地提供油／油脂施胶和水施胶特性。该聚合物施胶剂的关键特征在于其包含多胺重复单体单元，其中在所述多胺上取代有纤维素反应性基团和氟化物基团。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纤维素材料(尤其是纸产品)的油/油脂和水施胶的改进。具体地说，本专利技术涉及取代有纤维素反应性的氟碳基团的选择的多胺。
技术介绍
长期以来人们一直希望能够获得为纸提供油/油脂和水施胶特性的高效化合物或聚合物。许多等级的纸需要既耐油/油脂又耐水。目前市售的据说能提供油/油脂施胶和水施胶特性的化学品实际上并不是一种高效的水施胶剂。当既需要高水平的耐油/油脂由需要高水平的耐水性时，单独的水施胶剂必须与油施胶剂一起添加。油/油脂施胶和水施胶剂经常对彼此的性能具有负面影响，所以当需要油/油脂和水施胶特性时，相对于仅需要一种特性时，需要每种都具有高水平。对材料的油施胶和水施胶的一般性讨论出现在下面文献中″Waterproofing and Water/Oil Repellency″，Kirk-Othmer Encyclopediaof Chemical Technology，John Wiley & Sons，New York，1984，Volume24，page 442。具体地说，该文献讨论了使用接触角测量来评价固体表面上液体的湿润或排斥程度。在第448和458页讨论了使用氟碳化合物来改善排斥性。长期以来，已经使用包含全氟碳片段的材料来为大量衬底提供油和油脂排斥特性，包括纤维素材料(例如纺织品和纸)(例如Sizingwithfluorochemicals，R.D.Howells，1997 Sizing Short Course，Nashville，TN，Apr.14-16，TAPPI Press，Atlanta)。取代有全氟烷基的化合物具有极低的表面自由能，这使它们能特别有效地排斥低表面能材料，例如油和油脂，从而防止衬底表面的污染或者油和油脂在衬底表面上的铺展。为了使这些材料在纸和纺织品生产工艺中有效地发挥作用并不产生损害，它们必须产生最少的泡沫，不会沉积到生产设备上，并且能有效地保持并均匀地分布在衬底上。对于实际的工业应用，它们还必须形成稳定的分散液。终端应用的一些实例包括宠物食品袋和箱、速食包装、比萨饼箱、糖果包装机、压感复写纸、一般脂肪食品包装、用于纸板等的模板等；地毯、室内装潢及其他纺织品应用，以及皮革制品。工业造纸条件要求所有化学添加剂(例如施胶剂)在其纯态时必须是容易水分散的，或者容易转换成水可分散的乳液或稳定的含水分散液。在含水输送系统中施胶剂以两种物理形式存在溶解或分散的离子盐和微粒或油的乳液或者分散液。施胶剂必须是低熔点的固体，粒径非常小的(亚微米)颗粒，或者液体，这样当在造纸机的干燥器部分中加热时，施胶剂才会铺展到纸上。当向纸浆中加入施胶剂(内部添加)时，它肯定会粘附到纸浆上，否则它难以保持在纸中。这可以通过纸浆和胶料之间的相反电荷吸引，并且通过在形成网幅期间对胶料颗粒的物理束缚来实现。尽管已有化合物被声称能提供油/油脂施胶和水施胶，但是它们中的大多数对热油不太有效，并且当暴露于热水时也会失效。现有技术的性能受到与纸接触的油/油脂温度的限制。纸的排斥性随着油/油脂温度的增加而大大降低，这就限制了用油/油脂施胶剂处理过的衬底的应用。为了完整地评价油/油脂施胶和水施胶剂，必须进行大量的试验步骤。使用最多的筛选试验是TAPPI T559 pm-96或所谓的抗油脂性能试验(Kit Test)。使用扩充范围的抗油脂性能试验来开发/理解本专利技术。虽然该测量方法只测量表面能的非极性部分，在确定了氟化学施胶剂的类型和应用方法之后，它也能用于对处理水平作快速监测。要求测试时考虑到真实产品的使用性能。通常，使试验液体与防止污染所必须控制的流体性质相当是重要的。除了流体外，对于一个好的针对施胶剂的测试温度和其它环境条件也需要模拟纸的最终使用条件。因此，为了全面了解本专利技术所述的化合物和聚合物，进行了许多试验。虽然市售产品和文献(尤其是专利文献)中描述的产品通常也具有施胶特性，这些化合物/聚合物在工业应用所需的宽温度范围内都不能同时具有高效油/油脂施胶特性和高效水施胶特性。没有一种能满足本专利技术所达到的性能标准。美国专利第6,156,222号描述了全氟-烷氧基和全氟烷基碘丙氧基取代的聚氨基酸或聚-RF-氟烯丙基取代的聚氨基酸聚合物。虽然该文献教导了这些化合物在防油纸中的应用，但这些化合物都不具有表卤代醇或表有机磺酸酯反应片段官能团，因而不具有交联和纤维素反应能力。在国际公开第WO 90/02110号中，Szonyi描述了一种已经与表卤代醇加成的全氟烷基化的氨基化合物。在这些全氟烷基化的二氨基化合物中只有两个氮原子。在该申请文件的所有实施例和权利要求的修改中，Szonyi指出与表氯醇反应的氮是二级氮原子，它不能形成3-羟基氮杂环丁鎓(3-hydroxyazetidinium)基。Szonyi的申请没有描述本专利技术中形成3-羟基氮杂环丁鎓基所需的二级氮原子。在国际公开第WO00/43438号中，描述了由具有3至10碳原子的二氨基脂肪酸组成并且至少包含两个通过连接基团与氮原子连接的全氟烷基的全氟烷基取代的聚氨基酸。其基本特征是每个单体单元中存在两个氨基和在氨基酸化学结构中存在悬挂的羧酸基团。在英国专利第1,214,528号中教导了一种环氧化的酰胺胺氟代化合物。该化合物的关键特征是在骨架中有酰胺连接并且不含能稳定含水分散体的亲水基团。因此，为了开发出对纤维素产品进行高效油/油脂施胶和高效水施胶的材料，已经进行许多工作，但是这些工作只能部分地满足所需施胶特性的组合。当所处理的纸必须要耐受热油/油脂和/或热水环境时，本文描述的专利技术是尤其有用的。
技术实现思路
一种用于纤维素材料的水可分散的油/油脂施胶和水施胶剂，所述施胶剂包含由多胺构成的重复单元，并且在每个重复单体单元中至少具有3个氮原子，其中氨基被下面的基团部分或完全取代a.通过多胺和选自表卤代醇、表有机磺酸酯和环氧乙烷的至少一种反应性化学试剂反应形成的纤维素反应性基团，所述纤维素反应性在与多胺反应之后才表现出来，或者通过随后的再活化来产生；b.既疏油又疏水的氟化物基团，其取代有带亲水基团的烷基链；而且其中，纤维素反应性基团与多胺基团交联，并且相对于聚(甲基丙烯酸甲酯)标准，由尺寸排阻色谱测得的试剂分子量Mw为10,000至35,000,000道尔顿。本专利技术还提供了一种制备水可分散的油/油脂施胶和水施胶剂的方法、制备其含水分散体的方法和用其处理的纸，以及用所述水可分散的油/油脂施胶和水施胶剂处理纸的方法。另外，使用本专利技术的水可分散的油/油脂施胶和水施胶剂处理的纤维素材料表现出改善的水、油/油脂排斥性，以及热油和污物排斥性。本专利技术的水可分散的油/油脂施胶和水施胶剂聚合物的溶液/分散体，在宽的pH范围、硬度和温度下表现出高效性能。具体实施例方式本专利技术人令人吃惊地发现了一种能同时提供油/油脂施胶和水施胶特性的用于纤维素材料的水可分散的油/油脂施胶和水施胶剂。更令人吃惊的是这些施胶剂在热油和热水条件下工作良好。这些专利技术的关键是存在在每个重复单体单元中具有至少3个氮原子的多胺，其中氨基被下面的基团部分或完全取代a.通过多胺和选自表卤代醇、表有机磺酸酯和环氧乙烷的至少一种反应性化学试剂反应形成的纤维素反应性基团，所述纤维素反应性在与多胺反应之后才表现出来，或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于纤维素材料的水可分散的油／油脂施胶和水施胶剂，所述施胶剂包含由多胺构成的重复单元，并且在每个重复单体单元中至少具有３个氮原子，其中氨基被下面的基团部分或完全取代：ａ．通过所述多胺和选自表卤代醇、表有机磺酸酯和环氧乙烷的至少一 种反应性化学试剂发生反应形成的纤维素反应性基团，所述纤维素反应性在与多胺反应之后才表现出来，或者通过随后的再活化来产生；ｂ．既疏油又疏水的氟化物基团，其取代有带亲水基团的烷基链；而且其中，所述纤维素反应性基团与多胺基团交联， 并且以聚（甲基丙烯酸甲酯）为标准，由尺寸排阻色谱测得的施胶剂分子量Ｍｗ为１０，０００至３５，０００，０００道尔顿。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯尔博托夫，
申请(专利权)人：赫尔克里士公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]