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CN103314060A - 脱墨组合物及使用方法 - Google Patents

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CN103314060A CN2010800702625A CN201080070262A CN103314060A CN 103314060 A CN103314060 A CN 103314060A CN 2010800702625 A CN2010800702625 A CN 2010800702625A CN 201080070262 A CN201080070262 A CN 201080070262A CN 103314060 A CN103314060 A CN 103314060A
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Abstract

本发明提供了表面活性剂组合物及其用于多种基材例如废纸的脱墨的用途。该组合物包含：(a)式I的烷基二苯基醚二磺酸盐化合物：其中R1每次出现时独立地为C6-C18烷基，M+为H+或单价阳离子，p和q独立地为0或1，条件是p和q至少一个为1；和(b)式II的非离子表面活性剂:其中X和Y独立地为环氧乙烷或环氧丙烷，m和n独立地为0至50的整数，条件是m和n至少一个不为0，z为1至50的整数，R为RA或RA-C(=O)-，其中RA为C4-C22烷基或C4-C22烯基。

Description

脱墨组合物及使用方法
技术领域
本发明涉及表面活性剂组合物及其用于多种基材例如废纸的脱墨的用途，该组合物包含烷基二苯基醚二磺酸盐化合物和非离子表面活性剂。
技术背景
脱墨法在各种回收业例如纸张回收中是重要的实践方法，其中刻意地从基材上脱除油墨。广泛应用的脱墨技术是所谓的浮选工艺(flotation process)。在该浮选工艺中，将基材浸没于脱墨组合物中，油墨从基材上分离并且附着在气泡上。然后气泡升到表面并被脱除。
油墨通常是具有憎水性表面的油类或有机树脂。因此脱墨组合物对从基材上脱除此类材料是关键性的。所以，为了使该组合物有效，适合使用于脱墨组合物中的表面活性剂通常需要展示出若干特定特征。例如，表面活性剂应当提供良好的渗入基材(例如纸纤维)的渗透性，并且具有与油墨良好的相容性，以便更好地润湿油墨和从基材分离油墨。另外，表面活性剂应当促进起泡或发泡，以便产生所释放的油墨颗粒能够附着其上的足够多的气泡。
然而，许多传统的表面活性剂不能提供前述要求或者在一些其它方面是不足的，并因此通常不能充分地从基材上分离油墨。
脂肪酸皂表面活性剂在脱墨组合物中广泛应用，特别在纸张回收业中广泛应用。脂肪酸皂的结构通常为R-COONa，其中R是具有约16-18个碳的碳氢链。该碳氢链通常具有与油墨良好的相容性，并能够容易地吸附在油墨颗粒上。-COO-基团能够与Ca2+离子形成不溶盐，并且此改变会将油墨收集在一起形成具有适当尺寸的颗粒以便在浮选过程中得以脱除。
然而，当在低pH范围内使用时，脂肪酸皂会变成脂肪酸，并失去其一些或全部表面活性。所以，脂肪酸皂通常仅在碱性条件下有效。然而，碱性条件造成具有高的pH和高的化学氧需求量的废水，这种状态增加了处理该废水的成本。
脂肪酸皂的使用也需要Ca2+离子的存在以便形成使油墨颗粒凝聚的不溶盐并因此便于脱除。然而，不溶盐也增加了设备沉积和堵塞的风险，并且可造成生产过程中的其它问题。因此，水的硬度需要加以控制，这增加了生产过程的复杂性。
在纸张回收业中，纸的白度是衡量脱墨工艺性能的重要参数。然而，在纸张回收业中传统的脱墨组合物不能提供高白度的纸。因此，所生产的回收纸仅可用于低端应用中。
如果能够确定新的脱墨组合物解决一种或多种前述缺点，这会是本领域的一大进步。在纸张回收业中，能够提供具有高白度的回收纸的脱墨组合物也会是特别有利的。
发明内容
一方面，本发明提供一种对基材脱墨有用的组合物。该组合物包含：
(a)式I的烷基二苯基醚二磺酸盐化合物：
;和
(b)式II的非离子表面活性剂：
其中R1、M+、p、q、R、X、Y、m、n和z定义如下。
另一方面，本发明提供一种对基材进行脱墨的方法，该方法通过用本文描述的脱墨组合物接触基材而进行。
附图说明
图1是比较本发明组合物和非本发明组合物在低碱性低浓度条件下对纸张增白的有效性的图。
图2是比较本发明组合物和非本发明组合物在高碱性高浓度条件下对纸张增白的有效性的图。
具体实施方式
如上所述，一方面，本发明提供一种对基材的脱墨有用的组合物。与先前已知的体系相比，本发明的组合物提供许多优点。例如，在一些实施方式中，该组合物在碱性和中性条件下都是活性的，因此可在宽pH范围内使用。所以，当使用本发明的组合物时，可降低废水处理成本。
本发明组合物的另一优点是不需要Ca2+离子的存在就能有效脱墨。因此，与传统的需要使用Ca2+离子的体系(例如如上描述的脂肪酸体系)相比，该组合物在设备上形成不期望的沉积物的可能性较低。本发明组合物提供发泡并因此形成气泡，由此有效脱除在例如浮选脱墨过程中从基材移走的油墨。另外，因为该组合物含有非离子表面活性剂，所以有利于润湿、基材渗透和油墨分散，因而能够改进油墨分离的效率并减少油墨的再沉积。
在一些实施方式中，当使用该组合物进行纸张脱墨时，观察到该组合物组分之间的协同作用。该协同作用导致改进的纸张白度，因而允许再生纸得以用在比已知体系可能用的更高端的应用中。
本发明的组合物包含：
(a)式I的烷基二苯基醚二磺酸盐化合物：
Figure BDA00003221414800031
其中R1每次出现时独立地为C6-C18烷基，M+为H+或单价阳离子，p和q独立地为0或1，条件是p和q至少一个为1；和
(b)式II的非离子表面活性剂
Figure BDA00003221414800032
其中X和Y独立地为环氧乙烷或环氧丙烷，m和n独立地为0至50的整数，条件是m和n至少一个不为0，z为1至50的整数，R为RA或RA-C(=O)-，其中RA为C4-C22烷基或C4-C22烯基。
式I的优选化合物包括式I-1的化合物，即式I的化合物，其中p为0。
式I和I-1的优选化合物包括式I-2的化合物，即式I或I-1的化合物，其中M+为H+、Na+、K+、铵或烷基化铵。
式I、I-1和I-2的优选化合物包括式I-3的化合物，即式I、I-1或I-2的化合物，其中R1每次出现时独立地为C12-C16烷基。
式I、I-1、I-2和I-3的优选化合物包括式I-4的化合物，即式I、I-1、I-2或I-3的化合物，其中R1每次出现时独立地为C12烷基，优选为支化的C12烷基。
式I、I-1、I-2和I-3的优选化合物包括式I-5的化合物，即式I、I-1、I-2或I-3的化合物，其中R1每次出现时独立地为C16烷基。
式I的特别优选的化合物中，p为0并且R1为支化的C12烷基。
式I的还特别优选的化合物中，p为0并且R1为C16烷基。
式II优选化合物包括式II-1的化合物，即式II的化合物，其中m为4-30，可替换地为5-12，或可替换地为6-10。在一些实施方式中，m为1-4。
式II和II-1的优选化合物包括式II-2的化合物，即式II或II-1的化合物，其中n为10-35，可替换地为12-30。在一些实施方式中，n为0。在一些实施方式中，n为1-15，可替换地为2-10。
式II、II-1和II-2的优选化合物包括式II-3的化合物，即式II、II-1或II-2的化合物，其中R为RA，并且RA为C6-C18烷基或C6-C18烯基，优选为C6-C18烷基，更优选为C10-C16烷基。
式II、II-1和II-2的优选化合物包括式II-4的化合物，即式II、II-1或II-2的化合物，其中R为RA-C(=O)-并且RA为C6-C18烷基或C6-C18烯基，优选为C6-C18烷基，更优选为C10-C16烷基。
式II、II-1、II-2、II-3和II-4的优选化合物包括式II-5的化合物，即式II、II-1、II-2、II-3、II-4的化合物，其中X为环氧乙烷。
式II、II-1、II-2、II-3、II-4和II-5的优选化合物包括式II-6的化合物，即式II、II-1、II-2、II-3、II-4或II-5的化合物，其中Y为环氧丙烷。
式II、II-1、II-2、II-3和II-4的优选化合物包括式II-7的化合物，即式II、II-1、II-2、II-3或II-4的化合物，其中X为环氧丙烷。
式II、II-1、II-2、II-3、II-4和II-7的优选化合物包括式II-8的化合物，即式II、II-1、II-2、II-3、II-4或II-7的化合物，其中Y为环氧乙烷。
式II、II-1、II-2、II-3、II-4、II-5、II-6、II-7和II-8的优选化合物包括式II-9的化合物，即式II、II-1、II-2、II-3、II-4、II-5、II-6、II-7或II-8的化合物，其中z为1-30，可替换地为1-20，或可替换地为1-10。在一些实施方式中，z为1。在一些实施方式中，z为50。
式II的特别优选化合物中，X为环氧乙烷，Y为环氧丙烷，m为4-30，n为12-30，并且RA为C6-C20烷基或C6-C20烯基，更优选为C6-C20烷基。
式II的另外特别优选的化合物中，X为环氧乙烷，m为6-10，n为0，R为RA，并且RA为C10-C16烷基或C10-C16烯基，更优选为C10-C16烷基。
式II的还另外特别优选的化合物中，X为环氧丙烷，Y为环氧乙烷，m为1-4，n为2-10，并且R为RA，RA为C6-C18烷基或C6-C18烯基，更优选为C6-C18烷基。
应注意当X和Y一个为环氧乙烷并且另一个为环氧丙烷(且m和n均为非零整数)时，该X和Y基团可以无规、嵌段或其组合的次序存在。举例来说，X和Y一起可为无规的，例如EO-EO-PO-EO-PO-PO-EO-，或X和Y可为嵌段，例如(EO-EO-EO..-EO)-(PO-PO-PO..-PO)，或具有一部分无规和一部分嵌段的组合。单体添加次序、单体添加时间以及使用单一或混合单体进料会影响结构的无规性和嵌段性。
在一些实施方式中，本发明的组合物基本上没有游离的脂肪酸及其盐类。“基本上没有”是指该组合物含有10重量%或更少、可替换地含有5重量%或更少、或可替换地含有2重量%或更少的游离脂肪酸或其盐类。
式I和II的化合物是市售的或可由本领域技术人员使用文献合成方法容易地制得。
本发明的组合物对期望脱除油墨的多种基材的脱墨有用。实例包括纸、纤维、塑料和纸板。优选的基材是纸。
在一些实施方式中，本发明典型的组合物可含有至少约20重量%、可替换地含有至少约30重量%、可替换地含有至少约40重量%、可替换地含有至少约50重量%、可替换地含有至少约60重量%、或可替换地含有至少约70重量%的式I化合物。在一些实施方式中，组合物含有不多于约95重量%，可替换地含有不多于约85重量%的式I化合物。
在一些实施方式中，该组合物可含有至少约5重量%、可替换地含有至少约10重量%、可替换地含有至少约20重量%、可替换地含有至少约30重量%、可替换地含有至少约40重量%的式II化合物。在一些实施方式中，该组合物含有不多于约60重量%，可替换地含有不多于约50重量%的式II化合物。前述数量是基于该组合物的总重按照重量计算的。
在一些实施方式中，组合物中式I化合物与式II化合物的重量比介于约30:70和80:20之间。可替换地，该重量比为约75:25。可替换地，该重量比为约70:30。
该组合物可含有其它材料作为可选添加剂。此类可选添加剂的实例包括额外的表面活性剂例如额外的式I或II的化合物，稀释剂例如水，或者溶剂例如醇、二醇醚等。
如上所述，本发明组合物对基材的脱墨是有用的。该组合物可用于任何依赖于利用表面活性剂进行油墨脱除的过程，包括例如浮选过程、清洗过程和其它过程。优选的过程为浮选。
在通常的脱墨浮选过程的说明中，将基材(纸作为实例)与水和其它添加剂混合，并且通过机械作用转化为纸浆。非纸基的残留物通过筛选过程脱除。然后纸浆进入脱墨过程，在此通过清洗过程或浮选过程脱除油墨。可能有一个或两个清洗或浮选过程阶段，或在多阶段方式下有两种过程的组合。在油墨脱除后，纸浆进入随后过程例如浓缩、漂白等，用于进一步的使用。
脱墨组合物可在多个阶段例如在制浆过程之前或之中加入纸浆，采用例如基于干纸重0.01wt%和l wt%的剂量，或优选0.02wt%至0.5wt%的剂量，或还优选0.2wt%至0.5wt%的剂量。该脱墨组合物也可在油墨脱除过程的每一阶段之前的任何点加入纸浆，例如第一浮选或第二浮选过程之前，或第一清洗或第二清洗过程之前等。
脱墨组合物应当与纸浆均匀混合以得到良好的性能。典型过程中操作温度范围是约25°C至约70°C。优选温度范围通常是约35°C至约60°C，以及还优选温度范围是约45°C至约55°C。
在本说明书中采用的术语“烷基”包含具有所示碳原子数目的的直链和支链脂族基团。“烯基”意思是具有所示碳原子数目的和含有一个或多个碳碳双键的不饱和直链和支链脂族基团。
以下的实例说明本发明但并无意于限制其范围。除非另外指示，在此采用的比率、百分比、份数等均按重量计算。
实施例
实施例比较了脱墨过程中本发明组合物与非本发明组合物的有效性。在本发明组合物和非本发明组合物中使用的材料显示于表1。
表1
Figure BDA00003221414800071
组分1-7均为市售，得自于Dow Chemical Company。组分8为由TransferCo.生产的商业化产品。
测试的本发明组合物显示于表2。
表2
Figure BDA00003221414800072
测试的非本发明组合物如下：
比较例1：100%组分2
比较例2：50%组分2加上50%油酸钠
比较例3：组分8，具有40%固体含量的市售产品
实施例1
脱墨测试：低碱性，低剂量条件
a)称取385g干废报纸(来自US)，并浸入3.85L50°C水中。加入1.925gNaOH、3.85g Na2SiO3·9H20、1.925g EDTA、5.775g H2O2(30%)和0.77g(固体含量)脱墨组合物。使用来自于Adirondack Machine Corp的N-196VT纸浆机将此混合物制浆15min。
b)将3.85L水加入纸浆进行稀释。该稀释的纸浆在纸浆机中于50°C老化20min。
c)将纸浆移入来自Adirondack Machine Corp的L-100浮选槽中，并用50°C的水稀释成38.5L。将10g CaCl2加入该纸浆中并混合均匀。浮选进行10min。
d)浮选之后，收集600ml纸浆并做成3张纸。使用DN-B白度测试仪测量纸的白度。对每一张纸的两面各测三次，记录平均值。图1显示在低碱性低浓度条件下的测试结果(碱剂量0.5%，脱墨组合物剂量0.2%，基于废纸)。
实例2
脱墨测试：高碱性，高剂量条件
a)称取385g干废报纸(来自US)，并浸入3.85L50°C水中。加入5.775gNaOH、11.55g Na2SiO3·9H20、3.85g EDTA、12.83g H2O2(30%)和1.925g(固体含量)的脱墨组合物。使用来自于Adirondack Machine Corp的N-196VT纸浆机将混合物制浆15min。
b)将3.85L水加入纸浆进行稀释。该稀释的纸浆在纸浆机中于50°C老化20min。
c)将纸浆移入来自Adirondack Machine Corp的L-100浮选槽中，并用50°C的水稀释成38.5L。将10g CaCl2加入该纸浆中并混合均匀。浮选进行10min。
d)浮选之后，收集600ml纸浆并做成3张纸。使用DN-B白度测试仪测量纸的白度。对每一张纸的两面各测三次，记录平均值。图2总结了在高碱性高浓度条件下的测试结果(碱剂量1.5%，脱墨组合物剂量0.5%，基于废纸)。
实施例1和2证明本发明实施例A和B与对比实施例相比在高碱性和低碱性条件下均展示出更好的纸张增白性能。
虽然依照其优选实施方式对本发明已进行如上描述，但仍可在本发明的精神和范围内对其进行修改。因此本申请意欲覆盖采用本文公开的通用原则的发明的任何变化、使用或适应性改进。此外，本申请意欲覆盖偏离本发明的内容，只要其落在本发明所属技术领域的已知或常规实践中并且在所附权利要求的限制范围内。

Claims (9)

1.一种组合物，包含：
(a)式I的烷基二苯基醚二磺酸盐化合物：
Figure FDA00003221414700011
其中R1每次出现时独立地为C6-C18烷基，M+为H+或单价阳离子，p和q独立地为0或1，条件是p和q至少一个为1；和
(b)式II的非离子表面活性剂
Figure FDA00003221414700012
其中X和Y独立地为环氧乙烷或环氧丙烷，m和n独立地为0至50的整数，条件是m和n至少一个不为0，z为1至50的整数，R为RA或RA-C(=0)-，其中RA为C4-C22烷基或C4-C22烯基。
2.如权利要求1的组合物，其中p为0并且R1为C12烷基或C16烷基。
3.如权利要求1-2任意一项的组合物，其中X为环氧乙烷，Y为环氧丙烷，m为4-30，n为12-30，并且RA为C6-C20烷基或C6-C20烯基。
4.如权利要求1-2任意一项的组合物，其中X为环氧乙烷，m为6-10，n为0，R为RA，RA为C10-C16烷基或C10-C16烯基。
5.如权利要求1-2任意一项的组合物，其中X为环氧丙烷，Y为环氧乙烷，m为1-4，n为2-10，R为RA，并且RA为C6-C18烷基或C6-C18烯基。
6.如权利要求1-5任意一项的组合物，其基本上不含游离的脂肪酸。
7.一种用于基材脱墨的方法，该方法包含将权利要求1-6任意一项的组合物施加于该基材。
8.如权利要求7的方法，其中该基材为纸、纤维、塑料或纸板。
9.用权利要求1-6任一项所述的组合物脱墨的基材。
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