專利名稱：起皺粘結劑和薄頁紙的起皺方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及起皺的薄頁紙制品和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及干燥起皺的薄頁紙，其中在長網(wǎng)或類似的造紙機上形成紙胚，然后在半干狀態(tài)用粘結劑將紙胚固定到滾筒式的干燥烘缸上對其進行基本完全的干燥，再由柔性的起皺刮刀從烘缸上將紙胚起皺。
背景技術：
衛(wèi)生用的薄頁紙制品已被廣泛使用。這樣的物品在商業(yè)上是以適用于各種應用諸如面巾紙、衛(wèi)生紙和吸水紙巾的規(guī)格提供的。這些制品的規(guī)格，即定量、厚度、強度、紙頁尺寸、配料介質等等經(jīng)常是非常不同的，但是它們是由共同的制備方法，即所謂的起皺造紙法而相互聯(lián)系的。
起皺是一種在機器方向上機械壓縮紙的方式。其結果是定量(單位面積的質量)增加，許多物理性質發(fā)生驚人的變化，特別是當在機器方向測量時。起皺通常是在機器操作中用柔軟的刀片—一種所謂的刮刀片朝向楊克烘缸而完成的。這種刮刀有時也稱之為起皺刮刀或簡單地稱之為起皺刀。
楊克烘缸是一個大直徑的、通常為8～20英尺的鼓，它用蒸汽加壓來提供熱表面以便在造紙過程結束時完成造紙紙幅的干燥。紙幅首先在有孔的成型載體如長網(wǎng)上形成，在該處紙幅被脫去分散纖維淤漿所必不可少的大量水，然后通常被輸送到在所謂壓縮段的毛毯或織物，在該處通過機械壓縮紙或通過某些其他脫水方法例如用熱空氣穿透干燥而繼續(xù)脫水，最后以半干燥條件被轉送到楊克烘缸的表面上以完成干燥。
用刮刀對粘結的紙幅進行沖擊對于賦予薄頁紙生產(chǎn)商所追求的性能是必不可少。柔軟性、強度和松密度是特別重要的。
柔軟度指由消費者在他/她手持具體制品將其來回摩擦他/她的皮膚時，或在他/她的手中揉皺具體制品時所感到的觸感。此觸感是由幾種物理性質的結合而提供的。有關柔軟度的最重要的物理性質之一通常被本領域普通技術人員認為是用于制造制品的紙幅硬挺度(stiffness)。而硬挺度則通常被認為是與紙幅的強度直接有關的。
強度是在使用條件下制品和構成制品的紙幅保持物理整體性、抗撕裂性、耐破裂性和耐粉碎性的一種能力。
本文所述“松密度”是指與薄頁紙紙幅密度相反的密度，這是薄頁紙真實可觀察性能的另一重要部分。松密度增加通常有助于產(chǎn)生類似織物吸濕性的感覺。薄頁紙的部分松密度是由起皺產(chǎn)生的。
造紙紙幅與烘缸粘結力的大小也是非常重要的，因為這涉及到控制紙幅在起皺刮刀和卷紙機(用于形成紙卷)之間的空間運行。紙幅粘結不夠牢固會引起紙頁難于控制，因此，不易形成均勻的紙卷。而刮刀和卷軸間紙頁出現(xiàn)松馳，又會引起打皺、折疊或者使卷起的紙的頁邊擺動。紙卷不能很好地形成，不僅會影響造紙操作的可靠性，而且還會影響隨后的薄頁紙和紙巾的生產(chǎn)操作。在這些生產(chǎn)中，紙卷被轉變成薄頁紙和紙巾產(chǎn)品。
造紙紙幅與烘缸之間的粘結力的大小是非常重要的另一原因是它還與紙幅的干燥有關。較高的粘結力會減小熱傳遞的阻力，使紙幅干燥得更快，從而可以更加有效地利用能源、加快操作速度。
然而粘結力不是決定產(chǎn)品質量和生產(chǎn)可靠性的唯一因素。例如，發(fā)現(xiàn)一些粘結劑在起皺時，會在紙幅和刮刀之間形成粘結，使得紙幅不能完全分開，結果部分紙幅仍粘在烘缸上而避開刮刀邊。這使得紙幅有瑕疵，并常破損。
此外，盡管在烘缸上積有一定量的粘結劑是不可少的，但某些粘結劑會產(chǎn)生過多堆積或拖刀。拖刀會使得烘缸橫向的粘結分布出現(xiàn)差異。結果，成品紙卷會產(chǎn)生隆起或打皺。在起皺刮刀之后常安有第二個刮刀以除去過量的起皺粘結劑和其它殘留物。這種刮刀稱之為“清潔刮刀”。有時清潔刮刀和起皺刮刀必須在一定頻率下變化以防止涂布時拖刀和紙頁失控。
本文所用術語“刮刀率”是指紙幅從烘缸上脫開而不產(chǎn)生缺陷或無需經(jīng)常變換刮刀來防止過度堆積時的相對難易程度。
起皺粘結劑的一個重要特征是它的可再潤濕性。本文所用術語“可再潤濕性”是指當紙幅與熱干燥表面接觸時在熱干燥表面的粘結劑膜被半干紙幅中的水分活化的能力。粘性明顯增加表明可再潤濕性增加。可再潤濕性是重要的，因為對于給定旋轉速度的楊克烘缸，通常只有部分干燥表面覆蓋有粘結劑。紙頁與烘缸之間的大部分粘結是以前沉積的起皺粘結劑產(chǎn)生的。
由于紙幅的水溶性成分沉積物的積累，造紙紙幅往往會粘結到滾筒烘缸上。這些水溶性成分形成粘性膜，在紙幅轉移至滾筒烘缸時粘性膜被再潤濕。然而，由于需要特定程度和類型的粘度，就激發(fā)了該領域中研究者的極大活力。因此，許多起皺粘結劑在現(xiàn)有技術中是已知的。例如，長久以來一直使用動物膠。
另外，Bates在US 3926716中公開了一種改進紙幅粘結性的方法，該方法包括涂布含水聚乙烯醇的步驟，引入本文作為參考。
如Batas所指出的，若造紙方法是關于圖案致密型產(chǎn)品，特別需要紙幅與烘缸之間具有特定的粘合力。圖案致密紙幅的特征在于分散于高松密度區(qū)的相對高密度區(qū)。這類紙幅包括最近的進展，即相對高密度區(qū)是連續(xù)的，而高松厚區(qū)是不連續(xù)的。制備圖案壓密型薄頁紙紙幅的一種方法稱為“吹透”干燥法(throngh air drying)。圖案壓密紙幅對紙幅與旋轉干燥烘缸之間粘結力提出了挑戰(zhàn)。這是因為紙幅只在高密度區(qū)固定于烘缸上。這就挑戰(zhàn)了粘結力，不僅因為與烘缸接觸面小，而且是因為紙幅必須在相對高的纖維濃度下輸送到旋轉的烘缸上，而這是異味接觸面小使得烘缸效率變低。因為只有少量的水來再潤濕在紙幅轉移至烘缸處的粘結劑膜，所以已干燥到具有較高纖維濃度的紙幅更難以粘到烘缸上。
另一個實例是Soerens在US 4501640中公開了一種含有聚乙烯醇和水溶性、熱固陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂的含水混合物的粘結劑。該專利引入本文作為參考。
盡管已經(jīng)公開了并能得到許多粘結劑(包括上述這些例子)，但是單獨的粘合劑或粘合劑混合物并不能提供令人滿意的“刮刀率”、“再潤濕性”和粘合程度的組合。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種薄頁紙起皺用粘合劑及其應用方法。這種粘合劑既改進了粘合力的大小又能保持刮刀率，從而克服了上述缺點。
如下列公開內(nèi)容所描述的，這些目的和其它目的使用本發(fā)明就可獲得。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種能用作起皺粘合劑的包括陽離子淀粉的水分散體。
陽離子淀粉每葡糖酐單位的淀粉具有約0.001-0.2陽離子取代基。優(yōu)選陽離子取代基選自叔氨基烷基醚、季銨烷基醚及其混合物。
分散液包括約90-99.9％，更優(yōu)選約95-99.9％的水。
優(yōu)選淀粉占分散液干重的約10-70％，分散液還包括聚乙烯醇。優(yōu)選聚乙烯醇是水解度大于約80％，更優(yōu)選為約80-95％的部分水解的聚乙酸乙烯酯。
本發(fā)明所用聚乙烯醇的分子量為約90,000-140,000。分子量的間接表征(indirect indicator)是粘度，在本文中是指在20℃時4％的聚乙烯醇水分散體(液)的粘度。本發(fā)明聚乙烯醇的粘度優(yōu)選大于約20厘泊，最優(yōu)選大于約35厘泊。
本發(fā)明進一步的實施方案是含有陽離子淀粉和水溶性、熱固陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂的水分散液。
聚酰胺-表鹵代醇樹脂優(yōu)選包括表鹵代醇與含有仲或叔氨基的聚酰胺的反應產(chǎn)物。表鹵代醇優(yōu)選為表氯醇，而聚酰胺的胺基優(yōu)選為由聚亞烷基聚酰胺和飽和脂肪二元羧酸衍生得到的仲胺基。二元羧酸優(yōu)選含有約3-10個碳原子。
表鹵代醇與聚酰胺中的仲胺基的摩爾比為約0.5∶1到2∶1。
本發(fā)明另一優(yōu)選方案是含有約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物的水分散液，而固體物包括約10-70％的陽離子淀粉，約20-85％的聚乙烯醇和約5-40％的水溶性、熱固陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂。
本發(fā)明還提供一種薄頁紙起皺方法，其包括a)將水分散液涂布于旋轉的起皺滾筒(cylinder)上，該水分散液含有約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物，其中固體物包括每葡糖酐單位具有約0.001-0.2陽離子取代基的陽離子淀粉；b)將薄頁紙幅對著起皺滾筒壓榨使紙幅粘結于滾筒表面；和c)經(jīng)與刮刀接觸，從起皺滾筒上移去紙幅。
本發(fā)明另一種優(yōu)選的方案是一種薄頁紙起皺方法，其包括a)將水分散液涂布于旋轉的起皺滾筒上，該水分散液含有約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物，其中約50-90％的固體物為每單位葡糖酐具有約0.001-0.2陽離子取代基的陽離子淀粉，約10-50％的固體物為水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂；b)將薄頁紙幅對著起皺滾筒壓榨使紙幅粘結于滾筒表面；和c)經(jīng)與刮刀接觸，從起皺滾筒上移去紙幅。
本發(fā)明另一種優(yōu)選的方案是一種薄頁紙起皺方法，其包括a)將水分散液涂布于旋轉的起皺滾筒上，該水分散液含有約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物，其中約10-70％的固體物為每單位葡糖酐具有約0.001-0.2陽離子取代基的陽離子淀粉，約5-40％的固體物為水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂，并且約20-85％的固體物是聚乙烯醇；b)將紙幅對著起皺滾筒壓榨使紙幅粘結于滾筒表面；和c)經(jīng)與刮刀接觸，從起皺滾筒上移去紙幅。
所用起皺粘合劑的總量優(yōu)選為約0.1磅-10磅/噸，基于起皺粘合劑和紙幅干重。此處所用單位“磅/噸”是指起皺粘合劑干量的磅數(shù)相對于紙幅干量的噸數(shù)之比。
薄頁紙幅可由各種天然纖維(包括化學和機械類型的木漿)。優(yōu)選的實施方案還包括硬木和軟木類二種造紙纖維，其中至少約50％的造紙纖維是硬木和至少約10％是軟木。薄頁紙幅中還可包括顆粒填料。
在優(yōu)選的實施方案中，用該方法來生產(chǎn)定量為約10g/m2～約50g/m2，更優(yōu)選為約10g/m2～約30g/m2的薄頁紙。優(yōu)選密度為約0.03g/cm3～約0.6g/cm3，更優(yōu)選為約0.05g/cm3～約0.2g/cm3。
除非另有規(guī)定，此處所用的所有的百分比、比率和比例均以重量計。
附圖的簡要說明

圖1為說明本發(fā)明優(yōu)選方案的造紙法的示意圖，其中本發(fā)明包括有用于干燥起皺紙幅的新穎的粘結劑。
發(fā)明的詳細說明前面討論了本發(fā)明的背景，現(xiàn)特別參照本說明書和所附實施例對本發(fā)明進行描述。這種描述只是為了有助于理解本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明。權利要求書特別指出并清楚地要求保護本發(fā)明的主題。本發(fā)明由權利要求書來限定。
此處所使用的術語“包括”意指能在本發(fā)明的實施中被結合使用的各種組分、成份或步驟。因此，術語“包括”包括限制性更強的術語“基本上是由…組成的”和“由…組成的”。
此處所使用的術語“水溶解的”意指在25℃的水中至少能溶解3％重量的物質。
此處所使用的術語“薄頁紙幅，紙幅，幅，紙頁和紙制品”均指通過下述步驟制備的紙頁，所述步驟包括形成含水的造紙配料；在多孔表面例如在長網(wǎng)上沉積此配料；和從配料中通過同時加壓或不加壓的重力或真空助濾和通過包括蒸發(fā)的除水，包括將半干狀態(tài)的紙頁粘合到楊克烘缸表面，通過蒸發(fā)到基本上干燥狀態(tài)而完成除水，從楊克烘缸上通過軟起皺括刀移走紙輻，和將所生成的紙頁卷取到紙軸等的最終步驟。
術語“多層的薄頁紙幅，多層的紙幅，多層的幅，多層的紙頁和多層的紙制品”在本技術領域中均被相互交換地用于指由二層或更多層含水的造紙配料制成的紙頁，而造紙配料優(yōu)選包含不同類型的纖維，該纖維通常是如薄頁紙制造中所用的較長的軟木纖維和較短的硬木纖維。各層優(yōu)選是由在一個或多個環(huán)形多孔表面上沉積獨立的稀釋的纖維淤漿流而形成的。如果各層起初是在分開的多孔表面上形成的話，隨后在濕態(tài)時各層能被結合在一起形成多層的薄頁紙幅。
此處所使用的術語“單層薄頁紙制品”意指它是由一層起皺的薄頁紙構成的；該層在性質上可以是基本均勻的或者它可以是多層的薄頁紙幅。此處所使用的術語“多層薄頁紙制品”意指它包括多于一層的起皺的薄頁紙。多層薄頁紙制品的各層在性質上可以是基本均勻的或者它們可以是多層的薄頁紙幅。
最通常，本發(fā)明為含有陽離子淀粉的水分散體，用作起皺粘合劑。該水分散液含有約90-99.9％，優(yōu)選95-99.9％的水，陽離子淀粉的取代度為淀粉的每葡糖酐單位具有約0.001-0.2陽離子取代基。
本文所用術語“水分散液”指主要由水組成，并含有至少另一種均勻分布于整個組合物中組分的組合物。其基本特性是組合物均勻。但無需所有組分在分子水平溶解。因此，“水分散液”包括更限定性的術語“水溶液”。
此處所用的術語“陽離子淀粉”所定義的淀粉是已經(jīng)過進一步化學改性而賦予陽離子組成部分的天然淀粉。優(yōu)選的淀粉來自玉米或土豆，但是也能來自其他的來源例如稻米、小麥或木薯。在工業(yè)上還被稱為amioca淀粉的蠟狀玉米淀粉特別被優(yōu)選。amioca淀粉與普通的凹玉米淀粉(commondent corn starch)的差別在于它完全是支鏈淀粉，而普通的玉米淀粉既含有支鏈淀粉也含有直鏈淀粉。amioca淀粉的各種獨特的特性被進一步介紹于“Amioca-The Starch from Waxy Corn”(“Amioca，來自蠟狀玉米的淀粉”)，H.H.Schomeyer，F(xiàn)ood Industries，1945年12月，106-108頁中。
陽離子淀粉能被分成下列的一般類別(1)叔氨基烷基醚，(2)鎓基淀粉醚，包括季胺、磷鎓和锍化物衍生物，(3)伯和仲氨基烷基淀粉，和(4)雜類淀粉(miscellaneous)(例如，亞氨基淀粉)。新的陽離子產(chǎn)物繼續(xù)被開發(fā)，但是叔氨基烷基醚和季銨烷基醚是主要的工業(yè)用類型，優(yōu)選用于本發(fā)明。合適的淀粉是由National Starch and Chemical Company，(Bridgewater，NewJersey)生產(chǎn)的商品名為RediBOND。帶有陽離子部分的級別只有諸如RediBOND 5320和RediBOND 5327是適用的，而帶另外的陰離子官能團的級別諸如RediBOND 2005也是適用的。
在本發(fā)明一個方案中，淀粉優(yōu)選占分散液干重的約10-70％，而聚乙烯醇占組合物干重的約30-90％。
在本發(fā)明中可使用任何適于形成粘合劑膜的聚乙烯醇。在現(xiàn)有技術中，如Bates在US 3 926716中描述了特別適用的聚乙烯醇的類型。工業(yè)上以固體形式提供的聚乙烯醇可以以下幾種商標得到Airvol(PA州，Allentown市的Air Products Company的商標)和Elvanol(DE州，Wilmington市的E.I.duPont de Nemours的商標)。這些樹脂易于在水中形成水溶液，從而易于噴涂到楊克烘缸或半干紙幅上。
優(yōu)選聚乙烯醇是水解度大于約80％，更優(yōu)選為約80-95％的部分水解的聚乙酸乙烯酯。
本發(fā)明所用聚乙烯醇的分子量為約90,000-140,000分子量間接的表征是粘度，在本文中是指在20℃時4％的聚乙烯醇水分散體的粘度。本發(fā)明的聚乙烯醇的粘度優(yōu)選大于約20厘泊，最優(yōu)選大于約35厘泊。
在本發(fā)明的另一種方案中，該水分散液干重包括約50-90％的陽離子淀粉，還包括約10-50％的水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂。
水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂包括表鹵代醇與含有仲或叔氨基的聚酰胺的反應產(chǎn)物。
工業(yè)上特別優(yōu)選的聚酰胺-表鹵代醇樹脂可以以下幾種商標獲得Kymene和Crepetrol(DE州，Wilmington市，Hercules公司的商標)；Unisoft和Rezosol(PA州，Valley Forge市，Houghton國際公司的商標)。這些樹脂以水濃縮液形式提供，只需稀釋就能容易地噴涂到楊克烘缸或半干紙幅上。
制備水溶性、熱固陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂的基礎化學知識在下列文獻中作了充分的描述US 2926116(1960年2月23日授于Kiem)，US3058873(1962年10月16日授于Kiem等人)，US 3772076(1973年11月13日授于Kiem)。所有這些文獻引入本發(fā)明作為參考。
優(yōu)選聚酰胺-表鹵代醇樹脂包括表氯代醇與含有仲胺基的水溶性聚酰胺的水溶性聚合反應產(chǎn)物。
在一種特別優(yōu)選的樹脂的制備中，首先優(yōu)選在水溶液中將二元羧酸與聚亞烷基聚胺反應，反應條件應適于得到水溶性聚酰胺，其重復單元為-NH(CnH2nHN)x-CORCO-其中n和x各為2或以上，R為約3-10個碳原子的二元羧酸的二價烴基團。
然后，將水溶性聚酰胺與表鹵代醇(特別是表氯醇)反應以生成水溶性的陽離子聚酰胺-表鹵代醇熱固性樹脂，從而完成樹脂的制備。
聚酰胺仲胺基優(yōu)選由聚亞烷基聚胺如聚亞乙基聚酰胺、聚亞丙基聚胺或聚亞丁基聚胺等。優(yōu)選為二亞乙基三胺。
二元羧酸為一種含有約3-10個碳原子的飽和脂肪二元羧酸及其混合物，如丁二酸、己二酸、壬二酸等。優(yōu)選C4-C8二元羧酸，最優(yōu)選為己二酸。
優(yōu)選聚亞烷基與二元羧酸的摩爾比為約0.8∶1到1.5∶1。
優(yōu)選表鹵代醇與仲胺基的摩爾比為0.5∶1到2∶1。
本發(fā)明另一優(yōu)選方案是含有約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物的水分散液，其中固體物包括約10-70％的陽離子淀粉，約20-85％的聚乙烯醇和約5-40％的水溶性、熱固陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂。
本發(fā)明提供一種薄頁紙起皺方法，其包括a)將水分散液涂布于旋轉的起皺滾筒上，該水分散液含有約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物，其中固體物包括每葡糖酐單位具有約0.001-0.2陽離子取代基的陽離子淀粉；b)將紙幅對著起皺滾筒壓榨使紙幅粘結于滾筒表面；和c)經(jīng)與刮刀接觸，從起皺滾筒上移去紙幅。
本發(fā)明另一種優(yōu)選的方案是一種薄頁紙起皺方法，其包括a)將水分散液涂布于旋轉的起皺滾筒上，該水分散液含有約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物，其中約50-90％的固體物為每葡糖酐單位具有約0.001-0.2陽離子取代基的陽離子淀粉，約10-50％的固體物為水溶性、熱固性的陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂；
b)將紙幅對著起皺滾筒壓榨使紙幅粘結于滾筒表面；和c)經(jīng)與刮刀接觸，從起皺滾筒上移去紙幅。
本發(fā)明另一種優(yōu)選的方案是一種薄頁紙起皺方法，其包括a)將水分散液涂布于旋轉的起皺滾筒上，該水分散液含有約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物，其中約10-70％的固體物為每葡糖酐單位具有約0.001-0.2陽離子取代基的陽離子淀粉，約5-40％的固體物為水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂，和20-85％的固體物是聚乙烯醇；b)將紙幅對著起皺滾筒壓榨使紙幅粘結于滾筒表面；和c)經(jīng)與刮刀接觸，從起皺滾筒上移去紙幅。
所用起皺粘合劑的總量優(yōu)選為約0.1磅-10磅/噸，基于起皺粘合劑和紙幅的干重。此處所用單位“磅/噸”是指起皺粘合劑干量的磅數(shù)相對于紙幅干量的噸數(shù)之比。
薄頁紙幅的制備含水造紙配料的組分可以預料，在其所有的品種中木漿通常包括本發(fā)明中所用的造紙纖維。然而，可以使用其他的纖維素纖維紙漿例如棉短絨、蔗渣、人造纖維等等，不排除任一種。此處有用的木漿包括化學漿例如亞硫酸鹽紙漿和硫酸鹽紙漿(有時稱牛皮漿)以及機械漿包括例如磨木漿、預熱法木片磨木漿(TMP)和預熱法木片化學磨木漿(CTMP)。來自闊葉樹和針葉樹的紙漿均可使用。
硬木紙漿和軟木紙漿二者以及它們的混合物可以被用作本發(fā)明的薄頁紙的造紙纖維。此處所用的術語“硬木紙漿”是指由針葉樹(被子植物)的木材獲得的纖維漿，而“軟木紙漿”是指由闊葉樹(裸子植物)的木材獲得的纖維漿。特別是桉樹的硬木牛皮漿與北方軟木牛皮漿(NSK)的摻混物特別適用于制造本發(fā)明的薄頁紙幅。在包括層狀的薄頁紙幅的本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案中，最優(yōu)選的是，使用例如桉樹的硬木漿作外層而將北方軟木牛皮漿作內(nèi)層。還可被本發(fā)明使用的是來自回收紙的纖維，回收紙可以含有任何的或全部上述種類的纖維。
在含水造紙配料中可以加入顆粒填料，其包括粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石、硅酸鋁、硅酸鈣、三水合氧化鋁、活性碳、珍珠淀粉、硫酸鈣、玻璃微球、硅藻土以及它們的混合物。
其他的材料能被添加到含水的造紙配料或胚幅中而賦予制品以其他的特性或改善造紙過程，條件是它們不會干擾或降低本發(fā)明的優(yōu)點。下列是這些材料的實例。
有時為了促進留著率和紙幅強度的目的，在含水造紙配料中加入淀粉，特別是陽離了淀粉作為其成分之一。為此目的的特別適合的淀粉由國家淀粉和化學品公司以商品名RediBOND生產(chǎn)(Bridgewater，New Jersey)。
通常在造紙中加入陽離子電荷偏置物質以控制進入造紙過程中造紙水漿的zeta電動勢。一種合適的材料是Cypro 514，CT州，Stamfora市Cytec公司的產(chǎn)品。
通常還加入助留劑?？上蚝旒埮淞嫌行У丶尤攵鄡r離子以增加微細顆粒的留著性能，不然地話，這些細小微粒會懸浮于紙機的循環(huán)水系統(tǒng)中。例如，長期以來，在實踐中加入明礬。最近，沿鏈長具有多個電荷位置的聚合物可有效地用于這一目的。應明確的是陰離子和陽離子絮凝劑均包括在本發(fā)明的范圍中。陰離子絮凝劑的實例為RETEN 235和Acourate171，其分別是Delaware州，Wilmington的Hercules公司和CT州，Stamford市的Cytec公司的產(chǎn)品。可接受的陽離子絮凝劑的實例為RETEN157和Aceurac 91。
為了改進成型、廢水排泄、強度和留著而使用高表面積、高陰離子電荷微粒在本技術領域是被公知的。例如，參見此處作為參考文獻編入的、1993年6月22日頒布的Smith的美國專利5221435的描述。用于此目的的常用材料是二氧化硅膠體和膨潤土粘土。引入這樣的材料是明顯地屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。
本發(fā)明的優(yōu)點特別體現(xiàn)在各種沒有永久濕強度的紙產(chǎn)品。濕強樹脂，特別是已在本說明書其它部分詳細的聚酰胺-表氯代醇型甚至是在加入到含水造紙配料中時，通常也能提供某種程度的起皺控制。但是這些優(yōu)點通常是由在產(chǎn)品中存在永久濕強度樹脂而實現(xiàn)的。這種永久濕強度性質常常變化。而在造紙中濕端加入聚酰胺-表氯醇，在促進起皺效果方面并沒有起作用，而這種促進起皺的作用卻可以通過在起皺操作中直接使用聚合物而實現(xiàn)。
起皺的紙制品必須具有在濕態(tài)時有限的強度，因為它們需要通過廁所而排入到化糞或污水系統(tǒng)中。所以，起皺紙制品需具有臨時性的濕強樹脂。臨時性濕強樹脂賦予這些制品以濕強度，其特征是在水存在下能降低其部分或全部分解的能力。如果需要臨時性濕強度的話，粘合劑材料能選自二醛淀粉或有醛官能團的其他樹脂例如由National Starch and ChemicalCompany提供的Co-Bond 1000、由Cytec of Stamford，CT提供的Parez 750和1991年1月1日頒布的并被編入于此作參考文獻的Bjorkquist的美國專利4981557中所介紹的樹脂。
若需要增大吸收性，則可以使用表面活性劑處理本發(fā)明的起皺的薄頁紙。表面活性劑優(yōu)選具有八個或更多個碳原子的烷基鏈。示例性的陰離子表面活性劑是線型烷基磺酸鹽和烷基苯磺酸鹽。示例性的非離子表面活性劑是烷基甙，包括烷基甙酯例如Croda，Inc.(New York，NY)的Crodesta SL-40；如1977年3月8日頒布的W.K.Langdon等人的美國專利4011389中的烷基甙醚；烷基聚乙氧化酯例如從Glyco Chemicals，Inc.(Greenwich，CT)得到的Pegosperse 200ML和從Rhone Poulenc Corporation(Cranbury，NJ)得到的IGEPAL RC-520。
化學柔軟劑可明確地作為任選組分包括在本發(fā)明中。可使用的化學柔軟劑包含熟知的二烷基二甲基銨鹽諸如二脂二甲基氯化銨、二脂二甲基甲酯硫酸銨、二(氫化)脂二甲基氯化銨，優(yōu)選二(氫化)脂二甲基銨甲酯硫酸銨。此特別的材料可從Witco Chemical Inc.of Dublin，Ohio以商品名Varisoft137購得。使用可生物降解的季銨化合物的單或二酯的變化形式也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
上述的任選成分只是說明性的，并不意味對本發(fā)明的范圍進行限定。
含水造紙配料的制備本領域普通技術人員會認識到，不僅造紙配料的合格的化學組成對起皺的造紙過程是重要的，而且在其他的各種因素中每種組分的相對量和添加的次序與時間也是重要的。下列的方法是適用于制備含水造紙配料的，但其描述不應該被認為是對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍由此說明書結尾時所提出的權利要求書界定。
首先通過現(xiàn)有技術中充分介紹的任何的常用制漿方法將個別的纖維制成含水的淤漿。如有必要，則然后對選定部分的造紙配料進行精磨。
在一種優(yōu)選的方案中，制備含有硬木漿的較短的造紙纖維漿，同時分開制備較長的造紙纖維淤漿。所得的短纖維的淤漿的結局是被送到三層狀的網(wǎng)前箱的外室以形成三層的薄頁紙的表面層，其中長纖維的內(nèi)層是由網(wǎng)前箱的內(nèi)室中導入的較長的造紙纖維形成的。所得到的加填料的薄頁紙幅特別適用于轉變成單層薄頁紙制品。
在另一優(yōu)選的方案中，制備上述的較短和較長的造紙纖維淤漿。所得的短纖維的淤漿的結局是被送到二室網(wǎng)前箱的一個室中以形成二層的薄頁紙的一層，其中長纖維的另一層是由網(wǎng)前箱的第二室中導入的較長的造紙纖維形成的。所得到的加填料的薄頁紙幅特別適用于轉變成包括二層(其中每一層是這樣定向的以致使由較短的造紙纖維構成的層在二層薄頁紙制品的表面上)的多層薄頁紙制品。
本領域普通技術人員還將認識到，網(wǎng)前箱的可見數(shù)目的室能通過將相同類型的含水的造紙配料送入到毗鄰的室而減少。例如，上述的三室網(wǎng)前箱能近通過將基本上相同的含水造紙配料導入二個毗鄰箱的任一個箱中而用作二室的網(wǎng)前箱。
造紙步驟圖1是顯示本發(fā)明優(yōu)選方案的造紙法的示意圖，其中包括有用于干燥起皺紙幅的新穎的粘結劑。將在下面并參照附圖1對這些優(yōu)選的實施方案進行討論。
圖1是本發(fā)明造紙中使用的優(yōu)選的造紙機80的側視圖?，F(xiàn)參照圖1，造紙機80包括具有頂室82、中室82b和底室83的層狀的網(wǎng)前箱81，堰板蓋頂(slice roof)84和長網(wǎng)85(長網(wǎng)85圍繞在胸輥86、導向板90、真空吸濾箱91、伏輥92和許多導向輥94之上或周圍)。在操作時，一種造紙配料被泵送經(jīng)過頂室82，第二種造紙配料被泵送經(jīng)過中室82b，而第三種造紙配料被泵送經(jīng)過底室83，并因此在堰板蓋頂84外以上下關系送到長網(wǎng)85上，在其上形成包括層88a、88b、88c的胚幅88。通過長網(wǎng)85并借助導向板90與真空吸濾箱91進行脫水。長網(wǎng)按箭頭方向來回運動，噴頭95在長網(wǎng)在胸輥86上開始另一次運送之前對長網(wǎng)進行清洗。在幅轉移段93，胚幅88通過真空轉送箱97的作用被轉送到多孔載體織物96上。載體織物96攜帶幅從轉移段93經(jīng)過真空脫水箱98、經(jīng)過吹透(blow-through)預干燥器100和二個轉向輥101后，形成半干紙幅胚106。此時紙幅胚仍由多孔載體織物96承載。在下一步，將紙幅轉移到楊克烘缸干燥器108上。當載體織物96在另外的導向輥101、噴頭103和真空脫水箱105上和周圍通過而完成其一圈的路徑后被清洗與脫水。
起皺粘結劑水分散液的應用本發(fā)明所采用的起皺粘合劑包括淀粉，任選的聚乙烯醇和水溶性、熱固陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂的水分散液。
使用時，水分散液的固體物濃度優(yōu)選為約0.1-10％。最優(yōu)選，使用時，水分散液的固體物濃度為約0.1-5％。
盡管可以考慮用各種方法來涂布起皺粘合劑，并且不排除任一種方法，但是涂布的優(yōu)選方法是用噴涂器在半干紙幅轉移之前對著楊克烘缸表面噴上水分散液。
參見圖1，采用這一優(yōu)選方案涂布分散液的位置由噴涂器107表示。
采用多個噴涂器(各帶有本發(fā)明的成分)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，見圖1，任選使用噴霧器108。若可能，本發(fā)明的分散液經(jīng)噴霧器107和/或108進行噴射。
起皺滾筒上紙幅的壓榨在本發(fā)明中，在前面的步驟中涂布起皺粘合劑來將半干狀態(tài)的紙幅對著起皺滾筒，最通常的情況下是一加熱的干燥表面，即所謂的楊克烘缸，進行壓榨。
壓榨紙幅將其固定到烘缸表面。最優(yōu)選由相對的圓柱形輥筒提供壓力從而使半干紙幅均勻地粘結到烘缸上。當紙幅壓向楊克烘缸表面時，可對紙幅施加真空。在本發(fā)明中也可使用多級楊克烘缸。
參見圖1，經(jīng)噴涂器107和108涂布粘合劑，將半干紙幅固定到楊克烘缸109的滾筒表面上。本發(fā)明中噴涂器107和/或108均可來涂布分散液。使用相對的滾筒鋼鼓102來促進紙幅的粘合。在蒸汽加熱的楊克烘缸109上用熱氣來進行干燥，熱氣被加熱并在干燥護罩110(未示出)中循環(huán)。由刮刀111(即所謂起皺刮刀)將紙幅從楊克烘缸109上干起皺，即得到紙頁70，其包括楊克烘缸側層71、中心層73和遠離楊克烘缸側層75。紙頁70穿過壓光輥112和113和輥115部分圓周，然后繞到位于軸118上芯117的卷軸116上。由第二種刮刀114(稱之為清潔刮刀)從干燥器表面除去多余涂布物質。
就制造代表性的紙頁70的工藝條件而言，起皺前，紙幅優(yōu)選干燥到約80％，優(yōu)選96％的纖維濃度(consistency)。
本發(fā)明一般可應用于起皺的薄頁紙，它們包括但并不限于傳統(tǒng)上的毛氈壓榨的起皺薄頁紙，高松厚圖案壓密的起皺薄頁紙和高松厚不壓實的起皺薄頁紙。
本發(fā)明起皺薄頁紙幅的定量在約10g/m2～100g/m2之間。在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明加填料的薄頁紙的定量在約10g/m2～約50g/m2之間，并且最優(yōu)選在約10g/m2～約30g/m2之間。適用于本發(fā)明的起皺薄頁紙幅的密度為0.6g/cm3或0.6g/cm3以下。在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明加填料的薄頁紙的密度在約0.03g/cm3～約0.6g/cm3之間，并且最優(yōu)選在約0.05g/cm3～約0.2g/cm3之間。
本發(fā)明還可應用于多層的薄頁紙幅。由層狀的紙幅形成的薄頁紙結構描述于1976年11月30日頒布的Morgan，Jr.等人的美國專利3994771，1981年11月17日頒布的Carstens的美國專利4300981，1979年8月28日頒布的Dunning等人的美國專利4166001和1994年9月7日頒布的Edwards等人的歐洲專利申請0613979 A1中，所有的這些文獻均被編入本說明書作為參考。層優(yōu)選由不同類型的纖維組成，纖維一般是較長的軟木纖維和較短的硬木纖維，如在多層的薄頁紙制造中所使用的那樣。適用于本發(fā)明的多層的薄頁紙幅包括至少為二個疊置的層一內(nèi)層和至少一個與內(nèi)層相連的外層。最好，多層的薄頁紙包括三層的疊置層一內(nèi)層或中間層和二外層，內(nèi)層處于二外層之間。二外層優(yōu)選包括具有平均纖維長度在約0.5與約1.5mm之間、優(yōu)選為小于約1.0mm的較短造紙纖維的主要纖維組分。這些短的造紙纖維通常包括硬木纖維、優(yōu)選為硬木牛皮漿纖維、和最優(yōu)選為由桉樹得到的纖維。內(nèi)層優(yōu)選包括具有平均纖維長度至少約2.0mm的較長造紙纖維的主要纖維組分。這些長的造紙纖維通常是軟木纖維、優(yōu)選為北方軟木牛皮漿纖維。優(yōu)選的是，本發(fā)明的大部分顆粒填料被含在本發(fā)明的多層的薄頁紙幅的外層的至少一層中。更優(yōu)選，大部分的顆粒填料含在兩外層中。
由單層或多層的起皺的薄頁紙幅制成的起皺的薄頁紙制品可以是單層薄頁紙制品或多層薄頁紙制品。
設備與方法是本技術領域的普通技術人員所熟知的。在一種典型的方法中，在加壓的網(wǎng)前箱中提供低濃度的紙漿配料。該網(wǎng)前箱具有輸送紙漿配料的薄沉積物到長網(wǎng)上以形成濕幅用的開口。然后濕幅一般通過真空脫水而脫水到纖維濃度在約7％～約25％之間(以總的幅重量為基準計)。
本發(fā)明的造紙方法中更優(yōu)選的改型包括所謂的圖案壓密法，其中所得的結構的特征在于具有較低的纖維密度的較高松厚(bulk)區(qū)域和分散在高松厚區(qū)域內(nèi)的較高纖維密度的一系列的壓密區(qū)。較高松厚區(qū)域也被稱為枕狀區(qū)。壓密區(qū)也被稱為關節(jié)區(qū)。壓密區(qū)可以不連續(xù)地分布在高松厚區(qū)中或可以彼此完全或部分地相互連接，分布在高松厚區(qū)中。最好，較高密度區(qū)是連續(xù)的而高松厚區(qū)是不連續(xù)的。制造圖案壓密的薄頁紙幅的優(yōu)選方法公開在1967年1月31日頒布的Sanford和Sisson的美國專利3301746，1976年8月10日頒布的Peter G.Ayers的美國專利3974025，1980年3月4日頒布的Paul D.Trokhan的美國專利4191609，1987年1月20日頒布的PaulD.Trokhan的美國專利4637859，1990年7月17日頒布的Wendt等人的美國專利4942077，1994年9月28日公開的Hyland等人的歐洲專利公開0617164 A1，1994年9月21日公開的Hermans等人的歐洲專利公開0616074 A1中；所有的這些文獻均被編入于此作為參考。
為了形成圖案壓密的幅，在形成幅后馬上進行將幅轉移到成型織物而不是毛毯上的輻轉移步驟。將幅緊貼一列包括成型織物的支承物并置。朝向這一系列支承物的方向壓縮紙幅，由此在幅中形成其位置在形狀上相應于一系列支承物與濕幅之間接觸點的壓密區(qū)。在此操作期間未受壓的幅的其余部分被稱為高松厚區(qū)。高松厚區(qū)可以通過施加流體壓力，例如用真空型裝置或吹透干燥器而進一步使密度降低。幅被脫水和任選地進行預干燥，以這樣的方式以便基本上避免高松厚區(qū)的壓縮。這優(yōu)選是通過施加流體壓力，例如用真空型裝置或吹透干燥器來實現(xiàn)的，或另一種方式是通過對幅朝向一系列的支承物機械加壓而高松厚區(qū)未受壓來實現(xiàn)的。脫水、任選預干燥和形成壓密區(qū)的操作可以是結合進行的或部分結合進行的，以減少所進行加工步驟的總數(shù)。在轉移到楊克烘缸表面處的半干燥幅的水分含量為少于約40％，熱空氣穿透所說的半干燥幅，同時半干燥幅在所說的成型織物上形成低密度結構。
圖案壓密的幅被轉移到楊克烘缸并完成干燥，優(yōu)選仍須避免機械壓縮。在本發(fā)明中，最好約8％～約55％的起皺薄頁紙表面為壓密的關節(jié)區(qū)，它的相對密度至少為高松厚區(qū)的125％。
一系列的支承物優(yōu)選為具有圖案狀位置的關節(jié)的壓印載體織物，在施加壓力時其作為排列的支撐物起促進形成壓密區(qū)的作用。關節(jié)圖案構成如前所說的一系列支承物。壓印載體織物公開在1967年1月31日頒布的Sanford和Sisson的美國專利3301746，1974年5月21日頒布的Salvucci，Jr.等人的美國專利3821068，1976年8月10日頒布的Ayers的美國專利3974025，1971年3月30日頒布的Friedberg等人的美國專利3573164，1969年10月21日頒布的Amneus的美國專利3473576，1980年12月16日頒布的Trokhan的美國專利4239065，1985年7月9日頒布的Trokhan的美國專利4528239；所有的這些文獻均被編入于此作為參考。
更優(yōu)選的是，通過施加流體壓力到幅而引起胚幅與干燥/壓印織物開孔的表面相貼合，此后作為低密度造紙方法的一部分在所說的織物上進行熱預干燥。
屬于本發(fā)明的另一種變型的加工步驟包括形成所謂的未壓密的、無圖案壓密的多層的薄頁紙結構步驟，例如被公開在1974年5月21日頒布的Joseph L.Salvucci，Jr.和Peter N.Yiannos的美國專利3812000，1980年6月17日頒布的Henry E.Becker、Albert L.McConnell和Richard Schutte的美國專利4208459中所述的步驟，在此引用此二篇文獻作參考。一般說，非壓密的、無圖案壓密的多層的薄頁紙結構是通過在多孔的成型網(wǎng)例如長網(wǎng)上沉積造紙配料形成濕幅、濕幅排水和在不加機械壓縮的情況下除去額外的水直至幅的纖維濃度至少為80％、以及起皺幅而制備的。水是通過真空脫水和熱干燥而從幅中除掉的。所得的結構是相對未壓密纖維的柔軟而低強度的高松厚的紙頁。在起皺前優(yōu)選將粘合材料施加到部分的幅中。
實施本發(fā)明的優(yōu)點包括能提高造紙操作的速度，這是由于改進了紙頁在起皺刮刀與軸之間的粘合或改進了紙頁在起皺刮刀與軸之間的控制而實現(xiàn)的。
盡管不希望受理論的約束，但下面仍嘗試來解釋為什么本發(fā)明能提供有利的粘合性。由于陽離子淀粉是纖維素狀的碳水化合物結構，并具有表面電荷特性，所以它是纖維素漿特定的粘合劑，能得到非常高的粘結強度。另一原因是再潤濕性。此外，用聚乙烯醇或水溶性、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂改性可以改進刮刀率(起皺率)同時保持陽離子淀粉的高粘合性能。
此處所使用的術語“強度”是指總拉伸強度，測定該量度的方法被包括在本說明書的以下章節(jié)中。根據(jù)本發(fā)明的薄頁紙幅是高強度的。這一般指其總拉伸強度至少為約100克每英寸，更優(yōu)選大于約300克每英寸。
本發(fā)明的薄頁紙幅能被用在要求柔軟、吸收性的薄頁紙幅的任何的應用中。本發(fā)明的薄頁紙幅的特別有利的用途是在衛(wèi)生用的薄頁紙與面巾紙制品方面。單層和多層的薄頁紙制品能由本發(fā)明的紙幅生產(chǎn)。
分析與測試方法A.密度多層薄頁紙的密度，作為此處所使用的術語，是根據(jù)紙的定量除以厚度計算的平均密度，此處還包括合適的單位換算。此處所使用的多層薄頁紙的厚度是當受到95克/英寸2(15.5g/cm2)的壓負荷時紙的厚度。
B.分子量測定聚合物的主要區(qū)別特征是其分子大小。使聚合物能用于各種各樣的用途中的諸性質幾乎完全來自其大分子性。為了充分表征這些材料，必不可少的是具有某些定義與測定其分子量和分子量分布的方法。更適當?shù)氖鞘褂眯g語相對分子量(relative molecular mass)而不是分子量(molecular weight)，但是在聚合物技術中更通常的是使用后者。測定分子量分布并非總是實際的。然而，使用色譜法正成為更普通的做法。另外，還求助于分子量平均值來表達分子大小。
平均分子量如果我們假設簡單的分子量分布用它來代表具有相對分子量(Mi)的各分子的重量分數(shù)(Wi)的話，就有可能定義幾種有用的平均值。基于特定大小(Mi)的分子數(shù)目(Ni)進行平均而得到數(shù)均分子量Mn=ΣNiMiΣNi]]>此定義的重要意義在于用克表示的數(shù)均分子量含有分子的阿伏伽德羅數(shù)目。這種定義的分子量是與單一分散分子的分子量相一致的，所謂的單一分散分子是具有相同分子量的分子。公認的更重要的意義是，如果在給定質量的多分散聚合物的分子數(shù)能以某些方式測定的話，那么Mn能被方便地計算出。這是依數(shù)性測定的基礎。
對給定質量(Mi)的分子的重量分數(shù)(Wi)進行平均導致重均分子量的定義Mw=ΣWiNiΣWi=ΣNiMi2ΣNiMi]]>Mw與Mn相比是更有用的表達聚合物分子量的方式，因為它更準確地反映聚合物的諸如熔體粘度和機械性質等性質，因此它用在本發(fā)明中。
在全部的試樣已被測定后，除掉與廢棄所有的毛毯。不再使用毛毯條。紙板被使用到直至它們彎曲、撕裂或不再具有平滑的表面時為止。
C、測定薄頁紙的評定組柔軟度(Panel Softnees)在理想情況下，在測定柔軟度前，被測試的紙試樣應根據(jù)Tappi Method#T4020M-88進行調整處理。本發(fā)明中，試樣在相對濕度為10～35％和溫度為22～40℃下被預調整24小時。在此預調整步驟后，試樣在相對濕度為48～52％和溫度為22～24℃下被調整24小時。
在理想情況下，紙柔軟度評定組測定應該在恒定的溫度與濕度的室內(nèi)進行。如果此條件做不到的話，所有的試樣包括對照試樣均應在同樣的環(huán)境暴露條件下進行試驗。
柔軟度測定應以類似于在“Manual on Sensory Testing Methods”，ASTM Special Technical Publication 434，由the American Society For Testingand Materials 1968出版中所述的方式作為成對比較試驗來進行，該文獻被編入于此作參考。柔軟度是通過使用被稱為成對的差別試驗的主觀測試來評估的。該方法利用試驗材料本身之外的標準。就觸感柔軟度來說，提供受試者見不到的二種試樣，要求受試者根據(jù)觸感柔軟度從中選出一種。試驗結果以評定組柔軟度單位(Panel Score Unit，簡稱PSU)記錄。就得到在此處以PSU記錄的柔軟度數(shù)據(jù)的柔軟度試驗來說，進行許多小組柔軟度試驗。在每次試驗中要求十個進行柔軟度判斷的評判員定出三組成對試樣的相對柔軟度級別。每個評判員一次將這些樣品對評估一對每對的一個試樣被稱為X而另一個試樣被稱為Y。簡言之，每個X試樣相對于其成對的Y試樣是如下被定級的1.如果X被評為或許稍比Y軟的話則得到+1級，如果Y被評為或許稍比X軟的話則得到-1級；2.如果X被評為確實稍比Y軟的話則得到+2級，如果Y被評為確實稍比X軟的話則得到-2級；3.如果X被評為比Y軟得多的話則得到+3級，如果Y被評為比X軟得多的話則得到-3級；4.如果X被評為比Y完全軟得多的話則得到+4級，如果Y被評為比X完全軟得多的話則得到-4級。
平均各級別而所得的值以PSU單位表示。所得的數(shù)據(jù)被認為是一次小組測試的結果。如果評估多于一對的試樣對，那么所有的試樣對根據(jù)其通過成對的統(tǒng)計分析所得的級別被有序地排列。然后，按要求根據(jù)值的大小上升或下降而得到零PSU值，由此選擇出基于此零基標準的試樣。然后其他試樣通過其與零基標準的相對級別確定出具有正或負的值。進行許多次小組測試并加以平均，約0.2PSU代表主觀上感受到的柔軟度的明顯差值。
D.薄頁紙強度的測定干拉伸強度拉伸強度是在1英寸寬的試樣條上使用Thwing-Albert Intelect II標準拉伸試驗機(Thwing-Albert Instrument Co.，10960 Dutton Rd.，Philadelphia，PA，19154)測定的。此方法是用在成品紙制品、紙卷試樣和未轉化的原料紙的。
試樣調整與制備在拉伸試驗前，被測試的紙試樣應根據(jù)Tappi Method #T402OM-88進行調整處理。在測試前全部的塑料與紙板的包裝材料必須被小心地從紙試樣中除掉。紙試樣應在相對濕度為48～52％和溫度為22～24℃下被調整至少2小時。試樣的制備與拉伸試驗的所有步驟還應該在恒定的溫度與濕度的室內(nèi)進行。
對成品來說，應廢棄任何被損壞的產(chǎn)品。接著，取出四個有用單元(也被稱為頁)的5條成品并將一條疊在另一條的頂部而形成具有在紙頁間重合的穿孔的長垛。檢出頁1和3供縱向(機器方向)拉伸測定用和檢出頁2和4供橫向(垂直于機器方向)拉伸測定用。接著，使用切紙刀(由Thwing-Albert Instrument Co.，10960 Dutton Road.，Philadelphia，PA，19154提供的具有安全罩的JDC-1-10或JDC-1-12)切穿孔線以制成4個分開的坯料。確保垛1和3被認出是供縱向測試用的和垛2和4被認出是供橫向測試用的。
從垛1和3在縱向切出二條1＂寬的條。從垛2和4在橫向切出二條1＂寬的條?，F(xiàn)在有四條1＂寬的供縱向拉伸測試用和四條1＂寬的供橫向拉伸測試用的條。就這些成品紙試樣而言，所有的八條1＂寬的條有五個有用單元(還被稱為頁)厚。
對未轉化的原料紙和/或卷取的試樣來說，使用切紙刀(由Thwing-Albert Instrument Co.，10960 Dutton Rd.，Philadelphia，PA，19154提供的具有安全罩的JDC-1-10或JDC-1-12)從試樣的被測試區(qū)切出8層厚的15＂×15＂的試樣。確保一條15＂的切割線與縱向平行而另一條15＂的切割線與橫向平行。確保試樣在相對濕度為48～52％和溫度為22～24℃下被調整至少2小時。試樣的制備與拉伸試驗的所有程序還應該在恒定的溫度與濕度的室內(nèi)進行。
從此預調整的、8層厚的15＂×15＂的試樣中切出四條1×7＂的試樣條，它們的長7＂的切割線與縱向平行。注意這些試樣被作為縱向的卷取的原料紙或未轉化的原料紙試樣。切出另外四條1×7＂的試樣條，它們的長7＂的切割線與橫向平行。注意這些試樣被作為橫向的卷取的原料紙或未轉化的原料紙試樣。確保先前的所有的切割是使用切紙刀(由Thwing-AlbertInstrument Co.，10960 Dutton Rd.，Philadelphia，PA，19154提供的具有安全罩的JDC-1-10或JDC-1-12)切制的?，F(xiàn)有總數(shù)為八條的試樣四條8層厚的1＂×7＂條，其7＂的切割線與縱向平行的試樣和四條8層厚的1＂×7＂條，其7＂的切割線與橫向平行的試樣。
拉抻試驗機的操作就實際的拉抻強度測定來說，是使用Thwing-Albert Intelect II標準拉伸試驗機(Thwing-Albert Instrument Co.，10960 Dutton Rd.，Philadelphia，PA，19154)進行的。將平面夾子插入到單元中并根據(jù)Thwing-Albert Intelect II的操作手冊的指南校準試驗機。將機器的橫梁的速度設定為4.0英寸/分并將第1和第2量規(guī)的長度設定為2.00英寸。斷裂靈敏度應被設定在20.0克和試樣寬度設定在1.00＂和厚度為0.025＂。
選擇測力計以使被測定試樣的預計的拉伸結果在使用時處于25％～75％的范圍。例如，5000克測力計能被用于具有預計的拉伸值為1250克(5000克的25％)和3750克(5000克的75％)的試樣。拉伸試驗機還能被設定于5000克測力計的10％的范圍內(nèi)以使能測定具有預計的拉伸值為125克～375克的試樣。
取拉伸試樣條中的一條并將其一端置于拉伸試驗機的一個夾子中。將紙條的另一端放入另一個夾子中。確保試樣的長邊與拉伸試驗機的各側(side)平行。還要確保各條未突出在二夾子的側外。此外，每個夾子的壓力必須與紙試樣充分地接觸。
在將紙試驗條插入到二夾子中后，可以監(jiān)控儀器的拉伸。如果它顯示出5克或更高的值的話，試樣是被太拉緊了。反之，如果在試驗開始后2～3秒鐘的時間過去了，未記錄任何值，則拉伸條是太松了。
按拉伸試驗機手冊中所述那樣開動拉抻試驗機。在橫梁自動地返回到其起始位置后，試驗就完成了。從儀表標尺或數(shù)字儀表計中以克為單位讀數(shù)并記錄拉抻載荷到最接近的單位。
如果儀表未自動進行復位的話，必須進行調整以將儀表的夾子設定到其起始的開始位置。按如上所述將下一個紙條插入到二夾子中并得到以克表示的拉伸讀數(shù)。獲得所有的紙試樣條的拉伸讀數(shù)。應該指出的是，在進行試驗的同時如果在夾子中或邊上條滑動或破裂的話，應該舍去這些讀數(shù)。
計算就四條縱向的1＂寬的成品條來說，將四條個別記錄的拉伸讀數(shù)相加。將該總數(shù)除以被試的條的數(shù)目。此數(shù)目通常應該為四。還將該記錄的拉伸讀數(shù)的和除以每一拉伸條的未使用單元數(shù)。對1層或2層的制品來說，此數(shù)通常為五。
對橫向的成品條重復此計算。
對于以縱向切割的未轉化的原料紙或卷狀試樣來說，將四個個別記錄的拉伸讀數(shù)相加。將該總數(shù)除以測試的條的數(shù)目。此數(shù)通常為四。還將該記錄的拉伸讀數(shù)的和除以每一拉伸條的未使用單元數(shù)。此數(shù)通常為八。
對橫向的未轉化的或卷狀試樣紙條重復此計算。
所有的結果均為克/英寸單位。
實施例提供以下的實施例來說明如何實施本發(fā)明。這些實施例是被用來幫助說明本發(fā)明的，而不應被理解為是對本發(fā)明范圍的限制。本發(fā)明的范圍僅由權利要求書來限定。
首先，使用慣用的制漿機制備濃度約為3％的北方軟木槳(NSK)的含水淤漿并通過原料管道送入到長網(wǎng)造紙機的網(wǎng)前箱。
為了賦予成品臨時性濕強度，制備Co-BOND 1000的1％分散體并將其以足以輸送基于NSK纖維干重量的1％的Co-BOND 1000的速率添加到NSK原料管中。通過將被處理的淤漿穿過在線的混合機增大臨時性濕強度樹脂的吸附量。
用白水在扇形泵中稀釋NSK淤漿到約0.2％的濃度。
使用慣用的再碎漿機制成約3％重量的桉樹纖維的含水淤漿。
將此桉樹類淤漿通過原料管到另一扇形泵中，在扇形泵中用白水稀釋到約0.2％的濃度。
將NSK淤漿與桉樹纖維淤漿導入到適當?shù)匮b有層狀板的多通道網(wǎng)前箱中以便在泄放到輸送長網(wǎng)之前保持作為各層的物流。使用三室網(wǎng)前箱。占最終紙干重量80％的桉樹淤漿導入到產(chǎn)生二外層的每一層的室中，而占最終紙干重量20％的NSK淤漿導入到產(chǎn)生二桉樹纖維層之間的層的室中。在網(wǎng)前箱的出口處NSK淤漿與桉樹纖維淤漿結合成復合淤漿。
復合淤漿被排放到輸送長網(wǎng)上并借助導流板與真空箱而被脫水。
濕胚幅以約15％的濃度(在轉移點處)從長網(wǎng)輸送到每英寸分別具有84根縱向與76根橫向單絲，和具有約36％關節(jié)區(qū)的帶5-梭口的緞紋組織構型圖案的成型織物。
進一步的脫水是通過真空輔助的排水而完成的，直至幅的纖維濃度為28％。
在保持與帶圖案的成型織物接觸的同時，通過空氣吹透而將具有圖案的幅預干燥到約62％重量的纖維濃度。
然后用含0.25％選自下表組合物水溶液的噴霧起皺粘結劑將此半干的紙幅粘附到直徑為10英尺的楊克烘缸表面。所選的組合物代表實施例1-8。實施例1-3對應于聚乙烯醇和聚乙烯醇與現(xiàn)有技術所述的聚酰胺-表氯醇的混合物。實施例4-8是本發(fā)明的組合物。
實驗設計為三變量的組合物。所選用的組合物根據(jù)隨機的次序涂布到楊克烘缸上


聚乙烯醇為Airvol 540，由Air Products Company of Allentown，PA得到。
陽離子淀粉為RediBOND 5320，由National Starch and ChemicalCompany of Bridgewater，New Jersey得到。
聚酰胺-表氯代醇樹脂為Kymene 557H，由Hercules Inc.of Wilmington，DE得到。
所選的起皺粘合劑經(jīng)噴涂器噴涂到楊克烘缸表面。噴涂器沿烘缸橫向間隔裝有三個噴嘴。噴嘴型號為650050，由IL州，Wheaton市SprayingSystems公司獲得。將噴嘴對著烘缸表面，并相距25cm。噴涂器的位置與半干紙幅與楊克烘缸的接觸位置相隔約1米。將噴涂器壓力調節(jié)劑的100磅/平方英寸(psi)。在此壓力下，噴嘴以基于紙幅干重的每噸1.7磅起皺粘合劑的固體的速率噴出起皺粘合劑。
在紙幅用刮刀從楊克烘缸干起皺前纖維的濃度增加到約96％。
刮刀的斜角為約25度并以相對于楊克烘缸設置以形成約81度的沖擊角。
通過以約800fpm(英尺/分鐘)(約為244米每分鐘)操作楊克烘缸干燥器來調整百分起皺率到約18％，同時干幅以656fpm(約為201米每分鐘)的速度被形成為卷。
位于沿起皺刮刀和紙卷軸之間運行的紙幅上的紙幅張力計檢測紙頁的拉力(tension)來測定紙幅與烘缸的粘合程度。
將此幅轉化成定量約為18磅/3000英尺2的三層、單層的起皺的具有圖案壓密的薄頁紙制品。
用多變量回歸法對各種粘合劑配方所測得的紙幅張力的結果進行模型處理。在回歸中，所有可能使用三個輸入變量的第一和第二次項均包括在內(nèi)。逐漸除去顯著率小于95％的項，直到所有剩余的項在95％的置信區(qū)間為統(tǒng)計學上顯著性的。這可得到下列紙幅張力模型。
紙幅張力＝％PVOH×0.26+％陽離子淀粉×0.31+％PAE×0.81-％PAE×％PVOH×0.70-％PAE×％陽離子淀粉×0.56，其中，％PVOH，％陽離子淀粉和％PAE分別表示作為起皺粘合劑使用的水性分散液的固體物部分的聚乙烯醇、陽離子淀粉和聚酰胺-表氯醇樹脂的百分比。
使用這一模型，下列紙幅張力值對應于下列的實施例的粘合劑配方。

上述結果表明本發(fā)明的分散液(實施例4、5、6、7、8)與現(xiàn)有技術的分散液(實施例1、2、3)相比可以得到更高的紙幅粘合。特別是，實施例8顯示粘合與刮刀率之間具有特別好的平衡。
權利要求
1.一種能用作起皺粘合劑的包括陽離子淀粉的水分散液，所述的陽離子淀粉每葡糖酐單位具有約0.001-0.2陽離子取代基，所述的水分散液包含約90-99.9％的水。
2.權利要求1的水分散液，還包括聚乙烯醇，所述的陽離子淀粉占分散液干重的約10-70％，所述的聚乙烯醇占分散液干重的約30-90％。
3.權利要求1的水分散液，還包括水溶性、熱固陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂，所述的陽離子淀粉占分散液干重的約50-90％，所述的陽離子聚酰胺-表鹵代醇占分散液干重的約10-50％。
4.權利要求3的水分散液，還包括聚乙烯醇，所述的陽離子淀粉占分散液干重的約10-70％，所述的陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂占分散液干重的約5-40％；以及所述的聚乙烯醇占分散液干重的約20-85％。
5.權利要求1-4之一的水分散液，其中所述的聚乙烯醇的水解度為約80-95％，所述的陽離子淀粉的陽離子取代基選自叔氨基烷基醚、季銨烷基醚及其混合物。
6.權利要求3或4的水分散液，其中所述的水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂為表鹵代醇與含有下列重復基團的聚酰胺前體的反應產(chǎn)物-NH(CnH2nHN)x-CORCO-其中n和x各為2或以上，R為C3-C10飽和脂肪鏈。
7.一種薄頁紙起皺方法，其包括a)將水分散液涂布于旋轉的起皺滾筒上，該水分散液包括約90-99.9％的水和約10-0.1％的固體物，其中所述固體物包括淀粉的每葡糖酐單位具有約0.001-0.2陽離子取代基的陽離子淀粉；b)將薄頁紙幅對著起皺滾筒壓榨使紙幅粘結于滾筒表面；和c)經(jīng)與刮刀接觸，從起皺滾筒上移去紙幅。
8.權利要求7的薄頁紙起皺方法，其中約50-90％的所述固體物為陽離子淀粉，約10-50％的所述固體物為水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂。
9.權利要求7的薄頁紙起皺方法，其中所述的固體物包括約10-70％的所述陽離子淀粉，所述的固體物還含有約5-40％的水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂和約20-85％的聚乙烯醇。
10.權利要求9的方法，其中所述的水溶性、熱固、陽離子聚酰胺-表鹵代醇樹脂包括表鹵代醇與含有下列重復基團的聚酰胺前體的反應產(chǎn)物-NH(CnH2nHN)x-CORCO-其中n和x各為2或以上，R為C3-C10飽和脂肪鏈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在干燥起皺薄頁紙制備過程中涂布到起皺表面上的粘結劑。這種粘結劑包括陽離子淀粉和任選的聚乙烯醇和水溶性、熱固陽離子聚酰胺－表鹵代醇樹脂。該粘結劑為干燥起皺提供了高的粘結力和刮刀率。
文檔編號D21H27/30GK1251149SQ98803551
公開日2000年4月19日 申請日期1998年2月5日 優(yōu)先權日1997年2月5日
發(fā)明者肯尼思·D·文森, 霍華德·T·迪森, 巴特·S·赫斯科 申請人:普羅克特和甘保爾公司