專利名稱:用于紙加工的泡沫涂布器的制作方法
本發(fā)明涉及用于紙加工的設(shè)備和方法，更準確地說涉及到向移動的卷筒紙上涂布泡沫狀處理合劑的泡沫涂布器，例如在造紙和最后加工工序時。
使用多種技術(shù)均可以完成向襯底上涂布泡沫狀處理合劑的工作。美國專利4，023，526〔愛斯黑摩思(Ashmus)等人〕描述了向襯底上涂布泡沫狀處理合劑的泡沫涂布器。愛斯黑摩思(A-shmus)等人的專利所描述的泡沫涂布器可以選用各樣寬度的涂布口結(jié)構(gòu)，該涂布器能用于處理任何多孔的襯底，例如紡織品或者非紡織材料、紙、皮革或者木質(zhì)三合板。愛斯黑摩思(Ashmus)等人所描述的泡沫涂布器，它只能在處理的襯底上涂布低的濕涂層量，也就是減少了襯底上液體的吸附，例如水的吸附。愛斯黑摩思(A-shmus)等人的專利以及其包含的所有具體實施方案基本上是以處理紡織品為目標的。
紡織品的透氣性相對高，這樣的性質(zhì)易于使空氣從與紡織品纖維相接觸的泡沫中的液體分離出來?？墒?，許多紙材料基本無孔并且其透氣性相對較低，例如未加工完的書寫紙、書用紙、新聞紙、掛面紙板、箱板、盒板以及諸如此類材料。這樣的紙與紡織品相對比，其吸收能力相對較低并且其液體吸收速度極低。相對低的吸收能力，尤其是較低的液體吸收速度，使得均布泡沫狀合劑中適宜的處理劑是相當困難的，特別是在調(diào)整處理過程中，例如在工業(yè)造紙和最后加工工序時。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，愛斯黑摩思(Ashmus)等人的專利概括性描述的泡沫涂布器在高速處理基本無孔的卷筒紙時，不能在卷筒紙上均布泡沫狀處理合劑。
已經(jīng)設(shè)計了向紙上涂布泡沫狀處理合劑的其它技術(shù)。美國專利4，081，318〔威特斯莫(Wietsma)〕描述了將泡沫狀處理合劑涂布于卷筒紙上的方法，它是使卷筒紙通過造紙機的網(wǎng)板區(qū)，使用負壓使卷筒紙吸住在其上的泡沫。威特斯莫(Wiets-ma)系統(tǒng)設(shè)計的目的在于，在沒有任何直接機械接觸或壓迫泡沫的情況下而將泡沫涂布于紙上。美國專利4，348，251〔波爾思(Pauls)等人〕描述了另一種非接觸型泡沫涂布器。美國專利4，158，076〔沃思特(Wallsten)〕描述了將泡沫狀處理合劑涂布于卷筒紙上的一種方法和設(shè)備，在泡沫涂布區(qū)完成了在紙上均布處理合劑的工作，該涂布區(qū)在泡沫與紙接觸的區(qū)域有一個開口或向上氣流。
因此，需要一種用于紙加工的泡沫涂布器和涂布方法，以便它能涂布較寬選擇范圍的紙?zhí)幚韯Ｋ褂玫囊簯B(tài)處理合劑其粘度、有效濃度和其它性質(zhì)均可在較寬范圍內(nèi)變化，并且在相對高速情況下例如在紙的生產(chǎn)工序和最后加工工序時，它可涂布包括無孔紙在內(nèi)的多種卷筒紙。
本發(fā)明涉及到用于紙加工的泡沫涂布器和方法，該涂布器包括下列相互配合的構(gòu)件。涂布器具有一個基面、一個前唇板和一個與其相平行的后唇板。兩唇板從基面處有角度地伸出。在兩唇板間形成一個泡沫涂布腔，涂布腔每一端均由端壁封閉。在基面上的一個或更多的孔使得來自于泡沫發(fā)生器的泡沫以均勻分布的形式進入涂布腔中。前唇板具有頂部內(nèi)端面和外端面，后唇板具有頂部外端面和一條由頂部外端面與后唇板內(nèi)壁形成的邊。前唇板內(nèi)端面和其內(nèi)壁形成角A，后唇板外端面與其內(nèi)壁形成角B。前唇板頂部內(nèi)端面和后唇板的邊之間形成涂布口，當襯底接觸唇板且沿橫向通過涂布口時，就使泡沫有效地涂布在襯底上。角A大于90°，角B小于90°。從基面處延伸的前唇板的高度高于后唇板。
處理紙的方法包括以下幾個基本步驟。第一步包括(1)形成一種快破、快濕、低穩(wěn)定性的泡沫狀處理合劑。第二步包括(2)使泡沫通過泡沫涂布器基面上的一個或多個孔，把均勻分布的泡沫移入泡沫涂布腔中。所述的涂布腔是由從基面處有角度伸出的前唇板和與其相平行的后唇板間形成的腔，腔的每一端由端壁封閉。第三步包括(3)使卷筒紙沿橫向沿著前唇板的頂端面和后唇板頂部外端面與其內(nèi)壁間形成的邊通過，并與唇板相接觸。卷筒紙接近前唇板時與垂線成角C，稱為前輸入角C;卷筒紙離開前唇板時與垂線成角D，稱為前輸出角D，并且卷筒紙離開前唇板時走向是朝向基面;卷筒紙接近后唇板時與后唇板內(nèi)壁成角E，稱為后輸入角E;卷筒紙離開后唇板時與接近它時的方向成角F，稱為后輸出角F。角C大于或等于0°，角D大于0°，角E大于90°，角F大于或等于0°。第四步包括(4)將可控數(shù)量的泡沫涂布于卷筒紙表面，使得液態(tài)處理合劑均勻分布在卷筒紙上。
附圖1是使用本發(fā)明方法的本發(fā)明泡沫涂布器側(cè)視示意圖。
附圖2是一個說明涂布器唇板和紙的相對位置以及構(gòu)件和構(gòu)件之間的角度關(guān)系的側(cè)視圖。
本發(fā)明提供了處理紙的泡沫涂布器和涂布方法，使用它可將處理合劑均勻分布在襯底之上，例如在高速造紙和最后加工工序的卷筒紙上。本發(fā)明涂布器和涂布方法適合于較寬范圍的紙?zhí)幚韯┖鸵后w吸收速度較低的卷筒紙(包括基本無孔的卷筒紙)，并且對于包括高速紙生產(chǎn)過程的典型造紙工藝和最后加工工序它也是有效的。
了本發(fā)明沫泡涂布器的一個實施例。應(yīng)該注意到，附圖并沒有給出它的比例，而是對實施例進行了示意性的說明，以助于對本發(fā)明的討論和理解。
除去另外指明外，使用于本發(fā)明的空間方向是這樣規(guī)定的，即長度的測量是沿著紙移動通過涂布器涂布口的方向;寬度的測量是在卷筒紙橫向沿著泡沫涂布器唇板的方向;高的測量是按照垂直于紙面的方向。
參照附圖1，把由泡沫發(fā)生器(圖中沒有示出)制備的泡沫狀處理合劑供給泡沫分布腔10。泡沫發(fā)生器的具體類型并無特定要求，可以使用任一市場上可買到的發(fā)生器，例如可以提供均勻泡沫的公知的軸流式的、徑向的或者靜態(tài)型的泡沫發(fā)生器。泡沫分布腔10的目的在于提供均勻分布的泡沫，泡沫在引入時通常為園柱形截面，分布腔10將其變?yōu)槠鋵挾仁墙咏鼘⒁幚硪r底寬度的基本為矩形的形狀。泡沫分布腔10的具體設(shè)計并無特定要求，只要在泡沫分布腔10的頂部能夠沿泡沫流橫向全寬提供均勻的泡沫流體即可。美國專利4，237，818〔克利福德(Cliffozd)等人〕描述了一個典型的分布腔，可以將它使用于本發(fā)明。
在基面30上的一個或更多的開孔20將均勻分布的泡沫移入泡沫涂布腔40。基面30上開孔20的寬度以及泡沫涂布腔40的寬度接近于基面30處泡沫涂布腔10的寬度。開孔20的具體高度要求并不高，但是最好與標準結(jié)構(gòu)允許厚度大致相等。具有一個或更多開孔20的基面30的目的在于使泡沫分布腔10和泡沫涂布腔40間形成一個微小的壓力差，從而促使在泡沫涂布腔40中均勻分布泡沫流體。
在從基面30處有角度地伸出的前唇板50和一個平行于前唇板的后唇板60間形成了泡沫涂布腔40。泡沫通過泡沫涂布腔40而達到遠離基面30的涂布腔40的端部處的涂布口70，在涂布口70處泡沫與襯底80相接觸。當泡沫在涂布口70處與移動的襯底相接觸時，泡沫回復(fù)為液態(tài)，使得液態(tài)處理合劑均勻分布在襯底表面上。
附圖2給出了附圖1中泡沫涂布器更為詳細地視圖。在前唇板50的內(nèi)壁90和后唇板60的內(nèi)壁100之間形成泡沫涂布腔40，涂布腔的每一端由端壁(沒有示出)封閉。外端面110和內(nèi)端面120確定了離開基面30的前唇板50的端部。外端面130和外端面130與內(nèi)壁100間形成的邊140確定了離開基面30的后唇板60的端部。
前唇板的內(nèi)端面120和其內(nèi)壁90相交成角A，后唇板外端面130和其內(nèi)壁100相交成后角B。角A大于90°，優(yōu)先選用從大約91°到大約135°的角度，并且最先選用從大約105到大約125°的角度;角B小于90°，優(yōu)先選用大約從1°到大約70°的角度，并且最先選用大約為45°的角。如圖所示，前唇板50的端部從基面30處伸出的高度是高于后唇板60的端部。
與襯底相接觸的前唇板50和后唇板60的端面可以是任一選定的結(jié)構(gòu)，只須保持前面所述的方位。兩端面可以是尖角的、楔形的、扁平的、拱形的或者其它曲面。如果前唇板的內(nèi)壁90或者內(nèi)端面120或者后唇板的內(nèi)壁100或者外端面130是曲面，這樣，從上述表面平直部份延伸的相交線確定了角A或角B。如果上述表面不存在平直部份，角A和角B是這樣確定的，即，從上述表面橫斷面線的中點向表面端部延伸，兩延伸線相交即可確定該角。后唇板60的邊140優(yōu)先選用尖銳的或諸如此類的窄結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的方法中，如圖所示方向，襯底紙80從右到左沿橫向通過泡沫涂布器。紙80沿前唇板50端面的全寬與其相接觸，覆蓋著外端面120和內(nèi)端面110之間的交線。紙80也沿著后唇板60端面的全寬與其相接觸。這些接觸足以在前唇板50和后唇板60間形成涂布口70的密封。密封是由受底拉力和沿橫向通過涂布器唇板50和60的襯底所確定的結(jié)構(gòu)的相互作用形成的。
襯底80接近前唇板50時與垂線(附圖2中用水平虛線表示)成角C，稱為前輸出角C。該角是從大于或等于0°直到小于90°，優(yōu)先選用的角度為0°到大約60°，并且最先選用的角度為大約15°到大約45°。襯底80離開前唇板并且朝向基面30移動時與垂線成角D，稱為前輸出角D，該角是在0°到90°之間，優(yōu)先選用約0°到50°的角，并且最先選用的角度是從大約1°到大約25°。襯底80接近后唇板60時與后唇板內(nèi)壁100成角E，稱為后輸入角E，該角從90°到180°，優(yōu)先選用大約90°到140°，并且最先選用的角度是從大約91°到大約115°。襯底80離開后唇板60時與接近它時的方向(圖2用虛線表示)成角F，稱為后輸出角F，該角是從大于或等于0°直到小于90°，優(yōu)先選用約為0°到60°，并且最先選用從約15°到約45°的角。角E和角F之和小于180°。
如附圖2所示，前輸出角D以角的形式限定了由基面30伸出的前唇板50與后唇板60長度之差。
前唇板50有一后角G，后角G是朝向基面30傾斜的內(nèi)端面120與垂線的交角。因此，前唇板后角G等于前唇板角A減去90°。前唇板后角G至少是等于、優(yōu)先選用大于前輸出角D，并且最好其角度約為1°至30°之間。
附圖2中用×表示了泡沫涂布腔40的長度，該長度是襯底80通過涂布口70的距離。對其長度并無嚴格要求，它可以選用大于0的任一值，優(yōu)先選用大約0.4至大約50.8毫米，最先選用從大約3.2到19.1毫米的尺寸。泡沫涂布腔40的長度×影響到涂布于襯底的泡沫的壓力，當然壓力也依賴于泡沫的密度、泡沫涂布速度和紙通過泡沫涂布器的速度。
基面30之上唇板50和60的高度并無嚴格要求，但是它也應(yīng)該足以將泡沫涂布腔40內(nèi)自由的泡沫的混亂限制到最低程度。唇板50和60的一般平均高度是泡沫涂布腔40長度的大約5到40倍，優(yōu)先選用大約6至20倍的范圍。
隨著本發(fā)明操作的進行，在泡沫涂布腔40中產(chǎn)生大于環(huán)境壓力的正壓。使用一種聯(lián)于泡沫涂布腔40的壓力傳感裝置(例如，一種液體壓力計或一種壓力表)可以監(jiān)視上述壓力。壓力值是以足以保證將液態(tài)處理合劑涂布在移動的襯底上為準。根據(jù)各種因素確定壓力值，例如泡沫密度、泡沫流動速度、襯底的運動速度、襯底的吸收能力和襯底的氣孔率。上述正壓(例如大于0)一般是在大約0.01到10磅/英寸2，優(yōu)先選用0.1到3.0磅/英寸2，并且最先選用大約0.3到大約1磅/英寸2的壓力。
上述本發(fā)明適合于處理所有紙基材料的卷筒紙，尤其包括用濕法涂層造紙工藝生產(chǎn)的紙。上述方法特別適合于滲透性相對低的基本無孔的紙。所說明的卷筒紙包括無孔的紙，例如未經(jīng)過最后加工的書寫紙、書本紙、新聞紙、掛面紙板、紙箱板、盒紙板和諸如此類的紙;含孔紙，例如棉紙、過濾紙和諸如此類的紙。卷筒紙可具有從干燥直至接近飽和的任一濕度。
盡管上述對本發(fā)明的描述僅限于紙加工的范圍內(nèi)，但是本發(fā)明權(quán)利要求
的范圍也將擴大至基本相同的纖維板材料。這是因為使用本發(fā)明泡沫涂布器或涂布方法時，對于低氣孔率、低吸濕度和高速處理的纖維板材料它都可以容易地均勻分布處理劑。
用于本發(fā)明方法的液態(tài)處理合劑基本由紙?zhí)幚韯┖鸵簯B(tài)載體組成。該合劑通常含有起泡劑。紙?zhí)幚韯┦且环N欲涂布于卷筒紙上的活性劑，所需液態(tài)載體通常作為一種載體幫助紙?zhí)幚韯└街诰硗布埳?。紙?zhí)幚韯┛梢匀魏涡问教幱谝簯B(tài)載體之中，例如懸浮、乳化、溶解或其它在該技術(shù)領(lǐng)域：
中已知的方法。
使用于本發(fā)明方法的紙?zhí)幚韯┦且延屑夹g(shù)中認為當其涂布在紙上是對紙有益的材料。典型的紙?zhí)幚韯┌▽堄行Ш陀杏玫幕瘜W添加劑，例如對產(chǎn)品性能和工藝性能有益的化學物質(zhì)。所說明的紙?zhí)幚韯┌z粘輔助劑，例如淀粉、酪素、動物膠、包括聚乙烯醇的合成樹脂和諸如此類的可以添加到漿化稀漿或者制成的紙上的材料;粘合劑，它包括濕強度或者干強度樹脂，例如乙烯酰胺的聚合物和共聚多酰胺、丙烯腈、聚酰胺、聚胺、聚酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酯和如樹脂、改良橡膠、乙二醛以及諸如此類的材料;染色劑，它包括直接的活性的和熒光類的染料和如二氧化鈦或類似的加白劑的顏料，或者染紙常用的有機顏料類型的染色劑;防油或防水劑;除泡劑，它使用的程度是使起泡劑不會無效;填充劑;腐漿防治劑;膠乳;浸漬劑;石蠟乳劑;和其它材料。也可以使用一種以上的紙?zhí)幚韯┑幕旌衔铩?br> 紙?zhí)幚韯┑臐舛炔o嚴格要求，根據(jù)本領(lǐng)域的習慣，只要能將有效數(shù)量的處理劑提供到卷筒紙上，以保證處理過的卷筒紙具有所要求的性質(zhì)即可。根據(jù)具體的紙?zhí)幚韯?、泡沫涂布速度、紙移動速度、紙的性質(zhì)和其它條件(這些確定了卷筒紙上紙?zhí)幚韯┑乃枇?改變所需紙?zhí)幚韯┑木唧w濃度。以重量百分比計，液態(tài)處理合劑中紙?zhí)幚韯┑臐舛纫话阍诖蠹s1%至大約70%，優(yōu)先選用大約2%至50%，并且最先選用4%至30%(在液態(tài)載體中的紙?zhí)幚韯?。
液態(tài)載體的具體類型并無嚴格要求，只要它能完成幫助紙?zhí)幚韯└街诰硗布埳系娜蝿?wù)即可。所說明的液態(tài)載體包括水、有機溶劑和類似的適合于紙、紙生產(chǎn)或最后加工工序的材料。優(yōu)先選用水做液態(tài)載體。
使用于本發(fā)明方法的液態(tài)紙?zhí)幚砗蟿┩ǔ：衅鹋輨?，以便提供具有必要結(jié)構(gòu)的泡沫。在一些情況下，紙?zhí)幚韯┮彩且环N起泡劑，可產(chǎn)生具有必要結(jié)構(gòu)的泡沫，所以不需要再加入起泡劑。起泡劑的具體類型并無嚴格要求，可以選用在此領(lǐng)域內(nèi)熟知的能產(chǎn)生需要泡沫的起泡劑。典型的起泡劑是表面活化劑，也就是表面活性劑，它將產(chǎn)生所需要的起泡特性。
例如，起泡劑包括(1)非離子或離子的表面活化劑，例如長鏈乙醇或長鏈烷基酚的乙烯氧化物加合物，比如，含有從大約10到大約50并且優(yōu)先選用從大約12到20個乙烯氧基單元的C10～C16線性伯醇、含有從大約10到大約50并且優(yōu)先選用從大約12到大約20個乙烯氧基單元的C8～C12烷基酚、含有大約10到50并且優(yōu)先選用含有大約12到20個乙烯氧基單元的C11～C15混合線性二代乙醇;脂肪酸鏈烷醇酰胺，例如椰子脂肪酸單乙醇酰胺;硫代丁二酸酯鹽，例如N-18烷基硫代丁二酸二鈉、N-(1，2-二羧乙基)-N-18烷基硫代丁二酸二鈉、硫代丁二酸鈉的二戊基酯、硫代丁二酸鈉的己二基酯、硫代丁二酸鈉的二辛基酯以及諸如此類;或者(2)陽離子或兩性表面活化劑，例如雙硬脂酰吡啶鎓氯;N-椰子-β-氨基丙酸(N-脂或者N-月桂基衍生物)或者它的鈉鹽;硬酯酰二甲基芐基氯化銨;甜菜堿或者用苯磺酸四元化了的叔烷基胺;或諸如此類。上述起泡劑均是已知的，除去上述給出的這些外，也可以使用任何類型的表面活化劑，或者也可以使用一種以上起泡劑的混合物。對于一種具體泡沫在選擇起泡劑時應(yīng)該注意到，所選用的起泡劑應(yīng)該不會與存在的其它助劑發(fā)生不適當?shù)姆磻?yīng)或防礙起泡或者處理過程。
可選擇性地向液態(tài)處理合劑中添加一些與本領(lǐng)域熟知的工藝相容的輔助劑。它包括濕潤劑;泡沫穩(wěn)定劑，例如羥基乙基纖維素或者水解的爪耳樹膠;熱敏化劑;凝固劑;分散劑;掩蔽劑;抗氧化劑;上述輔助劑是加到這樣的程度，即，不會過分影響所需要泡沫的性質(zhì)或者影響到向卷筒紙上涂布處理劑。起泡劑和輔助劑的濃度遵循該領(lǐng)域熟知的習慣。
向處理合劑中添加組分的具體順序并無嚴格要求，可以遵循該領(lǐng)域熟知的習慣，以任何所希望的順序通過將一種液態(tài)載體、紙?zhí)幚韯?、起泡劑和其它可選擇的添加劑進行混合來制備它。
本發(fā)明所使用的泡沫包括氣體和液態(tài)處理合劑。所需要的氣體是作為泡沫的氣相組分。氣體可以是任一可以與液態(tài)處理合劑形成泡沫的氣態(tài)材料。典型的氣態(tài)材料包括空氣、氮氣、氧氣、惰性氣體或者諸如此類。其中優(yōu)先選用空氣。
液態(tài)處理合劑與氣體的相對比例是沒有嚴格要求的，只要能向泡沫涂布器中提供有效數(shù)量的所需均勻結(jié)構(gòu)的泡沫即可。
可以使用的泡沫優(yōu)先選用的是速破、低濕度、低穩(wěn)定性的泡沫。上述泡沫是一種具有極低穩(wěn)定性的快破泡沫，這種泡沫與襯底相接觸后基本立即轉(zhuǎn)化為液態(tài)。上述泡沫是低濕度的，則它將相對低的液態(tài)載體涂布在襯底上。上述泡沫具有均勻的結(jié)構(gòu)，則在泡沫各處均勻地分布含有紙?zhí)幚韯┑奶幚砗蟿?br> 泡沫的密度，泡的尺寸和半壽期優(yōu)先選用美國專利4，099，913〔威爾特(Walter)等人〕所描述的那樣(該專利在此引為參考文獻)。泡沫的典型密度能夠在從大約0.005到大約0.8，優(yōu)先選用0.01到大約0.6克/立方厘米的范圍。一般泡沫的泡的平均尺寸是直徑在0.05至大約0.5，優(yōu)先選用0.08至大約0.5毫米的范圍。泡沫半壽期一般是從大約1到60，優(yōu)先選用的半壽期大約是3到40分鐘。
優(yōu)先選用上述作為參考文獻的美國專利4，099，913〔威爾特(Walter)等人〕所描述的泡沫。特別作為優(yōu)先選用的是題目為“用于紙加工的泡沫合劑”(Foan Compesrtion Used In Paper Treatmert)即美國專利申請?zhí)?15，169(在此引用作為參考文獻)所描述的泡沫。
如上所述泡沫是使用本領(lǐng)域所熟知的泡沫發(fā)生器產(chǎn)生的。泡沫發(fā)生器通常包含一個機械的攪伴器，該攪伴器能將氣體和液態(tài)處理合劑定量地混合在一起。通過調(diào)節(jié)引入到起泡裝置中的氣體的體積和起泡器轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)速可以控制起泡。要想提供具有所需尺寸和半壽期的氣泡，轉(zhuǎn)速是相當重要的。液態(tài)合劑和氣體的相對進料速度將確定泡沫的密度。只要泡沫一產(chǎn)生，如上所述，就使它流到泡沫涂布器并使其涂布到紙基上。起泡和涂布泡沫的溫度是沒有嚴格要求的，它可以從環(huán)境溫度直到100℃或更高。在此情況下，可將液態(tài)處理合劑預(yù)加熱，或是在向襯底涂布的過程中加熱。
襯底通過泡沫涂布器涂布的速度可在很寬的范圍內(nèi)變動，它包括造紙和最后加工工序時典型的速度范圍，其典型的速度至少是大約200，優(yōu)先選用大約400至大約6000，最好是大約500至大約3500英尺/分鐘。
形成液態(tài)處理合劑和將其涂布到卷筒紙上時對溫度并無嚴格要求，但應(yīng)該遵循該領(lǐng)域中熟知的習慣。典型的溫度范圍是從環(huán)境溫度直至100℃或更高，在此條件下，可將紙?zhí)幚韯╊A(yù)加熱和/或在涂布過程中加熱。
可提供單一或多個泡沫涂布器和工序?？蓪⑴菽坎荚诰硗布埖娜我粋?cè)或涂布到其兩側(cè)。在多個或者兩側(cè)涂布過程中，每一泡沫涂布器可以涂布相同或不同的由一個或多個泡沫發(fā)生器產(chǎn)生的泡沫狀處理合劑。在多個或兩側(cè)涂布中，對于不同的涂布，所用泡沫數(shù)量和合成劑可是相同的或不同的。如同在造紙工序使用的那樣，多個泡沫涂布步驟可以是在同方向上聯(lián)續(xù)的，或也可用其它的處理步驟將其隔開。
沿橫向通過泡沫涂布器的襯底可由合適的引導(dǎo)裝置使其沿著涂布器唇板形成所需的接觸。引導(dǎo)裝置可設(shè)在泡沫涂布器前部、后部或者在前后部均設(shè)有引導(dǎo)裝置。典型的引導(dǎo)裝置包括紙輥、挾、棒或者諸如此類的能使襯底所有寬度沿橫向與唇板相接觸的有效裝置。一種優(yōu)先選用的引導(dǎo)裝置是真空動力吸持裝置，最好是將其安置在前唇板之前且與前唇板緊接。就如所引用的參考文獻，美國專利申請?zhí)?15，170〔布羅思(Brown)等人〕的“用于橈性板材料處理中的真空引導(dǎo)裝置”(Vacuum Guide Used In Flexible Sheet Material Preutment)。
本發(fā)明的液體涂布器及涂布方法優(yōu)先使用于連續(xù)的處理操作，常用于造紙及最后加工工序。
在一個典型的實施方案中，在一個市場上可買到的泡沫發(fā)生器中，使定量的液態(tài)處理合劑形成含有定量氣體的泡沫。使用一個合適的運送裝置使泡沫進入泡沫涂布器的分布腔中。在加壓情況下，泡沫流過泡沫涂布器基面上的一個或更多的孔，使得泡沫涂布腔中的泡沫具有正壓和均勻的分布。以上所指泡沫涂布腔是在由泡沫涂布器基面處有角度伸出的前唇板和一個與其相平行的后唇板內(nèi)壁間形成的。前唇板上有內(nèi)端面，它與其內(nèi)壁交角大于或等于90°。它與其內(nèi)壁相交形成后角，且其角小于90°。卷筒紙通常借助于引導(dǎo)裝置沿橫向通過泡沫涂布器，并使得卷筒紙在沿著前唇板的整個頂端寬度和后唇板外端面以及其內(nèi)壁形成的邊的整個寬度上相接觸。卷筒紙以0°或大于0°的前輸入角(與垂線交角)接近前唇板，并且以一個前輸出角(與垂線的交角)離開前唇板并且其走向是朝向基面。卷筒紙以大于90°的后輸入角(與后唇板內(nèi)壁交角)接近后唇板，并且它以0°或大于0°的后輸出角(與接近后唇板的方向的交角)離開后唇板。將可控數(shù)量的泡沫涂布在沿橫向通過泡沫涂布腔涂布口的卷筒紙的表面，使處理合劑均勻分布在卷筒紙上。
下述實施例是對本發(fā)明一些實施方案的說明，而不是要對其范圍進行限定。
實施例
用于實施例的標記具有下列意義
標記 說明
起泡劑Ⅰ 十二烷基酰氨基甜菜堿
起泡劑Ⅱ 十二烷基甜菜堿黃酸鈉
起泡劑Ⅲ 十二烷基硫酸鈉
起泡劑Ⅳ 十二烷基甜菜堿磺酸
示蹤物Ⅰ 商品名為Tectilon
紅ZB〔汽巴蓋革公司(Ciba Geigy Corp)〕酸性紅染料。
示蹤物Ⅱ 商品名為Leucophore
AC(桑多斯染料和化學藥品公司)(Sandoz Colors & Chemicals Co)的熒光染料。
示蹤物Ⅱ 商品名為Supernylite
蘭的錦綸蘭染料。
處理劑Ⅰ 商品名為Stayco
-M(AEStaly Mfg公司)的氧化的淀粉。
處理劑Ⅱ 商品名為(Cellosize
聯(lián)合碳化物公司)(Unite Carbide Corp)的具有QP-100M粘度梯度的羥乙基纖維素。
處理劑Ⅲ 商品名為Penford
樹膠280(皮奈克和福特公司)(Penick & Ford Inc)
除非下列另外指出外，這些實施例是使用一般的工藝。以給定比例，將指定的組分包括一種紙?zhí)幚韯┗驇追N紙?zhí)幚韯⑵鹋輨?、示蹤物和水進行混合制成液態(tài)處理合劑。示蹤物是一種染料，使用它可用目測來觀察經(jīng)過處理的紙，可以確定處理合劑涂布的均勻程度。將計量過的液態(tài)處理合劑與空氣供入一個市場上可買到的型號為8MHA櫟木混合器起泡器中，以便生成具有指定濃度的泡沫。從述沫涂布器注入口將泡沫輸送到泡沫分布腔中。其中涂布器注入口具有這些實施例指定的結(jié)構(gòu)。在選定的紙速下，將選定卷筒紙輸送到泡沫涂布器中，使卷筒紙與涂布器唇板的端面的整個寬度相接觸。按照預(yù)先所確定的，使紙分別以選定的前輸入角C和輸出角D通過前唇板，并且以選定的后輸入角E和輸出角F使其通過后唇板。除非另外指明以外，液態(tài)處理合劑是在環(huán)境溫度下進行制備和涂布的。液態(tài)處理合劑(以濕涂層重量計)和紙?zhí)幚韯?以干涂層重量計)的涂布數(shù)量也被指定。隨后，用纏繞輥收集處理過的紙。
使用一種布氏型RVF粘度計在合適的測量軸和慣用標準速度下確定所有的粘度。
對比實施例A
在此實施例中，使用以下所說明的工藝，使用美國專利4，023，526〔愛斯黑摩思(Ashmus)等人〕所描述的涂布器，將含有熱熬淀粉作為紙?zhí)幚韯┑囊簯B(tài)處理合劑涂布在紙面上。這種涂布器包括一個涂布腔和一個寬度大約等于紙寬的涂布口。泡沫從泡沫發(fā)生器中通過一個直徑為0.5英寸的輸送管被輸送到涂布腔中，涂布腔大約9英寸高，并且對著涂布口有一個長孔，沿紙的方向，該孔接近9英寸寬，0.5英寸長。涂布口的寬度和長度于其相同并且其高大約為1.5英寸。涂布口具有一個與卷筒紙相接觸的平的唇板，其長度大約從0.5到1.0英寸。涂布器唇板角A和角B都是90°。
在約200°F條件下，將一種含20wt%淀粉的水溶液熱熬超過30分鐘，隨后加入起泡劑和示蹤物，以制備下列的液態(tài)處理合劑。隨后用自來水將合劑稀釋至含10wt%淀粉。
處理劑Ⅰ-10wt%
起泡劑Ⅰ-1.5wt%
示蹤物Ⅰ-0.13wt%
水-88.37wt%
隨后將上述合劑起泡，并且通過上述泡沫涂布器將其連續(xù)地涂布到犢皮紙的紙面上。紙的重量大約為89.6克/米2，且為內(nèi)上膠，而不是外上膠。
所使用的涂布條件如下
泡沫密度-0.060克/厘米3
紙速-100英尺/分鐘
濕涂層重量-21.1克/米2
干涂層重量-2.1克/米2
涂布器間隙×-0.125英寸
涂布壓力-0.25磅/英寸2
角C-20°
角D-0°
角E-15°
角F-20°
角G-0°
通過觀察示蹤物分布，可以看到處理過的紙面的涂層極為均勻。上述實施例證明了已有技術(shù)的泡沫涂布器在襯底相對低速情況下，泡沫狀處理合劑的分布是均勻的。
對比實施例B
在本實施例中，除去淀粉濃度加至20%和合劑具有布氏粘度為180厘泊和加快紙速以外，重復(fù)使用對比實施例A的一般工藝、泡沫涂布器、液態(tài)處理合劑和紙。這時提供了下述條件
泡沫密度-0.060克/厘米3
紙速-500英尺/分鐘
濕涂層重量-10.5克/米2
干涂層重量-2.1克/米2
泡沫壓力-0.54磅/英寸2
當所有卷筒紙被處理后，可以觀察到示蹤物分布不均勻，即有的區(qū)域具有示蹤物的痕跡而有的地方則沒有。在加快紙?zhí)幚硭俣葧r，本實施例指出了使用具有等高和沿長度方向為平直端面唇板的缺點。
對比實施例C
在本實施例中，除去液態(tài)處理合劑不含有淀粉外，重復(fù)對比實施例B。示蹤物的分布指出，涂布是非常均勻的。將本實施例與對比實施例B對比表明，在高速處理卷筒紙條件下，在泡沫合劑中的處理劑(例如淀粉)的存在影響涂布時可達到的均勻度。
對比實施例D
在本實施例中，按照對比實施例A的方法制備一種熱制淀粉液態(tài)處理合劑，其組分如下
處理劑Ⅰ-16.7wt%
染料劑Ⅱ-0.025wt%
起泡劑Ⅱ-0.50wt%
水-82.725wt%
在下列操作條件下，使用在先已描述的一般工藝進行處理。操作條件為
起泡劑密度-0.40克/厘米3
紙速-1500英尺/分鐘
濕涂層重量-10.8克/米2
干涂層重量-1.8克/米2
涂布器間隙×-0.25英寸
泡沫壓力-0.37磅/英寸2
涂布時濕度-170℃
除去改變涂布器唇板，使其前唇板端面長度減至大約0.375英寸，后唇板長度大約為0.125英寸，并且角E變?yōu)?0°外，按照實施例A設(shè)計泡沫涂布器。
示蹤物的分布指出，在各處大體上看涂層分布是均勻的。但仔細觀察，它就象“桔皮”一樣，即在微觀處是不均勻的。本實施例證明，涂布器唇板“平直部分”或端面的長度和結(jié)構(gòu)影響到了涂布的均勻度。
實施例1
本實施例中，按照對比實施例A的方法制備一種淀粉的液態(tài)處理合劑，其組分如下
處理劑Ⅰ-18.0wt%
示蹤物Ⅱ-0.025wt%
起泡劑Ⅰ-2.0wt%
水-79.975wt%
粘度-70cps
除去涂布時泡沫溫度是環(huán)境溫度外，使用對比實施例D的方法將合劑涂布在相同類型的紙上。所使用的泡沫涂布器類似于對比實施例A所用設(shè)備，對它略作改進，即后唇板的端面為一刃形邊，該刃形邊是在其頂部外端面和唇板內(nèi)壁間形成的，并降低后唇板，使接近后唇板的紙的后輸入角E為115°。具體操作條件如下
泡沫濃度-0.082克/厘米3
紙速-800英尺/分鐘
濕涂層重量-10.0克/米2
干涂層重量-1.8克/米2
涂布器間隙×-0.125英寸
泡沫壓力-2.17磅/英寸2
示蹤物的分布指出，涂層是非常均勻光滑的。本實施例證明，在高速下處理卷筒紙時，為了得到泡沫狀合劑均勻的涂層，涂布器唇板的設(shè)計及紙的方位是極為重要的。
實施例2-4，E-J
在本實施例中，使用了種種涂布器唇板結(jié)構(gòu)，完成了一系列實驗，所使用的紙、操作條件和泡沫涂布器如對比實施例A所述。使用的液態(tài)處理合劑如下
處理劑Ⅱ-～0.05wt%a
起泡劑Ⅲ-1wt%
示蹤物Ⅳ-1wt%
水-平衡(～97.75wt%)
a在其數(shù)量足以將布氏粘度增至大約50厘泊時。
改變泡沫涂布器唇板的結(jié)構(gòu)及安裝位置，如表格Ⅰ所述，可以觀察到涂布的均勻度。在對比實施例E-J中，如表格Ⅰ中星號＊所確定的那樣，一個或多個唇板結(jié)構(gòu)角或紙的方向角已經(jīng)降到極限可使用的范圍值上。
表格Ⅰ
在使用各種涂布口結(jié)構(gòu)和紙的方位條件下處理的涂布質(zhì)量。
唇板角 紙的方位角
實施例 A B C D E F G 分布的均勻度
E 105° -45° 52° 15° 45°＊61° 15° 不均勻條痕
F 105° 45° 13° 24° 82°＊20° 15° 不均勻露隙
G 105° 45° 34° 24° 82°＊43° 15° 條狀
H 105° 15° 40° 45° 90°＊61° 15° 不均勻
I 75°＊45° 42° 32° 122° 44° -15°＊點狀條痕
J 95-105° 45° 40° 11° 101° 31° 5-15°＊條痕
3 110° 45° 41° 17° 107° 41° 20° 平滑
4 120° 45° 45° 24° 114° 44° 30° 平滑
5 110° 45° 45° 9° 99° 41° 20° 平滑
＊極限可使用范圍
這些實施例證明了本發(fā)明泡沫涂布器和方法的最佳設(shè)計參數(shù)，可以在紙上獲得泡沫處理合劑的平滑均勻的涂層。
實施例5
在本實施例中，將實施例1的兩個泡沫涂布器安置在一個支撐框架上，使得液態(tài)處理合劑能均勻涂布在移動的紙的兩面上，紙的重量為89.6克/米2，且經(jīng)過內(nèi)上膠。
所使用的液態(tài)處理合劑包括
處理劑Ⅰ-16.7wt%
示蹤物Ⅱ-0.025wt%
起泡劑Ⅰ-2.3wt%
水-80.975wt%
將單一的泡沫流分為相等的兩股分別供給兩個泡沫涂布器，兩泡沫涂布器一個是位于紙的上部，另一個是位于紙的底側(cè)。所使用操作條件是
泡沫密度-0.25克/厘米3
紙速-800英尺/分鐘
濕涂層重量-每側(cè)10.8克/米2總量為21.6克/米2
干涂層重量-每側(cè)1.8克/米2總量為3.6克/米2
涂布器間隙-0.125英寸(每個)
泡沫壓力-大于零(未測量)
示蹤物的分布證明，在每一側(cè)液態(tài)處理合劑涂布均勻。本實施例證明，使用兩個本發(fā)明泡沫涂布器有可能在一個步驟中完成卷筒紙兩側(cè)的均勻涂布。
實施例6
在本實施例中，使用一個泡沫涂布器，將實施例5的合劑涂布到實施例5中快速移動的紙的一側(cè)，涂布條件如下
泡沫密度-0.38克/厘米3
紙速-2300英尺/分鐘
濕涂層重量-7.5克/米2
干涂層重量-1.25克/米2
涂布器間隙，×-0.125英寸
示蹤物的分布表明獲得了極為均勻的涂層。本實施例證明，在非常高的卷筒紙速度條件下也可達到均勻的涂布。
實施例7
在本實施例中，將實施例6的工藝及泡沫涂布器用于涂布非內(nèi)上膠的輕重量紙的紙面。所使用液態(tài)處理合劑包括
處理劑Ⅲ-4wt%
起泡劑Ⅰ-1wt%
示蹤物Ⅱ-0.025wt%
水-94.975wt%
使用操作條件是
泡沫密度-0.06克/厘米3
紙速-500英尺/分鐘
紙重-47.1克/米2
濕涂層重量-5克/米2
干涂層重量-0.2克/米2
泡沫壓力-1.8磅/英寸2
觀察示蹤物可以看到，經(jīng)過處理的紙涂層是均勻光滑的。本實施例表明，對于輕重量無膠紙也能進行輕重量的涂布。
實施例8
在本實施例中，把一種熱熬淀粉溶液涂布到一個預(yù)加熱紙面上，類似于在紙?zhí)幚頇C械上給紙面上膠的工藝條件。
熱水循環(huán)流過淀粉合劑貯罐，泡沫發(fā)生器和流入泡沫涂布器的泡沫輸送線的外套。將熱傳感裝置旋轉(zhuǎn)在泡沫流中的合適的位置，蒸氣與水的混合物被用來提供所希望的液態(tài)處理合劑和泡沫的溫度。
用足夠的時間將一個89.6克/米2內(nèi)上膠紙的紙輥在Desp-atch
空氣熱加熱室中預(yù)加熱，使其溫度升至160°F。通過普通的熱熬工藝制備一種液態(tài)處理合劑，其組分如下
處理劑Ⅰ-16.7wt%
示蹤物Ⅱ-0.025wt%
起泡劑Ⅰ-2.0wt%
水-81.275wt%
隨后，淀粉溶液保持在170°F條件下。將該溶液在170°F下在起泡器中起泡，隨后按照實施例2的方法，在170°F下使其輸送到泡沫涂布器中，并且將其涂布到已經(jīng)預(yù)加熱至160°F的紙面上。所用操作條件如下
泡沫密度-0.36克/厘米3
紙速-1200英尺/分鐘
濕涂層重量-10.8克/米2
干涂層重量-1.8克/米2
泡沫壓力-3.6磅/英寸2
涂布溫度-170°F
示蹤物的分布表明，經(jīng)過處理的紙上完全涂布有光滑和均勻的合劑，本實施例證明，在包括典型的升溫操作條件下的造紙操作中，本發(fā)明的方法和泡沫涂布器具有普遍有效的使用范圍。
實施例9
在本實施例中，就如實施例2那樣，除去允許液態(tài)處理合劑涂布前具有較高粘度外，使用標準的方法制備一種熱熬淀粉合劑。所用液態(tài)處理合劑含有如下組分
處理劑Ⅰ-12wt%
示蹤物Ⅱ-0.025wt%
起泡劑Ⅰ-2.0wt%
水-85.975wt%
粘度(布氏)-1000CPS
在下列條件下，將起泡的合劑涂布到具有內(nèi)上膠紙(重量大約89.6克/米2)面上，涂布條件是
泡沫密度-0.085克/厘米3
紙速-1200英尺/分鐘
濕涂層重量-15.0克/米2
干涂層重量-1.8克/米2
泡沫壓力-2.0磅/英寸2
涂布器間隙，×-0.125英寸
可以觀察到處理合劑分布均勻。本實施例結(jié)合以上實施例證明，基本上不依賴于處理合劑的粘度，本發(fā)明泡沫涂布器和方法有可能均勻分布處理合劑。
實施例11
在本實施例中，按照對比實施例A制備一種熱熬淀粉合劑，使用如下組分
處理劑Ⅰ-12wt%
示蹤物Ⅱ-0.05wt%
起泡劑Ⅳ-0.5wt%
水-87.45wt%
在下列條件下，使用以上所描述的一般方法和實施例2所描述的泡沫涂布器將該合劑涂布到具有內(nèi)上膠的紙(重量為89.6克/米2)上。條件為
泡沫密度-0.32克/厘米3
紙速-1500英尺/分鐘
紙重-89.6克/米2
濕涂層重量-10.8克/米2
干涂層重量-1.8克/米2
泡沫壓力-0.7磅/英寸2
涂布器間隙，×-0.50英寸
觀察示蹤物表明，處理過的紙面上各處處理合劑分布均勻。在先的實施例與本實施例表明，相對的不依賴于泡沫涂布器噴嘴間隙，例如在襯底移動方向上，泡沫涂布腔和其涂布口的長度，可以獲得處理合劑的均勻涂布。
權(quán)利要求
1、一種泡沫涂布器，其特征在于包括并且相互配合
(a)一個基面；
(b)一個前唇板和一個與其相平行的后唇板，兩唇板從所述基面有角度地延伸出來；
(c)一個泡沫涂布腔，該涂布腔在兩唇板內(nèi)壁間形成，并且其每一端部由端壁封閉；
(d)在所述基面上有一個或多個開孔，以便將來自于泡沫發(fā)生器的泡沫均勻輸送到所述腔中；
(e)該前唇板的頂部內(nèi)端面和外端面；
(f)該后唇板的頂部外端面；
(g)該后唇板頂部外端面和后唇板內(nèi)壁間形成的邊；
(h)一個前唇板后角A，該后角由前唇板內(nèi)端面和前唇板內(nèi)壁形成；
(i)一個后唇板后角B，該后角由后唇板外端面和后唇板內(nèi)壁形成；
(j)一個涂布口，該涂布口在前唇板內(nèi)端面和后唇板的所述邊之間延伸，用于使泡沫有效地涂布在沿橫向通過該涂布口的襯底上；其中，
(k)角A大于或等于90°；
(l)角B小于90°；
(m)在基面上前唇板的延伸的長度超過后唇板。
2、按照權(quán)利要求
1所述的泡沫涂布器，其特征在于，襯底是紙。
3、按照權(quán)利要求
1所述的泡沫涂布器，其特征在于，角A是從大約91°到135°，并且角B是從大約1°到大約70°。
4、按照權(quán)利要求
3所述的泡沫涂布器，其特征在于，角A從大約105°到大約120°，角B是大約45°。
5、按照權(quán)利要求
1所述的泡沫涂布器，其特征在于，在紙運動方向上測量，泡沫涂布腔和涂布口是從大約1/64到大約2英寸寬。
6、按照權(quán)利要求
5所述的泡沫涂布器，其特征在于，泡沫涂布腔和涂布口從大約0.1到大約0.75英寸寬。
7、一種用于處理紙的方法，其特征在于，包括
(1)制備一種快破、快濕、低穩(wěn)定性的液態(tài)處理合劑的泡沫;
(2)所說泡沫通過泡沫涂布器基面上的一個或多個孔，以便在泡沫涂布腔中獲得均勻分布的泡沫，該泡沫涂布腔是由從所述基面有角度地伸出的前唇板和與之相平行的后唇板的內(nèi)壁間形成，并且該涂布腔的每一端由端壁封閉;
(3)使卷筒紙橫向沿著前唇板頂端面和在后唇板頂部外端面與其內(nèi)壁間形成的邊上與唇板相接觸地通過;
其中卷筒紙
(ⅰ)接近前唇板時，與垂線成角C，稱為前輸入角C;
(ⅱ)離開前唇板時，與垂線成角D，稱為前輸出角D，且卷筒紙走向是朝向基面;
?、、、?接近后唇板時，與后唇板內(nèi)壁成角E，稱為后輸入角E;
(ⅰV)離開后唇板時，與卷筒紙接近后唇板時的方向成角F，稱為后輸出角;
其中
角C大于或等于0°;
角D大于0°;
角E大于90°;
角F大于或等于0°;和
(4)將可控數(shù)量的泡沫涂布在所述卷筒紙上，使得該處理合劑均勻分布在所述卷筒紙上。
8、按照權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于，角C從大約1°到大約60°，角D從大約1°到大約50°，角E從大約91°到大約140°，并且角F從大約1°到大約60°。
9、按照權(quán)利要求
8所述的方法，其特征在于，角C從大約15°到大約45°，角D從大約1°到大約25°，角E從大約91°到大約115°，并且角F從大約15°到大約45°。
10、按照權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于，將一種紙引導(dǎo)裝置安置在泡沫涂布器前唇板或后唇板或兩唇板的相近處，所述引導(dǎo)裝置是用于幫助卷筒紙與泡沫涂布器前、后唇板相接觸。
11、按照權(quán)利要求
10所述的方法，其特征在于，所述紙引導(dǎo)裝置是一種真空夾持裝置。
12、按照權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于，泡沫密度是從大約0.005到大約0.8克/厘米3，泡的平均直徑從大約0.05到大約0.5毫米，并且泡沫半壽期是從大約1到大約60分鐘。
專利摘要
具有特殊唇板結(jié)構(gòu)和襯底走向的泡沫涂布器，用于將泡沫狀處理合劑涂布于包括快速移動紙的襯底上，它能夠?qū)⑻幚韯┚鶆蚍植荚谝r底上。
文檔編號B05D3/02GK86102786SQ86102786
公開日1986年11月19日 申請日期1986年3月22日
發(fā)明者查爾斯·詹姆斯·坎寧安, 拉塞爾·李·布朗 申請人:聯(lián)合碳化公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan