專利名稱：包含季銨化合物和高含量游離胺的紙軟化組合物及包含所述組合物的軟薄頁紙制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及紙軟化組合物，該組合物可施用于薄頁紙以增強(qiáng)其柔軟性。本發(fā)明還涉及包含這些組合物的軟薄頁紙制品。
背景技術(shù)：
制備促進(jìn)舒適清洗而不以削弱性能為代價的柔軟薄紙和紙巾制品是致力于研究改進(jìn)薄頁紙的工程師和科學(xué)家長期以來的目標(biāo)。為減小磨損效應(yīng)即改進(jìn)薄紙制品的柔軟性進(jìn)行了無數(shù)的嘗試。一個引起廣泛關(guān)注的領(lǐng)域是向薄紙和紙巾紙制品添加化學(xué)軟化劑(本文也指“化學(xué)軟化劑”)。
有關(guān)化學(xué)軟化劑現(xiàn)有技術(shù)中的工作領(lǐng)域采取了兩條途徑。第一條途徑的特征在于，在薄頁紙幅的形成過程中通過添加軟化劑，或者在最終形成薄頁紙幅的大桶紙漿中加入吸引人的成分(加入到接近造紙機(jī)械的紙漿中)，或者當(dāng)潤濕紙幅位于造紙機(jī)械的長網(wǎng)造紙機(jī)布或干衣機(jī)布上時，加入到潤濕紙幅上。參見1993年11月23日公布的授予Phan和Trokhan的美國專利5,264,082，以及1991年10月22日公布的授予Ampulski等人的美國專利5,059,282。
第二條途徑的特征是在紙幅干燥后或過于干燥后向薄頁紙幅添加化學(xué)軟化劑。在造紙生產(chǎn)中可引入適用的方法，例如，在干燥紙幅卷繞進(jìn)入一輥紙前向其噴霧。本領(lǐng)域的示例性技術(shù)包括1993年6月1日公布的授予Ampulski等人的美國專利5,215,626；1993年9月21日公布的授予Ampulski等人的美國專利5,246,545；1996年6月11日公布的授予Warner等人的美國專利5,525,345，2000年12月19日公布的授予Vinson的美國專利6,162,329，2001年1月30日公布的授予Ficke等人的美國專利6,179,691；2001年7月17日公布的授予Trokhan等人的美國專利6,261,580；2002年7月16日公布的授予Vinson等人的美國專利6,420,013，公布于2000年4月20日的以Vinson等人名義提交的專利合作協(xié)定申請(PCT Application)WO 00/22231和00/22233；和2002年6月20日公布的以Vinson等人名義提交的專利合作協(xié)定申請(PCT Application)WO 02/48458。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，這兩種技術(shù)途徑，更具體地講第二條途徑，以高濃度存在于媒介物中具有脂質(zhì)體微觀結(jié)構(gòu)的化學(xué)軟化混合物的發(fā)明是先進(jìn)的。本領(lǐng)域最新的研究工作集中于改進(jìn)化學(xué)軟化組合物的流變學(xué)性質(zhì)。U.S.6,162,329提出使用高濃度的軟化劑組合物，該組合物以一定含量維持一定的粘度使之能夠易于施用至紙幅。具體地講，U.S.6,162,329提出將電解質(zhì)添加至組合物。WO 00/22231和22233通過使用雙層干擾劑產(chǎn)生膠束結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得化學(xué)軟化劑更有效地施用至紙幅，進(jìn)一步改進(jìn)了高濃度組合物的流變學(xué)。
不幸地是，現(xiàn)有技術(shù)盡管改進(jìn)了脂質(zhì)體軟化組合物的流變學(xué)，卻不能例如將所有季酯的粘度減少至一定水平，以使其能夠在造紙操作的應(yīng)用方法中有效地使用。例如，高濃度的季銨化的軟牛油-二-酯化的組合物與甲基二乙醇胺形成低粘度組合物，然而高濃度的季銨化的軟牛油-二-酯化的組合物與三乙醇胺仍舊是稠的組合物，該組合物例如在遞送高質(zhì)量軟化有益效果所必須的濃度時不能被施用至紙幅。
因此，尋找一種方法進(jìn)一步改進(jìn)包含季銨化合物的脂質(zhì)體軟化組合物的流變學(xué)以在紙制品中能夠使用更廣泛的該組合物是可取的。由本發(fā)明所提供的這些改進(jìn)的制品、組合物和方法如下列公開內(nèi)容所示。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于軟化吸收性薄紙的組合物，所述組合物包含a)季銨軟化活性成分；b)游離胺化合物，其含量能夠使得軟化組合物的叔胺與季胺的比率大于約0.06且小于約0.2；和c)所述軟化活性成分分散在其中的媒介物。
附圖概述雖然本說明書通過特別指出并清楚地要求保護(hù)本發(fā)明的權(quán)利要求書作出結(jié)論，但據(jù)信由下列說明并結(jié)合附加的實施例和下列附圖可更好地理解本發(fā)明，其中同樣的參考數(shù)字表示同樣的成分且其中附圖是圖示說明本發(fā)明添加軟化組合物化合物至薄頁紙幅方法的優(yōu)選下面將對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述。
發(fā)明詳述簡要地講，本發(fā)明提供了可施用至薄頁紙幅的組合物，最優(yōu)選地施用至干燥薄頁紙幅、過干的薄頁紙幅或半干的薄頁紙幅表面。所得的薄頁紙具有增強(qiáng)的可觸知的柔軟性。
本文所用術(shù)語“媒介物”是指完全溶解化學(xué)造紙?zhí)砑觿┑牧黧w，或用于乳化化學(xué)造紙?zhí)砑觿┑牧黧w，或用于懸浮化學(xué)造紙?zhí)砑觿┑牧黧w。媒介物也可用作包含化學(xué)添加劑或輔助遞送化學(xué)造紙?zhí)砑觿┑妮d體。所有的參考文獻(xiàn)是可互換的且不受限制。分散體是包含化學(xué)造紙?zhí)砑觿┑牧黧w。本文所用術(shù)語“分散體”包括真實溶液、懸浮液和乳液。對于本發(fā)明的目的，所有術(shù)語是可互換的且不受限制。如果媒介物是水或者水溶液，那么優(yōu)選地?zé)峒埛谂c組合物接觸之前干燥至水分含量低于其平衡水分含量(在標(biāo)準(zhǔn)條件)。然而，該方法同樣在或接近其平衡水分含量時也可施用至薄頁紙。
本文所用術(shù)語“熱薄頁紙幅”是指處于相對室溫升高了的溫度的薄頁紙幅。優(yōu)選地紙幅的升高的溫度至少約43℃，且更優(yōu)選地至少約65℃。
本文所用術(shù)語“干薄頁紙幅”包括干燥至水分含量少于其平衡水分含量的紙幅(過干的參看下述內(nèi)容)和水分含量與大氣水分處于平衡的紙幅。半干的薄頁紙幅包括水分含量超過其平衡水分含量的薄頁紙幅。最優(yōu)選地本文組合物施用至干燥的薄頁紙幅。
薄頁紙幅的水分含量涉及紙幅的溫度和紙幅所處環(huán)境的相對濕度。本文所用術(shù)語“過干的薄頁紙幅”是指在23℃和50％相對濕度的標(biāo)準(zhǔn)測試條件下將其水分含量干燥至低于其平衡水分含量的薄頁紙幅。處于23℃和50％相對濕度的標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的薄頁紙幅的平衡水分含量為大約7％。通過使用本領(lǐng)域已知的干燥方法例如Yankee干衣機(jī)或通氣干燥法將其升高至提升了的溫度，可將本發(fā)明的薄頁紙幅過分干燥。優(yōu)選地，按重量計，過干的薄頁紙幅將具有的水分含量少于7％，更優(yōu)選地為約0至約6％，且最優(yōu)選地水分含量為約0至約3％。
暴露于正常環(huán)境的紙典型地具有的平衡水分含量在5％至8％的范圍內(nèi)。當(dāng)紙被干燥和起縐時，片中的水分含量通常少于3％。經(jīng)制造后，紙從空氣中吸收水分。在本發(fā)明的優(yōu)選方法中，利用當(dāng)紙離開刮粉刀從Yankee干衣機(jī)移去時的低水分含量(或如果方法不涉及Yankee干衣機(jī)，當(dāng)這類紙幅從可供選擇的干燥方法中移去時，類似的紙幅的低水分含量)。
所有引用文獻(xiàn)的相關(guān)部分均引入本文以供參考；任何文獻(xiàn)的引用不可解釋為是對其可作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。
除非另外指明，本文中所述的所有百分?jǐn)?shù)、比率和比例均按重量計。
軟化組合物已知非常低含量的軟化添加劑，例如陽離子軟化劑，當(dāng)依照本發(fā)明施用至薄頁紙幅表面時，提供顯著的薄紙軟化效應(yīng)。當(dāng)施用軟化組合物時，由于軟化組合物具有高濃度的軟化活性物質(zhì)，所以施用相對低量的媒介物至紙幅。因此，可將組合物施用至干燥薄頁紙幅而不破壞紙幅的干燥纖維結(jié)構(gòu)且無需進(jìn)一步干燥薄頁紙幅。進(jìn)一步講，由于本發(fā)明的軟化組合物包含最小含量的非功能性成分，在其施用之后，組合物對于薄頁紙幅強(qiáng)度的影響最小。
令人驚奇地是，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在媒介物中包含季銨與最適宜含量的叔(或所謂的“游離的”)銨相組合的軟化組合物較之具有季銨與或者更低含量或者更高含量叔胺相組合的類似組合物，形成更加穩(wěn)定和更低粘度的多層囊泡分散體。不受理論的約束，據(jù)信叔胺對季胺的相對頭部基團(tuán)/尾部基團(tuán)的大小使得二者在個體分散體中異乎尋常地適應(yīng)。具體地講，據(jù)信叔胺共存于組成多層囊泡壁的柵狀層內(nèi)，改變了回轉(zhuǎn)半徑及因此所形成的乳液的粒徑。
通常，本發(fā)明的軟化組合物包含軟化活性成分，包含的游離或叔胺的含量能夠使得在媒介物中軟化組合物的叔胺與季胺比率大于約0.06和小于約0.2。當(dāng)施用至本文所述的薄頁紙時，這種組合物對于軟化薄頁紙是有效的。下面討論本發(fā)明軟化組合物的每一種組分、組合物的性質(zhì)、制造組合物的方法以及施用組合物的方法。
軟化活性成分本文所用術(shù)語“軟化活性成分”是指改進(jìn)了由持有特殊紙制品并用其擦皮膚的消費(fèi)者所感知的觸感的任何化學(xué)成分。雖然柔軟性對于紙巾制品是略微可取的，但是對于面巾紙和衛(wèi)生紙是尤其重要的性質(zhì)。這種觸知的柔軟性的特征在于，但不限于，摩擦性、柔韌性和光滑度以及個體描述者，例如感覺象光滑的、天鵝絨般的、絲綢般的或法蘭絨般的。適合的材料包括那些賦予薄紙光滑感覺的材料。這包括，僅為示例性目的，基本的蠟(例如石蠟和蜂蠟)以及油(例如礦物油和硅油及凡士林)和更復(fù)雜的潤滑劑和潤膚劑(例如具有長烷基鏈的季銨化合物、功能化的硅氧烷、脂肪酸、脂肪醇和脂肪族酯)。優(yōu)選的軟化活性物質(zhì)為季銨化合物；單酯、二酯或三酯季銨化合物；二-季酯化銨化合物或它們的混合物。
季化合物具有下式(R1)4-m-N+-[R2]mX-其中m為1至3；每個R1為C1-C6烷基、羥基烷基、烴基或取代的烴基、烷氧基、芐基或它們的混合物；每個R2為C14-C22烷基、羥基烷基、烴基或取代的烴基、烷氧基、芐基或它們的混合物；且X-為適用于本發(fā)明的任何軟化劑相容的陰離子。優(yōu)選地，每個R1為甲基且X-為氯離子或甲酯硫酸根。優(yōu)選地，每個R2為C16-C18烷基或鏈烯基，最優(yōu)選地每個R2為直鏈C18烷基或鏈烯基?？扇芜x地，R2取代基可衍生自植物油來源。幾種植物油(例如橄欖、低芥酸菜子、紅花、向日葵等)可用作脂肪酸來源以合成季銨化合物。支鏈活性物質(zhì)(例如由異硬脂酸制成)也是有效的。
這種結(jié)構(gòu)包括熟知的二烷基二甲基銨鹽(例如二牛油二甲基氯化銨、二牛油二甲基甲酯硫酸銨、二(氫化牛油)二甲基氯化銨等)和三烷基甲基銨鹽(例如三牛脂基甲基氯化銨、三牛脂基甲基甲酯硫酸銨、三(氫化牛油)甲基氯化銨等)，其中R1為甲基，R2為不同飽和含量的牛油基，且X-為氯離子或甲酯硫酸根。
如在Swern編輯Bailey的Industrial Oil and Fat Products，第三版，John Wiley and Sons(New York 1964)中所討論，牛油是一種天然存在的具有可變組成的物質(zhì)。由Swern編輯的上述指出的文獻(xiàn)中表6.13表明典型地78％或更多牛油的脂肪酸包含16或18個碳原子。典型地，出現(xiàn)在牛油中的半數(shù)的脂肪酸為不飽和的，主要是以油酸的形式存在。合成的和天然的“牛油”歸屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。也已知取決于產(chǎn)物特性的要求，二牛油基的飽和含量可以從非氫化(軟)至少許(部分氫化)或完全氫化(硬)進(jìn)行定制。所有上述描述的飽和含量特別地是指應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
這些季胺化合物的單酯、二酯或三酯的變化具有下式(R1)4-m-N+-[(CH2)n-Y-R3]mX-其中Y為-O-(O)C-，或-C(O)-O-，或-NH-C(O)-，或-C(O)-NH-；m為1至3；n為0至4；每個R1為C1-C6烷基、羥基烷基、烴基或取代的烴基、烷氧基、芐基或它們的混合物；每個R3為C13-C21烷基、羥基烷基、烴基或取代的烴基、烷氧基、芐基或它們的混合物；以及X-為任何軟化劑相容的陰離子。優(yōu)選地，Y＝-O-(O)C-，或-C(O)-O-；m＝2；和n＝2。每個R1取代基優(yōu)選地為C1-C3烷基，甲基是最為優(yōu)選的。優(yōu)選地，每個R3為C13-C17烷基和/或鏈烯基，更優(yōu)選地R3為直鏈C15-C17烷基和/或鏈烯基，C15-C17烷基，最優(yōu)選地每個R3為直鏈C17烷基?？扇芜x地，R3取代基可衍生自植物油來源。幾種類型植物油(例如橄欖、低芥酸菜子、紅花、向日葵等)可用作脂肪酸來源以合成季銨化合物。優(yōu)選地，橄欖油、低芥酸菜子油、高油酸的紅花和/或高芥酸菜子油用于合成季銨化合物。
如上面所提到的，X-可以為任何軟化劑相容的陰離子。例如，乙酸根、氯離子、溴離子、甲酯硫酸根、甲酸根、硫酸根、硝酸根以及類似物可用于本發(fā)明。優(yōu)選地X-為氯離子或甲酯硫酸根。
具有以上指定結(jié)構(gòu)且適用于本發(fā)明的酯-功能化季胺化合物的具體實施例包括熟知的二甲基硫酸季胺化酯-烷基銨鹽，其具有甲基或羥基乙基基團(tuán)，該基團(tuán)占據(jù)氨的未被酯-烷基官能團(tuán)取代的氮原子上殘留位置。這些之中最能應(yīng)用的是二酯二牛油甲基羥乙基甲酯硫酸銨。該分子的實際產(chǎn)物總是生成某一部分單酯-單牛脂基甲基二(羥乙基)甲酯硫酸銨和某一部分三酯三牛脂基甲基甲酯硫酸銨，以及在季胺化過程中未被硫酸二甲酯甲基化的某一部分單酯、二酯和三酯叔胺。這種類型合適的產(chǎn)物以“Agent 2450-15”得自Stepan Company。本發(fā)明可應(yīng)用的另一個常見的實施例是熟知的二牛油基二甲基甲酯硫酸銨，其類似地將伴隨著某些單酯-單牛油基二甲基羥乙基甲酯硫酸銨和叔胺兩種分子的類似物，這些類似物未被硫酸二甲酯甲基化。
通過甲基氯而甲基化的類似的季化合物也是常見的且包括在以上發(fā)明的范圍內(nèi)。
如上面所提到的，典型地，存在于牛油中的半數(shù)的脂肪酸是不飽和的，主要以油酸的形式存在。合成的以及天然的“牛油”歸屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。也已知取決于產(chǎn)物特性的要求，該牛油的飽和度可以從未氫化(軟)至部分氫化(少許軟)或完全氫化(硬)進(jìn)行定制。所有上述飽和含量特別地是指應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
根據(jù)理解取代基R1、R2和R3可任選地被多種基團(tuán)所取代，例如烷氧基、羥基或可以為支鏈。如上面所提到的，優(yōu)選地每個R1為甲基或羥基乙基。優(yōu)選地，每個R2是C12-C18烷基和/或鏈烯基，更優(yōu)選地每個R2是直鏈的C16-C18烷基和/或鏈烯基，最優(yōu)選地每個R2是直鏈的C18烷基或鏈烯基。優(yōu)選地R3是C13-C17烷基和/或鏈烯基，最優(yōu)選地R3是直鏈的C15-C17烷基和/或鏈烯基。優(yōu)選地，X-是氯離子或甲酯硫酸根。此外，酯功能化的季胺化合物可任選地包含最多約10％的單(長鏈烷基)衍生物，例如(R1)2-N+-((CH2)2OH)((CH2)2OC(O)R3)X-作為微量成分。這些微量成分可作為乳化劑且適用于本發(fā)明。
取決于所選軟化活性成分、期望的施用含量以及可能需要組合物中特殊含量軟化活性成分的其它因素，軟化活性成分的含量可在組合物的約10％和組合物的約60％之間變化。優(yōu)選地，軟化活性成分占組合物的約25％和約50％。最優(yōu)選地，軟化活性成分占組合物的約30％和約45％。
游離胺術(shù)語“游離胺”和“叔胺”在本文可互換使用。為了本發(fā)明的目的，叔胺定義為制備季銨分子過程中的中間產(chǎn)物。因此，它們將基本具有與各個季銨相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，區(qū)別僅在于它們將無法被甲基化?？商鎿Q地，叔胺具有與可施用的季銨相似的結(jié)構(gòu)，在季銨形成后可以被添加。叔胺具有相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)并不關(guān)鍵，單烷基、二烷基、三烷基的分配也沒有必要與季胺成品相同。事實上，對于本發(fā)明引入叔胺最迅速的方法是在季銨化過程中控制強(qiáng)甲基化試劑的摩爾比，使得反應(yīng)完成后叔胺與季銨的目標(biāo)比率得以保持。
組合物中游離胺的量由這個申請的測試方法部分中所描述的叔胺與季銨比率測試進(jìn)行測量。本發(fā)明組合物包含的叔胺的含量能夠使得叔胺與季銨的比率大于約0.06，優(yōu)選大于約0.08，更優(yōu)選地大于約0.1和小于約0.2，更優(yōu)選地小于約0.18，且更優(yōu)選地小于約0.14。
游離胺可以直接添加至組合物或優(yōu)選地可作為軟化活性物質(zhì)的一部分引入。游離叔胺是由酯化普通胺(例如三乙醇胺和甲基二乙醇胺)形成季胺化合物的生成過程中所形成的中間產(chǎn)物。典型地，在工業(yè)中生產(chǎn)軟化季化合物的過程中，酯胺的季銨化反應(yīng)進(jìn)行得接近完全使得叔胺與季銨的比率小于約0.02。本發(fā)明的組合物可以通過下述方法獲得在反應(yīng)完成之前將其停止，從而得到具有期望的叔胺與季銨比值的組合物。
媒介物本文所用“媒介物”用于稀釋本文所述組合物的活性成分，形成本發(fā)明的分散體。媒介物可溶解這樣的成分(真實溶液或膠束溶液)或這樣的可在遍及整個媒介物中分散的成分(分散體或乳液)。懸浮液或乳液的媒介物典型地是它們的連續(xù)相。即分散體或乳液的其它組分以分子水平分散或作為離散的顆粒遍及整個媒介物中。
為了本發(fā)明的目的，媒介物的一個用途是稀釋軟化活性成分的濃度，使得這種成分能夠有效且經(jīng)濟(jì)地施用至薄頁紙幅。例如，如下面所討論的，施用這種活性成分的一條路線是將其噴覆在輥上，輥然后將活性成分轉(zhuǎn)移至移動的薄頁紙幅上。典型地，只需要非常低含量的(例如按所述相關(guān)薄紙重量計約2％)軟化活性成分以有效地改進(jìn)薄紙柔軟性的觸感。這意味著需要非常精確的測量和噴霧體系以將“純的”軟化活性成分散布至工業(yè)規(guī)模薄頁紙幅的全部寬度。
媒介物的另一個用途是以對于薄紙結(jié)構(gòu)不傾向于移動的形式遞送活性軟化組合物。具體地講，期望施用本發(fā)明的組合物，使得組合物的活性成分主要存在于吸收性薄頁紙幅的表面，而最小限度地吸收至紙幅的內(nèi)部。不受理論的束縛，申請者認(rèn)為軟化組合物與優(yōu)選的媒介物的相互作用生成懸浮的顆粒，較之如果沒有媒介物而施用活性成分，該顆粒結(jié)合得更加迅速和持久。例如，據(jù)信在水中季軟化劑的懸浮液呈現(xiàn)液晶形式(可基本沉積在薄頁紙幅表面的纖維表面)。若沒有媒介物的幫助施用季軟化劑，例如以熔化的形式施用作為對照，趨向于芯吸進(jìn)入薄頁紙幅的內(nèi)部。
雖然軟化成分可以溶解在媒介物中且在那里形成溶液，但是由于安全和環(huán)境的原因，作為溶劑用于合適的軟化活性成分的物質(zhì)從商業(yè)角度來講是不可取的。因此，為了本發(fā)明的目的適用于媒介物中，物質(zhì)應(yīng)該與本文所述的軟化活性成分以及薄紙基質(zhì)(本發(fā)明的軟化組合物將沉積于其上)相容。進(jìn)一步地講，合適的物質(zhì)不應(yīng)包含產(chǎn)生安全問題(或者在薄紙制造過程中或者對于使用本文所述軟化組合物的薄紙制品的使用者)的任何成分且不會對環(huán)境產(chǎn)生無法接受的風(fēng)險。對于本發(fā)明媒介物合適的物質(zhì)包括羥基功能化液體，最優(yōu)選地為水。
軟化組合物的任選組分增塑劑如果季銨成分伴有適當(dāng)?shù)脑鏊軇?，使用如本文上述的季銨成分可最有效地達(dá)到目的。本文所用術(shù)語“增塑劑”是指在給定溫度能夠降低季銨成分熔點(diǎn)和粘度的成分。增塑劑可以在制造季銨成分過程中的季銨化步驟加入，或在季銨化之后但是在作為軟化活性成分施用之前添加。增塑劑的特征在于在化學(xué)合成過程中基本上是惰性的，且作為粘度減弱劑以利于合成。優(yōu)選的增塑劑為非揮發(fā)性的多羥基化合物。優(yōu)選的多羥基化合物包括甘油和分子量為約200至約2000的聚乙二醇，尤其優(yōu)選為分子量為約200至約600的聚乙二醇。當(dāng)制造季銨成分過程中添加這種增塑劑時，增塑劑占產(chǎn)物的約2％和約75％。尤其優(yōu)選的混合物包含約5％至約50％，更優(yōu)選約10％至25％的增塑劑。
電解質(zhì)滿足適用于本發(fā)明媒介物的物質(zhì)的上述一般標(biāo)準(zhǔn)的任何電解質(zhì)(對于降低水中軟化活性成分的分散體粘度是有效的)，適用于本發(fā)明的媒介物。具體地講，滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的任何已知的水溶性電解質(zhì)可以被包括進(jìn)本發(fā)明軟化組合物的媒介物中。當(dāng)電解質(zhì)存在時，按所述軟化組合物的重量計電解質(zhì)可使用的量最多為約25％，但優(yōu)選地按所述軟化組合物重量計不超過約15％。優(yōu)選地，按所述基于電解質(zhì)無水重量的軟化組合物的重量計，電解質(zhì)的含量在約0.1％和約10％之間。還更優(yōu)選地，按所述軟化組合物重量計使用的電解質(zhì)的含量在約0.3％和約1.0％之間。電解質(zhì)的最小量將是足以提供所需粘度的量。合適的電解質(zhì)包括堿或堿土金屬的鹵化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽和硫酸鹽以及相應(yīng)的銨鹽。其它有用的電解質(zhì)包括簡單有機(jī)酸的堿和堿土金屬鹽，例如甲酸鈉和醋酸鈉，以及相應(yīng)的銨鹽。優(yōu)選的無機(jī)電解質(zhì)包括鈉、鈣和鎂的氯化物鹽。對于本發(fā)明的軟化組合物，氯化鈣是尤其優(yōu)選的無機(jī)電解質(zhì)。一種尤其優(yōu)選的基于有機(jī)酸鹽的電解質(zhì)是甲酸鈉。
雙層干擾劑可將雙層干擾劑添加至本發(fā)明的軟化組合物中。適用于本發(fā)明組合物的雙層干擾劑優(yōu)選為表面活性物質(zhì)。這種物質(zhì)包含疏水和親水部分。優(yōu)選的親水部分是多烷氧基化基團(tuán)，優(yōu)選地為聚乙氧基化的基團(tuán)。當(dāng)使用這種優(yōu)選的雙層干擾劑時，其使用的含量為軟化活性成分含量的約1％和約20％之間。優(yōu)選地，雙層干擾劑存在的含量占軟化活性成分的約2％至約15％，更優(yōu)選約3％至約10％。
尤其優(yōu)選的雙層干擾劑是非離子表面活性劑，衍生自飽和的和/或不飽和的伯胺和/或仲胺、酰胺、胺-氧化脂肪醇、脂肪酸、烷基酚和/或烷基芳基羧酸化合物，在疏水鏈中每個優(yōu)選具有約6至約22，更優(yōu)選地約8至約18個碳原子，更優(yōu)選地為烷基或亞烷基鏈，其中至少一個所述化合物的活性氫用≤50，優(yōu)選地≤30，更優(yōu)選地為約3至約15，且甚至更優(yōu)選地為約5至約12的環(huán)氧乙烷部分乙氧基化，以提供HLB為約6至約20，優(yōu)選地為約8至約18，且更優(yōu)選地為約10至約15。用于包含季軟化活性物質(zhì)組合物的合適的雙層干擾劑，其更加完整的描述存在于序列號為09/413,578的美國專利申請中(以WO 00/22231公布)。
高聚物為了獲得本文軟化組合物可取的拉伸粘度特性，基本上與媒介物相容的高分子量聚合物(在下文稱為“高聚物”)也是適用的。在一個實施方案中，高聚物優(yōu)選具有基本為直鏈結(jié)構(gòu)，盡管具有短的(C1-C3)支鏈的直鏈或具有一至三個長的分支的支鏈也適用于本文。本文所用術(shù)語“基本相容”是指當(dāng)制備軟化組合物的連續(xù)相時，高聚物看來溶解于媒介物中(即連續(xù)相對于肉眼看起來是透明的或半透明的)。用于包含季軟化活性物質(zhì)組合物的合適高聚物的更完整的描述存在于序列號為09/997,950的美國專利申請中(以WO 02/48458 A1公布)。
微量組分媒介物也可包含為本領(lǐng)域已知的微量組分。實施例包括用于pH調(diào)節(jié)的礦物酸或緩沖體系(對某些軟化活性成分需要其維持水解穩(wěn)定性)以及將本發(fā)明的軟化組合物施用至薄頁紙幅時，作為加工助劑以減少泡沫的消泡成分(例如以商品名Dow Corning 2310購自Dow Corning，Corp.(Midland，MI)的硅氧烷乳劑)。
提供控制本發(fā)明軟化組合物中不可取微生物活性的方法也是可取的。已知生物體例如細(xì)菌、霉、酵母等等可導(dǎo)致組合物在貯藏過程中降解。依照本發(fā)明，軟化薄頁紙制品的組合物為這種生物體所污染，不可取的生物體也可潛在地轉(zhuǎn)移至薄頁紙制品的使用者。這些不可取的生物體可通過向軟化組合物添加有效量的生物殺滅物質(zhì)進(jìn)行控制。購自Avecia，Inc.(Wilmington，DE)的Proxel GXL，當(dāng)使用含量為約0.1％時，已發(fā)現(xiàn)是本發(fā)明組合物的有效生物殺滅劑。可供選擇地，組合物的pH可以調(diào)節(jié)得更加酸性一些，從而創(chuàng)造一個對于不可取的微生物更加不利的環(huán)境。例如那些以上描述的方法可以用于調(diào)節(jié)pH，使之處于約2.5至4.0的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在約2.5和3.5之間，更優(yōu)選地在約2.5和約3.0之間，從而創(chuàng)造這樣一個不利的環(huán)境。
還可使用穩(wěn)定劑改進(jìn)分散體的均勻性和儲藏期限。例如，購自Clariant Corporation(Charlotte，NC)的乙氧基化的聚酯，HOE S4060，為此目的也可包括在內(nèi)。
形成軟化組合物如上所指出，本發(fā)明的軟化組合物是媒介物中軟化活性成分的分散體。如上指出，媒介物的優(yōu)選主要組分是水。取決于所選的軟化活性成分，期望的施用含量和其它因素需要在組合物中有特殊含量的軟化活性成分，軟化活性成分含量可在所選媒介物中組合物的約10％和組合物的約50％之間變化。組合物也由游離胺組成，或者是直接加入的或者來自如上所述胺的不完全的季銨化，使得叔銨與季銨的比率大于約0.06和小于約0.20。
可任選地，非離子表面活性劑、高聚物或增塑劑可以可取的含量添加。另外，組合物可任選地包含簡單有機(jī)酸電解質(zhì)的堿或堿土金屬鹽以及可包含微量組分以調(diào)節(jié)pH、控制泡沫或有助于分散體的穩(wěn)定性。
本發(fā)明尤其優(yōu)選的軟化組合物按如下制備。包含這種組合物的物質(zhì)更具體地在表1中(在說明之后)詳細(xì)說明。每個步驟使用的量足以導(dǎo)致形成該表中詳細(xì)描述的組合物。將適當(dāng)量的水加熱(可添加額外的水以補(bǔ)償蒸發(fā)損失)至約93℃(200°F)。添加硫酸(38％的溶液)和消泡成分。同時，將軟化活性成分和增塑劑的混合物溫度升至約88℃(190°F)。然后將軟化活性成分和增塑劑熔融的混合物緩慢加入至加熱的酸性水溶液相，同時攪拌使分散相在整個媒介物中均勻分布。(雖然聚乙二醇的水溶解性可能將其運(yùn)送至連續(xù)相，但是這對于本發(fā)明不是必需的，并且因更加疏水而保持與季銨化合物的烷基鏈相聯(lián)結(jié)的增塑劑也是本發(fā)明范圍內(nèi)所允許的。)一旦軟化活性成分完全分散且分散體溫度為71-77℃(160-170°F)，間歇地添加部分甲酸鈉(以5％的溶液)同時攪拌以降低初始粘度。在持續(xù)攪拌條件下然后向混合物緩慢加入穩(wěn)定劑。在分散體冷卻至49-60℃(120-140°F)之后，然后加入部分甲酸鈉(以25％溶液)以進(jìn)一步降低粘度。在分散體冷卻至低于49℃(120°F)之后，添加殘留的甲酸鈉(以50％溶液)。最后，在持續(xù)攪拌條件下添加非離子表面活性劑。為確定活性成分，季活性物質(zhì)等于陽離子活性物質(zhì)。
表1組分濃度水 適量至100％電解質(zhì)12.3％消泡劑20.25％雙層干擾劑30.35％硫酸4 0.57％增塑劑519.4％穩(wěn)定劑61.8％軟化活性成分5 42.4％1.0.55％取自5％甲酸鈉水溶液，0.55％取自25％甲酸鈉水溶液及1.2％取自50％甲酸鈉水溶液。
2.硅氧烷乳劑(10％活性物質(zhì))-Dow Corning 2310，由DowCorning Corp.，Midland，MI市售。
3.合適的非離子表面活性劑購自Shell Chemical，(Houston，TX)其商品名為NEODOL 91-8。
4.以38％溶液購自J.T.Baker Chemical Company(Phillipsburg，NJ)。
5.增塑劑、軟化活性成分和微量惰性成分是以商品名Agent2450-15得自于Stepan Chemical Company(Northfield，Il)的預(yù)混物。
6.穩(wěn)定劑是Texcare 4060，購自Clariant Corp.，Charlotte，NC。
所得的化學(xué)軟化組合物是乳狀的、低粘度的分散體，適于施用至如下所述纖維質(zhì)的結(jié)構(gòu)以向這種結(jié)構(gòu)提供期望的能觸知的柔軟性。該組合物展示了剪切變稀的非牛頓粘度。叔胺與季銨的比率為0.13。
薄頁紙本發(fā)明通常可適用于薄頁紙，包括但不限于常規(guī)氈壓薄頁紙；圖樣致密薄頁紙；以及高堆積體積未壓實的薄頁紙。薄頁紙可以為均一化或多層結(jié)構(gòu)；且由此制得的薄頁紙制品可為單層或多層結(jié)構(gòu)。薄頁紙優(yōu)選地具有在約10g/m2和約80g/m2之間的基重，且密度為約0.60g/cc或更低。優(yōu)選地，基重須低于約35g/m2或更低；且密度為約0.30g/cc或更低。最優(yōu)選地，密度在約0.04g/cc和約0.20g/cc之間。
常規(guī)壓制薄頁紙及制備這種紙的方法為本領(lǐng)域所知。參見提交于2001年11月30日普通轉(zhuǎn)讓的美國專利申請09/997,950。一種優(yōu)選的薄頁紙是圖樣致密薄頁紙，其特征在于具有相對低纖維密度的相對高堆積體積區(qū)域以及相對高纖維密度的致密區(qū)域的排列?？晒┻x擇地，高堆積體積區(qū)域表征為墊座區(qū)域?？晒┻x擇地，致密區(qū)域稱為關(guān)節(jié)區(qū)域。在高堆積體積區(qū)域內(nèi)致密區(qū)域可以不連續(xù)地間隔開或者在高堆積體積區(qū)域內(nèi)完全或部分相互連接。制備圖樣致密薄頁紙幅優(yōu)選的方法公開于1967年1月31日授予Sanford和Sisson的美國專利3,301,746，1976年8月10日授予Ayers的美國專利3,974,025，1980年3月4日授予的美國專利4,191,609，及1987年1月20日授予的美國專利4,637,859；1967年1月31日授予Sanford和Sisson的美國專利3,301,746，1974年5月21日授予Salvucci，Jr.等人的美國專利3,821,068，1976年8月10日授予Ayers的美國專利3,974,025，1971年3月30日授予Friedberg等人的美國專利3,573,164，1969年10月21日授予Amneus的美國專利3,473,576，1980年12月16日授予Trokhan的美國專利4,239,065，以及1985年7月9日授予Trokhan的美國專利4,528,239。
未壓實的、非圖樣致密薄頁紙結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的設(shè)想范圍內(nèi)且描述于1974年5月21日授予Joseph L.Salvucci，Jr.和Peter N.Yiannos的美國專利3,812,000，和1980年6月17日授予Henry E.Becker，Albert L.McConnell和Richard Schutte的美國專利4,208,459。
本發(fā)明的軟化組合物也可施用于未起縐薄頁紙。本文所用術(shù)語，未起縐薄頁紙是指非壓縮干燥的薄頁紙，最優(yōu)選地是通過通氣干燥法得到。通氣干燥法所得的紙幅為圖樣致密的，使得相對高密度的區(qū)域分散在高堆積體積區(qū)域內(nèi)，包括其中相對高密度區(qū)域是連續(xù)的及高堆積體積區(qū)域是離散的圖樣致密薄紙。以這種方式制造未起縐薄紙技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)所提出。例如，公布于1995年10月18日的Wendt等人的歐洲專利申請0 677612A2中；公布于1994年9月28日的Hyland等人的歐洲專利申請0617 164 A1中；以及公布于1997年8月12日Farrington等人的美國專利5,656,132中。
配料造紙纖維用于本發(fā)明的造紙纖維通常包括衍生自木漿的纖維。其它纖維質(zhì)的纖維漿纖維，例如棉絨、甘蔗渣等，可以使用并旨在在本發(fā)明的范圍內(nèi)。合成纖維，例如人造絲、聚乙烯纖維和聚丙烯纖維，也可與天然纖維素纖維聯(lián)合使用?？墒褂玫囊环N示例性的聚乙烯纖維是Pulpex，購自Hercules，Inc.(Wilmington，DE)。
可適用的木漿包括化學(xué)木漿，例如Kraft(牛皮紙)木漿、亞硫酸鹽木漿和硫酸鹽木漿，以及機(jī)械木漿，包括例如碎木漿、熱力學(xué)木漿以及化學(xué)改性的熱力學(xué)木漿。然而，化學(xué)木漿由于能夠賦予由此制造的面巾紙片出眾的柔軟性觸覺，所以是優(yōu)選的。衍生自落葉樹(在下文中也指“硬木”)和針葉樹(在下文中也指“軟木”)的木漿也可利用。還可應(yīng)用于本發(fā)明的是來自回收紙的纖維，其可包含任何或所有上述種類，以及其它非纖維物質(zhì)，如用于促進(jìn)初始造紙的填充劑和粘合劑。
可任選的化學(xué)添加劑只要與軟化組合物的化學(xué)性質(zhì)相容且不顯著和不利地影響本發(fā)明的柔軟性或強(qiáng)度性質(zhì)，其它物質(zhì)可以添加至含水的造紙配料或雛形紙幅中，以賦予產(chǎn)品其它可取的特性或改進(jìn)造紙方法。雖然特別地包括下列物質(zhì)，但是對其的包括并不是包括一切的。其它物質(zhì)只要不妨礙或削弱本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，就也可包括在其中。
當(dāng)含水的造紙配料遞送至造紙過程時，通常向造紙過程中添加陽離子電荷偏置劑，以控制其電動電位。使用這些物質(zhì)是因為大多數(shù)固體在本質(zhì)上具有負(fù)的表面電荷，包括纖維素纖維和細(xì)纖維絲及大部分無機(jī)填充劑的表面。傳統(tǒng)上使用的一種陽離子電荷偏置劑是明礬。本領(lǐng)域最近進(jìn)行電荷偏置是通過使用相對低分子量的陽離子合成聚合物，優(yōu)選地具有分子量不超過約500,000、更優(yōu)選地不超過約200,000，或甚至約100,000。這種低分子量陽離子合成聚合物的電荷密度相對高些。這些電荷密度的范圍為約4至約8當(dāng)量氮陽離子每千克聚合物。一種示例性的物質(zhì)是Cypro514，Cytec，Inc.(Stamford，CT)的產(chǎn)品。這種物質(zhì)的使用在本發(fā)明的實踐范圍內(nèi)是明確允許的。
本領(lǐng)域提出了使用高表面積、高陰離子電荷的微粒以達(dá)到改善成型、排水、強(qiáng)度以及保持力的目的。參見例如1993年6月22日授予Smith的美國專利5,221,435，其公開內(nèi)容引入本文以供參考。
如果想得到永久的濕強(qiáng)度，可向造紙配料或雛形紙幅添加陽離子濕強(qiáng)度樹脂。這種樹脂合適的類型如1972年10月24日公布的美國專利3,700,623，以及如1973年11月13日公布的美國專利3,772,076中所描述，兩個專利均授予Keim。
當(dāng)潤濕時，許多紙制品必須具有有限的強(qiáng)度，這是因為需要通過盥洗室進(jìn)入化糞系統(tǒng)或下水道系統(tǒng)對其進(jìn)行處理。如果賦予這些制品濕強(qiáng)度，短暫的濕強(qiáng)度(其特征在于一旦處于有水存在的條件下，其初始強(qiáng)度部分地或全部地衰減)是優(yōu)選的。如果想得到短暫的濕強(qiáng)度，粘合劑物質(zhì)可選自二醛淀粉或其它具有醛官能團(tuán)的樹脂例如由National Starch andChemical Company(Scarborough，ME)所提供的Co-Bond 1000；Cytec(Stamford，CT)所提供的Parez 750；以及如1991年1月1日公布的授予Bjorkquist的美國專利4,981,557中所描述，以及其它為本領(lǐng)域所知的具有上述衰減性質(zhì)的這種樹脂。
如果需要增強(qiáng)的吸收性，可使用表面活性劑以處理本發(fā)明的薄頁紙幅。如果使用表面活性劑，基于薄頁紙幅的干纖維重，按重量計其含量優(yōu)選為約0.01％至約2.0％。表面活性劑優(yōu)選具有八個或更多碳原子的烷基鏈。示例性陰離子表面活性劑包括直鏈烷基磺酸鹽和烷基苯磺酸鹽。示例性非離子表面活性劑包括烷基葡萄糖苷，其包括烷基葡萄糖苷酯例如Crodesta SL-40，購自Croda，Inc.(New York，NY)；烷基葡萄糖苷酯如1977年3月8日公布的授予Langdon等人的美國專利4,011,389中所描述；和烷基聚乙氧基化酯例如Pegosperse 200 ML，購自GlycoChemicals，Inc.(Greenwich，CT)及IGEPAL RC-520，購自RhonePoulenc Corporation(Cranbury，NJ)?？晒┻x擇地，具有高不飽和度(單和/或多)和/或支鏈烷基的陽離子軟化劑活性成分可明顯增強(qiáng)吸收性。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施方案公開了沉積在薄頁紙幅表面的某軟化劑組合物，本發(fā)明也特別包括其中添加化學(xué)軟化劑作為造紙方法一部分的變化。例如，化學(xué)軟化劑可通過潤濕末端添加而包括在內(nèi)。另外，可使用其形式不在本發(fā)明范圍內(nèi)的其它化學(xué)軟化劑。優(yōu)選的化學(xué)軟化劑包含季銨化合物，包括，但不限于，熟知的二烷基二甲基銨鹽(例如，二牛油基二甲基氯化銨、二牛油基二甲基甲酯硫酸銨、二(氫化牛油)二甲基氯化銨等)。尤其優(yōu)選的這些軟化劑的變體包括之前提到的二烷基二甲基銨鹽及季銨酯的單酯或二酯變體，該季銨酯是由脂肪酸與甲基二乙醇胺和/或甲基三乙醇胺反應(yīng)，隨后與甲基氯化物或二甲基硫酸鹽季銨化制得的。
另一類造紙-添加的化學(xué)軟化劑包含熟知的有機(jī)-反應(yīng)性的聚二甲基硅氧烷成分，包括最優(yōu)選的氨基功能化的聚二甲基硅氧烷。
填充劑物質(zhì)也可混入本發(fā)明薄頁紙中。1997年3月18日公布的授予Vinson等人的美國專利5,611,890，且引入本文以供參考，公開了可接受作為本發(fā)明底物的填充薄頁紙制品。
上述任選化學(xué)添加劑的列表在本質(zhì)上規(guī)定為僅為示例性的，且并不旨在限制本發(fā)明的范圍。
施用方法基于對比所得薄頁紙總重的軟化組合物的總重，施用至薄頁紙的軟化活性物質(zhì)的量優(yōu)選地在約0.1％和約10％之間。所得薄頁紙優(yōu)選地具有基重為約10至約80g/m2且纖維密度小于約0.6g/cc。用于軟化薄頁紙的軟化劑添加劑含量要足夠低，以使薄頁紙保持高潤濕性。
在一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的組合物在其從干燥部件分離之后不久且在卷繞至母輥之前，施用至過干的薄頁紙幅。可供選擇地，本發(fā)明的組合物可施用至半干的薄頁紙幅，例如當(dāng)紙幅在長網(wǎng)造紙機(jī)布上、在干燥的氈制品或織物上、或者當(dāng)紙幅與Yankee干衣機(jī)或其它可供選擇的干燥部件接觸時。最終，當(dāng)紙幅從母輥解繞時例如在離線轉(zhuǎn)換加工操作過程中，該組合物也可施用至與環(huán)境處于水分平衡的干燥薄頁紙幅。
在一個優(yōu)選的實施方案中，在薄頁紙幅經(jīng)干燥和起縐后，且更優(yōu)選地，當(dāng)紙幅還處于升高的溫度時，可施用本發(fā)明的軟化組合物。優(yōu)選地，在紙幅卷繞至母輥之前，將軟化組合物施用至干燥的和起縐的薄頁紙幅。因此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，在紙幅起縐后且紙幅穿過控制厚度的壓光輥后，將軟化組合物施用至熱的、過干的薄頁紙幅。
上述軟化組合物優(yōu)選地以宏觀上均勻的方式施用至紙幅以至于整個薄片基本上得益于軟化組合物的效果。在施用至熱紙幅之后，至少部分媒介物的揮發(fā)性組分優(yōu)選地?fù)]發(fā)，優(yōu)選地留下薄膜，該薄膜包含有媒介物的揮發(fā)性組分的任何殘留的未揮發(fā)部分、軟化活性成分以及其它軟化組合物的非揮發(fā)性組分?！氨∧ぁ笔侵讣埛先魏伪〉陌隆㈧F霾或薄霧。該薄膜在微觀上是連續(xù)的或由離散的成分構(gòu)成。如果薄膜由離散的成分構(gòu)成，該成分可以具有相同的尺寸或變化的尺寸；進(jìn)一步地雖然該成分以規(guī)則的方式或不規(guī)則的方式排列，但是在宏觀上薄膜是均勻的。優(yōu)選地薄膜由離散成分組成。
可將軟化組合物單獨(dú)地添加至薄頁紙幅的任何一面或兩面。
宏觀上均勻施用軟化組合物至紙幅的優(yōu)選的方法是噴霧法。已發(fā)現(xiàn)噴霧法是經(jīng)濟(jì)的，且可精確地控制軟化組合物的數(shù)量和分布，因此是更優(yōu)選的。在Yankee干衣機(jī)之后和母輥之前，將分散的軟化組合物施用至干燥的、起縐的薄頁紙幅。實現(xiàn)該施用的一個尤其方便的方法是在壓光輥之后和母輥之前將軟化組合物施用至紙幅。尤其優(yōu)選的施用位置是在壓光輥和任何撒布輥(可置于壓光輥和母輥之間的)之間。這個位置尤其優(yōu)選是因為紙幅是由跨距每一末端的輥(施用組合物處)控制的且在紙幅卷繞至母輥之前仍有一些紙幅通道長度用于媒介物的揮發(fā)。


圖1圖示說明施用軟化組合物至薄頁紙幅的優(yōu)選方法。參看圖1，當(dāng)載體織物14行進(jìn)通過旋轉(zhuǎn)的輥16時，潤濕的薄頁紙幅1在載體織物14上通過旋轉(zhuǎn)的輥2并通過壓力輥3的作用轉(zhuǎn)移至Yankee干衣機(jī)5。通過噴霧涂敷器4施用的粘合劑將紙幅粘著地固定到Y(jié)ankee干衣機(jī)5的圓柱體的表面。干燥是通過蒸汽-加熱的Yankee干衣機(jī)5和加熱的及循環(huán)通過干燥罩6的熱空氣(所使用的方法未顯示)完成的。然后通過刮粉刀7將紙幅從Yankee干衣機(jī)干燥起縐，其后被稱為起縐紙片15。然后紙片15通過壓光輥10和11。通過在壓光輥10、11和撒布輥9之間跨距中的噴霧涂敷器8，然后將軟化組合物施用至片15。在紙幅通過撒布輥9和卷軸12之間跨距部分媒介物揮發(fā)之后，已處理過的片15然后行進(jìn)經(jīng)過卷軸12的圓周部分并卷繞至母輥13。
合適地，軟化組合物設(shè)置的含量為紙片15重量的約0.1％和約8％之間，優(yōu)選地在約0.1％和約5％之間，更優(yōu)選地在約0.1％和約3％之間。
不受理論的束縛或換句話講不限制本發(fā)明，提供了在造紙操作過程所遇到的典型加工條件及其對本發(fā)明中所述方法影響的下列描述。Yankee干衣機(jī)提升了面巾紙片的溫度并將水分除去。Yankee中的蒸汽壓接近為750kPa(110psi)。該壓力足以將滾筒的溫度升高至約170℃。當(dāng)片中水被除去時，滾筒上紙的溫度也升高了。當(dāng)片離開刮粉刀時，其溫度可超過120℃。片行進(jìn)經(jīng)過壓光輥和卷軸的空間并失去一些熱量。卷繞入卷軸的紙的溫度測得為接近60℃。最后紙片冷卻至室溫。這在任何地方都可以進(jìn)行，從幾小時到幾天，取決于紙輥的大小。當(dāng)紙冷卻時，也從空氣中吸收水分。
當(dāng)紙過干時對其施用本發(fā)明的軟化組合物之后，用這種方法添加至具有軟化組合物的紙的水(即在撒布輥9和卷軸12之間跨距中未揮發(fā)的殘留水)不足以導(dǎo)致紙失去顯著的強(qiáng)度和厚度。因而，無需進(jìn)一步地干燥。
實施例實施例1在這個實施例中描述了圖示說明叔胺與季銨比率對其性能影響的三種分散體。包含這些組合物的物質(zhì)更具體地在本描述之后的表2中詳細(xì)說明。每步所使用的量足以導(dǎo)致得到詳見于那個表中的成品組合物。將適當(dāng)量的水加熱(可添加額外的水以補(bǔ)償蒸發(fā)損失)至約93℃(200°F)。添加硫酸(38％的溶液)和消泡成分。同時，通過將軟化活性成分和增塑劑的混合物溫度加熱至約88℃(190°F)將其熔融。然后將軟化活性成分和增塑劑熔融的混合物緩慢加入至加熱的酸性水溶液相，同時攪拌使分散相在整個媒介物中均勻分布。
一旦軟化活性成分完全分散且分散體溫度為71-77℃(160-170°F)，間歇地添加部分甲酸鈉(以5％的溶液)同時攪拌以降低初始粘度。在持續(xù)攪拌條件下然后向混合物緩慢加入穩(wěn)定劑。在分散體冷卻至49-60℃(120-140°F)之后，加入部分甲酸鈉(以25％溶液)以進(jìn)一步降低粘度。在分散體冷卻至低于49℃(120°F)之后，添加殘留的甲酸鈉(以50％溶液)。最后，在持續(xù)攪拌條件下添加非離子表面活性劑。為確定活性成分，季活性物質(zhì)等于陽離子活性物質(zhì)。
表21 2 3組分水 適量至100％ 適量至100％適量100％電解質(zhì)12.51％ 2.54％ 2.54％消泡劑20.23％ 0.24％ 0.24％雙層干擾劑30.30％ 0.29％ 0.28％硫酸40.77％ 0.79％ 0.79％增塑劑517.4％ 17.1％ 17.0％穩(wěn)定劑61.71％ 1.76％ 1.86％軟化活性成分540.6％ 39.8％ 39.6％(叔胺與季銨的比率) (0.189) (0.026) (0.119)
所得分散體粘度(cp@8/s剪切速率) 2,40012,0006301.0.55％取自5％甲酸鈉水溶液，0.55％取自25％甲酸鈉水溶液以及1.2％取自50％甲酸鈉水溶液。
2.硅氧烷乳劑(10％活性物質(zhì))-Dow Corning 2310，由DowCorning Corp.，Midland，MI市售。
3.合適的非離子表面活性劑購自Shell Chemical(Houston，TX)，其商品名為NEODOL 91-8。
4.以38％溶液購自J.T.Baker Chemical Company(Phillipsburg，NJ)(表中的酸％反映如在38％時)5.增塑劑、軟化活性成分和微量惰性成分是以商品名DXP 5497-39得自Goldschmidt Chemical Corporation(Dublin)的預(yù)混物。
6.穩(wěn)定劑是Texcare 4060，得自Clariant Corp.，Charlotte，NC。
所得的化學(xué)軟化組合物是乳狀的、低粘度的分散體，適于施用至如下所述纖維質(zhì)的結(jié)構(gòu)以向這種結(jié)構(gòu)提供期望的能觸知的柔軟性。該組合物展示了剪切變稀的非牛頓粘度。具有叔胺與季銨比率為約0.12的分散體優(yōu)選于那些具有更高或更低比率的分散體。
實施例2本實施例圖示說明制備顯示具有本發(fā)明一個實施方案的薄頁紙。本實施例說明了均勻薄頁紙幅的生產(chǎn)，所述薄頁紙幅由如上所述制備的本發(fā)明軟化組合物的優(yōu)選實施方案所提供。組合物施用至紙幅的一面并將紙幅組合成兩層衛(wèi)生紙制品。
使用中試規(guī)模的長網(wǎng)造紙機(jī)實施本發(fā)明。
使用常規(guī)的二次制漿機(jī)制成約3％稠度的NSK含水漿液并通過朝向長網(wǎng)造紙機(jī)高位水箱的母管。
為了賦予成品臨時的濕強(qiáng)度，制備了Parez 750的1％分散體，并以基于NSK纖維干重，足以遞送0.3％Parez 750的速度加至NSK母管。通過將處理過的漿液經(jīng)過在線攪拌器，短暫濕強(qiáng)度樹脂的吸收性得以增強(qiáng)。
使用常規(guī)的二次制漿機(jī)制成按重量計約3％的桉樹纖維含水漿液。運(yùn)送桉樹纖維的母管用陽離子淀粉RediBOND 5320處理，基于淀粉干重及所得起縐薄紙制品的成品的干重，所述陽離子淀粉以在水中2％的分散體和0.15％的速度遞送。通過將所得混合物經(jīng)過在線攪拌器，陽離子淀粉的吸收性得以改進(jìn)。
在風(fēng)扇式泵入口之前，NSK纖維流與桉樹纖維流在那時結(jié)合入一個母管中。然后在風(fēng)扇式泵入口，將結(jié)合的NSK纖維與桉樹纖維用白水稀釋至基于NSK纖維與桉樹纖維總重約0.2％的稠度。
NSK纖維與桉樹纖維的均勻漿液導(dǎo)入至合適裝備的多槽高位水箱以維持均勻的纖維流直至排放至移動的長網(wǎng)造紙機(jī)金屬絲。均勻漿液被排放至移動的長網(wǎng)造紙機(jī)金屬絲并通過長網(wǎng)造紙機(jī)金屬絲及偏轉(zhuǎn)器和真空箱的幫助脫水。
把雛形潤濕紙幅從長網(wǎng)造紙機(jī)金屬絲傳送到圖樣干燥織物上，傳送時纖維稠度為約15％。設(shè)計干燥織物產(chǎn)生圖樣致密薄紙，其不連續(xù)的低密度偏離區(qū)域排列于高密度(關(guān)節(jié))區(qū)域的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。干燥織物是通過將不能透過的樹脂表面澆鑄在支持織物的纖維網(wǎng)上形成的。支持的織物是45×52的長絲，雙層網(wǎng)。樹脂鑄件的厚度是支持織物之上約10mil。關(guān)節(jié)區(qū)域為約40％且開放室保持的頻率為約87/cm2(562/in2)。
進(jìn)一步地脫水通過真空幫助排水直至紙幅具有的纖維稠度為約28％實現(xiàn)的。
當(dāng)保持與圖樣形成織物接觸時，通過鼓風(fēng)經(jīng)過預(yù)干室對圖樣紙幅預(yù)干燥至按重量計纖維稠度為約62％。
然后將半干紙幅傳送至Yankee干衣機(jī)，并用包含有0.125％聚乙烯醇水溶液的噴射起縐粘合劑將其粘附在Yankee干衣機(jī)的表面。起縐粘合劑以基于紙幅干重0.1％粘合劑固體速度遞送至Yankee表面。
在用刮粉刀使紙幅從Yankee干燥起縐之前，纖維稠度增加至約96％。
刮粉刀的斜角為約25度，并且與Yankee干衣機(jī)相關(guān)放置，以提供碰撞角度為約81度。Yankee干衣機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)在溫度為約177℃(350°F)且速度為約244m/m(約800ft/m(英尺每分鐘))條件下進(jìn)行。
然后將紙幅從兩個壓光輥之間通過。在輥重處將兩個壓光輥偏置在一起，且以表面速度為約200m/m(656ft/m)運(yùn)行，產(chǎn)生起縐百分比為約18％。
在壓光輥后的位置，使用上述UFD噴嘴，用化學(xué)軟化組合物噴射紙幅，進(jìn)一步描述如下。將組合物噴射至與撒布輥下游所接觸的對立的表面。
用于制備化學(xué)軟化混合物的物質(zhì)為1.與聚乙二醇400預(yù)混的軟牛油TEA二酯DMS季銨化合物。預(yù)混物是65％至75％季銨化合物和25％至35％PEG 400及微量惰性成分，(以商品名Agent 2450-15購自Stepan Company(Northfield，Il))。
2.Neodol 91-8，來自Shell chemical(Houston，TX)的乙氧基化脂肪醇。
3.甲酸鈉晶體4.來自Dow Corning(Midl and，MI)的在水中聚二甲基硅氧烷的10％分散體(DC2310)。
5.來自J.T.Baker Company(Phillipsburg，NJ)的硫酸。
6.增白劑是Tinopal CBS-X，得自CIBA-GEIGY(Greensboro，NC)。
7.穩(wěn)定劑是Texcare 4060，得自Clariant Corp.(Charlotte，NC)。
按如下制備這些物質(zhì)形成本發(fā)明的軟化組合物。
按如下制備化學(xué)軟化組合物(組合物1)將適當(dāng)量的水加熱(可添加額外的水以補(bǔ)償蒸發(fā)損失)至約93℃(200°F)。添加硫酸(38％的溶液)和消泡成分。同時，通過將軟化活性成分和增塑劑的混合物溫度加熱至約88℃(190°F)將其熔融。然后將軟化活性成分和增塑劑熔融的混合物緩慢加入至加熱的酸性水溶液相，同時攪拌使分散相在整個媒介物中均勻分布。
一旦軟化活性成分完全分散且分散體溫度為71-77℃(160-170°F)，間歇地添加部分甲酸鈉(以5％的溶液)同時攪拌以降低初始粘度。在持續(xù)攪拌條件下然后向混合物緩慢加入穩(wěn)定劑。在分散體冷卻至49-60℃(120-140°F)之后，加入部分甲酸鈉(以25％溶液)以進(jìn)一步降低粘度。在分散體冷卻至低于49℃(120°F)之后，添加殘留的甲酸鈉(以50％溶液)。最后，在持續(xù)攪拌條件下添加非離子表面活性劑。為確定活性成分，季活性物質(zhì)等于陽離子活性物質(zhì)。
組分濃度水 適量至100％電解質(zhì)12.3％消泡劑20.25％雙層干擾劑30.35％硫酸40.57％增塑劑519.4％穩(wěn)定劑61.8％軟化活性成分542.4％
1.0.55％取自5％甲酸鈉水溶液，0.55％取自25％甲酸鈉水溶液以及1.2％取自50％甲酸鈉水溶液。
2.硅氧烷乳劑(10％活性物質(zhì))-Dow Corning 2310，由DowCorning Corp.，Midland，MI市售。
3.合適的非離子表面活性劑購自Shell Chemical(Houston，TX)，其商品名為NEODOL 91-8。
4.以38％溶液購自J.T.Baker Chemical Company(Phillipsburg，NJ)。
5.增塑劑、軟化活性成分和微量惰性成分是以商品名Agent 2450-15得自Stepan Chemical Company(Northfield，Il)的預(yù)混物。
6.穩(wěn)定劑是Texcare 4060，得自Clariant Corp.，Charlotte，NC。冷卻后，在25℃和剪切速率為100sec-1時測得的組合物粘度為約0.2Pa.s(200cP)。所得的化學(xué)軟化組合物是乳狀的、低粘度的分散體，適于施用至如下所述纖維質(zhì)的結(jié)構(gòu)以向這種結(jié)構(gòu)提供期望的能觸知的柔軟性。該組合物展示了剪切變稀的非牛頓粘度。叔胺與季銨的比率為0.13。
化學(xué)軟化組合物噴射至壓光輥的紙幅下游。所得薄頁紙的基重為約8kg(18lb)每278m2(3000ft2)。
紙幅轉(zhuǎn)變成為起縐圖樣致密薄頁紙制品。所得經(jīng)處理過的薄頁紙相對于未經(jīng)處理的對照物具有改進(jìn)的柔軟性觸覺。
試驗方法1.粘度測量在Rheometrics Dynamic Stress Rheometer上進(jìn)行直徑25mm的平行板幾何形狀，0.50mm間隙，約400g/cm2工具慣量，溫度在25℃，起始應(yīng)力1Pa(10dyn/cm2)，最終應(yīng)力100Pa(1000dyn/cm2)，應(yīng)力增幅5Pa(50dyn/cm2)，每個數(shù)據(jù)點(diǎn)最長時間10秒。
2.叔胺與季銨的比率叔胺與季銨的比率是由下面a.和b.中方法所確定的值的比率。
a.叔銨含量是通過電勢滴定法用異丙醇中的鹽酸確定的。結(jié)果以mEq胺/g樣品報導(dǎo)。以下方法適于確定本發(fā)明軟化組合物中叔銨化合物的量。使用標(biāo)準(zhǔn)的鹽酸/異丙醇滴定劑滴定游離的叔胺。
制備標(biāo)準(zhǔn)溶液下列方法適用于制備用于本滴定方法的標(biāo)準(zhǔn)溶液。
制備HCl/IPA滴定劑。
向1升容量瓶A)量取900mL異丙醇。
B)緩慢加入100mL的1N鹽酸并混合。
C)用THAM標(biāo)定。
方法1.在分析天平上，精確稱量10.0g±0.5g的軟化組合物樣品至稱了皮重的150mL燒杯。
2.攪拌同時溶解入100mL異丙醇。加入0.5mL水。
3.使用可記錄的電勢滴定儀用標(biāo)準(zhǔn)的0.1N HCl滴定。滴定至達(dá)到等當(dāng)量點(diǎn)。
4.用下式計算軟化組合物中叔胺的量 b.用這種方法定義的季銨含量等于陽離子活性物質(zhì)的含量且用比色滴定法確定，比色滴定是在水-二氯甲烷體系中用陽離子-和陰離子-復(fù)合染料的混合指示劑以陰離子表面活性劑滴定。據(jù)公認(rèn)的在較高的叔胺含量，陽離子活性物質(zhì)含量(為此比率目的為“季銨含量”)與季銨實際含量的差異可變得顯著。然而，為了與商業(yè)命名一致，用于本發(fā)明比率的季銨含量應(yīng)按本試驗方法定義。下列方法適于確定本發(fā)明軟化組合物中優(yōu)選的季銨化合物的量。以溴化底米鎓為指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)陰離子表面活性劑(十二烷基硫酸鈉-SDS)溶液滴定季軟化活性物質(zhì)。
制備標(biāo)準(zhǔn)溶液下列方法適用于制備用于本滴定方法的標(biāo)準(zhǔn)溶液。
制備溴化底米鎓指示劑向1升容量瓶A)加入500mL蒸餾水。
B)加入40ml的溴化底米鎓-disulphine藍(lán)指示劑備用溶液，購自Gallard-Schlesinger Industries，Inc.(CarlePlace，NY)。
C)加入40ml 5N H2SO4D)用蒸餾水充滿容量瓶至標(biāo)線并混合。
制備SDS溶液。
向1升容量瓶A)稱取1.1535克購自Aldrich Chemical Co.(Milwaukee，WI)(超純)的十二烷基硫酸鈉(SDS)。
B)用蒸餾水充滿容量瓶至標(biāo)線并將其混合形成0.004N溶液。
方法1.在分析天平上，稱量大約0.275克的室溫條件下的軟化組合物至滴定瓶中。記錄樣品重量至最接近0.1mg。
2.用量筒添加30mL二氯甲烷(DCM)和30mL溴化底米鎓指示劑溶液。置于磁力攪拌器上，加入攪拌子并劇烈攪拌。季軟化活性物質(zhì)將與指示劑絡(luò)合在DCM層中形成藍(lán)色的化合物。
3.用25或50ml滴定管，用0.004N SDS溶液滴定樣品。其操作是添加滴定劑的等分試樣并迅速攪拌30秒。關(guān)掉攪拌板，使各層分開，并檢查藍(lán)色的強(qiáng)度。如果顏色是深藍(lán)的，添加約0.3mL滴定劑，迅速攪拌30秒并關(guān)掉攪拌器。再次檢查藍(lán)色的強(qiáng)度。如果需要，用另外的0.3mL滴定劑重復(fù)操作。當(dāng)深藍(lán)色開始變得很弱時，在攪拌之間逐滴添加滴定劑。終點(diǎn)是在二氯甲烷層中首次出現(xiàn)輕微粉紅色的跡象。
4.記錄使用的滴定劑的體積至最接近0.05mL。
5.用下式計算產(chǎn)物中季軟化活性物質(zhì)的量
權(quán)利要求
1.一種用于軟化吸收性薄紙的組合物，其包含a)季銨軟化活性成分，所述季銨軟化活性成分優(yōu)選選自季化合物；單酯、二酯、三酯季銨化合物，以及它們的混合物，優(yōu)選地，其中所述軟化活性成分的含量按所述組合物的重量計為至少約10％，并且按所述組合物的重量計不超過約60％，更優(yōu)選為至少約25％且不超過約45％；b)游離胺化合物，所述游離胺化合物的含量能夠使得所述軟化組合物的叔胺與季胺的比率大于約0.06且小于約0.2，優(yōu)選大于約0.08且小于約0.18；和c)媒介物，其中分散著所述軟化活性成分，優(yōu)選地所述媒介物是水。
2.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，其中所述軟化活性成分是具有下式的單酯、二酯或三酯季銨化合物(R1)4-m-N+-[(CH2)n-Y-R3]mX-其中Y是-O-(O)C-，或-C(O)-O-，或-NH-C(O)-，或-C(O)-NH-，優(yōu)選地Y是-O-(O)C-，或-C(O)-O-；m是1至3，優(yōu)選等于3；n是0至4，優(yōu)選等于2；每個R1是C1-C6烷基或烯基、羥基烷基、烴基或取代烴基、烷氧基、芐基或它們的混合物，優(yōu)選地R1是甲基；每個R3是C13-C21烷基或烯基、羥基烷基、烴基或取代烴基、烷氧基、芐基或它們的混合物，優(yōu)選地R3是C15-C17烷基或烯基；和X-是任何軟化劑相容的陰離子，優(yōu)選地選自氯離子或甲酯硫酸根。
3.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，所述組合物還包含按重量計約2％至約75％，優(yōu)選約5％至約50％的增塑劑。
4.如前述權(quán)利要求1任一項所述的組合物，所述組合物還包含按重量計最多約25％，優(yōu)選約0.1％至約10％的電解質(zhì)。
5.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，所述組合物還包含按重量計約1％至約20％的雙層干擾劑。
6.如前述任一項權(quán)利要求所述的組合物，所述組合物還包含按重量計約0.01％至約5％的高聚物。
7.一種軟薄頁紙制品，所述軟薄頁紙制品包括a)一層或多層薄頁紙；和b)沉積在所述薄紙的至少一個外表面的化學(xué)軟化組合物，所述化學(xué)軟化組合物包含i)軟化活性成分，優(yōu)選地所述軟化活性成分是具有下式的季銨化合物(R1)4-m-N+-[(CH2)n-Y-R3]mX-其中Y是-O-(O)C-，或-C(O)-O-，或-NH-C(O)-，或-C(O)-NH-，優(yōu)選地Y是-O-(O)C-，或-C(O)-O-；m是1至3，優(yōu)選等于2；n是0至4，優(yōu)選等于2；每個R1是C1-C6烷基或烯基、羥基烷基、烴基或取代烴基、烷氧基、芐基或它們的混合物，優(yōu)選地R1是甲基；每個R3是C13-C21烷基或烯基、羥基烷基、烴基或取代烴基、烷氧基、芐基或它們的混合物，優(yōu)選地R3是C15-C17烷基或烯基；和X-是任何軟化劑相容的陰離子，優(yōu)選地X-選自氯離子或甲酯硫酸根。ii)游離胺化合物，所述游離胺化合物的含量能夠使得所述軟化組合物的叔胺與季胺的比率大于0.06且小于約0.2；和iii)媒介物。
8.如權(quán)利要求7所述的薄頁紙，其中所述軟化組合物包含a)按重量計約25％至約45％的季銨軟化活性成分；b)游離胺化合物，所述游離胺化合物的含量能夠使得所述軟化組合物的叔胺與季胺的比率大于約0.08且小于約0.18；c)按重量計約5％至約50％的增塑劑；d)按重量計約0.1％至約10％的電解質(zhì)；和e)媒介物，所述媒介物由水組成，其中分散著所述軟化活性成分。
9.如權(quán)利要求8所述的薄頁紙，其中所述化學(xué)軟化組合物還包含高聚物。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項所述的薄頁紙，其中所述化學(xué)軟化組合物以均勻離散的表面沉積物沉積，間隔開的頻率在約5個面積每直線英寸和約100個面積每直線英寸之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于軟化吸收性薄紙的組合物，所述組合物包含季銨軟化活性成分；其含量能夠使得軟化組合物具有叔胺與季銨比率大于約0.06且小于約0.2的游離胺化合物；以及在其中分散所述軟化軟化活性成分的媒介物。本發(fā)明也公開了其上可沉積這種組合物的薄頁紙制品。
文檔編號D21H17/00GK1681995SQ03822252
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者肯尼思·道格拉斯·文森, 吳銀春, 阿諾德·威廉·特魯曼 申請人:寶潔公司