專利名稱：用于制備施膠紙和紙板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造紙技術(shù)，特別是制造具有改善抗水性的紙和紙板。
本發(fā)明也涉及由這種產(chǎn)品制造的制品，例如文件夾、非瓦楞紙箱等。
背景技術(shù)：
厚纖維素紙和紙板紙幅(webs)和由其制造的產(chǎn)品例如文件夾和紙板文件箱在日常使用和長期儲(chǔ)存期間經(jīng)常遭受液體或水的侵害。如果水汽或水成液為紙或紙板材料所吸收，該材料將變得潮濕、翹曲和/或被損害，從而減少其有用性并且可能使液體接觸和損害保存在用該紙或紙板材料制造的文件箱內(nèi)的文件。
表面施膠，即，在至少部分干燥的紙張表面添加施膠劑，在造紙工業(yè)上被廣泛應(yīng)用，特別是用于印刷紙類改善抗水性(施膠)。最廣泛使用的表面施膠劑是淀粉。然而，僅僅淀粉施膠不能有效地給紙和紙板制品提供抗水性。
因此，需要改善的基于纖維素的產(chǎn)品，特別是顯示出改善的抗水性的相對(duì)厚的紙和紙板產(chǎn)品，并需要制造這種抗水的纖維素基產(chǎn)品的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明一方面涉及用于制備施膠紙和紙板的方法，其用施膠機(jī)在紙和紙板內(nèi)加入膠料組合物，該組合物包含一種或一種以上的“疏水性聚合物”或者在疏水性聚合物外還結(jié)合有一種或一種以上的淀粉，這種聚合物的量和所述聚合物與所述淀粉的重量比是這樣選擇的，以便紙和紙板紙幅顯示出等于或小于大約25的Cobb值，該值是通過如下所述的Cobb試驗(yàn)測定的，并優(yōu)選具有等于或者大于大約128°的接觸角，該接觸角通過如下所述的接觸角測定法測定的。
本發(fā)明另一方面涉及由本發(fā)明方法形成的施膠紙或紙板紙幅。本發(fā)明的施膠紙或紙板紙幅和由這種紙幅制造的產(chǎn)品顯示出一種或一種以上的有益特性例如抗水性，其通過“Cobb試驗(yàn)”和優(yōu)選通過“接觸角測定法”測定。本發(fā)明的紙幅和產(chǎn)品更優(yōu)選顯示出具有可接受的可寫性并且可再漿化。
附圖簡述本發(fā)明的上述和其它方面以及優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在將結(jié)合附圖進(jìn)一步描述，其中

圖1是由紙的正面所吸收的疏水材料的量與Cobb值之間的曲線圖。
圖2是由紙的反面所吸收的疏水材料的量與Cobb值之間的曲線圖。
圖3是由紙的正面所吸收的疏水材料的量與接觸角之間的曲線圖。
圖4是由紙的反面所吸收的疏水材料的量與接觸角之間的曲線圖。
發(fā)明詳述在本發(fā)明的方法中，紙或紙板紙幅在施膠機(jī)上用膠料組合物處理，該膠料組合物包含至少一種疏水性聚合物而不含或基本上不含淀粉，或還同時(shí)含有一種或一種以上的淀粉和該疏水性聚合物。膠料組合物中疏水性聚合物的存在是獲得發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵。此處所用的“疏水性聚合物”是均聚物、共聚物或三元共聚物，選自苯乙烯丙烯乳液(SAE)、苯乙烯丙烯酸(SAA)、苯乙烯馬來酸酐(SMA)、其中烷基部分是支化或直線型并具有至少約7個(gè)碳原子的烷基化三聚氰胺、石蠟、聚氨酯類、改性淀粉(疏水性淀粉)、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯分散體(dispersion)、烷基乙烯酮二聚物、鏈烯基乙烯酮二聚物、分散松香和其組合。更優(yōu)選的疏水性聚合物是石蠟、烷基化三聚氰胺，最優(yōu)選是烷基化三聚氰胺，其中烷基部分是直線型的，更優(yōu)選的是其中烷基部分是直線型并具有至少9個(gè)碳原子，最優(yōu)選的是其中烷基部分是直線型的并具有至少大約13個(gè)碳原子，例如十八烷基化三聚氰胺、十二烷基化三聚氰胺、十四烷基化三聚氰胺、十六烷基化三聚氰胺和油?；矍璋?，以及石蠟和烷基化三聚氰胺的組合。
有用的疏水性聚合物可以通過已知的方法制備或通過商品來源獲得。這些來源和方法是現(xiàn)有技術(shù)所周知的，不再給予詳細(xì)的描述。
在膠料組合物內(nèi)的疏水性聚合物的量是這樣選擇的，以便由該方法獲得的紙和紙板顯示出等于或小于大約25的Cobb值，該值通過如下所述的Cobb試驗(yàn)測定，并優(yōu)選顯示出等于或大于大約128°的接觸角，該接觸角通過如下所述的接觸角測定法測定。優(yōu)選地，其量是這樣的以便由該方法獲得的紙和紙板顯示出等于或小于大約23的Cobb值以及等于或大于大約130°的接觸角，更優(yōu)選地，其量是這樣的以便由該方法獲得的紙和紙板顯示出等于或小于大約21的Cobb值以及等于或大于大約132°的接觸角，和最優(yōu)選地，其量是這樣的以便由該方法獲得的紙和紙板顯示出等于或小于大約20的Cobb值以及等于或大于大約133°的接觸角。據(jù)信可以獲得這些Cobb值，和優(yōu)選的所需可寫性和接觸角值，其中在膠料組合物中疏水性聚合物的量是這樣的，以便由紙和紙板所吸收的這種聚合物的量優(yōu)選為基于紙或紙板的總重量至少約0.4wt％，更優(yōu)選為至少約0.5wt％，最優(yōu)選為至少約0.9wt％，并且在所選實(shí)施方案中范圍為大約1.3％至大約3.0wt％。
膠料組合物可以任選包含一種或一種以上的淀粉。所使用的淀粉量不應(yīng)當(dāng)使由該方法所獲得的紙和紙板顯示出等于或小于約25的Cobb值，并優(yōu)選顯示出等于或大于約128°的接觸角。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，膠料組合物中所使用的淀粉量是這樣的以便由紙或紙板所吸收的淀粉與疏水性聚合物的重量比小于約3∶1。在本發(fā)明更優(yōu)選實(shí)施方案中，膠料組合物中所使用的淀粉量是這樣的以便由紙或紙板所吸收的淀粉與疏水性聚合物的重量比小于約2∶1。在本發(fā)明最優(yōu)選實(shí)施方案中，膠料組合物中所使用的淀粉量是這樣的以便由紙或紙板所吸收的淀粉與疏水性聚合物的重量比小于約1∶1，并且如果小于約0.5∶1是最好的。在所選實(shí)施方案中，在膠料組合物中沒有或基本上沒有使用淀粉，并且紙或紙板紙幅沒有或基本上沒有吸收淀粉。
淀粉可以是任何類型，包括但是并不局限于氧化的、乙基化的、陽離子的和顆粒狀的，并且優(yōu)選在水溶液中使用。對(duì)于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案可實(shí)際所用的淀粉的例子有在玉米、木薯、馬鈴薯及其它植物中通過葡萄糖單元聚合而合成的天然存在的碳水化合物。所有這類淀粉和其改性形式，例如可以通過淀粉與適宜的化學(xué)或酶試劑反應(yīng)衍生獲得的淀粉醋酸酯、淀粉酯、淀粉醚、磷酸淀粉、淀粉黃原酸酯、陰離子淀粉、陽離子淀粉等等，都可以在本發(fā)明的實(shí)際中使用。
有用的淀粉可以通過已知的方法制備或通過商品來源獲得。例如，適宜的淀粉包括來自Penford Products的PG-280，來自St.LawrenceStarch的SLS-280，來自National Starch的陽離子淀粉CatoSize 270和來自Poly Sciences，Inc的羥丙基淀粉No.02382。
在本發(fā)明中實(shí)際使用的淀粉優(yōu)選是改性淀粉。更優(yōu)選的淀粉是陽離子改性或非離子淀粉例如CatoSize270和KoFilm280(都來自NationalStarch)和化學(xué)改性淀粉例如PG-280乙基化淀粉和AP顆粒狀淀粉。在本發(fā)明中實(shí)際使用的淀粉更優(yōu)選是陽離子淀粉和化學(xué)改性淀粉。
除淀粉之外，在膠料組合物中也可以存在少量其它的添加劑。其包括但是不局限于分散劑、熒光染料、表面活性劑、變形劑、防腐劑、顏料、粘合劑、pH控制劑、涂布防粘劑、熒光增白劑、消泡劑等等。
用膠料組合物處理干燥的紙或紙板紙幅的方法和設(shè)備在紙和紙板技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。例如參見G.A.Smook，Angus WildePublications(1992)出版的″Handbook For Pulp & Paper Technologies″第二版，以及其中引用的參考文獻(xiàn)。可以使用任何常規(guī)的施膠處理方法和設(shè)備。因此，這些方法和設(shè)備在此將不再作任何詳細(xì)的描述。舉例來說，可用來涂布膠料組合物的施膠機(jī)可以是任何類型的涂敷或噴涂設(shè)備，但是最常用的是槽式(puddle)、門輥式(gate roller)或計(jì)量刀式施膠機(jī)。
本發(fā)明實(shí)際使用的可以是任何常規(guī)的紙或紙板紙幅。這種紙幅和用于其制造的方法和設(shè)備在本領(lǐng)域是眾所周知的。例如參見上述參考的G.A.Smook和其中引用的參考文獻(xiàn)。例如，紙或紙板紙幅可以由來源于闊葉樹、針葉樹或闊葉樹和針葉樹的結(jié)合的漿粕纖維制造，該漿粕纖維制備用于造紙配料，其可以通過任何已知的適宜蒸煮、精磨、漂白操作例如已知的機(jī)械、熱機(jī)械、化學(xué)和半化學(xué)等操作、以及制漿和其它眾所周知的制漿方法制備。在某些實(shí)施方案中，至少部分的漿粕纖維可以來自非木本的草本植物，包括但不限于洋麻、大麻、黃麻、亞麻、劍麻或馬尼拉麻，盡管基于法律約束及其它考慮，利用大麻等纖維資源是不切實(shí)際或不可能的。在本發(fā)明的方法中，可以使用漂白或者未漂白的漿粕纖維?；厥盏臐{粕纖維也適合使用。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，紙中的纖維素纖維包括以干重計(jì)大約30％至大約100％的軟木纖維和大約70％至大約0％的硬木纖維。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，除漿粕纖維和任選的添加劑之外，紙或紙板紙幅也包含分散于纖維和任何其它成分內(nèi)部的膨脹的微球體。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示微球體和疏水性聚合物的結(jié)合使用提供一種紙或紙板紙幅及由其制造的產(chǎn)品，這些制品在抗水性方面比單獨(dú)的淀粉和疏水性聚合物顯示出非常顯著的改進(jìn)。
膨脹的和可膨脹的微球體在本領(lǐng)域是眾所周知的。例如，下列文獻(xiàn)描述了可膨脹微球體共同未決的專利申請，2001年1月26日申請的No.09/770,340和2002年4月11日申請的No.10/121,301，美國專利Nos.3,556,934，5,514,429，5,125,996，3,533,908，3,293,114，4,483,889和4,133,688；和英國專利申請2307487，這些文獻(xiàn)的內(nèi)容在此一并引入作為參考。所有此類微球體都可以實(shí)際應(yīng)用于本發(fā)明。
適宜的微球體包括其中心通常為球體且含有液體的合成樹脂微粒。樹脂微?？梢杂上铝谢衔镏圃旒谆┧峒柞?，甲基丙烯酸乙酯，鄰-氯苯乙烯，聚鄰-氯苯乙烯，聚乙烯基芐基氯，丙烯腈，偏二氯乙烯，對(duì)-叔丁基苯乙烯，醋酸乙烯酯，丙烯酸丁酯，苯乙烯，甲基丙烯酸，乙烯基芐基氯和前述兩種或兩種以上的組合。優(yōu)選的樹脂微粒包含這樣的聚合物，其包含大約65wt％至大約90wt％的偏二氯乙烯，優(yōu)選包含大約65wt％至大約75wt％的偏二氯乙烯，和大約35wt％至大約10wt％的丙烯腈，優(yōu)選大約25wt％至大約35wt％的丙烯腈。
微球體的數(shù)量可以廣泛的變化，而這取決于在最終紙制品中所需的膨脹微球體的體積。優(yōu)選地，以紙或紙板紙幅的干重計(jì)算，紙包含大約0.5wt至大約5.0wt％的膨脹微球體，更優(yōu)選大約1.0wt％至大約2.0wt％。
該紙幅也可以包含其它的常規(guī)添加劑，例如，淀粉、礦物填料、施膠劑、助留劑和加強(qiáng)聚合物。其中可以使用的填料包括有機(jī)和無機(jī)顏料，例如聚合體微粒比如聚苯乙烯膠乳和聚甲基丙烯酸甲酯，和礦物比如碳酸鈣、高嶺土和滑石。其它的常規(guī)添加劑包括但是并非局限于濕強(qiáng)樹脂、內(nèi)膠料(internal sizes)、干強(qiáng)樹脂、明礬、填料、顏料和染料。為在本發(fā)明的方法中獲得最高水準(zhǔn)的表面施膠，優(yōu)選對(duì)紙張進(jìn)行內(nèi)施膠，也就是說在將紙漿轉(zhuǎn)變?yōu)榧垙堉皩⑹┠z劑添加到紙漿懸浮液中。內(nèi)施膠有助于防止表面膠料滲入紙張，因而使膠料保持在表面，在表面上其具有最好的效果。內(nèi)施膠劑包括任何通常在高級(jí)紙張?jiān)旒垯C(jī)的濕部所用的內(nèi)施膠劑。其包括松香膠料、乙烯酮二聚物和多聚體，和烯基琥珀酸酐。內(nèi)膠料通常在以紙張干重計(jì)大約0.05wt％至大約0.25wt％的水平使用。松香用于內(nèi)施膠的方法和材料已經(jīng)由E.Strazdins在W.F.Reynolds編輯的The Sizing of Paper，第二版，TappiPress，1989，pages 1-33中論及。用于內(nèi)施膠的適宜乙烯酮二聚物已經(jīng)在美國專利No.4,279,794中公開，在此全部引入作為參考，并且已經(jīng)在英國專利Nos.786,543；903,416；1,373,788和1,533,434以及歐洲專利申請公開文獻(xiàn)No.0666368 A3中公開。乙烯酮二聚物可以市售獲得，例如從Hercules Incorporated，Wilmington，Del獲得的Aquapel.RTM.和Precis.RTM.施膠劑。用作內(nèi)膠料的乙烯酮多聚體已經(jīng)在下列文獻(xiàn)中描述歐洲專利申請公開文獻(xiàn)No.0629741 A1，其對(duì)應(yīng)為1994年6月6日申請的美國專利申請Ser.No.08/254,813；歐洲專利申請公開文獻(xiàn)No.0666368A3，其對(duì)應(yīng)為1994年2月7日申請的美國專利申請Ser.No.08/192,570；和1996年2月16日申請的美國專利申請Ser.No.08/601,113。用于內(nèi)施膠的烯基琥珀酸酐公開于下列文獻(xiàn)美國專利No.4,040,900，其在此全部引入作為參考文獻(xiàn)，和C.E.Farley和R.B.Wasser在W.F.Reynolds編輯的The Sizing of Paper，第二版，TappiPress，1989，pages51-62中的文章。多種烯基琥珀酸酐可以從AlbemarleCorporation，Baton Rouge，La市售獲得。
本發(fā)明的紙幅的密度、定量和厚度可以廣泛地變化，而常規(guī)可以使用的定量、密度和厚度取決于由該紙幅形成的紙基產(chǎn)品。本發(fā)明的紙或紙板優(yōu)選地在對(duì)紙進(jìn)行壓光以及可能與后續(xù)涂布有關(guān)的任何壓縮或擠壓之后獲得大約2密耳至大約30密耳的最終厚度，然而如果需要，厚度可以超過該范圍。更優(yōu)選厚度從大約4密耳至大約20密耳，而最優(yōu)選從大約7密耳至大約17密耳。本發(fā)明的紙優(yōu)選顯示大約17lb/3000ft2至大約300lb/3000ft2的定量，然而如果需要，定量可以超過該范圍。更優(yōu)選定量為大約30lb/3000ft2至大約200lb/3000ft2，最優(yōu)選大約35lb/3000ft2至大約150lb/3000ft2。紙的最后密度，即定量除以紙的厚度，優(yōu)選大約6lb/3000ft2/密耳至大約14lb/3000ft2/密耳，然而如果需要，紙幅密度可以超過該范圍。更優(yōu)選紙幅密度大約7lb/3000ft2/密耳至大約13lb/3000ft2/密耳，最優(yōu)選大約9lb/3000ft2/密耳至大約12lb/3000ft2/密耳。因而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，與常規(guī)紙相比，相對(duì)于其重量，紙或紙板具有相對(duì)更大的厚度。在本發(fā)明的這些優(yōu)選實(shí)施方案中，定量與厚度比值的減少被認(rèn)為至少部分可歸因于散布在纖維內(nèi)的膨脹微球體所導(dǎo)致的紙內(nèi)大量微小空隙，尤其是在膨脹過程中，微球體導(dǎo)致材料內(nèi)空隙容積顯著增大。此外，在干燥操作之后，將紙壓光至足夠達(dá)到最終所需的厚度，此處所討論的該厚度隨著與壓光操作有關(guān)的對(duì)紙幅的任何所需的表面修整而變化?？障度莘e的顯著增加連同比較高的厚度具有減少紙的密度，同時(shí)保持優(yōu)良的硬度及用于文件夾等的漿料所需的其它重要特性的效果。
優(yōu)選地，該方法包括a)提供紙漿水懸浮液；b)裁切(sheet)和干燥紙漿水懸浮液從而獲得干的紙或紙板紙幅；c)將含有一種或一種以上的疏水性聚合物和淀粉的膠料組合物涂覆在紙幅的至少一個(gè)表面上處理干的紙或紙板紙幅，從而形成處理過的紙或紙板紙幅；和d)將紙干燥從而獲得施膠的紙或紙板紙幅。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的步驟a)中，提供了一種紙漿水懸浮液。形成紙漿水懸浮液的方法是在紙和紙板技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的，將不再給予任何詳細(xì)的描述。例如參閱上述參考的G.A.Smook和其中的所引用的參考文獻(xiàn)?？梢允褂萌魏纬Ｒ?guī)的紙漿水懸浮法。配料的纖維素纖維成分適宜的是化學(xué)制漿的類型，比如漂白的牛皮紙漿，然而本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為局限于牛皮紙漿，并且與其它的紙漿一起使用將具有良好效果，其它的紙漿例如是化學(xué)紙漿比如亞硫酸鹽紙漿，機(jī)械紙漿比如細(xì)磨木漿，及其它紙漿種類和其混合物比如化學(xué)-機(jī)械以及熱-機(jī)械紙漿。
雖然對(duì)于本發(fā)明不是必須的，但是優(yōu)選漂白紙漿從而除去木質(zhì)素并達(dá)到所需的紙漿亮度，漂白按照現(xiàn)有技術(shù)已知的一種或一種以上的漂白處理進(jìn)行，其包括例如基于元素氯的漂白工序、基于二氧化氯的漂白工序、無氯漂白工序、無元素氯漂白工序和任何前述及其它漂白相關(guān)工序及階段的結(jié)合或變化。漂白完成并洗滌和篩濾紙漿之后，通常還需經(jīng)受一個(gè)或一個(gè)以上的精磨步驟。其后，將精制紙漿輸送到混合漿池，在漿池之中與通常加入造紙配料的各種添加劑和填料以及其它的紙漿比如未漂紙漿和/或回收的或消費(fèi)后的紙漿相混合。添加劑可以包括所謂的“內(nèi)施膠”劑，其主要用于增加與紙的表面相接觸的極性液體的接觸角，“內(nèi)施膠”劑例如鏈烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基乙烯酮二聚物(AKD)和松香膠料。在該階段也可以加入助留劑。優(yōu)選陽離子助留劑；然而，陰離子助留劑也可以用于配料。
此外，在將配料提供到造紙機(jī)的流漿箱之前，如果需要，優(yōu)選將聚合的微球體添加到紙漿配料混合物中作為紙或紙板紙幅的成分。在加入配料混合物之前，微球體可以預(yù)膨脹或基本上達(dá)到它們的最終尺寸。優(yōu)選微球體在形成紙幅的最初的造紙配料中處于“未膨脹”狀態(tài)，接著在紙或紙板的制造過程期間加熱后，微球體直徑發(fā)生膨脹以便在最終的施膠紙或紙板紙幅內(nèi)其處于“膨脹”狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)理解該膨脹具有能夠使最終紙制品厚度增加和密度減少的效果。在造紙配料內(nèi)包括可膨脹的和已經(jīng)膨脹的微球體(或已經(jīng)基本上處于其最終尺寸狀態(tài)的微球體)混合物以便部分的微球體將在干燥操作中膨脹到相當(dāng)大的程度，而同時(shí)在干燥期間總尺寸基本保持相同，這樣的方案也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。膨脹度可以很大地變化。基于未膨脹微球體的體積，優(yōu)選膨脹度至少大約200％，更優(yōu)選至少大約300％，尤其優(yōu)選大約300％到大約600％。在其原始未膨脹狀態(tài)，可膨脹微球體的中心可以包含揮發(fā)性液體發(fā)泡劑以便促進(jìn)和維持所需的體積膨脹。優(yōu)選，該發(fā)泡劑不是用于聚合樹脂的溶劑。尤其優(yōu)選發(fā)泡劑是低分子的直鏈或支鏈烷烴或烯烴，例如異丁烷，其含量足以產(chǎn)生所需的膨脹度。在優(yōu)選實(shí)施方案中，其量可以在樹脂微?？傊亓康拇蠹s10wt％至大約25wt％之間變動(dòng)。適宜的可膨脹微球體可以利用已知的方法制備或市售獲得，比如從Georgia州Marietta的Akzo Nobel市售獲得的EXPANCEL(商品名)。
在本發(fā)明方法的步驟(b)中，裁切并干燥步驟(a)的紙漿懸浮液從而獲得干的紙或紙板紙幅。用于裁切和干燥紙漿懸浮液的方法和設(shè)備在紙和紙板技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。例如參閱上述參考的G.A.Smook和其中所引用的參考文獻(xiàn)。可以使用任何常規(guī)的裁切和干燥方法。因此，這些方法在此將不再詳細(xì)描述。舉例來說，包含紙漿及其它添加劑的含水造紙漿料配料從適宜的造紙機(jī)的流漿箱沉積到造紙機(jī)比如長網(wǎng)造紙機(jī)或本領(lǐng)域公知以及未來將熟知的任何其它適宜造紙機(jī)上，形成單層或多層紙幅。例如，所謂的配料“切片”(slice)包括稠度相對(duì)較低的漿粕纖維的含水漿料和分散在其中的微球體和各種添加劑以及填料，將其從流漿箱排出到多孔無端活動(dòng)成型板或網(wǎng)上，液體漿料在其中通過經(jīng)由網(wǎng)內(nèi)的小孔隙在成型部以真空方式逐漸排水而脫水，直到一層漿粕纖維和其它材料在網(wǎng)上形成。脫水后的濕磨木漿或紙幅從成型部傳送到壓榨部的特殊構(gòu)造的氈上，并通過輥式壓榨機(jī)的一系列壓區(qū)從而除去水并固化濕紙幅。然后將紙幅輸送到初始干燥部從而除去仍然保有的大部分水分并且進(jìn)一步固化紙幅內(nèi)的纖維。干燥部的加熱也促進(jìn)紙幅內(nèi)可能包含的未膨脹微球體的膨脹。
在本發(fā)明方法的步驟(c)中，干紙或紙或紙板幅通過在至少一個(gè)表面上涂覆包含一種或一種以上疏水性聚合物的膠料組合物進(jìn)行處理。用膠料組合物處理干燥的紙或紙板紙幅的方法和設(shè)備在紙和紙板技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。例如參閱上述參考的G.A.Smook和其中所引用的參考文獻(xiàn)。如果需要，更詳細(xì)如上所述，可以通過壓榨機(jī)的作用，在紙幅中應(yīng)用和加入其它的添加劑比如淀粉、顏料及另外的添加劑。
在本發(fā)明方法的最優(yōu)實(shí)施方案的步驟(d)中，紙或紙板紙幅在用膠料組合物處理后干燥。用膠料組合物處理干燥的紙或紙板紙幅的方法和設(shè)備在紙和紙板技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。例如參閱上述參考的G.A.Smook和其中所引用的參考文獻(xiàn)?？梢允褂萌魏纬Ｒ?guī)的干燥方法和設(shè)備。因此，這些方法和設(shè)備在此將不再詳細(xì)描述。干燥之后，可以對(duì)紙進(jìn)行一次或一次以上的干燥后步驟，例如上述引用的參考文獻(xiàn)G.A.Smook及其中引用的文獻(xiàn)中所述的那些步驟。例如，可以對(duì)紙或紙板紙幅進(jìn)行涂敷和/或壓光，從而獲得如上所討論的最終所需厚度，由此改善紙幅的平滑度及其它特性。壓光可以在足以提供所需厚度的壓區(qū)壓力下通過鋼-鋼壓光(steel-steel calendaring)來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解紙層的最后厚度將主要取決于壓區(qū)壓力的選擇。
按照本發(fā)明制造的紙幅的一個(gè)重要特性是其對(duì)含水流體的抗水性(watershedability)或抗?jié)裥?。與除了沒有用本發(fā)明的淀粉和疏水性聚合物的混合物表面施膠外與本發(fā)明的紙和紙板紙幅均相同的紙和紙板紙幅相比，由本發(fā)明方法生產(chǎn)的表面施膠紙和紙板紙幅具有大大改善的抗水性。紙幅對(duì)于含水流體的抗?jié)裥钥梢酝ㄟ^Cobb施膠度試驗(yàn)按照ASTM D-3285(TAPPI T-441)測定。用于文件夾的常規(guī)施膠紙幅在測試用紙為每平方米大約50至70克時(shí)具有五分鐘的吸水率。包含支持層12(holdout layer)和印刷層14(print receptive layer)的紙幅10優(yōu)選在每平方米大約30克至大約40克時(shí)具有五分鐘的吸水率。用于執(zhí)行Cobb施膠度試驗(yàn)法的測定儀包括空心金屬圓筒或環(huán)(內(nèi)部面積為100、25或10cm2)。一個(gè)帶有夾緊裝置的金屬底板用于倚著紙樣品和氯丁橡膠墊固定該環(huán)。當(dāng)試驗(yàn)樣品不平時(shí)，氯丁橡膠墊可以用來倚著紙幅密封該圓筒。該試驗(yàn)設(shè)備的一個(gè)重要構(gòu)件是實(shí)心不銹鋼輥，該輥具有大約20cm寬的光滑表面和大約10kg的重量。用于該試驗(yàn)的還有100mL的量筒，精度為0.01g或更好的天平，吸水紙，和計(jì)時(shí)器或秒表。從被涂覆的紙幅切割為大約12.5×12.5cm的正方形紙或紙板材料試驗(yàn)樣品。將稱量后樣品放置在氯丁橡膠墊上。通過適當(dāng)?shù)劓i定橫桿和緊固兩個(gè)旋鈕將圓筒夾緊在樣品上。如果樣品材料粗糙，則將墊圈放置在樣品和圓筒之間，并小心地對(duì)準(zhǔn)各自的內(nèi)緣。將試驗(yàn)液體，在這種情況下優(yōu)選為水，灌注入試驗(yàn)圓筒。試驗(yàn)液體的量對(duì)于100平方厘米圓筒優(yōu)選100mL。較小的圓筒按比例使用較少的液體。在灌注液體之后，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)進(jìn)行五分鐘試驗(yàn)。也可以提供更長或更短的試驗(yàn)周期。在預(yù)定試驗(yàn)周期結(jié)束之前的十五秒時(shí)，從圓筒快速倒出液體，操作時(shí)注意不要將任何液體滴落到試驗(yàn)樣品未處理過的(外部)部分。從樣品上移去圓筒，然后將樣品浸濕的一面向上放置在一張吸水紙上。在預(yù)定試驗(yàn)周期恰好結(jié)束的時(shí)候，將第二張吸水紙放置在樣品之上，從而通過在樣品和吸水紙上向前向后各一次移動(dòng)手壓輥得以除去多余的液體。注意不要在輥上施加向下的壓力。從吸水紙片之間取出樣品，然后將其折疊，接著再稱重，精確到0.01克。將樣品的最后重量減去紙幅的最初重量，對(duì)于100cm2圓筒將增加的重量克數(shù)乘以100從而獲得每平方米所吸收的液體重量克數(shù)。本發(fā)明的紙或紙板所顯示的Cobb值等于或小于大約25，優(yōu)選等于或小于大約23，更優(yōu)選等于或小于大約21，最優(yōu)選等于或小于大約20。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，紙幅對(duì)含水流體的抗?jié)裥赃€可以由接觸角測定法測定。在跨越樣品對(duì)角切割的紙的窄帶(1/4-1/3英寸)上進(jìn)行接觸角測定。將小水滴(或其它的液體)滴到紙的表面上。攝像機(jī)在大約4.5秒期間內(nèi)記錄該液滴。以0.1秒的間隔捕獲幀。然后對(duì)視頻圖像進(jìn)行圖像分析，計(jì)算接觸角。該測定是在室溫下進(jìn)行的。一般地，每份樣品分析六小滴。使用的儀器是FTA，Instrument生產(chǎn)的First TenAngstroms。接觸角等于或大于大約128°，優(yōu)選等于或小于大約130°，更優(yōu)選等于或小于132°，最優(yōu)選等于或小于133°。
本發(fā)明的紙和紙板紙幅可以用于使用傳統(tǒng)方法制造期望有抗水性的各類紙基產(chǎn)品。例如，按照本發(fā)明制成的紙和紙板紙幅可以用于各種辦公室或文書方面的應(yīng)用。優(yōu)選紙幅用于制造文件夾、馬尼拉折疊夾、合蓋文件夾(flap folders)，例如基于Bristol的紙，及用于辦公環(huán)境的其它基本上不可彎曲的紙板紙幅，其包括但不限于用于這種文件夾的紙板容器等。由紙幅制造這種文件夾對(duì)于在紙張加工領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是眾所周知的，并且通常包括由紙幅切割適當(dāng)大小與形狀的原紙(blanks)，一般用“反向”沖切，然后將原紙折疊成適當(dāng)?shù)奈募A形狀，接下來是堆疊和包裝步驟。如果希望便于折疊，也可以預(yù)先將原紙刻痕?？毯?、切割、折疊、堆疊和包裝操作通常使用本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員眾所周知的自動(dòng)機(jī)器，由退紙架供應(yīng)給機(jī)器的紙幅材料卷開始，基本上連續(xù)地進(jìn)行。
下列非限制性實(shí)施例闡明本發(fā)明的其它各方面。除非另有陳述，溫度是攝氏溫度，百分比是重量百分比，任何紙漿添加劑或水分的百分?jǐn)?shù)基于材料總的烘干重量。
實(shí)施例I由65％硬木和35％軟木漿的混合物制備定量為124lb/3000ft2的一系列紙板樣品。紙用ASA膠料內(nèi)施膠并包含重質(zhì)碳酸鈣作為填料。在施膠之前，將紙干燥至大約3％含水量。膠料溶液包含乙基化淀粉，并且加入不同含量的疏水性聚合物，該溶液用于在造紙機(jī)的槽式施膠機(jī)上涂覆，將其驅(qū)壓入通過施膠機(jī)壓區(qū)的紙片內(nèi)。淀粉和添加劑的吸收量(pick-up)使用淀粉與添加劑的比值和制造過程中在施膠機(jī)上測定的吸濕量計(jì)算獲得。紙板樣品在表1中更加詳細(xì)的描述。
表I

通過上標(biāo)標(biāo)示的術(shù)語如下定義(1)“疏水性聚合物”是可以由RohmNova以商品名Sequapel414市售獲得的硬脂?；矍璋?石蠟。
(2)“淀粉”是由Penford以商品名Penford 270市售獲得的乙基化淀粉。
(3)“微球體”是由Expancel Inc.市售獲得的微球體，商品名為“Expancel”。
實(shí)施例II評(píng)定實(shí)施例I制備的紙板樣品用以測定抗水性。所用的評(píng)定試驗(yàn)中Cobb試驗(yàn)和接觸角測定法如上所述。也利用下列等級(jí)主觀地評(píng)定樣品
(1)優(yōu)秀(A)水呈珠狀，就象水在涂蠟表面上一樣，當(dāng)紙抖落時(shí)，水幾乎全部抖下?？赡苡邢喈?dāng)少量的剩余水珠需要擦去。同時(shí)在20秒內(nèi)也不會(huì)看到水滲入紙片。圓珠筆或鉛筆可以在紙上書寫而沒有或只有最小限度的條痕(streaking)。
(2)良好(B)水在紙上呈珠狀。當(dāng)紙抖落時(shí)，剩余的水珠比優(yōu)秀級(jí)稍微多一些，同時(shí)也可能獲得一些輕微的水跡。在20秒內(nèi)可能發(fā)現(xiàn)紙上有一些起皺，其中水剛開始滲入紙片。肯定能夠在紙片上用圓珠筆或鉛筆書寫而沒有或只有最小限度的條痕(streaking)。
(3)差(C)水并非珠狀，當(dāng)水從紙片流走時(shí)留下明顯的水跡。在20秒內(nèi)可能發(fā)現(xiàn)一些增加的起皺和水滲入紙內(nèi)。
結(jié)果以附圖和下面的表II闡明。
表II

實(shí)施例III利用實(shí)施例I的工序制備另外的基材。方法和產(chǎn)品的情況在下面表III中闡明。
表III

通過上標(biāo)標(biāo)示的術(shù)語如下定義(1)“添加劑4”是可以由RohmNova以商品名Sequapel414市售獲得的基于硬脂酰化三聚氰胺/石蠟的含水組合物。
(2)“淀粉”是由Penford以商品名Penford 270市售獲得的乙基化淀粉。
(3)“微球體”是由Expancel Inc.市售獲得的可膨脹微球體，商品名為“Expancel”。
(4)“添加劑3”是由Michelman以商品名Vaporcoat 2200r市售獲得的基于苯乙烯-丁二烯共聚物的含水組合物。
(5)“添加劑5”是由Spectra Kote以商品名Spectra Guard 763 B市售獲得的基于聚(甲基丙烯酸甲脂)/石蠟的含水組合物。
(6)“添加劑6”是由Hercules以商品名M 1322市售獲得的基于苯乙烯-丙烯酸共聚物的含水組合物。
(7)“添加劑7”是由Michelman以商品名X300plus市售獲得的基于SBR(苯乙烯-丁二烯)的含水組合物。
(8)“添加劑1”是由Progressive Coatings以商品名ProgressiveJ0819D市售獲得的基于丙烯酸聚合物的含水組合物。
(9)“添加劑9”是由Hercules Incorporated以商品名Scripset 745市售獲得的基于苯乙烯-馬來酸酐共聚物的含水組合物。
實(shí)施例IV使用實(shí)施例II的工序，評(píng)定實(shí)施例III基材的抗水性能。結(jié)果在下面表IV中闡明。

權(quán)利要求
1.一種制備施膠紙和紙板紙幅的方法，其用施膠機(jī)在紙或紙板紙幅內(nèi)加入膠料組合物，該組合物包含一種或一種以上的疏水性聚合物或者在疏水性聚合物之外還含有一種或一種以上的淀粉，其中疏水性聚合物、這種聚合物的量和所述聚合物與所述淀粉的重量比是這樣選擇的，以便紙和紙板紙幅顯示出等于或小于大約25的Cobb值。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物的量是這樣的，以便Cobb值等于或小于大約23。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中所述聚合物的量是這樣的，以便Cobb值等于或小于大約21。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中所述聚合物的量是這樣的，以便Cobb值等于或小于大約20。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物的量是這樣的，以便紙或紙板紙幅顯示出等于或大于大約128°的接觸角。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其中所述聚合物的量是這樣的，以便紙或紙板紙幅顯示出等于或大于大約130°的接觸角。
7.按照權(quán)利求6的方法，其中所述聚合物的量是這樣的，·以便紙或紙板紙幅顯示出等于或大于大約132°的接觸角。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述聚合物的量是這樣的，以便紙或紙板紙幅顯示出等于或大于大約133°的接觸角。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物的量是這樣的，以便紙或紙板紙幅顯示出等于或大于大約132°的接觸角。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述聚合物的量至少為大約0.4wt％，該百分比基于紙或紙板的干重。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其中所述聚合物的量至少為大約0.5wt％。
12.按照權(quán)利要求11的方法，其中所述聚合物的量至少為大約0.9wt％。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其中所述聚合物的量至少為大約0.9wt％。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中所述聚合物的量為大約1.3wt％至大約3.0wt％。
15.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述膠料組合物不包含或基本上不包含淀粉。
16.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述膠料組合物包含淀粉。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其中由紙或紙板紙幅吸收的淀粉與疏水性聚合物的重量比小于大約3比1。
18.按照權(quán)利要求17的方法，其中由紙或紙板紙幅吸收的淀粉與疏水性聚合物的重量比小于大約2比1。
19.按照權(quán)利要求18的方法，其中由紙或紙板紙幅吸收的淀粉與疏水性聚合物的重量比小于大約1比1。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中由紙或紙板紙幅吸收的淀粉與疏水性聚合物的重量比小于大約0.5比1。
21.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述疏水性聚合物選自苯乙烯丙烯乳液(SAE)、苯乙烯丙烯酸(SAA)、苯乙烯馬來酸酐(SMA)、其中烷基部分是支化或直線型并具有至少約7個(gè)碳原子的烷基化三聚氰胺、石蠟、聚氨酯類、改性淀粉(疏水性淀粉)、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、烷基乙烯酮二聚物、鏈烯基乙烯酮二聚物、松香和其組合。
22.按照權(quán)利要求1的方法，其中疏水性聚合物選自其中烷基部分是支化或直線型并且具有至少約7個(gè)碳原子的烷基化三聚氰胺、石蠟和其組合。
23.按照權(quán)利要求1的方法，其中疏水性聚合物選自一種或一種以上的烷基化三聚氰胺和一種或一種以上的石蠟的組合，其中烷基化三聚氰胺是烷基部分是支化或直線型并且具有至少約7個(gè)碳原子的烷基化三聚氰胺。
24.按照權(quán)利要求1的方法，其中疏水性聚合物選自由一種或一種以上的烷基化三聚氰胺樹脂和一種或一種以上的石蠟組成的混合物，其中烷基化三聚氰胺樹脂是烷基部分是支化或直線型并且具有至少約13個(gè)碳原子的烷基化三聚氰胺樹脂。
25.按照權(quán)利要求1的方法，其中紙和紙板紙幅包含微球體。
26.由權(quán)利要求1的方法形成的施膠紙或紙板紙幅。
27.用于制備施膠紙和紙板的方法，其包括a)提供紙漿水懸浮液；b)裁切和干燥紙漿水懸浮液從而獲得干的紙或紙板紙幅；c)用含有一種或一種以上的疏水性聚合物的膠料組合物涂覆在紙幅的至少一個(gè)表面上處理干的紙或紙板紙幅，從而形成處理過的紙或紙板紙幅；和d)將紙干燥從而獲得施膠的紙或紙板紙幅，其顯示的Cobb值等于或小于大約25。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備施膠紙和紙板的方法，其用施膠機(jī)在紙和紙板內(nèi)加入膠料組合物，該組合物包含一種或一種以上的“疏水性聚合物”，其中疏水性聚合物、組合物內(nèi)這種聚合物的量和淀粉與這種聚合物的重量比是這樣選擇的，以便紙和紙板顯示出等于或小于大約25的Cobb值，本發(fā)明還涉及由該方法形成的施膠紙或紙板紙幅。
文檔編號(hào)D21H21/16GK1802469SQ200480015773
公開日2006年7月12日 申請日期2004年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者理查德·威廉斯, 彼得·M·弗羅阿斯, 桑迪普·庫爾卡尼 申請人:國際紙業(yè)公司