專利名稱:用泡沫處理濕紙的方法
本發(fā)明涉及濕紙的，尤其是造紙過程中所產(chǎn)生之濕紙幅的處理方法，更其體地說，本發(fā)明涉及采用含有紙?zhí)幚韯┑钠鹋萁M合料的一類方法。
采用本工藝領(lǐng)域中周知的濕法制紙技術(shù)時(shí)，造紙的過程涉及到利用紙纖維在水中組成水懸浮液的木漿這種原料，來生產(chǎn)稱之為紙幅的非編織紙。應(yīng)用這種濕法工藝造紙時(shí)，通常需要形成由高達(dá)百分之幾(重量)的，懸浮在水中的紙纖維組成的紙漿懸浮液。將此種纖維懸浮液澆注到網(wǎng)帶一類篩子上，讓水排出而得到濕部紙幅。該紙幅也可以通過一個(gè)壓榨部，擠壓出更多的水分。這種壓榨或未壓榨過的濕部紙幅通常再經(jīng)空氣和/或加熱干燥，使紙中的含水量一般降低到干部紙成品的10%(重量)以下。
在上述造紙過程中，應(yīng)用了包括特性劑或官能劑在內(nèi)的紙?zhí)幚韯?。可以通過添加工藝特性劑這種形式來加入上述紙?zhí)幚韯?，以輔助造紙工藝;或者也可以作為產(chǎn)品特性劑來將這些試劑加到紙中。
已經(jīng)采用了擠水輥、噴淋、篩孔或漿葉等各種方法以在造紙作業(yè)中應(yīng)用紙?zhí)幚韯疾皇殖晒Α?br>擠水輥法需要在緊接通過輥筒之前，使紙幅與含有液體的或泡沫的處理劑成分接觸。能夠?yàn)閯┧伔☉?yīng)用的處理劑由于它們?cè)谑褂弥惺艿礁鞣N限制，也就限制了它們的性質(zhì)。因?yàn)楦咚贂r(shí)擠水輥中產(chǎn)生有強(qiáng)大的水力使輥筒分離，導(dǎo)致所用物料的組成在數(shù)量上失控和其它一些問題，所以處理劑組合料一般必須是低粘度和低粒度的成分。研究的結(jié)果證明，液體滲透機(jī)理支配著吸收，除非發(fā)生飽和，便要從紙面到紙張中心形成強(qiáng)度梯度。應(yīng)用擠水輥會(huì)顯著增加紙中的水分，這就需要附加干燥工序和大大增加成本的裝置，因此妨礙了它們?cè)跐癫刻幚碇械膽?yīng)用。
將紙?zhí)幚韯┙M合料噴淋到紙幅上的實(shí)用性也很有限。一般說來，只可以應(yīng)用低粘度的液體。處理劑的這種應(yīng)用方式在均勻性方面存在著限制。噴嘴設(shè)計(jì)和性能上的靈敏性，以及噴淋結(jié)構(gòu)和重疊方面固有的局限性，導(dǎo)致低效率的分布。尤其對(duì)于通常在造紙中使用的寬紙幅，噴淋還常常形成不均勻的沉積。噴淋對(duì)于可能影響沉積均勻性的空氣流也是靈敏的。某些處理劑或許可能有冒空氣擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)保原因而不被使用。
應(yīng)用液體組合料的上述裝置和其它利用分布篩孔或棒、刀片之類的裝置，需要繁重的干燥操作。這類液體組合料不可用于不能支承應(yīng)加到紙幅上的此種液體重量的濕部紙上。此外，從儲(chǔ)液器吸附紙?zhí)幚韯┖髴?yīng)調(diào)整除去過量的液體，這又需要有水分含量均勻的一種紙幅才能達(dá)到均勻吸附。
在造紙作業(yè)期間，處理濕部紙時(shí)由于紙幅具有水分含量高的固有弱點(diǎn)而受到限制。濕部紙幅具有一種弱的結(jié)構(gòu)，使其不能吸附在數(shù)量上尚談不到難以控制的水分。結(jié)果使得許多紙?zhí)幚矸椒ㄊ轻槍?duì)干部處理的。由于有顯著的水分吸收，即有水加到紙張底物(substrate)中，這樣的處理是不能應(yīng)用于濕部處理的。
美國專利4158076號(hào)(Wallsten)中介紹了泡沫處理料在干部紙幅中的應(yīng)用。專利中公開了，在泡沫與紙幅接觸處，采用一種有開孔于其中的或在其上游的泡沫涂布區(qū)，可使處理劑在紙幅上均勻分布。在該書的第6列第65行至第7列第21行中披露了，用泡沫來充填涂布區(qū)時(shí)，不論是由于不均勻的和不可控的沉積，或由于沉積物的部分或全部損失，都不可能得到處理劑的滿意沉積。
美國專利4081313號(hào)(Wietsma)公開了以下述方式將起泡組合料用于紙幅，通過造紙機(jī)的篩選區(qū)，利用抽吸使泡沫沉積在紙幅上。所公開的這種方法，其目的是使起泡組合料施加到紙幅上時(shí)，不需要通過直接機(jī)械接觸以任何方式碰撞它或擠壓它。
1976年3月25日提交的、題目為“用泡沫處理織物的方法”的美國專利申請(qǐng)系列670528號(hào)(Walter等人)中，介紹了用起泡處理料來處理多孔底物的方法。與這項(xiàng)申請(qǐng)等效的外國專利，發(fā)表于1978年11月23日的“西德專利申請(qǐng)公報(bào)”(offen legungss Chrift)2722083號(hào)中。該申請(qǐng)介紹了可以用起泡處理料來處理的一大類多孔底物，包括紡織物或非紡織物、紙、或薄木片。Walter等人的申請(qǐng)主要是針對(duì)生產(chǎn)均勻處理的織物的方法，盡管其中公開了所說的多孔底物不必是干燥的，但此種均勻處理織物基本上要干燥到可以觸摸;同時(shí)該申請(qǐng)中還有有關(guān)方法的一些具體實(shí)施例。所有的實(shí)施例均把紡織品作為多孔底物來處理。
織物原料對(duì)空氣有相當(dāng)高的可透性，這一性質(zhì)在泡沫流與紡織物或織構(gòu)件接觸時(shí)，有助于空氣與液體分離。相反，許多紙料，如未經(jīng)光澤處理的，書寫紙、書籍紙、新聞紙、紙板襯里、盒紙板、容器紙板等等，實(shí)質(zhì)上都是無細(xì)孔的，可透性相當(dāng)?shù)?。這類紙與織物比較，其吸水性也相當(dāng)?shù)?，液體的吸收速率也相當(dāng)慢。相當(dāng)?shù)偷奈院陀绕涫窍喈?dāng)?shù)偷囊后w吸收速率，對(duì)于商業(yè)造紙中所采用的那種高速紙張加工，會(huì)使得由起泡組合料來獲得合適的處理劑分布遇到嚴(yán)重困難。
美國專利4023526(Ashmus等人)中介紹了，將泡沫處理料應(yīng)用于底物(如織物原料或織物)時(shí)所用的泡沫涂布器。用于相應(yīng)處理方法中的起泡組合料已在美國專利4099913(Walter等人)中作了敘述。
在造紙過程中，包括在正常的濕部條件下，總希望為紙?zhí)幚韯┰跐窦埛系木鶆蚍植继峁┮环N方法。由于濕紙幅的弱點(diǎn)，這種方法必須能提供紙的吸濕性。這種方法應(yīng)能適用于，包括高硬粒、高粘性成分在內(nèi)的，很廣一類紙?zhí)幚韯Ｔ摲椒☉?yīng)使處理劑均勻沉積，而不受紙幅性質(zhì)例如水分含量的影響。該方法也必須適用于孔隙較少的紙料及在高速造紙生產(chǎn)中有效地操作。
本發(fā)明涉及處理濕紙的方法。該方法包括如下幾個(gè)基本步驟。第一步包括(A)制造含有氣體和一種液體處理料的泡沫，此液體處理料包括液體載體、紙?zhí)幚韯┖推鹋輨?。泡沫的密度從約0.005克/立方厘米至約0.8克/立方厘米，氣泡平均直徑從約0.05毫米至約0.5毫米，而泡沫的半壽期從約1分鐘至約60分鐘。第二步包括(B)使泡沫通過至少一個(gè)泡沫涂布器噴嘴，使噴嘴的上游唇板和下游唇板間的銳孔充滿泡沫。第三步包括(C)使水分含量至少為約5%(重量)的濕紙幅沿上游唇板至下游唇板橫過噴嘴。第四步為(D)加適量的泡沫至濕紙幅的表面，使紙?zhí)幚韯┚鶆蚍植荚跐窦埛稀?br>本發(fā)明還涉及制造經(jīng)處理過的紙的方法。這個(gè)方法包括如下幾步。第一步包括(A)制造水分含量至少約5%(重量)的濕紙幅。第二步包括(B)制造含有氣體和一種液體處理料的泡沫，此液體處理料則由液體載體、紙?zhí)幚韯┖推鹋輨┙M成。泡沫的密度從約0.005克/立方厘米至約0.8克/立方厘米，氣泡平均直徑從約0.05毫米至約0.5毫米，泡沫的半壽期從約1分鐘至約60分鐘。第三步包括(C)使泡沫通過至少一個(gè)泡沫涂布器噴嘴，使噴嘴的上游唇板和下游唇板間的銳孔充滿泡沫。第四步為(D)使?jié)窦埛厣嫌未桨逯料掠未桨宓姆较驒M過噴嘴。第五步為(E)加適量的泡沫至濕紙幅的表面，使紙?zhí)幚韯┐篌w地均勻分布在濕紙幅上。第六步為(F)干燥濕紙幅。第七步為(G)回收干燥的、經(jīng)處理的紙幅。
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的方法，它能夠?qū)⒓執(zhí)幚韯┚鶆虻胤植荚跐窦埳希┤缭谠旒埳a(chǎn)過程中得到的濕部紙幅上。這種經(jīng)改進(jìn)了的方法可選用于包括高硬粒，高粘度成分在內(nèi)的多種紙?zhí)幚韯?。本改進(jìn)方法可用于制造液體吸收速率低的基本上無孔的紙幅，并且在典型的造紙生產(chǎn)中，包括高速造紙作業(yè)在內(nèi)，都是有效的。本方法的操作實(shí)質(zhì)上不受濕紙中水分含量變化的影響，為有效地處理水分含量高達(dá)接近飽和的濕部紙?zhí)峁┝说偷奈鼭裥浴?br>能用本發(fā)明的方法處理的這類紙料包括紙幅或紙廢物在內(nèi)，例如以濕法造紙作業(yè)生產(chǎn)的紙幅或底物。本發(fā)明的方法特別適用于滲透性相當(dāng)?shù)偷幕旧鲜菬o孔的紙。基本上無孔的紙具有相當(dāng)高的纖維含量。因此，無孔紙與纖維本身的密度相比，具有較高的密度。取決于纖維的重量和紙料，基本上無孔紙的密度一般為紙中纖維密度的30%(重量)以上。例如，天然木質(zhì)纖維密度為1.55克/立方厘米，從而此種纖維的無孔紙的密度一般為約0.5克/立方厘米至1.0克/立方厘米以上。本發(fā)明中使用的紙幅包括無孔紙(如未經(jīng)光澤處理的書寫紙、書籍紙、新聞紙、紙板襯里、盒紙板等等)以及多孔紙(如薄紙、濾紙等等)。
按照本工藝領(lǐng)域中切實(shí)可行的程序，用濕法造紙機(jī)可以生產(chǎn)本發(fā)明方法中使用的紙幅。在一種典型的程序中，通常將水中含有約0.1至約5%(重量)的纖維的液體漿澆注到移動(dòng)著的網(wǎng)帶或篩子上，從這里將水排出，而得到濕的非紡織紙幅，通常水分含量可高達(dá)約90%(重量)。可以使紙幅通過多級(jí)壓榨部，使更多的水被“擠出”而得到水分含量最高約達(dá)75%(重量)的紙幅。
在本發(fā)明的方法中，所用紙幅的水分含量從至少約5%(重量)直到紙幅的飽和含量。此種濕紙最好具有由濕法造紙工藝生產(chǎn)出的濕紙幅的濕度特性。濕紙的水分含量最好從約5%(重量)至約40%(重量)，最理想的范圍為從約10%(重量)至約30%(重量)。
盡管本發(fā)明的方法最初是針對(duì)處理造紙作業(yè)過程中的濕部紙幅，但這一方法同樣可應(yīng)用于預(yù)先干燥的水分含量至少約為5%(重量)的紙。
在本發(fā)明的方法中，使用的液體處理料含有紙?zhí)幚韯⒁后w載體和普通的起泡劑。紙?zhí)幚韯┦腔钚圆牧?，可用本發(fā)明的方法使之分布于紙幅上。液體載體有助于紙?zhí)幚韯┰诩埛系某练e。紙?zhí)幚韯┛梢越枞魏畏绞脚渲圃谝后w載體中，比如可以用分散、乳化、溶劑化或本工藝中熟知的其它方法。
本發(fā)明的方法中使用的紙?zhí)幚韯?，可由熟悉這一工藝領(lǐng)域的人選擇他們所了解的一類材料，只要這類材料能有效地用于紙底物即可。典型的紙?zhí)幚韯┌垙堄玫墓δ芴砑觿┖吞匦蕴砑觿?，例如產(chǎn)品特性劑和方法特性劑。作為這種紙?zhí)幚韯┑睦影ㄊ┠z劑如淀粉、酪蛋白、動(dòng)物膠，包括聚乙烯醇在內(nèi)以及可以用于液體漿或成型紙片上的一類合成樹脂，包括濕強(qiáng)度或干強(qiáng)度樹脂在內(nèi)的粘合劑，如丙烯酰胺、丙烯腈、酰胺、多胺、聚脂、苯乙烯、乙烯、丙烯酸、丙烯酸酯等的聚合物和共聚物和松香，改良樹膠、乙二醛等物質(zhì);包括染料和顏料在內(nèi)的著色劑，如直接的，反應(yīng)性的和熒光型的染料和顏料類，象二氧化鈦一類的增白劑或通常用于色紙的有機(jī)顏色類;防油或防水劑;使起泡劑在有效范圍內(nèi)使用的消沫劑;填料;腐漿防治劑;膠乳;飽和劑以及蠟乳狀液等等?？梢圆捎枚嘤谝环N紙?zhí)幚韯┙M成的摻合物。
較理想的紙?zhí)幚韯┌z粘劑(如淀粉)、包含濕強(qiáng)度或干強(qiáng)樹脂(如酰胺樹脂，酚醛塑料和丙烯酸類樹脂)在內(nèi)的粘合劑、交聯(lián)劑(如密胺甲醛樹脂)和著色劑。
根據(jù)本技術(shù)中已證明為有效的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，紙?zhí)幚韯┑臐舛炔皇呛車?yán)格的，只要向紙幅提供的量足以使被處理的紙具有理想的性質(zhì)即可。理想的紙?zhí)幚韯┑奶囟舛入S紙?zhí)幚韯┑奶囟愋?、泡沫作用的速率、移?dòng)紙的速率、紙的性質(zhì)和決定在處理的紙上所需紙?zhí)幚韯?shù)量這一類條件而改變。在液體處理料中，紙?zhí)幚韯┩ǔＴ诩s1%至約70%之間，較好的是從約2%(重量)至約50%(重量)，而最好是從約4%(重量)至約30%(重量)。
液體載體的特定類型并不苛刻，只要它能起到有助于將紙?zhí)幚韯┏练e到紙幅上的作用就可。作為液體載體的例子包括水、有機(jī)溶劑，以及能與水和較好的造紙作業(yè)相匹配的類似物質(zhì)。水是較理想的液體載體。
本發(fā)明的方法中使用的液體處理料，通常要含有有效量的起泡劑以形成具有必要結(jié)構(gòu)的泡沫。在某些情況下，此種紙?zhí)幚韯┦悄軌蚓哂凶銐虻陌l(fā)泡性質(zhì)以形成必要的泡沫結(jié)構(gòu)的。在這樣的情況下，紙?zhí)幚韯┍旧硪彩瞧鹋輨?，以致不再需要另外的起泡劑。起泡劑的特定類型也不是很?yán)格的，而是可以由熟悉本工藝的人，從能夠形成所需泡沫，的那一類公認(rèn)的起泡劑中選取。一般地說，起泡劑是一些表面活性劑，它可以有效地提供所需泡沫特性的表面活性劑。這類起泡劑的例子包括(1)長(zhǎng)鏈醇或長(zhǎng)鏈烷基酚的環(huán)氧乙烷加成物一類非離子或陰離子表面活性劑，如含有從約10到50乙烯氧基單位、最好從約12到20乙烯氧基單位的混合C11-C15直鏈仲醇，含有從約10到約50、最好從約12到20乙烯氧基單位的C10-C16直鏈伯醇，含有從約10到約50、最好從約12到約20乙烯氧基單位的C8-C12烷基酚;脂肪酸鏈烷醇酰胺，如椰子脂肪酸單乙醇酰胺;磺基琥珀酸鹽式酯，如N-十八烷基磺基琥珀酸二鈉鹽，N-(1，2-二羧乙基)-N-十八烷基磺基琥珀酸四鈉鹽，磺基琥珀酸鈉的二戊酯，磺基琥珀酸鈉的二己酯，磺基琥珀酸鈉的二辛酯，等等，或(2)陽離子或兩性表面活性劑，如氯化二硬脂酰吡啶鎓，N-可可-β-氨基丙酸(N-動(dòng)物脂或N-十二烷基的衍生物)或其鈉鹽，氯化硬脂酰基二甲基苯甲基銨鹽，甜菜堿用苯磺酸季(銨)化的三烷基銨鹽，或其它。這類泡沫劑是周知的，除了前面所確定的那些外，可以使用任何類似的表面活性劑?？梢允褂靡环N以上起泡劑組成的摻合物。在為特定泡沫選擇起泡劑時(shí)，必須十分注意采用這樣一些泡沫劑，它們應(yīng)不與其它存在的試劑發(fā)生不必要的反應(yīng)或者干擾發(fā)泡或處理過程。
較理想的一些起泡劑，包括以“紙?zhí)幚碇惺褂玫钠鹋萁M合料”為題，共同提交的美國專利申請(qǐng)系列715169號(hào)〔布朗(Brown)等人〕中所敘述的那些，已一并錄于本說明書中作為參考。
這類組合料中的起泡劑濃度不是很嚴(yán)格的，而只要足以形成所須泡沫結(jié)構(gòu)的任意量均可起泡劑數(shù)量的變化取決于特定的起泡劑，尤其取決于紙?zhí)幚韯?、泡沫結(jié)構(gòu)、泡沫作用速率、紙移動(dòng)速率、和在使用中隨時(shí)變化的多種條件。一般地，起泡劑的量約在為液體處理料的約0.1至約5%(重量)之間，以在約0.5至約3%(重量)較好，最好在約1.0至約2.0%(重量)。
與本工藝中所確定的流程相容的其它輔助劑，可以任意地加到上述液體處理料中，這方面包括潤(rùn)濕劑、熱靈敏劑、凝固劑、分散劑、穩(wěn)定劑、掩蔽劑、抗氧化劑、泡沫穩(wěn)定劑(如羥乙基纖維素或水解的瓜耳膠樹膠)等等，但在將泡沫應(yīng)用于紙幅時(shí)，輔助劑的添加量應(yīng)不影響所需的泡沫特性?？梢跃S持的輔助劑濃度要遵循本工藝技術(shù)中已確定的那些習(xí)慣。
在本發(fā)明的方法中，使用的泡沫含有氣體和液體處理料。氣體是作為泡沫的蒸氣組份而要求有的。氣體可以是能與含有紙?zhí)幚韯┑囊后w載體形成泡沫的任何氣體物質(zhì)。一般，氣體物質(zhì)包括空氣、氮?dú)?、氧氣、惰性氣體或其它氣體。空氣是較理想的氣體。液體處理料與氣體的相對(duì)比例并不很嚴(yán)格，只要能在有效地提供所需的均勻泡沫結(jié)構(gòu)即可。
液體處理料與氣體的相對(duì)比例，乃是足以使氣泡具有由密度、氣泡大小和提供可快裂、快濕的泡沫穩(wěn)定性的半壽期表示的所需結(jié)構(gòu)的量值。泡沫的密度在約0.005克/立方厘米至約0.6克/立方厘米之間，最好從約0.01克/立方厘米至約0.4克/立方厘米。泡沫的氣泡平均直徑在約0.05至約0.5毫米之間，最好從約0.08至約0.45毫米。泡沫半壽期在1分至約60分鐘之間，最好從約3分鐘至約40分鐘。
將一定體積的泡沫置于一個(gè)已知重量的實(shí)驗(yàn)室量筒中(例如100毫升或1000毫升的量筒)測(cè)定量筒中泡沫的重量，由量筒中泡沫的體積和重量計(jì)算其密度，可以求出泡沫密度和半壽期。由測(cè)定的泡沫密度和體積及已知的母液密度，可以計(jì)算出量筒中相當(dāng)于泡沫總重一半的液體體積。泡沫的半壽期為這個(gè)體積聚集在量筒底部的時(shí)間量。
通過氣泡的計(jì)數(shù)、測(cè)定泡沫樣品中氣泡的直徑和計(jì)算氣泡平均直徑，可以求出泡沫氣泡的大小。
可以用于本發(fā)明方法中的泡沫物包括美國專利4099913號(hào)(瓦爾特等人)介紹的那些，在此一并引入作為參考。
各種組份加入這類處理組合料中時(shí)，并無特定的嚴(yán)格次序，但是，遵循本工藝領(lǐng)域中的習(xí)慣，完全可用任意的次序來混合液體載體、紙?zhí)幚韯?、發(fā)泡劑和其它任意添加物。
可以采用市售的發(fā)泡裝置來產(chǎn)生這種泡沫，該裝置由一個(gè)機(jī)械攪拌器組成，它能夠混合計(jì)量的氣體和液體組合料。調(diào)節(jié)引入發(fā)泡裝置的氣體積和發(fā)泡裝置中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，可以控制發(fā)泡的工序。在形成氣泡大小和半壽期符合要求的泡沫方面，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是至關(guān)重要的。液體組合料和氣體的相對(duì)進(jìn)料速率將決定泡沫的密度。
泡沫一經(jīng)產(chǎn)生，就通向泡沫涂布器。在與紙幅接觸前，這種泡沫就充填于泡沫涂布器的上游唇板和下游唇板間的銳孔中。與紙幅接觸的上游和下游泡沫涂布器唇板的邊緣可以是任選形狀，如尖形、錐形、扁平形、斜削形和拱形等等。
泡沫涂布器左右一般具有足夠的寬度，使得泡沫能夠涂敷到紙幅的整個(gè)寬度上。在操作期間，在泡沫涂布器的涂布槽中形成有高于環(huán)境壓力的正壓力。這一壓力取決于好幾個(gè)因素，包括泡沫密度、泡沫通過的速率、紙幅通過的速率、以及紙幅的吸收能力和孔隙率。該壓力保持在泡沫涂布器中，使得對(duì)紙幅有足夠的泡沫壓力。這個(gè)正壓力(即大于零的壓力)一般從約0.01至約10(磅/平方英寸)，以從約0.1至約3較好，而最好從約0.3至約1磅/平方英寸。
泡沫涂布器的唇板是密封的，以形成閉合系統(tǒng)并防止由于泡沫涂布器中涂布槽的正壓力而引起泡沫損失。泡沫涂布器上下唇板之間的密封可取固定或活動(dòng)形式，以適應(yīng)紙寬度的變化。
可用于本發(fā)明的較理想的一些泡沫涂布器，已在美國專利4023526號(hào)(阿歇繆斯等人)中作了描述，在此已引入作為參考;同時(shí)，在共同提交的美國專利申請(qǐng)系列715201號(hào)坎寧安Cunningham)等人中〔其題目為“紙?zhí)幚碇惺褂玫呐菽坎计鳌薄骋沧髁私榻B，在此一并引入作為參考。
濕紙幅以從上游唇板到下游唇板的方式橫過泡沫涂布器的唇板。泡沫一與紙幅接觸，它的快破、快潤(rùn)濕特性就導(dǎo)致其中的組分立刻破壞，液態(tài)組合料迅速吸附到濕紙幅中形成均勻的分布和滲透。
紙幅橫過泡沫涂布器的速率可以在廣闊的范圍內(nèi)變化，包括了造紙生產(chǎn)中一般的范圍。一般說來，紙幅輸送速率至少約200英尺/分，以從約400至約6000英尺/分較好，而最好為從約500至約3500英尺/分。
在本發(fā)明的方法中，泡沫產(chǎn)生和起作用的溫度不是很嚴(yán)格的，但是在把紙?zhí)幚韯┳饔糜诩埛昂?或作用于紙幅期間加熱過的情況下，這一溫度可以從環(huán)境溫度變動(dòng)到直至100℃或更高。
用本發(fā)明的方法可以提供單一或多級(jí)的泡沫涂布工序。泡沫可以施涂于紙幅的任何一面或兩面。在多面或兩面的應(yīng)用中，可以把由一個(gè)或多個(gè)泡沫發(fā)生裝置產(chǎn)生的一種或多種泡沫處理料供給泡沫涂布器。在多面或兩面的涂布中，所施涂的泡沫量和泡沫組合料在各種應(yīng)用中可以是相同的，也可以是不同的。多級(jí)的泡沫涂布工序可以是直接連續(xù)的，也可以為其它工序分隔開，它們可以用于一般的造紙作業(yè)中。
用合適的導(dǎo)向裝置可以幫助底物19橫過泡沫涂布器，沿著涂布器的唇板形成所需要的接觸。導(dǎo)向裝置可以裝備在泡沫涂布器的上游、下游或上下游。典型的導(dǎo)向裝置包括紙輥、壓區(qū)、棒，或有效地幫助底物接觸橫過該底物整個(gè)寬度的唇板的類似裝置。選用的導(dǎo)向裝置為真空制動(dòng)的抓握裝置，最好緊接于上游唇板之前，在題目為“在柔性薄片材料加工中使用的真空導(dǎo)引”的，共同提交的美國專利申請(qǐng)系列715170號(hào)中(布朗等人)對(duì)此作了介紹，此處引用作為參考。
處理過的濕紙幅再用造紙作業(yè)中建立的干燥方法進(jìn)行干燥。干紙的含濕量通常將下降到小于10%(重量)，最好為由約0至約5%(重量)。
干燥的、處理過的紙然后可以用造紙作業(yè)中已建立的方法進(jìn)行回收。
本發(fā)明的方法最好用于造紙和紙?zhí)幚碜鳂I(yè)中常用的連續(xù)式紙?zhí)幚碜鳂I(yè)中。
在一典型的實(shí)施例中，濕法造紙作業(yè)中的濕紙幅被傳送過泡沫涂布器。使含有紙?zhí)幚韯⑵鹋輨┖鸵后w載體的計(jì)量液體處理組合料與市售發(fā)泡裝置中的計(jì)量氣體起泡，生成具有所需泡沫特性的泡沫。泡沫通過泡沫涂布器，并充填于涂布器的上游唇板和下游唇板間的銳孔，與紙幅接觸使液體處理組合料均勻分布在紙幅上。被處理的紙幅然后經(jīng)干燥，用市售干燥劑和紙輥回收。
用本發(fā)明方法生產(chǎn)的經(jīng)處理的紙幅，紙?zhí)幚韯┑姆植即篌w上均勻，同時(shí)在處理過程后，得到了理想的被處理的性質(zhì)，如干強(qiáng)度和濕強(qiáng)度。意外的是，用本發(fā)明的方法，能使基本上無孔的濕紙(如造紙作業(yè)中產(chǎn)生的濕紙幅)可在高速下得到有效的處理，使紙?zhí)幚韯┰跐窦埳系玫酱篌w上均勻的分布。
下面的例子是用來說明本發(fā)明的某些實(shí)施方案的，而不是用來限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)例在這些實(shí)例中，紙幅是在模擬造紙作業(yè)中對(duì)溫部紙幅處理所設(shè)計(jì)的條件下處理的。向紙幅上涂布的泡沫量，可據(jù)本例所給出的值用下列方程算出Vf=CS· VS· WS· λCl· ρf]]>其中Vf是泡沫的體積流速，以立方英尺/分表示;
CS是加到紙幅中的固體的濃度，以%(重量)表示;
VS是紙幅的線速度，以英尺/分表示;
WS是紙重，以磅/平方英尺表示;
λ是紙幅的寬度，亦即噴嘴孔板的寬度，以英尺表示;
Cl是泡沫組合料中固體的濃度，以預(yù)處理過的紙幅的重量%表示;
ρf是泡沫的密度，以磅/立方英尺(等于0.016克/毫升)表示。
除非另行指出，在本發(fā)明范圍內(nèi)所用的空間定向是這樣的長(zhǎng)度是沿著紙的運(yùn)動(dòng)方向并跨過泡沫涂布器的唇板測(cè)量的;寬度是跨過紙幅并沿著泡沫涂布器的唇板測(cè)量的;而高度則是按垂直于紙張的方向測(cè)量的。
除非另行指出，在實(shí)例中采用下列共同的步驟。液體處理組合料是按指定比例的指定組分混合而成。該指定的組分包括紙?zhí)幚韯?、起泡劑和水。把該組合料以指定的體積流速，在指定的空氣進(jìn)料速度下與空氣一起送進(jìn)市售的發(fā)泡裝置(型號(hào)為4MHA Oakes攪拌機(jī))中，發(fā)泡裝置產(chǎn)生的泡沫被輸進(jìn)泡沫涂布器。
泡沫涂布器由一個(gè)涂布槽和一個(gè)噴嘴組成，噴嘴的寬度約等于紙的寬度。泡沫從泡沫產(chǎn)生裝置中通過一直徑為0.375英寸的導(dǎo)管進(jìn)入涂布槽。此涂布室約9英寸高，有一出口接通噴嘴，出口的寬為18英寸，長(zhǎng)約0.125英寸(按紙的運(yùn)動(dòng)方向測(cè)得)。噴嘴的高約1.5英寸，有相似的寬和長(zhǎng)量度。該噴嘴有與紙幅相接觸的平唇板，接觸的長(zhǎng)度從約0.125到約0.25英寸。從涂布槽流出的泡沫填充著上游唇板和下游唇板之間的銳孔，直至達(dá)到指定的泡沫壓力。把有一定水分含量的紙幅越過噴嘴以指定的紙速從上游唇板送到下游唇板。然后收集處理過的紙幅，并在“分配式”(Despatch)烘箱內(nèi)的框架上于240°F下烘5分鐘。然后把處理過的干紙回收作試驗(yàn)和評(píng)價(jià)。
處理過的紙幅用如下經(jīng)充分肯定的步驟作試驗(yàn)試驗(yàn) 所用的步驟基本重量，磅/令 TAPPI 試驗(yàn)法T-410厚度(密耳) TAPPI 試驗(yàn)法T-411孔隙度，立方英尺/分. ASTM D 737每平方英尺干抗拉強(qiáng)度，磅/英寸 TAPPI 試驗(yàn)法T-404褶曲 TAPPI 試驗(yàn)法T-511古爾利(Gurley) TAPPI 試驗(yàn)法T-489韌性 克-厘米紙的耐破度(Mullen)，TAPPI 試驗(yàn)法T-403磅/平方英寸樹脂含量，重量% TAPPI 試驗(yàn)法T-493伸長(zhǎng)，% TAPPI 試驗(yàn)法T-457濕抗拉強(qiáng)度，磅/英寸 TAPPI 試驗(yàn)法T-456在實(shí)例中所用名稱的意義如下名稱 說明CD 橫向起泡劑Ⅰ 9摩爾與C11-15直鏈仲醇混合的環(huán)氧乙烷起泡劑Ⅱ 7摩爾與C11-15直鏈仲醇混合的環(huán)氧乙烷加合物起泡劑Ⅲ 以商品名Emersist 5953(Emery 工業(yè)公司生產(chǎn))銷售的直鏈乙醇的環(huán)氧乙烷加合物起泡劑Ⅳ 十二烷基硫酸鈉起泡劑Ⅴ 十二烷基苯磺酸MD 機(jī)器方向示蹤劑Ⅰ 以商品名Graphtol (Sandoz 顏料和化學(xué)公司生產(chǎn))銷售的綠色顏料示蹤劑Ⅱ 以商品名Maxilon Red GRL染料(由Ciba Geigy公司生產(chǎn))銷售的紅色染料示蹤劑Ⅲ 以商品名Leucophcr AC (Sandoz染料和化學(xué)公司生產(chǎn))銷售的熒光染料處理劑Ⅰ 酰胺濕強(qiáng)度劑處理劑Ⅱ 以商品名BKUA 2370(聯(lián)合碳化物公司生產(chǎn))銷售的，含有45%(重量)樹脂的含水酚樹脂分散體，用作粘合劑處理劑Ⅲ 以商品名Cymel 373〔美國氰化物(Cyanamid)公司生產(chǎn)〕銷售的密胺甲醛樹脂，用作為紙的交聯(lián)劑和粘合劑處理劑Ⅳ 以商品名UCAR 879膠乳(聯(lián)合碳化物公司生產(chǎn))銷售的含45%(重量)樹脂的丙烯酸膠乳，用作粘合劑處理劑Ⅴ 以商品名Stayco M (A.E.Staley 工業(yè)公司生產(chǎn))銷售的氧化了的淀粉WPU 吸濕量，定義為以干紙重為基準(zhǔn)的添加到紙幅中的組成的重量百分?jǐn)?shù)實(shí)例1和對(duì)照例A-F在這些實(shí)例中，木質(zhì)纖維的濕涂紙張(密度約4.32盎司/平方碼，即90磅/令)用前述方法處理，所用液體組合料如下比例(重量%)對(duì)照例 對(duì)照例 對(duì)照例C，E 對(duì)照例成分 A B 和實(shí)例1 D和F處理劑Ⅰ - - 31.25a 20.83b起泡劑Ⅰ - 0.5 0.5 0.5示蹤劑Ⅱ - 0.2 - -水 + 99.3 68.25 79.17
a-含有2.5重量%活性劑b-含有1.7重量%活性劑實(shí)例1中，最初把干紙預(yù)先濕潤(rùn)至溫度為37.5%(重量)左右，即60%(重量)吸濕量，接著將其封在塑料袋中24小時(shí)使紙幅中的水分含量平均分布，以模擬造紙作業(yè)過程中的濕部紙。然后用指定的組合料處理預(yù)濕潤(rùn)的紙幅。在對(duì)照例B-F中，干紙幅在各種條件下處理。這些實(shí)例的處理?xiàng)l件列在表A中，如下(表見下頁)用前述試驗(yàn)步驟分析處理過的紙幅以及對(duì)照例A中指定的未處理的紙幅，結(jié)果列于表B中。雖然絕對(duì)值可能隨具體處理試劑而變，但結(jié)果表明，用本發(fā)明的濕紙幅處理方法處理過的紙性質(zhì)(例如干、濕抗拉強(qiáng)度)，同相似條件下處理干紙幅得到的紙性質(zhì)相比，不相上下。
實(shí)例2在本實(shí)例中，把一種粘合劑加入木質(zhì)纖維的濕涂紙張中，按以前所述方法操作，只是把兩個(gè)噴嘴設(shè)在紙的兩面，每面一個(gè)，并把發(fā)泡組合料平均地分給每個(gè)噴嘴。用含0.5%(重量)的發(fā)泡劑Ⅰ的液體組合料(提供泡沫密度0.080克/毫升)對(duì)紙進(jìn)行預(yù)濕潤(rùn)至水分含量為30%，處理料含有下列成分成分 比例(重量%)處理劑Ⅳ 88.888起泡劑Ⅰ 0.25示蹤劑Ⅰ 0.175水 10.937
所用的處理?xiàng)l件如下液體進(jìn)料速度(克/分) 90空氣進(jìn)料速度(升/分) 1.6紙速(英尺/分) 30紙重(磅/平方英尺) 0.026紙寬(英尺) 0.625總固體量(重量%) 40吸濕量(重量%) 40固體吸收(重量%) 16泡沫密度(克/毫升) 0.055泡沫壓力(磅/平方英寸) 0.11，0.11aa-分別相應(yīng)于上下噴嘴實(shí)例3在本實(shí)例中，用實(shí)例2中所述的步驟，把一種粘合劑和交聯(lián)劑結(jié)合而成的組合料涂到木質(zhì)纖維的濕涂紙幅上。用0.5%(重量)發(fā)泡劑Ⅰ(泡沫密度為0.08克/毫升)的液體組合料，把紙預(yù)濕潤(rùn)至水分含量為30%。該處理料含有下列成分成分 比例(重量%)處理劑Ⅳ 59.3處理劑Ⅲ 4.44水 36.258發(fā)泡劑Ⅳ 0.5所用的處理?xiàng)l件如下
液體進(jìn)料速度(克/分) 143空氣進(jìn)料速度(升/分) 1.7紙速(英尺/分) 30紙重(磅/平方英尺) 0.02紙寬(英尺) 0.65總固體量(重量%) 27.795吸濕量(重量%) 80a固體吸收(重量%) 22.236泡沫密度(克/毫升) 0.084泡沫壓力(磅/平方英寸) 0.25，0.325ba每面各半b分別對(duì)應(yīng)上、下噴嘴實(shí)例4和對(duì)照例G，H在本實(shí)例中，把粘合劑和交聯(lián)劑的組合料用前述方法涂到木質(zhì)纖維的濕紙張上，所用液體組合料的成分如下成分 比例/重量%實(shí)例G和Ha實(shí)例4示蹤劑Ⅰ 0.2 0.2處理劑Ⅳ 72.666 48.45處理劑Ⅱ 9.4 6.03處理劑Ⅲ 1.766 1.178水 16.17 44.342起泡劑Ⅳ 1.0 1.0a-在例H中是將G的組合料稀釋50%
在對(duì)照例G和H中，對(duì)原來是干紙的每面進(jìn)行處理。在實(shí)例4中，對(duì)水分含量為17%的預(yù)濕紙做處理。將處理過的紙幅在200°F下干燥3分鐘，接著在300°F下熟化30秒鐘，所用的處理?xiàng)l件如下實(shí)例G H 4液體進(jìn)料速度(克/分) 98.3 147.4 147.4空氣進(jìn)料速度(升/分) 3.8 4.3 6.7紙速(英尺/分) 30 30 30紙重(磅/平方英尺) 0.024 0.024 0.024紙寬(英尺) 1.5 1.5 1.5總固體量(重量%) 37.72 25.04 25.04吸濕量(重量%) 40 60 60固體吸收(重量%) 15.1 15.1 15.1泡沫密度(克/毫升) 0.026 0.034 0.022泡沫壓力(磅/平方英寸) 0.18 0.18 0.360.16a 0.149a起泡劑(磅/平方英寸) 58 52 b(表壓)a-分別相應(yīng)于上、下噴嘴b-未記錄用前述試驗(yàn)步驟分析處理過的紙幅，結(jié)果列在表C中。這些結(jié)果表明，當(dāng)用本發(fā)明的方法把處理劑涂布濕紙時(shí)，用處理的干紙相比較，所得紙的性質(zhì)基本相同。
實(shí)例5和對(duì)照例I-J在這些實(shí)例中，是將粘合劑和交聯(lián)劑組合料涂到濾紙上，所用液體組合料的成分如下比例/重量%成分 對(duì)照例J 實(shí)例5處理劑Ⅳ 55.55 79.36處理劑Ⅱ 11.10 15.873處理劑Ⅲ 1.10 1.086示蹤劑Ⅰ 0.10 0.20起泡劑Ⅰ 0.50 0.50水 32.15 3.48為了進(jìn)行比較，將干紙幅按對(duì)照例J處理，而在實(shí)例5中，濾紙用0.5重量%起泡劑Ⅰ組合料(產(chǎn)生泡沫密度為0.04克/毫升)預(yù)濕潤(rùn)至水分含量為17.6%，所用處理?xiàng)l件如下對(duì)照例J 實(shí)例5液體進(jìn)料速度(克/分) 149 104空氣進(jìn)料速度(升/分) 3.4 3.0紙速(英尺/分) 15 15紙重(磅/平方英尺) 0.024 0.024紙寬(英尺) 1.5 1.5總固體量(重量%) 30.6 43.9吸濕量(重量%) 60 42固體吸收(重量%) 18.4 18.5
泡沫密度(克/毫升) 0.044 0.035泡沫壓力(磅/平方英寸) 0.11，0.18a0.11，0.18a起泡劑(磅/平方英寸表壓)a-分別與上下噴嘴對(duì)應(yīng)對(duì)處理過的紙和按照對(duì)照例I所指的未處理過的紙的性質(zhì)，用前述步驟檢驗(yàn)，其結(jié)果列于表D中表D實(shí)例5和對(duì)照例I-J紙分析試驗(yàn) 對(duì)照例I 對(duì)照例J 實(shí)例5樹脂含量(%) 0 16.9 14.5厚度(密耳) 19.2 21.0 20.7干抗拉強(qiáng)度(磅/英 4.2 24.7 22.1寸)干抗拉強(qiáng)度a(磅/ 1.0 11.8 11.6英寸)古爾利韌性(克-厘 693 3276 2310米)褶曲 5.2 1000+ 1000+紙的耐破度(Mullen) 5.6 42.5 36.7(磅/平方英寸)孔隙度(立方英尺/分 91.4 77.3 73.4平方英尺)伸長(zhǎng)(%) 0.9 3.6 4.2
伸長(zhǎng)a(%) 4.0 7.1 8.0a-煮沸后結(jié)果表明，據(jù)本發(fā)明的方法應(yīng)用紙?zhí)幚韯r(shí)，和在類似條件下進(jìn)行干部紙?zhí)幚硐啾?，所得產(chǎn)品性質(zhì)不相上下。
實(shí)例6在本實(shí)例中，將內(nèi)部施過膠的仿羊皮紙(重量約89.6克/平方米，水分含量從5.2到5.7重量%)，用水預(yù)潤(rùn)濕并包入塑料袋內(nèi)幾天，以提供一種水分含量為19%的濕紙。
淀粉處理組合料是這樣制備的把30%(重量)處理劑Ⅴ放在90℃左右的水中蒸煮約30分鐘，稀釋該煮過的組合料至淀粉含量為20%(重量)，此后保持在約75℃上，向該組合料中加入足夠的起泡劑Ⅴ，以提供約0.12%(重量)的起泡劑。將含有0.25%(重量)外加示蹤劑Ⅲ的該組合料，用-8英寸徑向式泡沫起泡器發(fā)泡，該起泡器帶有一液體計(jì)量泵、定量供給的壓縮空氣和一臺(tái)泡沫涂布器，該涂布器是由一個(gè)泡沫分配腔、一個(gè)配有壓力計(jì)的泡沫涂布槽和泡沫涂布器的噴嘴口組成。該泡沫涂布槽配上合適的夾套，能夠使泡沫溫度保持達(dá)約66℃。
上述泡沫組合料在下列條件下使用表Ⅸ紙的水分含量 - 19%紙張速度(英尺/分) - 1500處理劑(重量%) - 12發(fā)泡劑(重量%) - V(0.25)濕涂層重(克/平方米) - 10.8
干涂層重(克/平方米) - 1.3泡沫壓力(磅/平方英寸) - 0.58泡沫密度(克/毫升) - 0.28泡沫溫度 - 66℃紙溫度 - 環(huán)境溫度涂層均勻性 - 好
權(quán)利要求
1.處理濕紙的一種方法，它包括(A)生產(chǎn)一種含有氣體的泡沫和一種液體處理組合料，此液體組合料由液體截體、紙?zhí)幚韯┖推鹋輨┙M成，泡沫的密度從約0.005到0.8克/厘米3，氣泡平均直徑從約0.05到約0.5毫米，泡沫的半壽期從約1分到約60分鐘；(B)使該泡沫通過至少一個(gè)泡沫涂布器的噴嘴，使噴嘴的上下游唇板間的銳孔內(nèi)充滿此種泡沫；(C)使一種水分含至少約5%(重量)的濕紙幅，沿所述上游唇板到下游唇板的方向上通過該噴嘴；(D)把一控制量的上述泡沫涂布到述及的濕紙幅表面，使前述的紙?zhí)幚韯┢骄胤植荚谠摑窦埛稀?br>2.按照權(quán)利要求
1提出的方法，其中紙?zhí)幚韯┦且环N施膠輔助劑、粘合劑或著色劑。
3.按照權(quán)利要求
2提出的方法，其中紙?zhí)幚韯┦堑矸?、濕?qiáng)度樹脂或干強(qiáng)度樹脂、染料或顏料。
4.按照權(quán)利要求
1提出的方法，其中濕紙的水分含量從至少約5%(重量)至使紙飽和的水平。
5.按照權(quán)利要求
4提出的方法，其中濕紙的水分含量為從約5%(重量)到約40%(重量)。
6.按照權(quán)利要求
1提出的方法，其中氣體是空氣，液體載體是水。
7.一種用于生產(chǎn)經(jīng)過處理的紙的方法，它包括(A)生產(chǎn)水分含量至少約為5%(重量)的濕紙幅;(B)生產(chǎn)含有氣體的泡沫和液體處理料，該處理料包括液體載體、紙?zhí)幚韯┖推鹋輨渲信菽拿芏葟募s0.005到約0.8克/立方厘米，氣泡的平均直徑從約0.05到約0.5毫米，泡沫的半壽期從約1分鐘到約60分鐘;(C)使該泡沫通過至少一個(gè)泡沫涂布器的噴嘴，使噴嘴的上下游唇板的銳孔內(nèi)充滿該泡沫;(D)使該濕紙幅沿前述的上游唇板到下游唇板的方向通過該噴嘴口;(E)把一控制量的上述泡沫涂布到該濕紙幅的表面，使紙?zhí)幚韯┢骄胤植荚谠摑窦埛?(F)干燥該濕紙幅;(G)回收干燥的、處理過的紙幅。
8.按照權(quán)利要求
7提出的方法，其中紙?zhí)幚韯┦且环N施膠輔助劑、粘合劑或著色劑。
9.按照權(quán)利要求
8提出的方法，其中紙?zhí)幚韯┦堑矸?，濕?qiáng)度樹脂或干強(qiáng)度樹脂，染料或顏料。
10.按照權(quán)利要求
7提出的方法，其中濕紙的水分含量從至少約5%(重量)直至使紙飽和的水平。
11.按照權(quán)利要求
10提出的方法，其中濕紙的水分含量從約5%(重量)到約40%(重量)。
12.按照權(quán)利要求
7提出的方法，其中氣體是空氣，液體載體是水。
專利摘要
本發(fā)明涉及經(jīng)特殊配制，作紙?zhí)幚韯┯玫呐菽M合料，它可涂布到例如在高速造紙過程中生產(chǎn)的濕部紙幅上，而使處理劑均勻分布，處理后紙的性質(zhì)可以同干法處理后紙的性質(zhì)相當(dāng)。
文檔編號(hào)D21H17/35GK86101888SQ86101888
公開日1987年9月30日 申請(qǐng)日期1986年3月22日
發(fā)明者喬治·梅肯·布賴恩特, 拉塞爾·李·布朗 申請(qǐng)人:聯(lián)合碳化公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan