專利名稱：將含低含量的功能性聚合硅氧烷和非功能性聚合硅氧烷的薄膜涂布于薄頁紙的方法
總的來講，本發(fā)明涉及到薄頁紙的生產(chǎn)方法，更具體地說，就是制備具有軟的絲綢、法蘭絨似乎感，具有可觸覺、察覺到的提高的松厚度及生理學(xué)的表面平滑度的薄頁紙的方法。
軟薄頁紙通常優(yōu)選用于一次性使用的紙毛巾，面巾紙及衛(wèi)生紙。然而，已知的提高薄頁紙柔軟度的方法和手段通常會降低抗張強(qiáng)度。因此，通常薄頁紙產(chǎn)品的設(shè)計(jì)就是設(shè)法平衡柔軟度與抗張強(qiáng)度。在研究軟薄頁紙生產(chǎn)的過程中，已推出了機(jī)械和化學(xué)方法使用者通過他們的觸覺到的薄頁紙將是柔軟的。這種可觸覺、察覺的柔軟度的特征在于(但不限于)摩擦、柔韌性和平滑度以及主觀描述的術(shù)語如象絲綢或法蘭絨一樣感覺。本發(fā)明涉及這樣一個(gè)方法它通過加入化學(xué)助劑，特別是賦予薄頁紙絲綢或法蘭絨似的手感而又會使用戶感到油滑或油膩的聚合硅氧烷材料來改進(jìn)薄頁紙，特別是高松厚度的皺紋薄頁紙可觸覺、察覺的柔軟度。另外，也可加入表面活性劑材料以進(jìn)一步提高柔軟度和/或表面平滑度和/或至少部分地抵消任何由聚合硅氧烷引起的潤濕性降低；并且也可加入粘合劑材料如淀粉以至少部分抵銷強(qiáng)度降低和/或由聚合硅氧烷和可能使用的表面活性劑導(dǎo)致的掉毛傾向的增加。
與當(dāng)代標(biāo)準(zhǔn)比較相當(dāng)柔軟且易通過本發(fā)明使柔軟度提高的代表性高松厚的皺紋薄頁紙公開在下列美國專利中1967年1月31日頒發(fā)給LawrenceH.Sanford和James B.Sisson的第3,301,746號專利，1976年8月10日頒發(fā)給Peter G.Ayers的第3,974,025號專利；1976年11月30日頒發(fā)給GeorgeMorgan，Jr.和Thomas F.Rich的第3,994,771號專利；1980年3月4日頒發(fā)給Paul D.Trokhan的第4,191,609號專利；1987年1月20日頒發(fā)給PaulD.Trokhan的第4,637,859號專利。這些紙中的每一種都以圖案型緊密區(qū)為特征這些緊密區(qū)要比它們各自剩余的部分更緊密，這是由造紙期間印花支承毯(imprinting carrier fabrics)的交叉銅套(crossover knuckle)壓緊所致。其它的高松厚度軟薄頁紙公開在1981年11月17日頒發(fā)給Jerry E.Carstens的第4,300,981號專利；1984年4月3日頒發(fā)給Edwarol R.Wells和Thomas A.Hensler的第4,440,597號專利中。另外，通過最終干燥之前避免全幅紙頁緊密度的提高采取得高松厚度薄頁紙的方法公開在1974年6月28日頒發(fā)給D.LShaw的第3,821,068號美國專利中；在造紙漿料中與脫粘劑和彈性粘合劑的應(yīng)用相結(jié)合，避免全幅紙頁緊度提高的方法公開在1974年5月21頒發(fā)給J.L.Salvucci，Jr第3,812,000號美國專利中。
化學(xué)脫粘劑(debonder)，如Salvucci所設(shè)想的那些(上文已提到)及它們的操作理論被公開在如下代表性的美國專利中，如1973年8月28日頒發(fā)給Friemark等人的第3,755,220號專利；1974年10月29日頒發(fā)給Meisel等人的第3,844,880號專利，和1979年1月19日頒發(fā)給Becker等人的第4,158,594號專利。
薄頁紙也用陽離子表面活性劑以及非陽離子表面活性劑處理來提高柔軟度。例如，可參看1990年9月25日頒發(fā)給Spendel的第4,959,125號美國專利和1990年7月10日頒發(fā)給Spendel的第4,940,513號美國專利，該專利公開了用非陽離子，特別是非離子表面活性劑處理來提高薄頁紙柔軟度的方法。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，薄頁紙?zhí)貏e是高松厚度型緊密薄頁紙，可采用各種助劑如植物、動(dòng)物或合成油，特別是稱作硅油的聚硅氧烷材料處理來改進(jìn)其柔軟度。例如參看1991年10月22日頒發(fā)給Ampulski等人的第5,059,282號美國專利。Ampulski專利公開了將聚合硅氧烷化合物加到濕薄頁紙幅的一種方法(優(yōu)選纖維濃度為約20％和35％之間)。這些聚硅氧烷化合物賦予薄頁紙絲綢般柔軟的感覺。然而根據(jù)美國專利5059282，在紙幅被干燥和起皺前，在薄頁紙幅上加入聚合硅氧烷會對楊克烘缸(Yankee dryer)上的涂布產(chǎn)生干擾并引起起皺不勻及紙頁失控。重要的是，本發(fā)明的方法消除了這些問題，其中聚合硅氧烷是在紙頁離開楊克烘缸后涂布到薄頁紙的。
1993年9月21日頒發(fā)給Ampulski的第5,246,546號美國專利公開了一種通過將昂貴的功能性聚二甲基聚合硅氧烷化合物涂布于干的薄頁紙幅上來生產(chǎn)軟薄頁紙的改進(jìn)工藝。不幸的是，功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物相當(dāng)昂貴，并且僅需涂布極小量即可取得理想的柔軟度益處具有重大經(jīng)濟(jì)上的重要性。令人吃驚地，專利申請人已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物首先用一種易混合的、便宜的非揮發(fā)性溶劑如非功能性聚合硅氧烷化合物或礦物油來稀釋，使用部分昂貴的功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物可取得同等柔軟效果。據(jù)信，非功能性聚合硅氧烷的加入可使活性的功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物以較低濃度更均勻地分布在薄頁紙上。重要的是，本發(fā)明中所描述的硅氧烷混合物相對于美國專利5246546號中所公開的較高濃度的功能性聚合二甲基聚合硅氧烷配方可節(jié)約大量成本。
此外，一個(gè)眾所周知的提高由纖維素漿制成的紙的抗張強(qiáng)度的機(jī)械方法是抄紙前機(jī)械地精磨紙漿。一般地，磨漿程度越高，抗張強(qiáng)度會越高。然而，與前述的薄頁紙抗張強(qiáng)度和柔軟度的討論一致，在造紙漿料和方法的所有其它方面不變時(shí)，增加纖維素漿機(jī)械精磨對薄頁紙柔軟度有著反作用。然而，通過應(yīng)用本發(fā)明，抗張強(qiáng)度可在不負(fù)影響柔軟度的情況下得以提高?；驌Q句話說，柔軟度可在不反影響抗張強(qiáng)度的情況下得以改進(jìn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可提高紙頁觸覺柔軟度的薄頁紙生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有絲綢、法蘭絨似手感的薄頁紙的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種相對于采用普通技術(shù)軟化的薄頁紙，在特定的抗張強(qiáng)度值下具有提高的觸覺柔軟度的薄頁紙的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種通過將功能性聚合硅氧烷化合物薄膜涂布于干薄頁紙幅制備軟薄頁紙的方法。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種僅需很低含量的昂貴功能性聚硅氧烷化合物軟化薄頁紙的方法。
這些和其它目的是采用本發(fā)明取得的，可在下文中見到。
本發(fā)明包括一種軟薄頁紙生產(chǎn)方法。該方法包括以下步驟提供干薄頁紙幅，并且然后將足夠量的聚硅氧烷軟化劑化合物涂布于干紙幅。具體地說，軟化劑涂布方法包括下列步驟a)提供干的薄頁紙幅；b)將功能性聚合硅氧烷化合物與適當(dāng)?shù)姆菗]發(fā)性稀釋劑混合以形成含功能性聚合硅氧烷的溶液；c)將含功能性聚合硅氧烷溶液與揮發(fā)性溶劑和適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┤榛瘎┗旌弦孕纬珊δ苄跃酆瞎柩跬榈娜橐骸?br> d)將含功能性聚合硅氧烷乳液涂布于一個(gè)加熱的轉(zhuǎn)移表面；e)從加熱的轉(zhuǎn)移表面蒸發(fā)掉至少部分揮發(fā)性溶劑以形成含功能性聚合硅氧烷化合物和非揮發(fā)性稀釋劑的薄膜，和f)將薄膜從加熱的轉(zhuǎn)移表面轉(zhuǎn)移到至少薄頁紙幅向外的預(yù)涂布表面，通過將所述紙幅向外預(yù)涂布面與加熱的轉(zhuǎn)移表面接觸，從而將足夠量的功能性聚合硅氧烷化合物轉(zhuǎn)移使得約基于薄頁紙幅干纖維重量0.004％～0.75％的上述功能性聚合硅氧烷化合物保留在薄頁紙幅中，并且其中保留在薄頁紙幅中的功能性聚合硅氧烷化合物對非揮發(fā)性稀釋劑的重量比為19∶1～1∶19。
如果步驟c)中的揮發(fā)性溶劑是水，則熱的紙幅最好在與聚合硅氧烷膜接觸之前干燥到低于其平衡水分含量(在標(biāo)準(zhǔn)條件)然而，如果大多數(shù)的水從轉(zhuǎn)移表面蒸發(fā)掉，則該方法在薄頁紙平衡水分含量條件下也適用。
所得薄頁紙定量優(yōu)選約為10-65g/m2，纖維密度小于約0.6g/cc。
正如上面所提到的，功能性聚合硅氧烷優(yōu)選在紙幅干燥和起皺之后涂布于紙幅。在干燥、起皺之后，通過將聚合硅氧烷加到紙幅，就不會產(chǎn)生膠粘附到楊克烘缸的問題(該問題會引起起皺不勻和/或紙頁失控)。優(yōu)選地，聚合硅氧烷化合物在紙幅離開刮刀刀片之后和卷在基輥之前涂布于熱的、起皺紙幅。
令人吃驚地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可通過低含量功能性聚合硅氧烷來取得明顯的薄頁紙軟化益處。先將功能性聚合硅氧烷與適合的非揮發(fā)性稀釋劑混合，用適合的乳化劑乳化，用揮發(fā)性溶劑如水稀釋，并涂布于加熱的轉(zhuǎn)移表面，然后蒸發(fā)掉揮發(fā)性溶劑，將功能性聚合硅氧烷溶液在加工操作前轉(zhuǎn)移到熱的紙幅。這里所公開方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)移到紙幅上的殘余揮發(fā)性溶劑如水的量很低，因此不會降低產(chǎn)品的其它性能。
此外，所用的聚合硅氧烷的量很低，因此很經(jīng)濟(jì)。據(jù)信，將非揮發(fā)溶劑與功能性聚合硅氧烷化合物混合可使功能性聚合硅氧烷化合物以較低的濃度更均勻地分布在薄頁紙上。而且用低含量聚合硅氧烷處理的薄頁紙保留了高水平的潤濕性，這是薄頁紙產(chǎn)品的一個(gè)重要特征。
在現(xiàn)有技術(shù)中種類繁多的硅氧烷化合物已為人們所熟悉。具體適合的硅氧烷組份包括(但不限定于)聚二甲基硅氧烷；聚二甲基硅氧烷和烯化氧改性的聚二甲基硅氧烷的混合物；有機(jī)改性的聚合硅氧烷；環(huán)狀的和非環(huán)狀的改性二甲基硅氧烷的混合物及類似物質(zhì)。數(shù)均分子量一般約為10,000或較高。適合的硅氧烷還有四乙氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷和環(huán)氧乙烷/二甲基硅氧烷共聚物的含水混合物。功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物的共聚物混合物也是適合的，如四乙氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷和環(huán)氧乙烷-二甲基硅氧烷共聚物的混合物。
優(yōu)選用于本發(fā)明方法中的功能性聚合硅氧烷包括氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷，其中約小于10％克分子量聚合物上的支鏈含有氨基官能團(tuán)。因?yàn)榫酆瞎柩跬榈姆肿恿侩y于確定，因此這里使用聚合硅氧烷的粘度作為客觀確定的分子量標(biāo)記。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對動(dòng)力粘度約為125厘沲的聚合硅氧烷，約2％的取代是很有效的，并且對動(dòng)力粘度約為5,000,000厘沲或更高的，有無取代均有效。除了這種用氨基官能團(tuán)取代，也可用羧基，羥基，醚，聚醚，醛，酮，酰胺，酯和硫羥基團(tuán)進(jìn)行有效取代。這些中的有效取代基團(tuán)氨基，羧基，羥基，醚和聚醚基團(tuán)要比其它的更好；并且氨基官能團(tuán)是最好的。
典型的商品化功能性聚合硅氧烷包括可從Dow Corning公司買到的Dow8075；和可從Union Carbide公司買到的Silwet 720和Ucarsil EPS。
適合的非揮發(fā)性稀釋劑包括非功能性聚合硅氧烷化合物，特別是非功能性聚二甲基硅氧烷和有機(jī)油。非功能性聚合二甲基硅氧烷的實(shí)例包括SF 96-50，SF 96-100，SF 96-350，SF96-500，都可從位于美國紐約Waterford的通用電氣公司硅分部買到。適合的有機(jī)油實(shí)例包括精制的脂肪族烴溶劑如PD-23和PD-25，可從位于美國紐約市的Witco化學(xué)公司的Soanneborn分部買到，礦物油，約10個(gè)碳和較高的烷烴，芳香族溶劑，鹵代溶劑，高分子量醇(如十二烷基乙醇)，較高的酮(如甲基異丁基酮)和醚。
根據(jù)本發(fā)明，制備用功能性聚合硅氧烷處理的薄頁紙的方法還可包括加入有效量的表面活性劑以提高薄頁紙的觸感表面平滑度和/或至少部分抵消由聚合硅氧烷的加入所產(chǎn)生的薄頁紙潤濕性的降低。表面活性劑有效量應(yīng)使得優(yōu)選約為薄頁紙干纖維量的0.01～2％；更優(yōu)選0.05～1.0％的量保留在薄頁紙中。而且表面活性劑最好是非陽離子的；且在薄頁紙制成后無遷移現(xiàn)象，以基本上避免由表面活性劑加入引起的制成后薄頁紙性能的變化。例如，這可通過使用其熔化溫度比一般貯存、航運(yùn)、交易時(shí)的溫度高的表面活性劑和本發(fā)明實(shí)施例的薄頁紙產(chǎn)品來達(dá)到例如，熔化溫度約為50℃或更高。
根據(jù)本發(fā)明，薄頁紙生產(chǎn)方法也可包括加入有效量的粘合劑如淀粉以至少部分抵消由聚合硅氧烷和可能存在的表面活性劑的加入所引起的抗張強(qiáng)度降低和/或掉毛傾向的增加。粘合劑材料的有效量是使得其保留在薄頁紙中的量，優(yōu)選約為薄頁紙干纖維重量的0.01～2％。
除非特別說明，其中所有的百分率、比率、比例都是以重量計(jì)。


圖1是將含功能性聚合硅氧烷混合物涂布于薄頁紙幅的本發(fā)明方法具體實(shí)施例的示意圖。
本發(fā)明詳述如下簡而言之，本發(fā)明提供一種通過將含功能性聚合硅氧烷混合物涂布于干薄頁紙幅，賦予薄頁紙絲綢、法蘭絨似的手感和提高的可觸覺、察覺的柔軟度的薄頁紙。功能性聚合硅氧烷化合物首先與適合的非揮發(fā)性稀釋劑如非功能性聚合二甲基硅氧烷和/或有機(jī)油混合。優(yōu)選在含功能性聚合硅氧烷材料被涂布于紙幅之前，薄頁紙幅被干燥到其水分值低于其平衡水分含量。該方法還包括加入有效量的表面活性劑材料和/或粘合劑材料如淀粉于濕紙幅。總而言之，表面活性劑可包含其中以提高可察覺的觸感，生理學(xué)表面平滑度和/或確保薄頁紙是有足夠的潤濕性以達(dá)預(yù)定目的(如衛(wèi)生紙)；并且粘合劑材料如淀粉也可包含在本方法中，以至少部分抵消由聚合硅氧烷和可能使用的表面活性劑的加入所引起的薄頁紙抗張強(qiáng)度降低和/或掉毛傾向的加劇。
已驚奇地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)涂布于干薄頁紙幅時(shí)，很低量的聚合硅氧烷就可賦予薄頁紙明顯的軟化效果。重要的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于軟化薄頁紙的功能性聚合硅氧烷量低到足以使薄頁紙保持有高的潤濕性。此外，當(dāng)聚合硅氧烷化合物被涂布時(shí)，薄頁紙幅最好被過干并處于高溫狀態(tài)，因此，不必排除任何由聚合硅氧烷溶液帶入的水。這就消除了進(jìn)一步干燥薄頁紙幅的必要性，如果聚合硅氧烷是在薄頁紙幅處于平衡水分值時(shí)涂布，則可能需要進(jìn)一步干燥薄頁紙幅。
此處所用的功能性聚合硅氧烷化合物是指那些具有一個(gè)或多個(gè)下列基團(tuán)以取代一個(gè)或多個(gè)烷基的聚合硅氧烷化合物，這些基團(tuán)包括氨基，羧基，羥基，醚，聚醚，醛，酮，酰胺，酯硫醇和/或其它官能團(tuán)，包括這種官能團(tuán)的烷基和鏈烯基類似物。例如，氨基烷基官能團(tuán)可以是一個(gè)氨基功能性或一個(gè)氨基烷基功能性聚合硅氧烷。如果氨基官能團(tuán)取代在聚合二甲基聚合硅氧烷上的一個(gè)甲基，它被稱作氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。這些功能性聚合硅氧烷的所列的典型實(shí)例并不意味著排除其它未逐一列入的功能性聚合硅氧烷。
此處所用的非功能性聚合硅氧烷化合物指其中的烷基沒有被官能團(tuán)取代的聚合硅氧烷化合物。
此處所用的非揮發(fā)性可混溶的稀釋劑指與功能性聚合硅氧烷化合物可共混的材料，它具有很低的蒸汽壓力以致于其涂布于紙幅上的大部分基本上不蒸發(fā)，因而在加工條件下保留在紙幅中。典型材料包括非功能性聚合硅氧烷化合物，提純的或高分子量烷烴的(約大于癸烷)混合物，礦物油和石臘油。這些非揮發(fā)性可混溶稀釋劑的典型實(shí)例并不意味著排除其它未逐一列入的非揮發(fā)性稀釋劑。
其中所用的適合表面活性劑乳化劑指具有適當(dāng)親水/親油平衡的表面活性劑或混合物以能夠乳化稀釋的功能性聚合硅氧烷混合物。表面活性劑應(yīng)能夠形成足夠穩(wěn)定的乳液以使稀釋的功能性聚合二甲基硅氧烷混合物可通過本方法得以涂布。典型材料包括脫水山梨醇單月桂酸酯，脫水山梨醇單棕櫚酸酯，脫水山梨醇單硬脂酸酯，聚氧化乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨醇單棕櫚酸酯、聚氧乙烯脫水山梨醇單硬脂酸酯的混合物。這些乳化劑的典型實(shí)例并不意味著排除其它未逐一列入的乳化劑。
此處所用的熱薄頁紙是指處于高于室溫的高溫的薄頁紙。紙幅的高溫優(yōu)選在至少43℃，更優(yōu)選至少65℃。
薄頁紙幅的水分含量涉及到紙幅溫度和紙幅存放處的環(huán)境相對濕度。其中所用的術(shù)語“過干薄頁紙幅”指在23℃和50％相對濕度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下被干燥到低于其平衡水分含量水分值的薄頁紙幅。在23℃和50％相對濕度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，所存放薄頁紙的平衡水分含量約為7％。本發(fā)明中的薄頁紙幅可通過普通干燥設(shè)備如楊克烘缸的應(yīng)用來升高紙頁溫度以達(dá)到過干。過干薄頁紙幅水分值優(yōu)選低于7％，更優(yōu)選0～6％，最優(yōu)選0～3％，均以重量計(jì)。
暴露于正常環(huán)境中的紙頁的平衡水分含量為5～8％。當(dāng)紙頁被干燥和起皺時(shí)，紙頁中的水分含量一般低于3％。制成之后，紙幅從大氣中吸收水。在本發(fā)明的優(yōu)選的方法中，當(dāng)紙頁離開刮刀刀片時(shí)，可取得低水分含量的好處。通過在紙幅過干時(shí)將聚合硅氧烷溶液涂布到紙幅上，可使任何加到紙中的殘余水少于從大氣中吸收的水。因此，不必進(jìn)一步干燥，據(jù)觀測，除因紙從空氣中吸收水分而發(fā)生強(qiáng)度降低外，無任何抗張強(qiáng)度損失。
總之，本發(fā)明適于薄頁紙，包括但不限于普通毯壓榨的薄頁紙；高緊度圖案薄頁紙如Sanford-Sisson和他的后代所列舉的；高松厚度、不緊密的薄頁紙如Salvucci舉例說明的。這種薄頁紙可能具有單或多分層結(jié)構(gòu)，由此生產(chǎn)的薄頁紙產(chǎn)品可具有單層或多層結(jié)構(gòu)。薄頁紙定量最好在10～65g/m2之間，緊度約為0.60g/cc或更低。優(yōu)選定量為約低于35g/m2或更低；緊度約為0.30g/cc或更低。最佳緊度在0.04～0.20g/cc之間。
普通壓榨的薄頁紙及生產(chǎn)方法已眾所周知。這種紙主要是通過將造紙漿料沉積于一個(gè)多孔的成形網(wǎng)上而制成的。這種成形網(wǎng)被稱作長網(wǎng)。一旦漿料沉積到成形網(wǎng)上，它被稱作紙幅。紙幅通過壓榨脫水并在高溫下干燥。根據(jù)剛描述的方法，造紙用的特別技術(shù)和典型設(shè)備對那些熟練技術(shù)人員來說已是相當(dāng)熟悉了。在普通方法中，壓力流漿箱提供較低濃度的漿料。流漿箱有一個(gè)開口，以將薄的漿料沉積層輸送到長網(wǎng)上從而形成濕紙幅。然后紙幅經(jīng)真空脫水使纖維濃度達(dá)到7～25％(相對整個(gè)紙幅重量)，再通過壓榨進(jìn)行進(jìn)一步干燥，其中紙幅承受著由逆向機(jī)械構(gòu)件如圓柱形輥所產(chǎn)生的壓力。然后被脫水的紙幅再用稱作楊克烘缸的一個(gè)蒸汽輥筒進(jìn)行進(jìn)一步壓榨和干燥。壓力可通過機(jī)械手段如逆著壓向紙幅的逆向圓柱形輥筒產(chǎn)生于楊克烘缸上?？墒褂枚鄠€(gè)楊克烘缸輥筒，以有選擇性地進(jìn)行輥筒間的補(bǔ)充壓榨。由此形成的薄頁紙結(jié)構(gòu)在下文被稱作普通壓榨的薄頁紙結(jié)構(gòu)。由于當(dāng)纖維潮濕并在受壓狀態(tài)下干燥時(shí)，全幅紙頁承受著明顯的機(jī)械壓力，因此這種紙頁被認(rèn)為是緊密的。
緊密型圖案薄頁紙的特征在于具有纖維密度相對低的相對高松厚度區(qū)域和纖維密度相對高的一系列高緊度區(qū)域。換句話說，高松厚度區(qū)被稱作枕頭形區(qū)域。高密度區(qū)域被稱作關(guān)節(jié)區(qū)域(knuckle region)。高緊度區(qū)在高松厚度區(qū)域可能是離散型間隔的或可能在高松厚度區(qū)內(nèi)全部或部分內(nèi)連。生產(chǎn)緊密型圖案薄頁紙的優(yōu)選方法公開在1967年1月31日頒發(fā)給Sanford和Sisson的第3.301,746號美國專利，1976年8月10日頒發(fā)給Peter G.Ayers的第3,974,025號美國專利，1980年3月4日頒發(fā)給Paul D.Trokhan的第4,191,609號美國專利和1987年1月20日頒發(fā)給Paul D.Trokhan的第4,637,859號美國專利中。所有這些專利在此引以作為參考。
總之，緊密型圖案紙幅最好通過將造紙漿料沉積于多孔成形網(wǎng)如長網(wǎng)上來形成濕紙幅并且然后對著一系列支承物并置紙幅。紙幅對著系列支承物被壓榨，從而在紙幅中與系列支承物和濕紙幅間接觸點(diǎn)相一致的位置形成了緊密區(qū)域。操作中未壓到的紙幅部分被稱作高松厚度區(qū)。這種高松厚度區(qū)可通過流體壓力如真空型裝置或吹凈烘缸的應(yīng)用或?qū)χ盗兄С形餀C(jī)械壓榨紙幅來取得進(jìn)一步緊密化。通過紙幅脫水和有選擇性地預(yù)干燥，可有效地避免高松厚度區(qū)的受壓。這可通過流體壓力如真空型裝置或吹凈烘缸的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)，也可通過對著系列支承物機(jī)械壓榨紙幅，不使高松厚度區(qū)受壓這一方法來實(shí)現(xiàn)。脫水操作，有選擇的預(yù)干燥和高緊度區(qū)的形成可結(jié)合或部分結(jié)合在一起以減少工藝步驟的總數(shù)量。在高緊度區(qū)形成，脫水和有選擇性預(yù)干燥之后，紙幅被完全干燥，優(yōu)選還要避免機(jī)械壓榨。最好約8～55％的薄頁紙表面包括相對密度至少為高松厚度區(qū)密度125％的緊密關(guān)節(jié)區(qū)。
系列支承物優(yōu)選是印花的支承毯(imprinting Carrier fabric)，其具有圖案置換銅套并起系列支承物的作用，這可使應(yīng)用壓力時(shí)的高緊度區(qū)形成簡單化。這些圖案銅套(pattern knuckle)形成了前面提到的系列支承物。印花毛毯公開在1967年1月31日頒發(fā)給Sanford和Sisson的第3,301,746號美國專利，1974年5月21日頒發(fā)給Sdvucci，Jr等的第3,821,068號美國專利，1976年8月10日頒發(fā)給Ayers的第3,974,025號美國專利，1971年3月30日頒發(fā)給Friedberg等的第3,573,164號美國專利，1969年10月21日頒發(fā)給Amneus的第3,473,576號美國專利，1980年12月16日頒發(fā)給Trokhan的第4,239,065號美國專利，和1985年7月9日頒發(fā)給Trokhan的第4,528,239號美國專利中，所有這些引以作為參考。
漿料優(yōu)選首先在多孔成形網(wǎng)如長網(wǎng)上形成濕紙幅。然后紙幅被脫水并轉(zhuǎn)移到印花毯。漿料也可一開始就沉積在起印花毯作用的多孔支承物上。一旦成形，紙幅被脫水并優(yōu)選熱預(yù)干燥到在40～80％之間的一個(gè)選定纖維濃度。脫水優(yōu)選用吸水箱或其它真空裝置或吹凈烘缸進(jìn)行。如上面所述的印花毯的銅套圖案在紙幅干燥完成之前印在紙幅上。完成這一過程的一個(gè)方法是應(yīng)用機(jī)械壓力。例如，這可通過壓下對著干燥輥筒如楊克烘缸的表面、支撐印花毯的壓區(qū)輥來進(jìn)行，其中紙幅是在壓區(qū)輥和干燥輥筒之間進(jìn)行印花。此外，還可應(yīng)用真空裝置如吸水箱或吹凈烘缸產(chǎn)生的流體壓力在干燥完成之前逆著印花毯模壓紙幅?？稍谄鹗济撍陂g，在一個(gè)分開的，其后的工藝段或結(jié)合的工藝應(yīng)用流體壓力來促進(jìn)高緊度區(qū)的圖案形成。
未壓實(shí)，無壓密圖案薄頁紙結(jié)構(gòu)公開在1974年5月21日頒發(fā)給JosephL.Salvucci，Jr和Peter N.Yiannos的第3,812,000號美國專利，和1980年6月17日頒發(fā)給Henry E.Becker，Albert L.McConnell和Richard Schutte的第4,208,459號美國專利中，這兩個(gè)專利引入以作參考?？傊?，未壓實(shí)的無壓密圖案薄頁紙結(jié)構(gòu)可以下列程序生產(chǎn)將造紙漿料沉積于多孔成形網(wǎng)如長網(wǎng)上以形成濕紙幅，濾水并在無機(jī)械壓縮狀態(tài)下除去多余的水，直到紙幅纖維濃度至少為80％時(shí)為止，然后使紙幅起皺。通過真空脫水和熱干燥從紙幅中將水排除。所得紙頁結(jié)構(gòu)是相對的未壓緊纖維的柔軟但弱的高松厚紙頁。優(yōu)選在起皺之前應(yīng)用粘合材料于部分紙幅上。
壓緊的、無緊密圖案薄頁紙結(jié)構(gòu)一般被認(rèn)為是普通的薄頁紙結(jié)構(gòu)。一般來說，壓緊的無緊密圖案薄頁紙結(jié)構(gòu)可通下列工藝制成沉積造紙漿料于多孔網(wǎng)如長網(wǎng)上以形成濕紙幅，濾除紙幅中的水并借助均勻的機(jī)械壓榨除去多余的水，直到紙幅濃度達(dá)25～50％，轉(zhuǎn)移紙幅到熱的烘缸如楊克烘缸上并使紙幅起皺?？偠灾?，水是借助真空，機(jī)械壓榨和熱手段排除的。最終結(jié)構(gòu)很堅(jiān)固并且一般具有單一密度，但松厚度，吸收性，柔軟度都很低。
本發(fā)明所用的造紙纖維一般包括由木漿獲取的纖維。其它的纖維素纖維漿纖維如棉短絨，蔗渣等也可使用并準(zhǔn)備列入本發(fā)明范圍。合成纖維如人造絲，聚乙烯和聚丙烯也可與纖維素纖維結(jié)合應(yīng)用?？赡軕?yīng)用的一種商品聚乙烯纖維是PulpexTM，可從Hercules公司(Delware Wilmington)得到。
適用的木漿包括化學(xué)漿，如牛皮漿，亞硫酸鹽和硫酸鹽漿以及機(jī)械漿如磨木漿，熱機(jī)漿(thermomechanical Pulp)和化學(xué)改良的熱機(jī)漿。然而，化學(xué)漿是優(yōu)選的，由于它能賦予薄頁紙優(yōu)良的觸感柔軟度?？墒褂糜砷熑~樹(下文也稱作闊葉木)和針葉樹(下文也稱作“針葉木”)制成的紙漿。由回收紙獲取的纖維也適用于本發(fā)明。這種纖維可包含任何或所有上述所列材料以及其它的非纖維材料如用于原始造紙中的填料和粘合劑。
除造紙纖維之外，用于生產(chǎn)薄頁紙結(jié)構(gòu)的造紙漿料可能含有其它加到其中的已知或未知組分或材料。理想的添加劑類型取決于所期望薄頁紙的特定最終用途。例如，衛(wèi)生紙，紙毛巾，面巾紙產(chǎn)品或類似產(chǎn)品，高溫強(qiáng)度是其理想特性。因此，向造紙漿料中加入已知的濕強(qiáng)樹脂類化學(xué)物質(zhì)是理想的。
一個(gè)有關(guān)造紙工藝中所使用的濕強(qiáng)樹脂類型的綜述性論文可見TAPP1專著論文單行本系列第29期，紙和紙板的濕強(qiáng)度，漿、紙工業(yè)技術(shù)協(xié)會(紐約，1965)。最有用的濕強(qiáng)樹脂一般是陽離子性的。聚酰胺-表氯醇樹脂是一種永久性陽離子濕強(qiáng)樹脂，已發(fā)現(xiàn)它具有特定的效用。適合類型的這種樹脂被公開在1972年10月24日頒發(fā)的第3,700,623號美國專利和1973年11月13日頒發(fā)的第3,772,076號美國專利中，都屬于Keim的專利，引入作參考。有用的聚酰胺-表氯醇樹脂的一個(gè)商業(yè)來源是位于美國Delaware州Wilmingtom市的Hercules公司，市場出售的這種樹脂的商標(biāo)為KymeneTM557H。
聚丙烯酰胺樹脂也被發(fā)現(xiàn)具有永久濕強(qiáng)度樹脂的效用。這些樹脂被公開在1971年1月19日頒發(fā)給Coscia等的第3,556,932號美國專利和1971年1月19日頒發(fā)給William等的第3,556,933號專利中，均引入作參考。聚丙烯酰胺樹脂的一個(gè)商業(yè)來源是位于美國Connecticut州Stanford市的美國Cyanamid公司，市場上這種樹脂的商標(biāo)為ParezTM631 NC。
本發(fā)明中發(fā)現(xiàn)有用的其它水溶性陽離子樹脂是脲醛和三聚氰胺甲醛樹脂。這些聚合功能性樹脂的較普通官能團(tuán)是含氮的基團(tuán)如連到氮上的氨基和羥甲基。聚乙烯亞胺樹脂在本發(fā)明中也發(fā)現(xiàn)是有效用的。另外，淀粉基的暫時(shí)濕強(qiáng)樹脂如Caldas 10(由日本Carlit公司制造)和CoBond 1000(由National淀粉和化學(xué)公司制造)也可用在本發(fā)明中。人們將會認(rèn)識到，將上面所討論的濕強(qiáng)和暫時(shí)濕強(qiáng)樹脂類化合物加到漿料中是有選擇性的并且對于目前發(fā)展的技術(shù)是不必要的。
本發(fā)明中適用的聚合硅氧烷材料類型包括聚合的，齊聚合的，共聚合的和其它的多單體的硅氧烷材料。此處所用的聚硅氧烷和硅氧烷術(shù)語可互換使用。它們應(yīng)包括所有這種聚合的，齊聚合的，共聚的和其它的多單體的硅氧烷材料。此外，聚合硅氧烷可以是直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的聚合硅氧烷材料包括下列結(jié)構(gòu)中具有單體硅氧烷單元的那些 其中單一個(gè)硅氧烷單體單元上的R1和R2可以獨(dú)立地是任何烷基，芳基，鏈烯基，烷芳基，芳烷基，環(huán)烷基，鹵代烴和其它基團(tuán)。這些基團(tuán)中的任一個(gè)都可被取代或未被取代。任何特定單體單元中的R1和R2基可不同于下一個(gè)鄰接單體單元的相應(yīng)官能團(tuán)。此外，這些基團(tuán)可是直鏈，支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)。另外，R1和R2基也可以另外或獨(dú)立地是其它的硅氧烷官能團(tuán)如硅氧烷，聚合硅氧烷和聚硅烷，但不限于這些。R1和R2基也可包括各種有機(jī)官能團(tuán)，如醇，羧酸和胺官能團(tuán)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，取代度和取代基的類型會影響賦予薄頁紙結(jié)構(gòu)的相對柔軟度，絲綢感和親水性。一般來說，由聚合硅氧烷賦予的柔軟度，絲綢感隨著取代聚合硅氧烷親水性的降低而增加。本發(fā)明特別優(yōu)選氨基功能性聚合硅氧烷。
優(yōu)選的聚合硅氧烷包括具有下列通式的直鏈有機(jī)聚合硅氧烷材料 其中每一個(gè)R1-R9基團(tuán)可獨(dú)立地是任何C1-C10未取代烷基或芳基，并且R10可以是任何取代的C1-C10烷基或芳基。優(yōu)選每一個(gè)R1-R9獨(dú)立地是任何C1-C4未取代烷基。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，從技術(shù)上講，例如，R9或R10是否是被取代基團(tuán)并無差別。優(yōu)選地，b與(a+b)的克分子量比在0～20％之間，在0～10％之間更好，并且在1～5％之間最佳。
在一個(gè)特別優(yōu)選的具體方案中，R1～R9是甲基并且R10是取代或未取代的烷基，芳基或鏈烯基。這種材料通常描述為聚合二甲基硅氧烷，它是有特別的官能團(tuán)，這在特殊情況下可能是適當(dāng)?shù)?。典型的聚合二甲基硅氧烷類材料包括如聚二甲基硅氧烷，具有烷基烴R10基團(tuán)的聚合二甲基硅氧烷和具有一個(gè)或多個(gè)氨基，羧基，羥基，醚，聚醚，醛，酮，酰胺，酯，硫醇和/或其它的R10官能團(tuán)(包含這類官能團(tuán)的烷基和鏈烯基類似物)的聚合二甲基硅氧烷。例如，一個(gè)作為R10的氨基功能性烷基可以是一個(gè)氨基功能性或一個(gè)氨基烷基功能性聚合二甲基硅氧烷。這些功能性聚合二甲基硅氧烷的典型實(shí)例并不意味著排除其它未逐一列入的那些。
只要用于涂布薄頁紙的聚合硅氧烷是流動(dòng)的或可被制成流動(dòng)的，那么適用于本發(fā)明的聚合硅氧烷粘度可同一般聚合硅氧烷粘度一樣在很廣的范圍變化?？稍?5厘沲～20,000,000厘沲或更高之間變化，但不限于此。抗流動(dòng)的高粘度聚合硅氧烷可通過如在表面活性劑中乳化聚合硅氧烷或借助溶劑如已烷使聚合硅氧烷處于溶液中，從而有效地沉積在薄頁紙上，所列方法僅是示范性目的。將聚合硅氧烷涂布于薄頁紙幅的特定方法將在下文詳細(xì)討論。
順便說一下，盡管不希望受操作理論所限制，可以確信，聚合硅氧烷的觸感益處直接涉及到它的數(shù)均分子量；并且粘度直接涉及到分子量。相應(yīng)地，由于相對于確定它們的粘度，直接確定聚合硅氧烷的分子量相當(dāng)困難，因此，粘度被用于此作為關(guān)于賦予薄頁紙?zhí)岣叩挠|覺反應(yīng)如柔軟度，絲綢和法蘭絨感的表現(xiàn)操作參數(shù)。
公開聚合硅氧烷的參考文獻(xiàn)包括1958年3月11日頒發(fā)給Geen的第2,826,551號美國專利；1976年6月22日頒發(fā)給Drakoff的第3,964,500號美國專利；1982年12月21日頒發(fā)給Pader的第4,364,837號美國專利和1960年9月28日頒發(fā)給Woolston的第849,433號英國專利。1984年P(guān)etrarch系統(tǒng)公司發(fā)行的硅化合物第181-217頁包括廣泛的聚合硅氧烷及描述。
盡管不希望受理論約束，可以確信，功能性聚合二甲基硅氧烷化合物的柔軟度益處主要是改進(jìn)表面潤滑性，這與改變松厚度性能如柔韌性相反。功能性聚合二甲基硅氧烷化合物的獨(dú)特特點(diǎn)是可在很低含量下作用。然而可以確信，柔軟度益處的取得不僅與濃度有關(guān)，而且與表面覆蓋層有關(guān)。這就是說，為取得柔軟度的改進(jìn)，需要極小量的表面覆蓋層。覆蓋層的厚度可很薄，約為幾個(gè)單層，而不是幾百或更多。一旦取得了最佳的表面覆蓋度，柔軟度改進(jìn)將達(dá)到平衡。使用較多的功能性聚合二甲基硅氧烷也不會繼續(xù)明顯地改進(jìn)柔軟度。
由于功能性聚合二甲基硅氧烷化合物很昂貴，因此對于應(yīng)用最小量的這種化合物來取得所要求的柔軟度益處是有巨大的經(jīng)濟(jì)重要性。使用較多僅導(dǎo)致成本增加，但不會進(jìn)一步改進(jìn)柔軟度。出乎意料地，發(fā)現(xiàn)某些方法在改進(jìn)柔軟度上比其它的更有效。即需要很少的功能性聚合二甲基硅氧烷化合物就可達(dá)到最佳的柔軟度益處。其它的方法要使用10倍到100倍或更多倍的量才能達(dá)到基本上相同的柔軟度益處。在最有效的方法中，高體積的、很稀的功能性聚合二甲基硅氧烷乳液被噴涂紙頁表面上。由于大量的水涂布于紙上，因此需利用熱能干燥紙頁以除去過量的水。為了使功能性聚合二甲基硅氧烷乳液涂布之后的紙頁不必干燥，因此發(fā)明了將功能性聚合二甲基硅氧烷噴涂于過干紙頁的方法。涂布時(shí)所用的水分僅足以使紙頁達(dá)到其平衡水分含量。在另一個(gè)方法中，聚合二甲基硅氧烷乳液被噴涂在熱的轉(zhuǎn)移輥上，在那里水在輥上被蒸發(fā)，剩下一薄層功能性聚合二甲基硅氧烷化合物，然后該膜被轉(zhuǎn)移到紙的表面。盡管由于這種方法不需要進(jìn)一步干燥紙頁，并不干擾楊克烘缸涂層且不會導(dǎo)致紙的失控，它是一個(gè)優(yōu)選方法；但這種方法需要使用較多的功能性聚合二甲基聚合硅氧烷才能達(dá)到理想的柔軟度益處。同時(shí)從理論上講，盡管無水的揮發(fā)性溶劑將會起作用，但從安全和環(huán)境觀點(diǎn)上講，對這些材料的實(shí)際限制將使它們在造紙系統(tǒng)中的應(yīng)用行不通。用大量非揮發(fā)性溶劑稀釋功能性聚合二甲基硅氧烷也可達(dá)到理想的最終柔軟度益處。但紙產(chǎn)品將含有溶劑并且它使紙頁具有潛在的油滑、油膩感。
當(dāng)將下列混合物配合在一起并涂布到過干印花紙坯(paper substrate紙基)上時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)令人吃驚的觀測結(jié)果。首先用混溶的溶劑如低重量礦物油如可從紐約Witco公司買到的Witco PD-23稀釋功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。然后乳化該溶液并用水稀釋。將乳液噴涂到熱轉(zhuǎn)移輥上，在那里部分水在輥上被蒸發(fā)留下一層功能性聚合二甲基聚合硅氧烷/礦物油溶液的薄膜。然后該薄膜被轉(zhuǎn)移到印花紙坯。驚奇地發(fā)現(xiàn)，與用無非揮發(fā)性溶劑的功能性聚合二甲基硅氧烷化合物涂布于過干紙幅所獲得的柔軟度益處相比，用一小部分含非揮發(fā)性溶劑的乳液的功能性聚合二甲基硅氧烷化合物就可取得柔軟度益處。非揮發(fā)性溶劑本身沒有明顯的柔軟度改進(jìn)益處。即在無功能性聚合二甲基硅氧烷化合物的情況下，僅用非揮發(fā)性溶劑，柔軟度不會明顯提高。所用的非揮發(fā)性溶劑的總量不足以引起消費(fèi)者的注意?？梢源_信，混溶的非揮發(fā)性溶劑的加入可使活性的功能性聚合二甲基硅化合物能夠涂布到熱的轉(zhuǎn)移表面上或紙頁中，形成一個(gè)薄層，從而產(chǎn)生了柔軟度所需的最佳的表面覆蓋度。既使量很小，表面覆蓋度也足夠，因?yàn)樗环稚⒃诜菗]發(fā)性稀釋劑中。
適合的非揮發(fā)性稀釋劑包括非功能性聚合二甲基硅氧烷和有機(jī)油。非功能性聚合二甲基硅氧烷實(shí)例包括SF 96-50，SF 96-100，SF 96-350，SF 96-500(均可從位于紐約州Waterford市通用電氣公司的硅分部買到)。適合的有機(jī)油實(shí)例包括精制的脂肪族烴溶劑如PD-23和PD-25(可從紐約市的Witco化學(xué)公司Sonneborn分部買到)，礦物油，約C10和更高的烷烴，芳香族溶劑，鹵代溶劑，高分子量醇(如月桂醇)，較高的酮(如甲基異丁基酮)和醚。
非揮發(fā)性稀釋劑的有用性能包括與功能性聚合二甲基硅氧烷形成混溶溶液的能力。非功能性聚合二甲基硅氧烷稀釋劑的粘度可為25～1000厘沲，測定溫度為77°F。有機(jī)稀釋劑材料的粘度為25～1000 SUS，測定溫度為100°F(ASTM D2161-63T)。該材料將不會影響功能性聚合二甲基硅氧烷的涂布，閃點(diǎn)應(yīng)高于150°F(ASTM D92)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，起作用的優(yōu)選材料包括非功能性聚合二甲基硅氧烷SF 96-350和有機(jī)材料PD-23和PD-25。
制備涂布于紙頁的軟化材料的一個(gè)有用方法是將功能性聚合二甲基硅氧烷與非揮發(fā)性稀釋劑結(jié)合并混合。然后用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的適合乳化劑乳化該溶液。然后用水稀釋乳化的功能性聚合二甲基非揮發(fā)性稀釋劑混合物并涂布于印花紙坯上。
盡管不是優(yōu)選的，也可用已經(jīng)乳化的功能性聚合二甲基硅氧烷與非揮發(fā)性稀釋劑混合，然后用水稀釋該混合物，再將該材料涂布到印花紙坯上。另一種制備柔軟劑的方法是將乳化的功能性聚合二甲基硅氧烷與乳化的非揮發(fā)性稀釋劑混合。
最好的方法是先將功能性聚合二甲基硅氧烷與非揮發(fā)性稀釋劑混合。然后用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的適合乳化劑乳化。乳化的功能性聚合二甲基非揮發(fā)性稀釋劑混合物再用水稀釋，然后涂布到印花紙坯上。
正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到的，功能性聚合二甲基硅氧烷與非揮發(fā)性稀釋劑的有用結(jié)合比例由經(jīng)濟(jì)性和想要達(dá)到的有用益處所限定。明顯地，人們想用盡可能多的低成本材料來稀釋昂貴的材料以最大限度地降低成本。然而，這種稀釋是有限制的，否則將會導(dǎo)致柔軟度的降低。功能性聚合二甲基硅氧烷對非揮發(fā)性稀釋劑的最寬的重量比范圍是95∶5～5∶95，功能性聚合二甲基硅氧烷對非揮發(fā)性稀釋劑的重量比優(yōu)選范圍是75∶25～10∶90，更優(yōu)選的范圍是50∶50～15∶85。
功能性聚合硅氧烷/非揮發(fā)性稀釋劑溶液是在薄頁紙幅已經(jīng)干燥和起皺之后并優(yōu)選在高溫狀態(tài)下涂布于紙頁。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在紙幅干燥和起皺前將聚合硅氧烷化合物涂布于薄頁紙幅會干擾烘缸上的涂層(即在烘缸上的膠涂層)并且還會引起起皺不勻和紙頁失控。這些問題可被本發(fā)明的方法消除，其中聚合硅氧烷化合物是在紙幅干燥和起皺之后涂布于紙幅的。優(yōu)選地，聚合硅氧烷化合物在紙幅卷到基輥(parent rou)之前涂布于干燥、起皺的紙幅。
還發(fā)現(xiàn)，聚合硅氧烷涂布后對紙頁進(jìn)行壓光會進(jìn)一步提高薄頁紙產(chǎn)品的柔軟度。在無理論約束時(shí)，可以確信，通過作用于紙頁并將聚合硅氧烷移動(dòng)到纖維表面，壓光會對聚合硅氧烷的分布起幫助作用。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案是在紙幅起皺之后，但通過壓光輥(calender roll)之前將聚合硅氧烷化合物涂布到熱的、過干薄頁紙幅上。
功能性聚合硅氧烷優(yōu)選以水溶液、乳液、或懸浮液狀態(tài)涂布到熱的轉(zhuǎn)移表面。功能性聚合硅氧烷最好以含適當(dāng)非揮發(fā)性稀釋劑的溶液狀態(tài)進(jìn)行涂布，其中功能性聚合硅氧烷溶解在稀釋劑中，或聚合硅氧烷與稀釋劑溶混例如非功能性聚合硅氧烷或礦物油。稀釋的聚合硅氧烷可與水混合或更優(yōu)選用適合的表面活性劑乳化劑在水中乳化。由于聚合硅氧烷在水中的簡單混合物必須被攪拌以阻止分層形成水和聚合硅氧烷相，因此乳化的聚合硅氧烷特別便于涂布。
為使整個(gè)紙頁可從聚合硅氧烷的觸覺效果上明顯獲益，功能性聚合硅氧烷/非揮發(fā)性稀釋劑溶液應(yīng)被均勻地涂布到轉(zhuǎn)移表面以進(jìn)一步均勻轉(zhuǎn)移到薄頁紙幅上。以連續(xù)的和圖案型的分布涂布功能性聚合硅氧烷/非揮發(fā)性稀釋劑溶液于薄頁紙幅均在本發(fā)明范圍內(nèi)并符合上述技術(shù)條件。而且，功能性聚合硅氧烷/非揮發(fā)性稀釋劑溶液可涂布到薄頁紙幅的一面，也可二面。
均勻地將功能性聚合硅氧烷/非揮發(fā)性稀釋劑溶液涂布于熱轉(zhuǎn)移表面的方法包括噴涂和凹版印刷(pravure printing)涂布。已發(fā)現(xiàn)，噴涂是經(jīng)濟(jì)的，并且易于準(zhǔn)確控制過量和功能性聚合硅氧烷的分布。因此，它是最優(yōu)選的方法。優(yōu)選在楊克烘缸之后和基輥之前將含與非揮發(fā)性稀釋劑混合的乳化的功能性聚合硅氧烷的水混合物從轉(zhuǎn)移表面涂布到干燥的、起皺的薄頁紙幅上。圖1說明了將含功能性聚合硅氧烷乳液涂布于薄頁紙幅的優(yōu)選方法。參考圖1，濕的薄頁紙幅1是在通過轉(zhuǎn)向輥2的支承毯14上并且在支承毯14運(yùn)行通過轉(zhuǎn)向輥16時(shí)借助壓輥3的作用轉(zhuǎn)移到楊克烘缸5。通過噴涂裝置4所涂布的粘合劑將薄頁紙幅粘著地固定到楊克烘缸5的圓柱形表面。通過蒸汽加熱的楊克烘缸5和以未顯示的方法通過干燥罩6加熱、循環(huán)的熱空氣來完成干燥。然后紙幅借助刮刀7在楊克烘缸5上干起皺。其后紙幅被稱作皺紋紙15。將含乳化的功能性聚合硅氧烷化合物和非揮發(fā)性稀釋劑的水混合物噴涂到被稱作上壓光輥10的上加熱轉(zhuǎn)移面上和/或被稱作下壓光輥11的下加熱轉(zhuǎn)移面上，噴涂時(shí)使用噴涂裝置8和9，這取決于將功能性聚合硅氧烷化合物涂布于薄頁紙幅的一面還是二面。然后在部分溶劑蒸發(fā)后，將紙頁15與熱的轉(zhuǎn)移表面10和11接觸。然后所處理的紙幅越過紙軸12的圓周部分，并由此卷到基輥13上。適合將含聚合硅氧烷液體噴涂于熱轉(zhuǎn)移表面之上的裝置包括外部混合，空氣霧化噴嘴如可從美國作治亞州Tucker市V.I.B系統(tǒng)公司買到的2mm噴嘴。適合將含聚合硅氧烷液體印刷涂布(gravure printing)于熱轉(zhuǎn)移表面上的裝置包括輪轉(zhuǎn)凹版印刷機(jī)。
盡管不希望受理論約束，造紙操作期間所遇到的典型工藝條件及它們對本發(fā)明所描述的工藝的影響描述在下文中。楊克烘缸提高了薄頁紙的溫度并除去了水分。楊克烘缸內(nèi)的蒸汽壓力約為110PSI(750kPa)。這一壓力足以將缸的溫度提高到約173℃。缸上紙的溫度隨著紙頁中水的排除而升高。當(dāng)紙頁離開刮刀時(shí)，其溫度可超過120℃。紙頁運(yùn)行通過空間到達(dá)壓光軸和紙軸會損失一些熱量。卷在紙軸上紙的溫度經(jīng)測量約為65℃。最后紙頁冷卻到室溫。這一過程需幾小時(shí)到幾天取決于紙卷的尺寸。紙冷卻時(shí)也從大氣中吸收水分。正如前面提到的，紙頁的水分含量涉及到紙頁溫度和紙頁存放處的環(huán)境相對濕度。例如，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件23℃和50％RH時(shí)存放紙頁的平衡水分含量約為7％。增加紙頁水分含量到7％以上會對紙的抗張強(qiáng)度產(chǎn)生不良效應(yīng)。例如，水分增加到9％可使紙頁抗張強(qiáng)度降低15％。
功能性聚合硅氧烷柔軟劑的一個(gè)良好的特性是它們以很低含量改進(jìn)紙頁表面柔軟度的能力。然而，聚合硅氧烷柔軟劑需要相當(dāng)均勻地分布到紙頁表面上以使消費(fèi)者識別到所改進(jìn)的柔軟度。從工藝觀點(diǎn)上講，以前沒有滿意的方法將低量聚合硅氧烷化合物均勻涂布于高速運(yùn)行的薄頁紙幅上。在現(xiàn)代高速紙機(jī)中，700～1000米/分(25～40英里/小時(shí))的皮帶速度是常用的。以這種速度運(yùn)行的紙頁一般在它們的表面有一個(gè)空氣邊界層。一種涂布低量液體的方法是采用噴涂系統(tǒng)并調(diào)節(jié)空氣和/或液體壓力。例如，可應(yīng)用高空氣壓力來達(dá)到低流速的目的。這一般會產(chǎn)生極小的粒子。但難以賦予這些小粒子足夠的動(dòng)量使它們穿過運(yùn)行在快速移動(dòng)紙幅表面上的空氣邊界層。此外，如果增加噴涂液體的粒子尺寸，那么它會以低流速穿過空氣邊界層，從而使表面覆蓋層不均勻。
一個(gè)普遍使用的、涂布低量活性材料的方法是首先用溶劑或稀釋劑稀釋這種材料。然后調(diào)節(jié)噴涂系統(tǒng)到可以以高流速輸送較大的粒子。這種較大粒子可穿過空氣邊界層。然而，面臨著從紙頁中排除溶劑和稀釋劑的問題。一般地，揮發(fā)性有機(jī)溶劑不用在造紙中，因?yàn)樗鼈円兹蓟驅(qū)Νh(huán)境產(chǎn)生危害。對于聚合硅氧烷，如果它先用適合的表面活性劑系統(tǒng)乳化，那么水可用作稀釋劑。雖然水不會產(chǎn)生與有機(jī)溶劑相同的危險(xiǎn)，但它會降低產(chǎn)品質(zhì)量，引起起皺不勻和/或抗張強(qiáng)度降低。另外，需要從紙頁中排除水分。
水問題的一個(gè)解決辦法是在紙頁過干時(shí)將稀釋的聚合硅氧烷溶液涂布到紙頁上。以這種方法加入到紙頁的水一般少于紙頁冷卻到室溫時(shí)從大氣中正常吸收的水。因此，不必進(jìn)一步干燥，并且不會因?yàn)樗募尤攵箍箯垙?qiáng)度降低。然而，水溶液能滲入整個(gè)紙頁，因此會引起活性材料分布到紙頁內(nèi)部而不是停留在最有效的紙頁表面。而且，該工藝被限于過干紙頁，這使得在該方法中不添加另外的干燥，在轉(zhuǎn)化過程(一個(gè)機(jī)外過程)期間的紙頁難于涂布。對本方法的另一個(gè)限制是由乳化性能(如高濃度傾向具有高粘度，而低濃度增加了噴涂到紙頁上的水量)影響的聚合硅氧烷乳液限定的稀釋范圍和應(yīng)用范圍。
本發(fā)明所用的方法通過首先將稀釋的乳化聚合硅氧烷溶液噴涂于熱的轉(zhuǎn)移表面并在轉(zhuǎn)移到干紙幅之前從聚合硅氧烷溶液中蒸發(fā)掉溶劑而解決了上面所描述的問題。出于示范目的，市場上可買到由Dow Corning公司銷售的功能性硅氧烷Dow 8075。這種材料是一種氨基功能性聚合硅氧烷。這種材料用通用電氣公司硅氧烷分部(General Electnc Silicones)銷售的一種非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷SF 96-350稀釋到25％的溶液。然后在水中乳化這種混合物。這種混合的乳液在被涂布于熱的轉(zhuǎn)移表面之前用水稀釋到約低于20％的濃度，以重量計(jì)。用在本發(fā)明的硅氧烷乳液更優(yōu)選在被涂布到轉(zhuǎn)移表面之前用水先稀釋到約低于15％的濃度，以重量計(jì)。
適合作加熱轉(zhuǎn)移表面的典型材料包括金屬如鋼，不銹鋼和鉻鋼和橡膠。當(dāng)稀釋的聚合硅氧烷乳液被噴涂到熱轉(zhuǎn)移表面時(shí)，如一個(gè)鋼壓光輥，令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，用這種方法很少或無任何水轉(zhuǎn)移到紙幅上。事實(shí)上，在一套工藝條件下，期望紙頁水分含量從原來的4％增加到噴涂后的5％。然而，已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紙幅中的硅氧烷含量確實(shí)增加到所期望的濃度時(shí)，紙頁水分含量一點(diǎn)也不增加。令人吃驚地還發(fā)現(xiàn)增加紙頁水分含量3.5％(如從4％提高到7.5％)僅使水分增加0.7％，即測定的水分含量僅為4.7％。
最令人吃驚的是輥溫度約為80℃(低于水的沸點(diǎn)20℃)并且涂布點(diǎn)和轉(zhuǎn)移點(diǎn)間的時(shí)間約為0.1秒。令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，在這些條件下，50％以上的水從輥上蒸發(fā)掉，留下了一層聚合硅氧烷乳液的薄膜。經(jīng)計(jì)算，該薄膜約為0.25μm厚(1μm＝10-6m)。本發(fā)明中的這種薄膜可小于10μm，并且更優(yōu)選厚度小于1μm。
薄膜指在轉(zhuǎn)移表面上任何成薄霧狀的薄涂層。通過顯微鏡觀查，這種薄膜可以是連續(xù)的，離散的或圖案型的，但宏觀上觀察應(yīng)是均勻的。
在本發(fā)明的方法中，在將聚合硅氧烷乳液轉(zhuǎn)移于干薄頁紙之前，優(yōu)選至少從涂布到加熱轉(zhuǎn)移表面的聚合硅氧烷乳液中蒸發(fā)掉約50％，更優(yōu)選至少80％的水。這留下了一個(gè)薄膜，經(jīng)計(jì)算，其厚度約為0.075μm。最優(yōu)選的是從加熱轉(zhuǎn)移表面的乳液中蒸發(fā)掉95％以上的水，從而留下一個(gè)計(jì)算厚度約0.05μm的膜以轉(zhuǎn)移到紙幅上。
轉(zhuǎn)移表面上的熱會引起聚合硅氧烷粘度的降低，從而提高了其在轉(zhuǎn)移表面上分布成薄膜的能力。然后通過將紙幅與轉(zhuǎn)移表面接觸，使膜轉(zhuǎn)移到紙幅上。令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，聚合硅氧烷對紙幅的轉(zhuǎn)移率相當(dāng)高。基于噴嘴噴到紙幅的流速和紙幅上所測量的量，典型的轉(zhuǎn)移率約為40～80％。而且，該方法不限于過干紙頁。此外所描述的方法還能將聚合硅氧烷柔軟劑輸送到均衡的干紙上，這取決于由熱轉(zhuǎn)移表面從噴涂混合物中所排除的水量。然而涂布到熱的過干紙幅是優(yōu)選的，以確保薄膜中任何殘余的水不會影響紙頁性能。
將聚合硅氧烷溶液涂布于熱的過干紙幅的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低的溶液粘度有助于確保該溶液均勻地涂布到紙頁表面上。(可以確信，低粘度溶液是有更好的流動(dòng)性)。
令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，在無附加材料如油或洗劑幫助下，涂布于熱的、過干薄頁紙幅的低含量聚合硅氧烷能賦予薄頁紙軟化的、絲綢的、法蘭絨似的非油膩觸感。重要的是，對于本發(fā)明許多的實(shí)施方案，通過與衛(wèi)生間用紙的理想的高潤濕性相配合可以獲得這些優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明，用功能性聚合硅氧烷化合物處理的薄頁紙包括約0.75％或較少的聚合硅氧烷。本發(fā)明的一個(gè)意想不到的益處是用約0.75％或更少聚合硅氧烷處理的薄頁紙能具有明顯的柔軟度和絲綢狀益處，一般地，含小于約0.75％，優(yōu)選小于約0.5％聚合硅氧烷的薄頁紙能使其柔軟度和柔滑度和法蘭絨似手感質(zhì)量明顯提高，而且還能在不需要添加表面活性劑以抵消任何由聚合硅氧烷引起的潤濕性負(fù)作用的情況下保持衛(wèi)生紙的足夠潤濕性。
薄頁紙保留的功能性聚合硅氧烷的最低量至少是在柔軟度或絲綢或法蘭絨似質(zhì)量方法使紙頁具有觸覺差異的一個(gè)有效值。最低有效值的變化取決于特定的紙頁類型，涂布方法，特定的硅氧烷類型和是否由淀粉、表面活性劑或其它助劑或處理劑來補(bǔ)充聚合硅氧烷。在沒有限定涂布的聚合硅氧烷在薄頁紙上的留著率范圍時(shí)，優(yōu)選至少約0.004％，更優(yōu)選至少約0.01％，并且最優(yōu)選至少約0.05％保留在薄頁紙中。
為了賦予柔軟度的觸感，優(yōu)選足夠量的功能性聚合硅氧烷被均勻地處理到薄頁紙的兩個(gè)表面上即處理到表面纖維的向外表面上。當(dāng)聚合硅氧烷被涂布于薄頁紙的一面時(shí)，一般地，其中的一些至少部分地滲透到薄頁紙的內(nèi)部。然而，優(yōu)選聚合硅氧烷被涂布到薄頁紙的二面以確保二面都會獲得聚合硅氧烷的益處。
除了用上面所描述的聚合硅氧烷來處理薄頁紙之外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用表面活性劑來處理這種薄頁紙也是很理想的。這類材料是除了用作聚合硅氧烷的乳化劑的任何表面活性劑材料外。
當(dāng)應(yīng)用時(shí)期望理想的高潤濕性，約含0.3％以上聚合硅氧烷的薄頁紙應(yīng)優(yōu)先用表面活性劑處理。如前所述，在抗張強(qiáng)度一定情況下，為了取得附加柔軟度益處，最優(yōu)選將非陽離子的表面活性劑涂布于熱的過干薄頁紙幅。為增加親水性到一個(gè)理想值而需要的表面活性劑量將取決于聚合硅氧烷的類型和含量及表面活性劑的類型。然而，作為一個(gè)總準(zhǔn)則，薄頁紙保留約0.01％～2％的表面活性劑、優(yōu)選是0.05～1.0％，據(jù)信對于聚合硅氧烷的含量約0.75％或較低可足以賦予包括衛(wèi)生紙?jiān)趦?nèi)的大多數(shù)薄頁紙高的潤濕性。
優(yōu)選用于本發(fā)明的表面活性劑是非陽離子的并且更優(yōu)選是非離子的。然而，陽離子表面活性劑也可使用。非陽離子表面活性劑包括陰離子，非離子，兩性和兩性離子表面活性劑。如上文所述，為有效地避免可能由于含表面活性劑所引起的制成后薄頁紙的性能變化，在薄頁紙制成之后，優(yōu)選表面活性劑基本上在原位無遷移。例如，這可通過使用其熔化溫度比一般貯存、航運(yùn)、交易時(shí)的溫度高的表面活性劑和本發(fā)明薄頁紙產(chǎn)品來獲得。例如熔化溫度約為50℃或較高。而且，當(dāng)涂布于濕紙幅時(shí)，該表面活性劑優(yōu)選是水溶性的。
為賦予前面提到的柔軟度/抗張強(qiáng)度益處而涂布于薄頁紙幅的非陽離子表面活性劑的量的范圍從以取得這種益處而又使最終產(chǎn)品的抗張強(qiáng)度不變的最低有效值到約2％優(yōu)選約0.01～1％的非陽離子表面活性劑保留在紙幅中；更優(yōu)選0.05～1.0％；并且在0.05～0.3％之間最佳。
表面活性劑優(yōu)選具有8或更多碳原子的烷基鏈。典型的陰離子表面活性劑是線性的烷基磺酸鹽和烷基苯磺酸鹽。典型的非離子表面活性劑是烷基苷類包含烷基苷酯如可從紐約市Croda公司買到的CrdestaTMSL-40；如描述在1977年3月8日頒發(fā)給W.K.Langdon等的第4,011,389號美國專利中的烷基苷醚，線性伯醇乙氧基化物如NoedolR25-12可從Shell化學(xué)公司(Houston，TX)買到；烷基聚乙氧基化酯和PegosperseTM200 ML可從Glyco化學(xué)品公司(Greenwich CT)買到。烷基聚苷特別優(yōu)選用于本發(fā)明中。上面所列的這些典型表面活性劑只是示例性的，并且并不意味著限定本發(fā)明的范圍。
除了可能出現(xiàn)在聚合硅氧烷上的任何乳化表面活性劑外，還可以用涂布聚硅氧烷同樣的方法和儀器涂布表面活性劑。這些方法包括噴涂和凹印涂布。其它方法包括在與紙幅接觸之前涂布到成形網(wǎng)或毯上。除乳化聚合硅氧烷的表面活性劑材料之外，其它表面活性劑均在下文稱作“表面活性劑”，并且任何作為乳化的聚合硅氧烷的乳化成分存在的表面活性劑均在下文稱作“乳化劑”。
表面活性劑可與聚合硅氧烷同時(shí)，在其后或之前涂布于薄頁紙上。在一個(gè)典型方法中，表面活性劑與聚合硅氧烷同時(shí)涂布于過干紙幅，即表面活性劑包含在涂布于熱轉(zhuǎn)移表面的稀釋聚合硅氧烷溶液中。
如上文所述，也可用相對低量的粘合劑來處理含聚合硅氧烷的薄頁紙以控制掉毛和/或提高抗張強(qiáng)度。其中所用的術(shù)語“粘合劑”指在現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種濕和干強(qiáng)助劑。粘合劑可與聚合硅氧烷和可能使用的表面活性劑同時(shí)，在其后或之前涂布于薄頁紙上。在某些情況中，粘合劑與聚合硅氧烷同時(shí)涂布于過干薄頁紙幅(即，粘合劑被包含在涂布于熱轉(zhuǎn)移表面的稀釋聚合硅氧烷溶液中)。
已發(fā)現(xiàn)，聚酰胺-表氯醇樹脂是優(yōu)選用于本發(fā)明的粘合劑。優(yōu)選在紙頁成形之前，用聚酰胺表氯醇樹脂的水溶液處理薄頁紙纖維。除減少成品薄頁紙的掉毛外，低量的聚酰胺-表氯醇樹脂還可改進(jìn)紙頁濕強(qiáng)度。
已發(fā)現(xiàn)，淀粉基樹脂可被用作本發(fā)明中的暫時(shí)濕強(qiáng)劑。一般地，適用于本發(fā)明的淀粉的特征為水溶性和親水性。典型的淀粉材料包括玉米淀粉和土豆淀粉，雖然不是為了限制適合的淀粉材料范圍；工業(yè)上被稱作支鏈淀粉的蠟狀玉米淀粉是特別優(yōu)選的淀粉材料。支鏈淀粉不同于普通玉米淀粉，這種淀粉完全是支鏈的，而普通玉米淀粉既包含支鏈淀粉也包含直鏈淀粉。支鏈淀粉的各種獨(dú)特特性被詳細(xì)描述在“Amioca-The Starch From Waxy Com”一文中，H.H.Schopmeyer，F(xiàn)ood Industries December 1945，pp.106-108(Vol.pp.1476-1478)。
這種淀粉可以粒狀或分散形式存在，雖然粒狀較好。淀粉優(yōu)選被蒸煮到足以使粒子溶脹，更優(yōu)選淀粉粒子已經(jīng)溶脹，即蒸煮到剛好在淀粉粒子分散前的一個(gè)點(diǎn)。這種高度溶脹的淀粉粒子應(yīng)被稱作是“充分蒸煮的”。一般地，分散條件可變化，這取決于淀粉粒子的大小，粒子的結(jié)晶度和所存在的直鏈的量。例如，充分蒸煮的支鏈淀粉可通過在約190°F(約88℃)加熱約4％濃度的淀粉粒子水懸浮液約30～40分鐘來制備。
其它可能使用的典型淀粉材料包括改性陽離子淀粉如改變到含有含氮基團(tuán)如連到氮上的氨基和羥甲基的那些物質(zhì)，這可從National淀粉和化學(xué)公司(新澤西州，Bridge Water市)買到。這種改性淀粉材料至今主要被用作紙漿添加劑以提高濕和/或干強(qiáng)度。然而，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明，被涂布到過干薄頁紙幅時(shí)，相對于濕部添加的相同改性淀粉材料，它們可能有降低濕強(qiáng)度的效果?？紤]到這種改性淀粉材料比未改性淀粉昂貴，因此一般優(yōu)選使用未改性淀粉。
淀粉優(yōu)選以水溶液狀態(tài)涂布于薄頁紙幅。涂布方法與前面描述的聚合硅氧烷涂布方法相同，優(yōu)選是噴涂；其次是印刷涂布。淀粉可與聚合硅氧烷和/或表面活性劑同時(shí)，先于或在其后涂布于薄頁紙幅。
優(yōu)選涂布至少有效量的粘合劑(優(yōu)選淀粉)于紙頁上，相對于無粘合劑處理的同等紙頁，它可在干燥時(shí)控制掉毛并增加強(qiáng)度?；诟衫w維重量計(jì)算，優(yōu)選約0.01～2.0％的粘合劑保留在干紙頁中，并且更優(yōu)選約0.1～1.0％的粘合材料，優(yōu)選淀粉基粘合材料保留在干紙頁中。如前面所提到的，當(dāng)想要永久性濕強(qiáng)度時(shí)(如面巾紙產(chǎn)品)，優(yōu)選選用聚酰胺-表氯醇樹脂。
保留在薄頁紙幅上的處理化學(xué)品量的分析可通過任何現(xiàn)有技術(shù)中所允許的方法來進(jìn)行。例如，保留在薄頁紙中的聚合硅氧烷量可通過聚合硅氧烷的溶劑萃取來確定先用有機(jī)溶劑萃取，然后再利用原子吸收光譜來測定萃取物中的硅量；非離子表面活性劑如烷基苷的量的確定可先用有機(jī)溶劑萃取，繼之以氣相色譜分析法來測定萃取物中表面活性劑的量；陰離子表面活性劑如線性烷基磺酸鹽的量可通過用水萃取繼之以比色法分析萃取物來確定；淀粉的量可通過用淀粉酶將淀粉分解成葡萄糖繼之以比色法確定葡萄糖的量來測定。這些方法是示例性的，并不意味著排除可能適用于測定保留在薄頁紙中的特殊成分含量的其它方法。
薄頁紙的親水性一般指薄頁紙可被水潤濕的傾向。薄頁紙的親水性可通過測定干薄頁紙完全用水潤濕所需要的時(shí)間在某種程度上定量表示。這段時(shí)間稱作“潤濕時(shí)間”。為了對潤濕時(shí)間提供一致和重復(fù)的試驗(yàn)，可用下列步驟來確定潤濕時(shí)間第一，準(zhǔn)備約為4-3/8英寸×4-3/4英寸(約11.1cm×12cm)的調(diào)節(jié)的紙樣(如TAPP1方法T402中所規(guī)定的，紙樣測定時(shí)的環(huán)境條件為23±1℃和50±2％RH)；第二，將紙頁折疊成原紙1/4大的4層并置紙頁，并且然后弄皺成直徑約為0.75～1英寸(1.9～2.5cm)的紙球；第三，將成球的紙頁放在溫度為23±1℃的蒸餾水表面并且計(jì)時(shí)器同時(shí)開始計(jì)時(shí)；第四，當(dāng)球形紙頁的潤濕完成時(shí)，停止計(jì)時(shí)器并讀數(shù)。完成潤濕是用肉眼觀察的。
薄頁紙的優(yōu)選親水性取決于其最終用途。對于用于各種用途中的薄頁紙，如衛(wèi)生紙，能在相對短時(shí)間內(nèi)完全潤濕以避免沖水時(shí)堵塞廁所就是很理想的。優(yōu)選潤濕時(shí)間為2分鐘或更低，更優(yōu)選潤濕時(shí)間是30秒或更低，最優(yōu)選潤濕時(shí)間是10秒或更低。
本發(fā)明薄頁紙的親水性可在制成后立即測定。然而，在薄頁紙制成后的頭兩周期間即紙頁制成后已經(jīng)老化兩周后，可能會發(fā)生紙頁中憎水性的明顯增加。因此，上述潤濕時(shí)間優(yōu)選在這兩周未測量。因此，在兩周老化期結(jié)束時(shí)在室溫狀態(tài)下測量的潤濕時(shí)間被稱作“兩周潤濕時(shí)間”。
此處所用的術(shù)語，薄頁紙的密度是用紙頁的定量除以厚度所計(jì)算出的平均密度，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膯挝晦D(zhuǎn)換。其中所用的薄頁紙厚度是其承受95g/英寸2(15.5g/cm2)的壓縮載荷時(shí)的紙頁厚度。
實(shí)施例I該實(shí)施例的目的是說明一種根據(jù)本發(fā)明用功能性聚合硅氧烷處理的軟薄頁紙的生產(chǎn)方法。
在本發(fā)明的生產(chǎn)實(shí)踐中，采用中間規(guī)模(pilot scale)的長網(wǎng)造紙機(jī)。紙機(jī)有一個(gè)具有頂室，中央室和底室的層狀流漿箱。正如所指出的，下面所描述的步驟適用于以下實(shí)施例，但其也適于以后的這類實(shí)施例。簡而言之，主要由造紙短纖維組成的第一纖維懸浮液被泵送通過流漿箱頂室和底室，同時(shí)主要由造紙長纖維組成的第二纖維懸浮液被泵送通過流漿箱中央室并以疊加方式輸送到長網(wǎng)上以在此形成一個(gè)三分層的紙幅坯(embryonic web)。第一懸浮液纖維濃度約為0.11％并且纖維是桉樹闊葉木硫酸鹽漿。第二懸浮液纖維濃度約為0.15％并且纖維是北方針葉木硫酸鹽漿。在擋水板和真空箱的幫助下，紙幅在長網(wǎng)上脫水。長網(wǎng)是由Albany國際公司(Appleton，WI)提供的，長84米。濕紙幅坯在轉(zhuǎn)移點(diǎn)約22％的纖維濃度時(shí)從長網(wǎng)轉(zhuǎn)移到每英寸分別有5個(gè)編織梭口，44個(gè)縱向單絲和33個(gè)橫向單絲的支承毯上。經(jīng)線構(gòu)造是4個(gè)在上1個(gè)在下。緯線結(jié)構(gòu)是1個(gè)在上4個(gè)在下，經(jīng)線粘著順序三角形(Warp PickSequence delta)是2。支承毯承載的紙幅通過真空脫水箱，吹凈預(yù)干燥缸然后轉(zhuǎn)移到楊克烘缸上。真空箱脫水后纖維濃度約為27％，并且借助預(yù)干燥缸的作用，轉(zhuǎn)移到楊克烘缸之前，纖維濃度約為63％；由0.25％的聚乙烯醇水溶液組成的起皺粘合劑由上涂裝置成霧狀涂布到紙上。在用刮刀干起皺紙頁之前，估計(jì)纖維濃度增加到99％。刮刀有一個(gè)24度的斜角并相對于楊克烘缸固定以提供一個(gè)約83度的沖擊角；楊克烘缸在約350°F(177℃)，約800fpm(英尺/分鐘)(約244米/分鐘)速度下運(yùn)行。加熱的壓光輥用2mm噴嘴噴涂上聚合硅氧烷乳液，這將在下面進(jìn)一步描述。然后紙幅在兩個(gè)加熱的壓光輥間通過。這兩個(gè)壓光輥以輥重偏置在一起并在660fpm(約201米/分鐘)的速度下運(yùn)行。
噴涂溶液是通過用75份SF 96-350(通用電氣公司銷售的一種非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷)稀釋25份Dow Corning 8075(由Dow Corning公司銷售的一種氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷)制成的。這種混合物被乳化并且然后用水稀釋到3％(以重量計(jì))。然后這種稀釋的聚合硅氧烷水溶液被噴涂到熱的下部鋼壓光輥上。通過噴嘴的水溶液的體積流速約為2加侖/小時(shí)-橫向英尺(約25升/小時(shí)·米)。95％以上的水從壓光輥上蒸發(fā)，留下稀釋的功能性聚合硅氧烷。含有約1％水分的干紙幅與熱的壓光輥接觸。稀釋的功能性聚合硅氧烷化合物和非功能性化合物借助直接的壓力傳遞被轉(zhuǎn)移到干紙幅上。一般地，涂布到紙幅的聚合硅氧烷的轉(zhuǎn)移率約為45％。
最終薄頁紙的定量為30g/m2，密度為0.10g/cc，并含有0.0250％(以重量計(jì))的氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物，0.075％(以重量計(jì))的SF96-350及1.2％的不均衡的起始水分含量。
實(shí)施例II本實(shí)施例的目的是說明一種可用于生產(chǎn)軟薄頁紙的方法，其中薄頁紙是用聚合硅氧烷，表面活性劑和淀粉處理的。
根據(jù)上文實(shí)施例I中所描述的方法，生產(chǎn)3分層的紙頁。這種薄頁紙除了用上面所描述的稀釋的功能性聚合硅氧烷化合物來處理外，還用CrodestaTMSL-40(Croda公司銷售的一種烷基苷聚酯非離子表面活性劑)和如按說明書描述所制備的充分蒸煮的支鏈淀粉來處理。這種表面活性劑和淀粉作為通過紙機(jī)噴嘴噴涂的水溶液的一部分與乳化的聚合硅氧烷混合物同時(shí)被涂布。調(diào)節(jié)水溶液中非離子表面活性劑CordestaTMSL-40的濃度，以使保留在紙頁中的表面活性劑的量約為0.10％(基于干纖維重量)。類似地，調(diào)節(jié)水溶液中淀粉的濃度以使保留在紙頁中的支鏈淀粉的量約為干纖維重量的0.2％。
處理混合物被噴涂到上部的和下部的熱轉(zhuǎn)移輥上。水從輥上蒸發(fā)并且稀釋的功能性聚合硅氧烷、表面活性劑和粘合劑被轉(zhuǎn)移到薄頁紙幅的二面。通過上部和下部噴嘴噴到加熱輥的體積流速約為1加侖/小時(shí)-橫向英尺。通過兩個(gè)噴嘴的合并流速是2加侖/小時(shí)-橫向英尺。
最終薄頁紙定量為30g/m2，密度為0.10g/cc，并且含有以重量計(jì)為0.0250％的氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷，以重量計(jì)為0.075％的SF 96-350，以重量計(jì)為0.1％的CrodestaTMSL-40非離子表面活性劑和以重量計(jì)0.2％的蒸煮支鏈淀粉。重要的是，最終薄頁紙與僅用聚合硅氧烷混合物處理的薄頁紙相比具有絲綢、法蘭絨似乎感，提高的觸覺柔軟度和較高的潤濕性及較低的掉毛傾向。
實(shí)施例III本實(shí)施例的目的是說明一種可用于生產(chǎn)軟薄頁紙的方法，其中薄頁紙是依據(jù)本發(fā)明處理的并加工成兩層產(chǎn)品。
除以下不同之外，根據(jù)上文實(shí)施例I所述的方法可生產(chǎn)一種兩層的紙頁，噴嘴的體積流速約為1.05加侖/小時(shí)-橫向英尺(約13.3升/小時(shí)-米)。經(jīng)計(jì)算，蒸發(fā)掉95％的水后的膜厚度約為0.035μm。最終的單層薄頁紙定量為16g/m2。
造紙之后，兩層處理的紙頁以處理面向外的方式被結(jié)合在一起。
最終兩層薄頁紙產(chǎn)品的定量為32g/m2，密度為0.10g/cc，并且含有以重量計(jì)為0.025％的氨基功能性聚合二甲基硅氧烷和0.075％的非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。
重要的是，最終薄頁紙具有絲綢、法蘭絨似手感和提高的觸覺柔軟度。
實(shí)施例IV本實(shí)施例的目的是說明采用普通的干燥和層合造紙生產(chǎn)技術(shù)來制造軟、吸收性和耐掉毛的多層面巾薄頁紙的生產(chǎn)方法。其中薄頁紙是依據(jù)本發(fā)明用功能性聚合硅氧烷和永久性濕強(qiáng)樹脂及干強(qiáng)樹脂處理的。
一臺中間規(guī)模的長網(wǎng)紙機(jī)被用于本發(fā)明的生產(chǎn)實(shí)踐。第一，根據(jù)實(shí)施例I的步驟制備化學(xué)柔軟劑的混合物。
第二，在常規(guī)的碎漿機(jī)(repulper)中制成以重量計(jì)為3％的NSK(北方針葉木硫酸鹽漿)水懸浮液。對NSK懸浮液進(jìn)行輕微打漿并且以0.3％(基于干纖維重量)的速率將2％的永久濕強(qiáng)樹脂溶液(即DE州Wilmington市Hercules公司銷售的KymeneTM557H)加到NSK漿料管線中。永久性濕強(qiáng)樹脂在NSK纖維上的吸附可通過設(shè)于生產(chǎn)線中的混合器來加強(qiáng)。將1％的干強(qiáng)樹脂溶液(即來自DE州Wilmington市Hercules公司的CMC(羧甲基纖維素))以0.05％(基于干纖維重量)的速率加到混合泵(fan pump)前的NSK漿料中。在混合泵處，NSK懸浮液被稀釋到約0.2％的濃度。
第三，在常規(guī)碎漿機(jī)中制成以重量計(jì)為3％的桉樹纖維水懸浮液。將2％的永久性濕強(qiáng)樹脂溶液(即KymeneTM557H)以0.1％(基于干纖維重量)的速率加到桉樹漿料管中，繼之以0.025％(基于干纖維重量)的速率加入1％的CMC溶液。
將單獨(dú)處理的漿料流(漿流1＝100％NSK/漿流2＝100％桉樹)分開通過流漿箱并沉積在長網(wǎng)上從而形成含相同份數(shù)NSK和桉樹的兩分層紙幅坯。借助擋水板和真空箱的作用，紙幅在長網(wǎng)上脫水。長網(wǎng)具有每英寸分別有110個(gè)縱向95個(gè)橫向單絲的5梭道絲綢編織結(jié)構(gòu)。濕紙幅坯在約8％的纖維濃度時(shí)在轉(zhuǎn)移點(diǎn)從長網(wǎng)轉(zhuǎn)移到引紙毛毯(紐約州Abbany市Albany國際公司生產(chǎn)的Y-31675-1型Superfine Duracomb毯)。再借助真空濾水作用進(jìn)行進(jìn)一步的脫水，直到紙幅纖維濃度達(dá)到約35％為止。然后將紙幅粘附到楊克烘缸的表面。在用刮刀干起皺紙幅之前，纖維濃度提高到約96％。刮刀有一個(gè)25°度的斜角并相對于烘缸固定以提供一個(gè)約81度的沖擊角；楊克烘缸以約800fpm(英尺/分鐘)(約244米/分)的速度運(yùn)行。除下列不同外，按照實(shí)施例I方法，將乳化的軟化劑溶液噴涂在下部壓光輥上。通過噴嘴的體積流速約為1.05加侖/小時(shí)-橫向英尺(約13.3升/小時(shí)-米)。經(jīng)計(jì)算，95％的水被蒸發(fā)后的膜厚度約為0.035μm。干紙幅以650fpm(200米/分)的速度形成紙卷。最終單層薄頁紙定量為16g/m2。
造紙完成后，將兩層經(jīng)處理的紙頁以處理面向外的方式結(jié)合在一起。
最終兩層薄頁紙產(chǎn)品定量為32g/m2，密度為0.10g/cc，并含有以重量計(jì)約為0.2％的永久性濕強(qiáng)樹脂，0.0375％的干強(qiáng)樹脂和0.025％的氨基功能性聚合二甲基硅氧烷及0.075％的非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。
重要的是，最終薄頁紙具有絲綢、法蘭絨似手感和提高的觸覺柔軟度。
權(quán)利要求
1.將低量功能性聚合硅氧烷化合物和非功能性聚合硅氧烷化合物或礦物油涂布于干薄頁紙幅的方法，所說的方法的特征在于其包括下列步驟a)提供一個(gè)干的薄頁紙幅；b)將功能性聚合硅氧烷化合物與適當(dāng)?shù)姆枪δ苄跃酆瞎柩跬榛衔锘虻V物油混合以形成含功能性聚合硅氧烷的溶液；c)將所說含功能性聚合硅氧烷的溶液與水和適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┤榛瘎┗旌弦孕纬珊δ苄跃酆瞎柩跬榈娜橐?；d)將所說的含功能性聚合硅氧烷乳液涂布于加熱的轉(zhuǎn)移表面；e)至少從所說加熱的轉(zhuǎn)移表面蒸發(fā)掉部分水以形成含所說功能性聚合硅氧烷化合物和所說非功能性聚合硅氧烷化合物或所說礦物油的膜；和f)通過將所說向外表面與所說熱轉(zhuǎn)移表面接觸，將所說的膜從所說的加熱的轉(zhuǎn)移表面轉(zhuǎn)移到所說薄頁紙幅至少一個(gè)向外的表面，從而將足夠量的功能性聚合硅氧烷化合物轉(zhuǎn)移到紙頁中，基于所說薄頁紙幅的干纖維重量，0.004～0.75％，優(yōu)選0.01～0.3％所說的功能性聚合硅氧烷化合物被所說薄頁紙幅所保留，并且保留在薄頁紙幅中的功能性聚合硅氧烷化合物與非功能性聚合硅氧烷化合物或礦物油的重量比為19∶1～1∶19，優(yōu)選為1∶9～3∶1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中(b)步中的非功能性聚合硅氧烷化合物是非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中(b)步中的礦物油是石油餾出物溶劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一權(quán)利要求的方法，其中所說的功能性聚合硅氧烷是具有氫鍵官能團(tuán)的聚合二甲基聚合硅氧烷，所述官能團(tuán)選自氨基，羧基，羥基，醚，聚醚，醛，酮，酰胺，酯和硫醇基團(tuán)，優(yōu)選氨基官能團(tuán)；所述的氫鍵官能團(tuán)取代摩爾百分比為20％或更少，優(yōu)選10％或更低，更優(yōu)選1.0～5％，最優(yōu)選2％。并且其中所說的聚合二甲基聚合硅氧烷是有25厘沲或更高的粘度，優(yōu)選以25～20,000,000厘沲，更優(yōu)選125厘沲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一的方法還包括將足夠量的水溶性表面活性劑涂布于紙幅，優(yōu)選是非陽離子表面活性劑，更優(yōu)選非離子表面活性劑，使得基于薄頁紙干纖維重量的0.01～2.0％的所說表面活性劑保留在紙幅中。
6.根據(jù)權(quán)利要求，的方法，其中所說的表面活性劑的熔點(diǎn)至少為50℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一方法還包括將足夠量的粘合劑涂布于紙幅，使得基于薄頁紙干纖維重量的0.01～2.0％的所說粘合劑保留在紙幅中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所說的粘合劑是永久濕強(qiáng)樹脂，優(yōu)選聚酰胺-表氯醇樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所說的粘合劑是暫時(shí)濕強(qiáng)樹脂，優(yōu)選淀粉基樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一方法，其中所說的熱轉(zhuǎn)移表面是壓光輥。
全文摘要
本文介紹了軟薄頁紙的生產(chǎn)方法，包括提供干薄頁紙紙幅以及將足夠量的功能性聚合硅氧烷柔軟劑化合物涂布到干紙幅上。這一柔軟劑涂布方法包括以下步驟將功能性聚合硅氧烷化合物與適合的非揮發(fā)性稀釋劑如非功能性聚合硅氧烷混合，使用揮發(fā)性溶劑如水和表面活性劑乳化劑形成含功能性聚合硅氧烷化合物和非揮發(fā)性稀釋劑的乳液。將該乳液涂布于加熱的轉(zhuǎn)移表面，從乳液中蒸發(fā)掉揮發(fā)性溶劑以形成薄膜，然后將干的薄頁紙幅與加熱的轉(zhuǎn)移表面接觸，優(yōu)選在功能性聚合硅氧烷材料涂布于紙幅之前，薄頁紙幅干燥到其水份低于其平衡水分含量。該方法可進(jìn)一步包括以下這些步驟涂布有效量的表面活性劑材料以增強(qiáng)柔軟度和/或潤濕性控制，和/或涂布有效量的粘合劑材料如淀粉以控制掉毛，和/或賦予薄頁紙抗張強(qiáng)度。
文檔編號D21H23/56GK1147842SQ95192988
公開日1997年4月16日 申請日期1995年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月10日
發(fā)明者羅伯特·S·安普爾斯基 申請人:普羅克特和甘保爾公司