CN103298864B - 用于通过产色嫁接处理羟基化的基底的机器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器，其用于处理具有羟基化的表面(Fh)的移动的基底(S)，所述处理通过产色嫁接的手段，含有：用于将嫁接试剂施用到基底的羟基化的表面(Fh)的装置(3)；用于使嫁接反应在基底的羟基化的表面(Fh)上发生的加热辊(4)，提供所述辊(4)以张力辊系统(5a、5b)，其使基底(S)的表面倚靠所述辊(4)；用于提取在嫁接反应中产生的盐酸的装置(6)以及；用于将气刀施用在基底的经过处理的表面上以除去残留的嫁接反应物的装置(7)。本发明还涉及在所述机器中执行的产色嫁接方法。

Description

用于通过产色嫁接处理羟基化的基底的机器和方法

发明领域

本发明涉及经由羟基化的基底(hydroxylated substrate)的产色(chromatogenous)嫁接(grafting)而处理的机器，和借助所述机器进行的方法。

发明背景

已经提出了用于形成面对水、油脂、气体和/或水蒸气具有屏障(barrier)性质的膜(film)的方法。

这类的膜在例如包装的领域，尤其是食品包装领域，是特别地优选的。

特别地，文件WO99/08784提出将疏水基团嫁接在具有亲水功能的支持物(support)上。

文件WO2009/083525更加具体地提出将脂肪酸嫁接到聚乙烯醇(PVA)的膜上，使其变得疏水。所述PVA膜可以附接于基底，使其不透水(watertight)。

这两个文件提出采用通过产色化学(chromatogenic chemistry)的嫁接。

产色化学与所谓的“经典”化学不同；“经典”化学中反应必须要在溶液中进行，所述溶液能够将基底的表面和试剂相接触并捕获(trap)释放的盐酸；产色化学利用试剂的蒸汽压以及气体流动(gas flow)以使试剂在基底内扩散(diffuse)，免除(dispensing)了溶剂。

特别有意思的产色嫁接反应通常包括具有羟基化的基底S与长链脂肪酰氯(fatty acid chloride)反应并且可以写作公式：

其中K1和K2分别是缔合(association)和解离(dissociation)速率的常数。

当前，该嫁接过程仅在实验室中使用。

然而，产色化学在过程的方面具有优势，因而现在优选的是设计连续处理过程(continuous treatment process)，即其可用在基底上，所述基底受驱动以在辊(roller)之间卷动(scroll)。

事实上，在产色化学中，不需要溶剂以使待处理的基底和试剂之间相接触—因此无需使用漂洗以消除过量的试剂。

而且，在反应中使用的气体流同时会消除释放的HCl(这避免了需要将其捕获)和过量的试剂。

而且，在上面提到的出版物中已经证明了令人满意的屏障效应可以以低嫁接速率获得，其允许使用低量的试剂。

然而，为使该处理与工业施用相容，有必要解决特定数目的问题。

首先，有必要使在待处理的基底的表面上具有控制的量的试剂。

所需要的量依赖基底的性质，但其在0.01-10g/m²的范围和更精确地在0.1-2g/m²范围内变化。

由于反应不使用溶剂，该沉积物(deposit)需要制成纯的产物的形式。

第二，有必要尽可能的降低反应时间。

事实上，对于卷动速度600米/分钟，对应于一秒钟反应时间的反应速率导致10米的发生反应器(development reactor)。

因此有必要定义反应参数，其可以提升反应速率。

另一个为工业使用要解决的问题是在反应中释放的盐酸是对动理学(kinetics)有害的并且，由于该气体腐蚀性的特征，其也可能损坏基底。

因此有必要能够正确地消除释放的HCl。

另一个问题是在嫁接后消除残留的试剂，其没有与基底反应。

事实上，如果基底一旦卷绕而试剂保持与基底接触，释放HCl的嫁接反应会继续进行，释放的HCl会在两个基底层(thicknesses)中捕获，有损坏后者的危险。

因此本发明的一个目标是设计一种机器，其允许在工业规模(industrialscale)上通过产色而嫁接。

本发明的另一个目的是优化处理过程使其在经济和工业的平面上可行(viable on the economic and industrial plane)。

发明概述

根据本发明，提出了一种用于产色嫁接处理具有羟基化的面的卷动的基底的机器，其包含：

-用于开卷(unwind)基底的卷绕机(winder)，

-在基底的羟基化的面上的嫁接试剂的施用装置，

-用于使嫁接反应在基底的羟基化的面上发生的加热辊(heating roller)，所述辊提供有杆-端系统(bar-end system)用于使基底的面倚靠(against)所述加热辊，

-在嫁接反应过程中产生的盐酸的提取装置(extraction device)，

-在经处理的基底的面上用于消除残留的嫁接试剂的气刀的施用装置(an application device of an air knife)，

-经处理的基底的重卷绕装置(rewinding device)。

根据所述机器的一个实施方案，所述杆-端系统经布置以使基底的羟基化的面倚靠所述加热辊。

根据所述机器的特别有利的实施方案，所述机器包含至少两个相继的加热辊以及各自的杆-端系统用于使基底的羟基化的面倚靠所述加热辊，所述加热辊和杆-端系统用于使嫁接反应发生。

根据本发明的特别的实施方案，尤其是在基底不是多孔的(porus)情况中，加热辊的表面提供有粗糙度以在辊和基底之间产生空气间隙。

气刀的施用装置是有利地相对于基底的表面倾斜(inclined)大于30°的角度的喷嘴(nozzle)并且朝向基底行进方向的反向(counter-current)。

根据再一个实施方案，所述机器包括含有所述加热辊的整流装置(fairingdevice)，所述杆-端系统经布置以使基底的与羟基化的面相对的面倚靠所述加热辊。

气体空间(air space)的施用装置是有利地布置在整流装置的出口以使当基底倚靠加热辊时气体空间于基底行进的方向的反向吹扫基底的羟基化的面。

而且，提取装置优选布置在整流装置的入口(inlet)以吸走由所述气刀运输的产物。

嫁接试剂的施用装置优选为柔版印刷(flexography)或日光胶版(heliography)装置，或由蚀刻的(etched)或粗糙的(rough)圆柱体的沉积装置(deposit device)。

本发明的另一个目标涉及用于通过产色嫁接处理具有羟基化的面的卷动的基底的方法，其包括以下步骤：

(a)在基底的羟基化的面上施用嫁接试剂，

(b)使嫁接反应发生，使基底的一面倚靠加热辊，

(c)在基底离开加热辊的接触时提取在嫁接反应期间散发的盐酸，

(d)在经处理的基底的面上施用热气刀以抽空(evacuate)残留的嫁接试剂，

并且选择加热辊的直径、温度和旋转速度以使基底与加热辊接触的持续时间与嫁接反应的持续时间基本上相等。

根据所述过程的一个实施方案，特别是当基底具有高孔隙度或低湿度率(humidity rate)时，为了嫁接反应的发生将基底的羟基化的面以空气间隙倚靠加热辊，所述空气间隙适于将嫁接试剂限制(confine)在辊和基底之间并允许在嫁接反应过程中散发的盐酸发散(dissipation)。

盐酸优选地是在基底离开加热辊的接触时提取的。

在一个特别有利的方式中，反应的发生步骤(b)是通过使基底的羟基化的面倚靠至少两个相继的辊而进行的，并且盐酸的提取步骤是在基底离开每个所述的辊的接触时进行的。

有利地选择基底的孔隙度和/或粗糙度和/或加热辊的表面的粗糙度以获得基底和加热辊之间的空气间隙，其合适于容纳由产色反应散发的盐酸。

所以，所述空气间隙平均为0-100μm，零空气间隙通常对应于多孔的基底的情况(基底吸收所有释放的盐酸)，而当基底不是多孔时选择更大的空气间隙(对于盐酸释放所需要的体积是通过加热辊的粗糙度获得的)。

根据过程的再一个实施方案，尤其是当基底是厚的，不是非常多孔，或具有强的湿度率时，为了嫁接反应的发生，使基底的与羟基化的面相对的面倚靠加热辊。

在特别有利的方式中，将热气刀同时地施用于嫁接反应于基底行进的方向的反向吹扫基底的经处理的面。

优选于相对于基底的行进方向的上游提取盐酸和残留的嫁接试剂。

热气刀的温度一般大于在嫁接反应过程中基底的羟基化的面的温度。

在基底的羟基化的面上的试剂施用步骤(a)优选地通过柔版印刷或通过日光胶版进行。

根据本发明的优选的实施方案，所述基底是纤维素材料，其一面涂覆有(coated with)聚乙烯醇的膜，并且嫁接试剂包含硬脂酰氯(stearic acid chloride)或棕榈酰氯(palmitic acid chloride)。

任选地能够组合过程的两个实施方案，其通过采用至少两个加热辊和通过使基底的羟基化的面倚靠至少一个加热辊，并且通过使基底的与羟基化的面相对的面倚靠所述加热辊。

附图简述

本发明的其它特征和优点会从以下的发明详述，以所附图作为参考而显现；在附图中：

-图1是根据本发明的机器的实施方案的结构的示意图，

-图2是所述机器的变体的示意图，

-图3是根据本发明的机器的另一个实施方案的示意图。

应该注意，为了阐述的清楚性，在这些图中显示的不同的装置并不代表机器的真实比例。

发明详述

嫁接过程一般以具有依意图的施用而确定宽度的滚筒(roll)施用于羟基化的基底S。

基底S通常是多空的基底，其一面具有亲水的功能(如在文件WO99/08784中所描述的)，其是由基底自身或由具有亲水功能的层的涂覆携带(borne by)的。

根据本发明的特别的实施方案，基底S具有以聚乙烯醇(PVA)的膜涂覆的面，如在文件WO2009/083525中描述的。

关于羟基化基底的制备的更多细节可特别地参考这些文件，其并非本发明的目的。

根据本发明的优选的施用，基底S是纤维素材料，例如纸(paper)或纸板(cardboard)。

关于产色反应的提醒

嫁接试剂是以沸点温度T_eb为特征的。

嫁接试剂是在速率D和小于T_eb的温度T₀的气体流动的作用下在多空的基底中扩散的。

Clausius-Clapeyron方程计算从多孔的基底完全洗提(eluting)试剂所需的气体的体积Vr：

$\mathrm{LnVr}=d+c{T}_{\mathrm{eb}}/T_0$ (c和d是常数)

该气体的体积是与反应时间Tr以关系Vr=D.Tr相关联的，因此：

$\mathrm{LnTr}=d+c{T}_{\mathrm{eb}}/T_0-\log D$

给出反应是1次的，方程的微分动理学方程C是：

C=K1{SOH}.{ROCl}-K2{SOR}{HCl}

如果将盐酸连续地消除，方程的第二项是零并且动理学C仅依赖第一项

Arrhenius定律也陈述了速度常数C是温度的指数函数，其是：

$K1={\mathrm{Ae}}^{-\mathrm{Ea}/{\mathrm{RT}}_0}$

其中Ea是反应的活化能并且R是理想气体的常数。

因此LnC可以是：

LnC=Log{SOH}.{ROCl}+LogA-Ea/RT₀

有可能定义平均动理学值Cm，其是：

LnCm=f-Ea/RT₀

反应的收率可以是反应的推进(advancement)(其是速度和时间的乘积)的程度和沉积的试剂的初始量Q₀之间的比例：

R=Cm.Tr/Q₀

或

LnR=LnCm+LnTr-LnQ₀

将Cm和Tr替换为它们在上文定义的表达式给出：

LnR=f-Ea/RT₀+d+cT_eb/T₀-LnQ₀-LnD

其可为：

LnR=a-Ea/RT₀+cT_eb/T₀-LnD

其中a=f+d-Ln Q₀

因此收率是：

$R=\frac{e^{a-\mathrm{Ea}/{\mathrm{RT}}_0+{\mathrm{cT}}_{\mathrm{eb}}/T_0}}{D}$

因此该公式显示了试剂、反应温度T₀和气体的速率D对该沸腾温度T_eb的收率的影响。

也已经将该影响实验地显示，如在由E.de Paola,J S.Condoret和D.Samain的文章Industrial Development of BioGuard,a New Paper Internal Sizing andWaterproofing Process,Specialty and Technical Paper Proceedings,Berlin,20-21June2000中，以及由S.Berlioz,C.Stinga,J.Condoret和D.Samain的文章Investigation of a Novel Principle of Chemical Grafting for Modification of CelluloseFibers,International Journal of Chemical Reactor Engineering,Vol.6,2008中。

对于每种试剂，有反应温度的最优值(optimum)，超过其会注意到收率的显著下降。

这样收率的下降并非由于反应性(reactivity)的下降，而是由于部分的试剂通过扩散而损失。

当温度上升时，该试剂的损失的影响变得大于由于温度而造成的反应速度的提高。

速率也对试剂的扩散有相当的影响。

因此清楚仅提升反应温度不能完成降低反应时间的优选的目的，因为它通过扩散导致了试剂的损失。

根据本发明开发的机器，以及关联的过程，在限制试剂扩散的同时尽可能快地到达反应温度。

将该机器和该过程分别在下文描述。

处理机器

参考图1，从过程的上游到下游最初地描述了一个实施方案。

机器在它的上游部分包括了适合接受基底S的卷的卷绕机，所述基底S的一个面Fh是羟基化的。

用于沉积(deposit)嫁接试剂的装置3位于卷绕机1的下游。

这有利地是柔版印刷或日光胶版装置，是领域内技术人员已知的，其将在液体状态(liquid state)的嫁接试剂沉积到基底的羟基化的面上(Fh)，如油墨(ink)。

有可能精确地控制沉积的嫁接试剂的密度和量，所述控制通过使用网纹辊(anilox roller)的特别的蚀刻(etching)，所述网纹辊的用途时施用试剂。

基底的加热元件2(heating element2)可选地存在于卷绕机1和装置3之间。

例如该加热元件2可以包含红外加热手段。

其可以用于在反应前干燥(drying)基底，和/或将基底的温度带至于嫁接试剂相似的温度。

通过可选的方式，可以将加热元件放置于试剂的使用装置3的下游以防止基底和试剂在反应的发生开始前冷却。

机器还包括加热辊4，其直径、温度和旋转速度经过选择以使基底倚靠在辊上的接触的持续时间基本上对应于反应的持续时间。

连接在辊上的杆-端系统5a、5b迫使基底的羟基化的面压在辊上尽可能长的长度。事实上，下文中将会很明显，正是当与加热辊接触时嫁接反应才发生。

恰在加热辊4的下游，即，在基底S离开辊4的接触的位点，布置了气体提取装置6。

例如装置6是提取罩(extractor hood)，其消除在嫁接反应中基底附近散发的HCl(HCl对反应动理学有害并且可能损坏基底)并组织其在机器的环境中扩散。

在加热辊4的下游，机器包括了用于消除残留的嫁接试剂的气刀的施用装置7。

该装置7通常包含朝向指向基底的经过处理的面的喷嘴，具有用于扩散热气刀的合适的倾斜度(inclination)，所述热气刀吹扫基底并分散(disperses)残留的试剂。

喷嘴具有与基底的宽度基本相等的宽度，以吹扫后者的整个宽度。

例如，喷嘴是相对于基底的面大约45°的角度倾斜的。

气刀的方向是优选的与基底行进的方向相对以最优化试剂的扩散。

在气刀施用的区域，确使基底依靠在刚性支持物(rigid support)上以不至在气刀的作用下变形(deform)。

所述刚性支持物可以是例如平的表面(plane surface)(不在这里说明)，基底的羟基化的面的反面的面倚靠在其上卷动。

机器任选地包含基底的冷却装置，其用于将基底带到大约55℃以下的温度，考虑到其的卷绕(winding)。

最后，机器在其的下游部分包含经处理的基底的重卷绕装置8。

这类装置在领域内技术人员的理解范围内，因此将不以进一步的细节描述。

另外，机器包含用于张紧(tensing)卷绕机和重卷绕装置以确使基底的羟基化的面与加热辊接触的手段(means)(没有显示)，如将在下文中描述的。

图2显示了机器的变体，其中嫁接反应的发生反应器包括不是单个加热辊，而是两个相继的加热辊4’和4’’。

将杆-端系统5a’、5b’和5a’’、5b’’分别偶联至(coupled to)加热辊4’、4’’以迫使基底压在每个辊上。

加热辊4’、4’’可是相同的，但也可以有利地给它们不同的直径和温度以更加精确地控制反应。

自然地，机器也可以包含多于两个加热辊，本领域技术人员能够定义所述加热辊的参数以最优化嫁接反应，如在下文中可见的。

如可从图2见到的，在每个反应体积的出口，即，在基底离开加热辊4’、4’’的接触的位置，将一个与早先描述的装置6相似的吸气(aspiration)装置6’、6’’放置。

该机器其余的部分与图1的机器是相同的。

图3显示了机器的另一个实施方案。

在该实施方案中，如在上文中描述的，机器包含加热辊4，其上连接着用于迫使基底压在辊4上的杆-端系统5a、5b。

产色反应的发生反应器是整流装置40，其包含辊4，使基底从加热辊4和凹进的圆柱型表面(concave cylindrical surface)41之间通过，所述凹进的圆柱型表面41的对称轴与辊4的对称轴是一致的。

在辊4和凹进的表面41之间的空气间隙可为100μm-20cm。

与之前的实施方案不同，与羟基化的面Fh相对的面与加热辊4接触。

加热辊4具有经选择的直径、温度和旋转速度以使基底倚靠辊的接触的持续时间基本上对应于反应的持续时间。

该实施方案中的气刀的施用装置7经布置以扩散热气刀，其在与经处理的面Fh相对的面与加热辊接触时吹扫基底的经处理的面Fh。

该装置7通常包含朝向指向整流装置40内部的喷嘴，即，在辊4和凹进的表面41之间，与行进方向相对的方向。

喷嘴优选地具有与基底宽度基本上相等的宽度，以吹扫后者的整个宽度。

机器进一步包含吸气装置6以吸走在反应期间生成的盐酸和水。

在特别地有利的方式中，将所述吸气装置6放置于整流装置40的上游并朝向指向后者的内部以聚集经由热气刀带走的试剂残余和水以及盐酸。

该机器其余的部分与图1中的机器是相同的。

而且。如在图2中所示的，有可能相继地放置几个加热辊以最优化嫁接反应。

当然可以改变辊其中使羟基化的面与辊接触和其中使羟基化的面在辊的反面(与辊相对)。

产色嫁接过程

现在将要描述产色嫁接过程，依然参考图1和2。

基底S行进的方向通过图1和2中的双箭头(double arrow)显示。

基底S，其一面Fh是羟基化的，是滚筒的形式，其是放置在卷绕机1上的。

将足够长度的基底移动至重卷绕装置8并张紧两个装置之间的基底。

在图1说明的实施例中，羟基化的面Fh是朝向下方的，但应该理解将羟基化的面朝向上方的过程是可以通过随后地修改机器的部件(components)的布置进行，其将在下文描述。

任选地，在嫁接试剂沉积的上游的基底S是轻度加热的以将其干燥和/或将其基本上带到与试剂相同的温度。

初步加入是通过早前提到的加热元件2完成的。

通过装置3将嫁接试剂沉积到基底的羟基化的面Fh上。

使用的嫁接试剂是纯的，以液体的形式；因此在装置3中是将其带到高于其熔解温度的温度以带来与沉积系统相容的粘度值(viscosity)(认为相对于试剂熔解温度高20-30℃的温度是适合的)。

根据本发明的优选的实施方案，嫁接试剂是脂肪酰氯，如在上面引述的文件WO99/08784中所描述的。

在特别有利的方式中，并且尤其是在基底是由PVA的膜覆盖(cover)的情况下，嫁接试剂是硬脂酰氯或棕榈酰氯。

所述试剂并非均匀地沉积(其对应于平坦的区域，其中试剂均一地覆盖基底的整个表面)，而是非均质地(heterogeneously)，即以均匀地分布在基底的表面上的多个不连续的(discrete)斑点(spots)的形式。

事实上，由S.Berlioz,C.Stinga,J.Condoret和D.Samain所著的文献Investigation of a Novel Principle of Chemical Grafting for Modification ofCellulose Fibers,International Journal of Chemical Reactor Engineering,Vol.6,2008已经显示了，在反应发生期间，试剂的扩散是发生在基底的平面上，导致每个沉积的斑点是均一的疏水表面。

反应的发生是通过使基底的羟基化的面Fh倚靠加热辊4，并在基底与辊之间维持薄的(thin)空气间隙e而执行的。

应该理解，在图1和图2中该空气间隙e是经过夸大以使其可以显示的。

事实上，空气间隙e的尺寸是经过调整以限制基底附近的试剂(以降低试剂的损失)和赋予允许反应产生的产物发散的体积。

所需的空气间隙可以根据以下的推理而计算出，其基于具有0.5g/m²硬脂酰氯的嫁接的假设。

释放的HCl的摩尔数是最多0.5/302.4或1.66.10^-3摩尔(硬脂酸的分子量是302.4g/mol)。

相应的体积是1.66.10^-3x22.4l或37ml。

在大气压力下，对于1m²的该体积对应于37μm的厚度，即，比普通的一层纸的厚度小大约两倍的厚度。

本领域技术人员能够计算其它反应条件的充足的空气间隙。

在特别有利的方式中，该空气间隙e是非常小的以致其可以由加热辊4平面性(planeity)的天然缺陷确保和/或当热辊4是多孔的时由基底的孔隙度确保。

任选地，可以使加热辊4更加粗糙以增加空气间隙。

特别的，当基底不是多孔的或具有非常封闭的表面(very closed surface)时，加热辊必须具有适合获得所需的空气间隙的粗糙度。

因此鼓励本领域技术人员根据施用使用具有不同粗糙度的辊。

例如，网纹辊是商业上可得的，其具有上文提到的数量级的表面粗糙度体积。

应该注意，空气间隙不一定要是常数；可以有与基底接触的区域以及在其它区域在基底和辊之间由充足的距离以获得充足的空间以发散HCl。因此上文中指示的空气间隙是平均值。

以这种方式在加热辊和基底之间的空间，即，由空气间隙e和基底S与加热辊4之间的接触距离l，组成了反应室(reaction chamber)。

产色反应需要低嫁接率(grafting rate)的事实允许使用较少量的嫁接试剂并且因此仅需要用于盐酸发散的较小的体积。

因此应该理解适合地选择加热辊4的直径、温度和旋转速度可以确保当基底离开加热辊的接触时，达成了优选的嫁接反应的进展。

换而言之，确保了基底S与加热辊4接触的持续时间是与嫁接反应的持续时间基本上相等的。

在本文中“基本上相等的持续时间”意指持续时间，在其期间实现了嫁接反应的90%或更多。

除此之外，反应发生是以最小气体速率(minimal gas rate)而使用的。

而且，充满了试剂的羟基化的面Fh是与辊接触的事实最优化了热量贡献(thermal contribution)，因为只有反应在其上发生的面是加热的。

相对，通过红外加热，例如在早前引述的由E.de Paola所著的文献中提到的，则会穿透基底的厚度，造成高得多的能量消耗并且，在红外气体系统的情况下，会在反应的附近产生水蒸气，其会极大地危及产率/收率(yield)。

而且，可使用加热辊4在大于现有技术测定的最优温度的温度进行反应。

根据Arrhenius定律，30℃温度的提高一般导致反应速度以10的因子提高，其对应于优选的加速。

因此，例如，虽然在现有技术的条件中嫁接硬脂酸的最优温度是150℃，可以根据本发明以直径1.5m、温度带到170℃、具有400m/min的卷动速度执行反应的发生并获得0.5g/m²的嫁接率。

在这点上，有人可能担心，在基底是涂覆以PVA的膜的情况下，后者-其是热塑性聚合物-可能会在与加热辊接触中熔化。

然而注意到情况并非如此。

一个原因似乎是沉积在基底上的试剂形成了薄的屏障，其在嫁接反应早期阻止了PVA向加热辊的粘附(adhesion)。

另一个原因是，当PVA经过嫁接时，其失去了它的粘附特征并且因此不太可能再粘附于辊。

如果有必要，有可能使用在图2中说明的机器的变型，通过加热第一个辊4’至低于熔化温度的温度以进一步阻止附加的粘附现象(parasite adhesionphenomena)。

当基底S离开辊4的接触时，将通过吸气装置6吸走HCl，其意图是对反应动力学有利和并且最小化该腐蚀性气体对基底的损坏。

然而，纵然在反应期间HCl留存在基底和辊之间，而仅在辊出口处除去，由于本发明而获得的反应时间是足够短的，其使HCl没有时间显著地损坏基底。

在图2的情况下，两个加热辊4’和4’’可以具有不同的直径并加热至不同的温度，其允许更加准确地控制反应。

例如，当对于一个给定的施用需要更大的量的试剂时，施用两个辊(或更多)使反应在足够短的时间内发生。

特别地，在每个加热辊的出口由反应释放的HCl可以通过各自的吸气装置6’、6’’吸走，其既甚至更多地最小化了由HCl造成的基底的任何降解并且也进一步通过消除速度方程的第二项加速了反应。

该变体在具有大量试剂的脆弱(fragile)的基底和需要高行进速度的情况下是特别有利的。

下一步，在经处理的基底的重卷绕之前，通过气刀的方式吹扫基底的经过处理的面。

事实上，施用热气刀的作用是处置未使用的试剂。

因此这是基底的物理而非-化学的清理(cleaning)。

该过量试剂的消除步骤具有两个优点。

首先是无试剂的重卷绕；事实上，在卷绕的基底上的试剂的存在将导致释放HCl的长过程，其由于无法逃脱，可以降解基底。

第二个优势是通过不需要等待试剂的完全消耗而对加速反应做出贡献。

事实上速度方程显示了速度是产物浓度的函数，其意味着后者越小，反应越慢。

换而言之，当反应接近结束时，速度以与依然存在的试剂的量成正比变小。

因此这样的速度的下降对于获得非常短的反应时间是有害的，虽然在该阶段参与反应的量很低并且对处理的最终结果具有最小的影响。

例如，事实上已经验证了试剂的量的5%-10%的降低仅最小地影响屏障功能的方面的结果。

因此，消除残留的5%-10%的试剂基本上不能改变经处理的基底的功能属性。

应该注意通过与基底行进的方向反向的热气刀消除过剩的试剂对应于用于提升反应动理学的相逆的条件。

事实上，为了消除试剂，有必要强烈地提高扩散现象，而非约束它们。

更高的温度(超过产色反应的最优温度)，并且最重要是更高的气体速率，可以达成预期的结果。

因此在本文中“热气刀”意指其温度高于基底的温度，并且优选大大高于所述温度的气刀。

所以，例如在200℃以30m/s的线性速度流动的气刀确保了优选的清理。

最后，为了储存、运输和/或以后的用途，经处理的基底常规地以辊的形式卷绕。

已经描述的过程特别适合具有高孔隙度和/或低湿度率的基底的处理。

当在处理具有低孔隙度、涂覆以闭合的涂层(occlusive coating)和/或具有高湿度率的厚基底时，刚描述的过程可能会遇上消除所有在反应当中生成的水的困难。

可以导致试剂的不足的嫁接速率，和/或试剂的水解。

提高空气间隙和/或提高加热辊的温度可一定程度上改善反应功效并更好地除去已经形成的水。

然而，这些方法有它们的局限。

例如，空气间隙的过度的提高会导致在加热辊和经处理的基底之间形成绝热的(thermally insulating)空气间隔(air space)，和不能够将基底加热到所需的温度。

为了处理低孔隙度和/或具有闭合的涂层的厚基底，另一个使用在图3中说明的机器的工艺的实施方案是更有利的。

在该实施方案中，与加热辊4接触的是基底的与羟基化的面Fh相对的面。

羟基化的面Fh朝向指向整流装置40的凹进的表面41，并由装置7施用的热气刀(由虚线箭头所示)吹扫。

该热气刀的作用，组合以加热辊4，是获得基底在其两面的加热。

所以，即使基底是厚的并且加热辊不能将羟基化的面带到优选的温度，热气刀对将羟基化的面的温度提高到有利于嫁接的温度是有贡献的。

在另一方面，热气刀也实现与在第一个实施方案中相同的功能，即，其将试剂的残余以及在反应中间生成的盐酸和水带走。

这些产物是由在本实施方案中布置在加热辊上游，与气刀的施用装置正相对的提取系统吸走的。

另外，是加热辊4提供支持表面给基底使其针对(against)由热气刀施加的压力。

为了确保试剂可以在由气刀吹扫之前以令人满意的收率嫁接到基底上，脂肪酸部分是经过剂量调整的，其已经与过-处理的面的羟基基团反应并且卷动速度是适合的-因此反应持续时间也是-以最优化该值。

最后，所述过程的能量平衡(energy balance)是改进的，因为热气刀在吹扫基底的表面后不在环境中发散而是用于加热基底，允许产色反应的发生并且促进水和盐酸的提取。

定机器的尺寸和确定过程的参数的实例

纯粹地通过指示的方式，如上文描述的参考图1的机器是可确定尺寸(dimensioned)，并且过程是可以确定参数的(parametered)，如下。

将待处理的基底是以如下的形式：直径为1200m且宽度为240mm的辊。

基底是具有在30-400g/m²的克重量的纤维素材料。

卷动的速度为50-400m/min。

嫁接试剂是脂肪酰氯，通过在其通向基底的路径过程中将其保持在比其熔化温度更高的温度而由柔版印刷沉积到基底的羟基化的面上。

例如，对于硬脂酰氯的例子，其熔点是25°并且因此为了其施用于基底，必须将其带到至少40℃。

沉积的试剂的量为0.2-2ml/m²。

在沉积试剂之前和/或之后，将基底可选地通过红外加热，作为将待处理的基底的状态、嫁接试剂的温度和/或在嫁接试剂的施用装置和加热辊的发生之间要行进的距离的函数。

意图作为反应的发生的加热辊具有1.5m的直径并且由以热油进料的双-包膜(double-envelope)结构的方式带到180℃的温度。

反应的时间通常小于1秒。

在辊的出口提取HCl是通过提取罩的方式完成的。

残留的嫁接试剂是经由带到200℃的气刀消除的，所述气刀具有对应于30m/s线性速度的速率，其是由延伸整个宽度并相对于基底倾斜45°的喷嘴产生的。

基底优选地在基底的卷绕之前冷却。

最后，应该理解刚才给出的实施例仅是在本发明的施用领域方面特别的非-限制性的说明。

Claims (21)

1.一种用于具有羟基化的面(Fh)的卷动的基底(S)的产色嫁接处理的机器，其特征在于它包含：

-用于开卷基底(S)的卷绕机(1)，

-在基底的羟基化的面(Fh)上的嫁接试剂的施用装置(3)，

-用于使嫁接反应在基底的羟基化的面(Fh)上发生的加热辊(4)，所述辊(4)提供有杆-端系统(5a,5b)，其用于使基底(S)的面倚靠所述加热辊(4)，

-在嫁接反应期间生成的盐酸的提取装置(6)，

-在基底的经处理的面上的用于消除残留嫁接试剂的气刀的施用装置(7)，

-经处理的基底(S)的重卷绕装置(8)。

2.根据权利要求1的机器，其特征在于杆-端系统(5a,5b)经布置以使所述基底(S)的羟基化的面(Fh)倚靠所述加热辊(4)。

3.根据权利要求2的机器，其特征在于其包含至少两个相继的加热辊(4’,4’’)和各自的杆-端系统(5a’、5b’、5a’’、5b’’)用于使所述基底的羟基化的面(Fh)倚靠用于使嫁接反应发生的所述加热辊。

4.根据权利要求2-3中任一项的机器，其特征在于加热辊(4,4’,4’’)的表面提供有粗糙度以获得辊和基底之间的空气间隙(e)。

5.根据权利要求2-3中任一项的机器，其特征在于气刀的施用装置(7)是喷嘴，其相对于基底(S)的表面以大于30°的角度倾斜并且朝向基底的行进的反向。

6.根据权利要求1的机器，其特征在于其包括含有所述加热辊(4)的整流装置(40)，而且在于所述杆-端系统(5a,5b)经布置以使基底(S)的与羟基化的面(Fh)相对的面倚靠所述加热辊(4)。

7.根据权利要求6的机器，其特征在于气刀的施用装置(7)布置在整流装置(40)的出口，以使当所述基底倚靠加热辊(4)时，气刀于基底行进方向的反向吹扫基底的羟基化的面(Fh)。

8.根据权利要求7的机器，其特征在于提取装置(6)布置在整流装置(40)的入口以吸走由气刀运输的产物。

9.根据权利要求1-3中任一项的机器，其特征在于嫁接试剂的施用装置(3)是柔版印刷或日光胶版装置。

10.一种处理方法，其经由具有羟基化的面(Fh)的卷动的基底(S)的产色嫁接，所述处理方法的特征在于包括以下的步骤：

(a)向基底(S)的羟基化的面(Fh)上施用嫁接试剂，

(b)使嫁接反应发生，使基底(S)的一面倚靠加热辊(4)，

(c)提取在嫁接反应期间散发的盐酸，

(d)在基底的经过处理的面上施用热气刀以抽空残留的嫁接试剂，

以及在于选择加热辊(4)的直径、温度和旋转速度以使基底(S)与加热辊(4)的接触的持续时间与嫁接反应的持续时间基本上相等。

11.根据权利要求10的方法，其特征在于为了嫁接反应的发生，使基底的羟基化的面(Fh)以空气间隙(e)倚靠所述加热辊(4)，所述空气间隙适合将嫁接试剂限制在辊和基底之间并允许在嫁接反应过程中散发的盐酸发散。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于所述盐酸是在基底离开加热辊的接触时提取的。

13.根据权利要求11的方法，其特征在于反应的发生步骤(b)是通过使基底(S)的羟基化的面(Fh)倚靠至少两个相继的辊(4’,4’’)而进行的，以及在于盐酸的提取步骤(c)是在基底离开所述每个所述辊(4’,4’’)的接触时进行的。

14.根据权利要求11-13中任一项的方法，其特征在于选择基底的孔隙度和/或粗糙度和/或加热辊(4,4’,4’’)的粗糙度以获得基底和加热辊之间的空气间隙(e)，所述空气间隙适合于容纳由产色反应散发的盐酸。

15.根据权利要求14的方法，其特征在于所述空气间隙(e)平均为0-100μm。

16.根据权利要求10的方法，其特征在于为使嫁接反应发生，使基底的与羟基化的面相对的面倚靠所述加热辊。

17.根据权利要求16的方法，其特征在于热气刀是同时施用的，以使其于基底行进方向的反向吹扫基底的经处理的面。

18.根据权利要求17的方法，其特征在于盐酸和残留的嫁接试剂是在加热辊的上游提取的。

19.根据权利要求10-13或16-18中任一项的方法，其特征在于在嫁接反应期间热气刀的温度大于基底的羟基化的面的温度。

20.根据权利要求10-13或16-18中任一项的方法，其特征在于在基底的羟基化的面上的试剂施用步骤(a)是通过柔版印刷或日光胶版进行的。

21.根据权利要求10-13或16-18中任一项的方法，其特征在于所述基底(S)是纤维素材料，其一面(Fh)涂覆有聚乙烯醇(PVA)的膜，其特征还在于嫁接试剂包含硬脂酰氯或棕榈酰氯。