CN107109801B - 制备皱纹纸的方法及其皱纹纸 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了制备皱纹纸的方法及使用该方法制备的皱纹纸产品。所述方法包括用包含疏水物和表面活性剂的组合的组合物处理皱纱纤维网和/或扬基滚筒干燥器或圆筒的表面，其中已经对这些组合物进行了物理处理以将平均粒度降低至小于等于约1微米(μm)。
Description
本申请要求2014年12月12日提交的美国临时申请号62/091,218的权益，其全部内容以引用方式并入此文。
技术领域
本发明提供了制备皱纹纸的方法及使用该方法制备的皱纹纸产品。所述方法包括用包含疏水物和表面活性剂的组合的组合物处理皱纱纤维网和/或扬基(Yankee)滚筒干燥器或圆筒的表面，其中已经对这些组合物进行了物理处理以将平均粒度降低至小于等于约1微米(μm)。
背景技术
通过将绉纱纤维网压靠在所谓的扬基干燥器或扬基圆筒(这些术语将被互换使用)的加热的圆筒干燥器的表面上，使得所述皱纱纤维网粘附在其上，随后干燥，然后用刮刀将所述皱纱纤维网或皱纹纸从扬基干燥器上剥离，从而制备具有褶皱的皱纹纸，如薄页纸或卫生纸。
为了形成高质量的皱纹纸，所述皱纱纤维网或皱纹纸与加热的圆筒干燥器的粘附和剥离能力是重要的，其程度对绉纹构型具有很大的影响。
起皱是制造诸如薄页纸和纸巾产品的纸制品的一个重要操作。褶皱在薄页纸和纸巾产品中产生柔软性及获得所需的吸收性所必要的空隙。在现代起皱操作中，通常使用包含粘合剂、脱模剂、改性剂和增塑剂的组合物来帮助在高速起皱机上进行起皱操作。当将所述组合物施加到扬基圆筒或干燥器(这些术语将被互换使用)的表面上时，需确保湿纸网被平稳地转移到热的扬基干燥器上。湿纸网的良好粘附性对于转移到扬基干燥器的表面上是必要的。良好的粘附性还有助于通过蒸汽加热的扬基干燥器和来自顶置排气罩的热空气更快速地干燥湿纸网。正确的表面施加将提供足够的粘附性，以将湿纸幅容易地转移到扬基圆筒表面上。
一旦扬基圆筒表面上的绉纱纤维网被干燥，则使用刮刀将绉纹纸从扬基圆筒上起皱剥离。所述粘附性应足以产生良好的褶皱结构，其将为最终的纸产品提供良好的手感特性。然而，所述粘附性不应该太大，以至于会阻碍纸网通过刮刀从扬基圆筒上被起皱剥离。
用于涂覆扬基干燥器的表面的组合物的硬度应在所需的范围内。如果太软，表面涂层将不能够保护扬基干燥器表面免受金属刮刀的影响。如果组合物太硬，则扬基圆筒表面上的涂层可能会开始累积并造成折页。施加到扬基圆筒表面上的良好涂层应提供最佳的硬度范围。
Mills通常组合使用粘合剂和脱模剂以控制纸网与扬基圆筒表面的粘附性，并使用一种或多种改性剂来控制用于涂覆扬基干燥器表面的组合物的硬度。
Mills已经发现，使用三种或更多种组分会使得扬基起皱操作相当复杂。因此，薄页纸和纸巾制造商通常试图仅使用两种试剂来控制施加到扬基干燥器表面上的组合物的粘附性和硬度。
已经使用许多不同的疏水材料来改善纸网从扬基圆筒上的脱离性。例如，Jansen等人的WO 2011/058086讲述了将C16-C20脂肪酸及其盐施加到扬基圆筒上以有利于纸网从所述圆筒上的脱离。Clugeon的US 7,404,875教导了包含柠檬烯的改性剂组分的起皱粘合剂组合物。Glover等人的US 2013/0048238教导了施加用于起皱脱模的油基配制物，其包括至少一种植物油、至少一种卵磷脂和至少一种分散剂/乳化剂。作为起皱工艺的脱模剂，Furman等人在US 8,101,045中提及了疏水材料如环烷油、石蜡油、植物油、矿物油或合成油以及乳化表面活性剂如脂肪酸、烷氧基化醇、烷氧基化脂肪酸。Hassler等人的申请US2007/0000630公开了一种促进起皱的组合物，其包含至少一种软化点或熔点在40-100℃范围内的非水溶性的非表面活性的热塑性材料。非水溶性的热塑性材料的列表包括褐煤蜡、石蜡、氧化蜡、微晶蜡、巴西棕榈蜡和由Ficher-Trops工艺生产的合成蜡。
除疏水剂外，广泛的疏水性的醇、二醇、聚醚也已经被用作起皱脱摸模剂。例如，Allen等人的US 5,660,687教导了选自于包括乙二醇、甘油、丙二醇、二乙二醇和三乙二醇、二丙二醇、聚链烷醇胺、芳族磺酰胺、吡咯烷酮及其混合物的组中的起皱脱模助剂。Clugeon等人的申请US 2004/0211534讲述了施加包含聚氧化烯烃聚合物，特别是饱和脂肪醇的聚氧丙烯醚的起皱改性剂。最近，Townsend的US 2014/0190644公开了使用包含季咪唑啉化合物、不含咪唑啉的碱、油基分散体或其组合以及选自于聚丙二醇、丙二醇和乙二醇的共聚物或共混物的聚醚组分的起皱脱模剂。
Tucker等人的US 7,744,722教导了在起皱圆筒的表面上施加包含聚乙烯的起皱改性剂。所述起皱改性剂还包含矿物油、阳离子和非离子表面活性剂。相同作者的US 8,608,904和US 8,147,649还将所述教导扩展到施加包括氧化聚乙烯与矿物油和表面活性剂的组合。
上述所有参考文献都描述了通过其组分的简单共混或乳化而制备的脱模组合物。US 8,883,890讲述了包含含氮无机固体润滑剂的起皱试剂配制物，如粒度为0.5-20μm的氮化硼和氮化硅。然而，'890专利教导了当润滑剂的粒度小于0.5μm时，起皱层的润滑性会变得不足。所述无机固体润滑剂以限定为0.1-5.0质量％的浓度被分散在起皱剂组合物中。
本发明方法教导了在降低粒度的同时改善脱模剂和改性剂的微乳液的起皱性能。另外，本发明方法中的脱模剂在广泛的起皱配制物中是稳定的，例如，疏水剂的范围可以是所述微乳液的0至约90重量％，和可以是约10至约50重量％。
此外，所述组合物应提供良好的薄页纸制作操作，包括起皱。如上所述，如果存在涂层或组合物积聚、不均匀涂层、或干燥器边缘积聚，则可能会破坏所述起皱操作。
本发明的方法提供了改善皱纹制品制造中起皱的方法，如薄页纸和纸巾制造方法。它还涉及可以含有两种或多种疏水物以及阴离子和非离子表面活性剂的组合的起皱脱模剂和起皱改性剂的单一乳化产物。
发明内容
本发明涉及一种制备微乳液的方法，其中将至少一种脱模剂和至少一种改性剂组合以形成单一微乳液产品。对所述脱模剂和改性剂进行乳化处理，如高压和/或剪切，以产生微乳液，其用Horiba Particle Size Analyzer LA 300测量的粒度为小于等于约1微米(μm)。所述脱模剂和改性剂的微乳液不仅使得起皱操作更不复杂，而且还改善了起皱效率及起皱网性能。
为了提供所需的手感和片材性质，施加到起皱扬基圆筒表面上的组合物在其被施加到表面上之后需要有适当程度的粘附性和硬度。所述组合物需要提供良好的起皱性能，同时足够硬以保护扬基圆筒表面免受金属刮刀的影响。
所公开的是一种方法，其提供了施加到扬基干燥器表面上的组合物的适当粘附性和硬度，并提供了所述起皱方法的效率和有效性的进一步改善。
本方法还涉及绉纱纤维网和/或扬基圆筒的表面处理，其中用包含粘合剂、微乳化脱模剂和改性剂以及任选的增塑剂的组合物处理所述表面，其中将脱模剂和改性剂在高压和/或剪切下组合并均质化以制备微乳液。
在典型的起皱操作中，扬基圆筒的表面处理中所使用的添加剂需通过工业中的典型方法进行乳化，如使用混合罐或在线混合器。我们发现的是，如果脱模剂和改性剂被均质化成微乳液，则性能得到显著改善。通过微乳液，我们意味着至少一种脱模剂和至少一种改性剂的组合经受足够的外力，如高压和/或高剪切，其导致两个或更多个组分均质化从而得到平均粒度小于等于1微米的单一乳液。
当将脱模剂和改性剂均质化成微乳液时，与将脱模剂和改性剂在施加前简单混合在一起或将它们分别施加的情况相比，实现了起皱方法的效率的显著提高。
此外，将脱模剂和改性剂均质化成微乳液会影响起皱过程，以产生最终薄页纸产品的可以改善手感的所需结构。
在一些实施方案中，使用脱模剂和改性剂的微乳液对皱纱纤维网和/或扬基圆筒的表面处理可以在宽的操作温度下保持可用刮刀进行，因此，扬基干燥器在起皱操作期间洁净运行。
附图说明
图1是在100℃和120℃下的粘附脱模结果
图2示出了起皱力(N)的结果
图3示出了起皱拉伸(％)的结果
图4是皱纹纸表面的光学显微照片
图5示出了起皱拉伸(％)的结果
图6示出了起皱力(N)的结果
具体实施方式
本发明在一个方面涉及制造皱纹纸制品的方法，其中将包含起皱粘合剂、脱模剂、改性剂和任选存在的增塑剂中的至少一种的组合物施加到绉纱纤维网和/或扬基滚筒干燥器或圆筒的表面上。将脱模剂和改性剂在高压和/或剪切下组合和/或单独地均质化以产生微乳液，然后在将其施加到绉纱纤维网和/或扬基圆筒的表面上之前，将其进一步稀释。各种化学品在所述绉纱纤维网和/或扬基圆筒的表面上的施加可以使用工业中的典型技术，如喷涂和puddle方法。所述粘合剂和任选的增塑剂可以单独或一起施加到所述绉纱纤维网和/或扬基圆筒的表面上。它们也可以在微乳液之前、与其同时、之后或与微乳液组合在一起施加到所述表面上，从而导致增强的脱模性和改进的起皱维网质量。当我们说粘合剂和任选的增塑剂可以与微乳液组合在一起施加时，我们意味着可以在将所述化学品施加到绉纱纤维网或扬基圆筒表面上之前，将所述粘合剂和任选的增塑剂与脱模剂和改性剂的微乳液组合/混合。
一方面，所述脱模剂和改性剂的微乳液的平均粒度可以是小于1微米(μm)，可以是小于约500纳米(nm)，并可以小于约300nm。
另一方面，所述脱模剂和改性剂的微乳液包含一种或多种选自于疏水材料、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、及其混合物的化合物。
另一方面，所述疏水性材料选自于由矿物油、植物油、脂肪酸酯、天然或合成衍生的烃、天然或合成衍生的蜡、巴西棕榈蜡、水解AKD、聚乙烯均聚物、聚丙烯均聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯马来酸酐共聚物、丙烯马来酸酐共聚物、聚乙烯均聚物、氧化聚丙烯均聚物、氧化聚乙烯均聚物及其组合所组成的组中。
另一方面，所述脱模剂/改性剂微乳液包含脂肪酸三酯、合成衍生的烃、阴离子表面活性剂和/或线性乙氧基化醇。
另一方面，所述微乳液的脂肪酸三酯组分的用量为所述微乳液全部固体的约30至约99重量％。
另一方面，所述微乳液的合成衍生的烃的用量为所述微乳液全部固体的0至约90重量％。
另一方面，所述微乳液可以是包含矿物油、合成衍生的烃、阴离子表面活性剂和/或线性乙氧基化醇的混合物。
另一方面，所述微乳液可以是选自由乙氧基化的线性醇、乙氧基化的支化醇、聚乙二醇的脂肪酸单酯或二酯、聚乙二醇烷基醚及其组合所组成的组中的非离子表面活性剂。
另一方面，所述微乳液可以是选自于由二辛基磺基琥珀酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠及其组合所组成的组中的阴离子表面活性剂。
另一方面，所述起皱粘合剂可以选自于由热固性树脂、非热固性树脂、聚酰胺树脂、聚氨基酰胺树脂、聚乙烯胺、乙醛酸聚丙烯酰胺树脂、成膜的半晶聚合物、半纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、无机交联剂或其组合所组成的组中。
另一方面，与类似的方法相比，其中在将脱模剂和改性剂的混合物施加到扬基干燥器的表面上之前，脱模剂与改性剂没有在高压和剪切下进行乳化，而是被简单地混合在一起，当使用本发明的均质化的微乳液时，扬基圆筒的起皱纤维网的脱模效率提高了至少约10％。
另一方面，在将化学品施加到所述绉纱纤维网和/或扬基干燥器的表面上之前，将起皱粘合剂和脱模剂与改性剂的微乳液混合在一起。
另一方面，将所述起皱粘合剂和脱模剂与改性剂的微乳液分别施加到绉纱纤维网和/或扬基干燥器的表面上。
另一方面，将脱模剂和改性剂的微乳液和/或起皱粘合剂首先施加到所述纤维网上，其中在将所述纤维网压靠在扬基干燥器的表面上
时，将脱模剂和改性剂的微乳液和/或起皱粘合剂转移到扬基干燥器的表面上。
通过本方法所获得的结果是，通过组合疏水试剂和表面活性剂或其组合，并使该混合物经受物理和/或化学处理以降低所产生的乳液的粒度，起皱脱模的效率得到提高。
产生微乳液的一个方法是通过将疏水剂和表面活性剂组合，并使它们经受增加的压力和剪切。有各种单元可以被用于产生微乳液，例如但不限于均质器或微流化器。由于高压、高剪切和/或搅拌，可以产生平均粒度小于一微米(纳米级)的微乳液。通过产生所谓的微米或纳米乳液并将其作为起皱脱模助剂/改性剂用于扬基起皱过程中，扬基圆筒的皱纹纸的纸网脱模效率显著增加。
实施例
评估了本发明方法的微乳液降低起皱粘合剂的粘附性的能力。在粘附/脱离测试仪和绉纱模拟器起皱测试仪上测试了多个典型的脱模剂及脱模剂与改性剂的组合，以测量它们对涂层的粘附性、起皱性能和片材起皱性能的影响。结合起皱粘合剂在2％起皱粘合剂和1％单一乳液产品的水溶液、商业脱模剂或结合在即将使用前被混合在一起的脱模剂和改性剂对本方法的微乳液进行了测试。
实施例#1
粘附性的降低
评估了下述组合物在起皱操作中降低皱纹纸对扬基圆筒的粘附性的能力。在Hercules Inc.设计的Adhesion Release tester(ART)上测试了表1所列出的组合物，以测量所述组合物对粘附力的影响(见Choi,D.D.的“Systematic Investigations Help PaveWay for扬基Dryer Coating Optimization,”Proceedings,2005Tissue WorldConference at Miami,2005)。在该评估中使用了3％固体的水溶液，其包含典型的起皱粘合剂、脱模剂及改性剂(表1)。所评估的起皱助剂体系的组成如下：
表1.起皱助剂体系的组成
| 实施例 | 粘合剂 | 脱模助剂 | 改性剂 |
| 1 | Crepetrol 9730 | 脱模剂1 | 是 |
| 2 | Crepetrol 9730 | 脱模剂2 | 否 |
| 3 | Crepetrol 9730 | 脱模剂3 | 否 |
| 4 | Crepetrol 9730 | 脱模剂4 | 是–微乳液 |
脱模剂1是商业脱模产品，其中疏水材料是脂肪酸三酯。脱模剂2和3是商业脱模产品，其主要的疏水材料是矿物油。改性剂是合成衍生的烃和表面活性剂。脱模剂4是脱模剂1的脂肪酸三酯和改性剂的微乳液。
所测试的起皱助剂体系包含约60重量％PAE树脂、约7重量％的增塑剂、约30重量％的脱模剂和约3重量％的改性剂。
结果表明，脱模剂4中所用的微乳液有效地降低了粘合剂(Crepetrol 9730)的粘附性，与参考的双重添加脱模剂改性剂(脱模剂1和改性剂)一样多，并且在没有改性剂的情况下，比脱模剂2和脱模剂3显著更多地降低了粘附性。在120℃，脱模剂4比参考脱模剂改性剂体系和脱模剂1及脱模剂2更加显著地降低了纸网对扬基圆筒的粘附性(见表2和图1)。
表2.粘附脱离测试结果(单位：psi)
实施例#2
起皱效率
还评估了所述微乳液的改善起皱操作的能力。在Hercules Inc设计的CrepeSimulator(绉纱模拟器)上测试了表3所列出的组合物，测量了所述组合物对粘附力的影响(参见Choi,D.D.的“Cutting papermaker risk”,Paper360°,2008年2月)。在绉纱模拟器中将含有起皱粘合剂、脱模剂和改性剂的3％固体的起皱助剂体系水溶液喷涂到扬基干燥器的表面上。所测试的起皱助剂体系包含约60重量％的PAE树脂、约7重量％的增塑剂、约30重量％的脱模剂和约3重量％的改性剂。
表3：起皱助剂体系的组成
| 实施例 | 粘合剂 | 脱模剂 | 改性剂 |
| 1 | Crepetrol 9730 | 脱模剂1 | 是 |
| 2 | Crepetrol 9730 | 脱模剂2 | 否 |
| 3 | Crepetrol 9730 | 脱模剂3 | 否 |
| 4 | Crepetrol 9730 | 脱模剂4 | 是–微乳液 |
脱模剂1/改性剂：用在喷涂前混合在一起的粘合剂(Crepetrol 9730)、脂肪酸三酯基脱模剂和改性剂起皱的片材。脱模剂2：用粘合剂(Crepetrol 9730)和一种商业矿物油脱模剂起皱的片材。脱模剂3：用粘合剂(Crepetrol 9730)和另一种商业矿物油脱模剂(脱模剂3)起皱的片材。脱模剂4：用粘合剂(Crepetrol 9730)和使用高压和高机械能的脱模剂1的脂肪酸三酯与改性剂的微乳液起皱的片材。
表4：起皱助剂体系的起皱性能结果
表4、图2和图3总结了100℃下的起皱评估结果。绉纱模拟
器测试结果表明，使用高压力和高机械能的脱模剂和改性剂的微乳液提供了更低的片材起皱比和更低的起皱力。图4所示的表面照片显示了脱模剂和改性剂(脱模剂4)的微乳液不仅通过产生更细的皱纹而且改善了褶皱结构而且还改善了手感。结果表明，与在即将喷涂之前将脱模剂和改性剂组分混合在一起(即普通乳液技术)相比，脱模剂和改性剂的微乳液提供了更高的有效性。
实施例#3
脱模剂和改性剂的微乳液的好处
在两个不同的产物制备方法下，评估了表5和6中所示的组合物在起皱操作中降低起皱粘附性的效率。
表5.起皱助剂体系的组成
| 实施例 | 粘合剂 | 脱模剂 | 改性剂 |
| 1 | Crepetrol 9730 | Rezosol 4119 | 是 |
| 2 | Crepetrol 9730 | #1乳化的 | 否 |
| 3 | Crepetrol 9730 | #1共混的 | 否 |
| 4 | Crepetrol 9730 | #2乳化的 | 否 |
| 5 | Crepetrol 9730 | #2共混的 | 否 |
| 6 | Crepetrol 9730 | Rezosol 4119 | 是–微乳液 |
#1乳化的是使用高剪切和高机械能的脱模剂和改性剂的微乳液，其与实施例1和2中的脱模剂4相同。#1共混的是强烈混合的预混产物，其组分与#1乳化的相同。
#2乳化的是使用高剪切和高机械能的脱模剂和改性剂的微乳液。#2乳化的的组成与#1乳化的类似，但使用了矿物油作为重要的疏水材料。#2共混的是强烈混合的预混物，其组分与与#2乳化的相同。
表5.起皱助剂体系的起皱性能结果
表5、和图5和6总结了100℃下的起皱评估结果。绉纱模拟器测试结果也表明，使用高压力和高机械能的脱模剂和改性剂的微乳液(#1和#2乳化的)提供了比预混产物(#1和#2共混的)更低的片材起皱比和更低的起皱力。结果表明，与所述预混产物或在即将施加之前将两个组分混合在一起相比，使用高压和高剪切的脱模剂和改性剂的微乳液更加有效。
Claims (17)
1.制造具有改进脱模性能的皱纹纸的方法，其包括：
制备包含至少一种脱模剂和至少一种改性剂的微乳液；其中所述脱模剂和改性剂可各自分别均质化，然后组合，或者组合并然后均质化，制得的微乳液的平均粒度为1μm或更低；
使用一种或多种粘合剂和任选存在的一种或多种增塑剂将所述微乳液施加到皱纱纤维网和/或扬基圆筒的表面上；和
制得皱纹纸产品。
2.权利要求1的方法，其中制得的微乳液的平均粒度为500nm或更低。
3.权利要求1的方法，其中制得的微乳液的平均粒度为300nm或更低。
4.权利要求1的方法，其中在均质化脱模剂和改性剂之前，将所述粘合剂和任选的增塑剂与所述脱模剂和改性剂组合。
5.权利要求1或2的方法，其中所述粘合剂和任选的增塑剂在所述微乳液之前被施加到所述皱纱纤维网或扬基圆筒的表面上，或者与所述微乳液同时施加，或者在所述微乳液之后施加，或者以它们的任何组合的方式施加。
6.权利要求1或2的方法，其中包含所述脱模剂和改性剂的微乳液包含一种或多种选自于由疏水材料、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、及其混合物所组成的组中的化合物。
7.权利要求6的方法，其中所述疏水材料选自于由矿物油、植物油、脂肪酸酯、天然或合成衍生的烃、天然或合成衍生的蜡、水解AKD、聚丙烯均聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯马来酸酐共聚物、丙烯马来酸酐共聚物、聚乙烯均聚物、氧化聚丙烯均聚物、氧化聚乙烯均聚物所组成的组中。
8.权利要求6的方法，其中所述疏水材料选自巴西棕榈蜡。
9.权利要求1或2的方法，其中所述微乳液包含脂肪酸三酯、合成衍生的烃、阴离子表面活性剂、线性乙氧基化醇或其组合。
10.权利要求1或2的方法，其中所述微乳液包含的脂肪酸三酯的浓度为所述微乳液的30重量％至99重量％。
11.权利要求1或2的方法，其中所述微乳液包含的合成衍生的烃的浓度为所述微乳液的0至90重量％。
12.权利要求1或2的方法，其中所述微乳液是包含矿物油、合成衍生的烃、阴离子表面活性剂和/或线性乙氧基化醇中的至少两个的混合物。
13.权利要求1或2的方法，其中所述微乳液包含至少一种选自于乙氧基化线性醇、乙氧基化支化醇、聚乙二醇的脂肪酸单酯或二酯、聚乙二醇烷基醚及其组合的组中的非离子型表面活性剂。
14.权利要求1或2的方法，其中所述微乳液包含至少一种选自于由二辛基磺基琥珀酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠及其组合所组成的组中的阴离子表面活性剂。
15.权利要求1或2的方法，其中所述粘合剂选自于由热固性树脂、非热固性树脂、聚酰胺树脂、聚氨基酰胺树脂、聚乙烯胺、乙醛酸聚丙烯酰胺树脂、成膜半结晶聚合物、半纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、无机交联剂及其组合所组成的组中。
16.权利要求1或2的方法，其中，与所述脱模剂和改性剂没有被均质化成微乳液的相似组合物相比，所述皱纹纸从扬基圆筒上的脱模效率改进至少10％。
17.权利要求1或2的方法，其中首先将脱模剂和改性剂的微乳液和/或粘合剂施加到所述纤维网上，并且其中在将所述纤维网压靠在扬基干燥器的表面上时，将脱模剂和改性剂的微乳液和/或粘合剂转移到扬基干燥器的表面上。
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