CN112218930A - 将强度添加剂泡沫辅助施用到纸制产品 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种发泡配制物。基于发泡溶液的总重量按重量计，发泡配制物包括从约0.001％至约10％的量的至少一种发泡剂。基于发泡溶液的总重量按重量计，发泡配制物还包括从约0.01％至约50％的量的具有阳离子官能团的合成强度添加剂。发泡配制物还包括水。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年4月4日提交的美国临时申请第62/652,788号和于2018年6月28日提交的美国临时申请第62/691,125号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及将添加剂施用到胚纸纸幅(embryonic paper webs)的领域。更具体地说，本公开涉及使用发泡技术将强度添加剂施用于湿的、新形成的胚纸。
背景技术
在纸张制造时，添加剂被引入纸制作过程以改善纸张性能。例如，已知的添加剂提高纸张强度、助滤性能、助留性能等。
在常规的造纸机中，纸浆在浆料制备系统中进行精制。化学添加剂、染料和填料有时被添加到浆料制备系统的浆料中，该系统在2.5-5％的稠度下操作。在浆料制备系统的稀浆料回路中，纸浆在风扇泵中从约2.5-3.5％的稠度稀释到约0.5-1.0％的稠度。在这种稀释期间，可能会向纸浆中添加附加的化学添加剂。在浆料制备系统中的这些位置中的任何一个处添加化学添加剂将被视为本文所用的“湿部添加”。然后，0.5-1.0％稠度的浆料通常被泵送通过机器清洁器、机器筛网和除气器(如果存在的话)并到达流浆箱。从流浆箱，0.5-1.0％稠度的浆料被铺展到移动的连续成形织物上。成形织物可以具有编织网的形式。大多数水通过成形织物排出，并且在水沿机器方向从流浆箱行进到压榨部时，纤维保留在成形织物上。随着水分的流失，胚纸片的水含量可能从约99-99.5％的水下降至约70-80％的水。另外的水可以在压榨部中被除去，从该压榨部中，纸片可以以约40-50％固含量的稠度离开。另外的水通常在干燥器部从纸片中除去，纸片可以以约90-94％的固体从该干燥器部离开。然后，该纸片可以任选地被压延，并且然后被收集在卷轴上。
如上所述，化学添加剂(诸如强度添加剂)可以在浆料制备部以所谓的“湿部添加”引入到纸浆中。通常添加强度添加剂来提高最终纸产品的纤维粘合。最终纸产品中的提高的纤维粘合提高了纸产品的强度参数(诸如干拉伸强度)。
与粘合相关的纸张强度参数(诸如干拉伸强度)方面的进一步的改善是期望的。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍将在下面的详细描述部分进一步描述的一些概念。
在示例性实施方案中，提供了一种发泡配制物，该发泡配制物可以是溶液、悬浮液或乳液，包含：基于发泡配制物的总重量按重量计的从约0.001％至约10％的量的至少一种发泡剂；基于发泡配制物的总重量按重量计的从约0.01％至约50％的量的合成强度添加剂，该合成强度添加剂包含阳离子官能团；以及水。该至少一种发泡剂包括以下中的至少一种：选自以下的非离子性发泡剂：乙氧基化物、烷氧基化脂肪酸、聚乙氧基酯、甘油酯、多元醇酯、己糖醇酯、脂肪醇、烷氧基化醇、烷氧基化烷基酚、烷氧基化甘油、烷氧基化胺、烷氧基化二胺、脂肪酰胺、脂肪酸烷醇酰胺、烷氧基化酰胺、烷氧基化咪唑、脂肪酰胺氧化物、烷醇胺、烷醇酰胺、聚乙二醇、环氧乙烷和环氧丙烷、EO/PO共聚物及其衍生物、聚酯、烷基糖类、烷基、多糖、烷基葡糖苷、烷基聚葡糖苷、烷基二醇醚、聚氧化烯烷基醚、聚乙烯醇及其衍生物、烷基多糖、以及它们的组合；选自以下的两性离子发泡剂或两性发泡剂：月桂基二甲基胺氧化物、椰油酰两性乙酸盐、椰油酰两性二乙酸盐、椰油酰两性丙酸盐、椰油酰胺丙基甜菜碱、烷基甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、羟基磺基甜菜碱、椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、烷基亚氨基二丙酸盐、氧化胺、氨基酸衍生物、烷基二甲基胺氧化物以及它们的组合；或者选自以下的阳离子发泡剂：烷基胺和酰胺及其衍生物、烷基铵、烷氧基化胺和酰胺及其衍生物、脂肪胺和脂肪酰胺及其衍生物、季铵、烷基季铵及其衍生物及其盐、咪唑啉衍生物、碳基铵盐(carbyl ammonium salts)、碳基鏻盐、上述结构的聚合物和共聚物、及它们的组合。
在另一示例性实施方案中，提供了一种用于在将气体掺入到发泡配制物中时制备具有目标气体含量的泡沫的发泡配制物。基于发泡配制物的总重量，发泡配制物包括从约0.001％至约10％的量的至少一种发泡剂；发泡配制物的总量的从约0.01％至约50％的量的至少一种合成强度添加剂，该至少一种合成强度添加剂包含阳离子官能团；以及水。至少一种发泡剂在发泡配制物中的浓度基本上最低程度地足以在气体掺入到发泡配制物中后产生所述泡沫的所述目标气体含量。
在另一示例性实施方案中，提供了一种用于将合成强度添加剂引入到纸产品中的方法，该合成强度添加剂包含阳离子官能团。该方法包括由发泡配制物制备泡沫的步骤，该发泡配制物包括：基于发泡配制物的总重量按重量计的从约0.001％至约10％的量的至少一种发泡剂；基于发泡配制物的总重量按重量计的从约0.01％至约50％的量的合成阳离子强度添加剂；以及水。该方法还包括将泡沫施用到湿成型胚纸上的步骤。
结合附图和本背景技术，从以下详细描述和所附权利要求中，其他期望的特征将变得显而易见。
附图说明
结合附图，可以从以下详细描述中获得对主题的更完整理解，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1示出了根据各实施方案的造纸系统的示意图；
图2示出了达到特定目标泡沫空气含量所需的强度添加剂和发泡剂的相对量的图；
图3示出了回收挂面纸板样品上的干Mullen耐破度结果的图；
图4示出了回收挂面纸板样品上的干Mullen耐破度结果的另一图；
图5显示了回收挂面纸板样品上的干拉伸强度和湿拉伸强度结果的图；
图6显示了回收挂面纸板样品上的拉伸能量吸收结果的图；
图7示出了回收挂面纸板样品上的干拉伸结果的图；
图8显示了回收挂面纸板样品上的干拉伸强度和湿拉伸强度结果的图；
图9示出了原始挂面纸板样品上的干拉伸强度和湿拉伸强度结果的图；
图10示出了原始挂面纸板样品上的干拉伸和湿拉伸结果的图；
图11示出了原始挂面纸板样品上的干拉伸能量吸收和湿拉伸能量吸收结果的图；
图12示出了原始挂面纸板样品上的干Mullen和环压结果的图；
图13示出了原始挂面纸板上的干拉伸强度结果的图；
图14示出了原始挂面纸板样品上的干拉伸能量吸收结果的图；
图15示出了原始挂面纸板样品上的干拉伸强度和湿拉伸强度结果的图；
图16示出了原始挂面纸板样品上的干拉伸能量吸收和湿拉伸能量吸收结果的图；
图17示出了不同发泡剂在回收挂面纸板样品上的干湿拉伸强度和湿拉伸强度结果的图；
图18示出了不同发泡剂在回收挂面纸板样品上的干湿拉伸强度和湿拉伸强度结果的另一图；
图19示出了不同发泡剂在回收挂面纸板样品上的干湿拉伸强度和湿拉伸强度结果的另一图；和
图20示出了不同发泡剂在回收挂面纸板样品上的干湿拉伸强度和湿拉伸强度结果的另一图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅仅是说明性的，并不旨在限制主题的实施方案或这些实施方案的施用和使用。如本文所用，词语“示例性的”意味着“用作示例、实例或图示”。因此，本文描述为“示例性”的任何实施方案不一定被解释为相比于其他实施方案是优选的或有利的。本文描述的所有实施方案都是示例性实施方案，这些实施方案被提供来使本领域技术人员能够制造或使用由权利要求限定的系统和方法。另外，不旨在受前面的技术领域、背景技术、发明内容或下面的详细描述中提出的任何明示或暗示的理论的约束。为了简洁起见，本文可能不详细描述常规技术和组成。
本公开的实施方案涉及通过泡沫辅助施用技术将添加剂引入到纸基材。
图1中示出了用于将泡沫制剂施用到湿胚纸的系统的示意图。该系统包括浆料制备部20，该浆料制备部包括稠浆料回路21和稀浆料回路22(每个回路在该图中使用虚线箭头示出)。在此图中，浆料的流动使用实线箭头表示。在实施方案中，稠浆料部21包括一个或多个精磨机23，该一个或多个精磨机被构造成通过使稠浆料的纤维更加柔韧并通过在约2.0-5.0％的稠度下通过稠浆料的机械作用增加它们的表面积来提高稠浆料中的纤维-纤维粘合。在实施方案中，在精磨机之后，稠浆料进入混合箱24(Blend chest)。在混合箱24中，浆料可以可选地与来自其他来源25的浆料混合。附加地，浆料可以在混合箱24中与化学添加剂26混合。在从混合箱24离开之后，可以通过添加水27来稀释浆料，以便将浆料的稠度控制在预定的目标范围内。浆料然后进入造纸机箱28，在该造纸机箱中可以添加附加化学添加剂29。在实施方案中，在浆料从造纸机箱28中离开时，用大量水30稀释浆料，以将浆料的稠度控制在约0.5-1.0％。然后，稠度约为0.5-1.0％的浆料进入稀浆料回路22。
在示例性实施方案中，在稀浆料回路22内，浆料可以通过低稠度清洁、筛分和脱气装置32。在示例性实施方案中，在这些清洁、筛分和除气装置32内发生的过程期间，可以将附加化学添加剂添加到浆料中。在稀浆料清洁、筛分和脱气过程之后，浆料进入成形部33。在示例性实施方案中，在成形部33中，流浆箱34将浆料35分配到移动的编织织物(“成形织物”)36上。在示例性实施方案中，成形织物36在一个或多个水合箔盒37上运输浆料，该水合箔盒用于从浆料中排水，并且从而增加浆料的稠度以形成胚纸54。在示例性实施方案中，当纸幅54为约2％至3％的稠度时，纸幅54然后经过一个或多个低真空箱38，这些低真空箱被构造成向纸幅54施用“低”真空，以便从纸幅54移除附加的水。在纸幅54已经经过一个或多个低真空箱38之后，在示例性实施方案中，纸幅54可以随后经过一个或多个“高”真空箱39、40，在这些“高”真空箱中，较高的真空力移除附加的水，直到纸幅54具有约10-20％的稠度。在示例性实施方案中，附加的水然后在真空下由最终的辊(伏辊41)移除。在伏辊41之后，湿纸幅54以约20-25％的稠度进入压榨部42，在该压榨部处压榨辊从湿纸幅54中压榨出附加的水。纸幅54以约40-50％的稠度离开压榨部，并且进入干燥部43，在该干燥部中，经加热的干燥滚筒加热纸幅54并从纸幅54中蒸发附加的水。在干燥部43之后，纸幅54被转换成具有约93-95％稠度的纸。在干燥部43之后，现在干燥的纸可以由压光机44平滑化，并由卷轴45卷绕。
在示例性实施方案中，添加剂(诸如强度添加剂)可以通过泡沫辅助施用添加到纸幅54中。具体而言，在示例性实施方案中，发泡剂46和化学强度添加剂47在泡沫发生器48中混合以形成发泡配制物50。气体49被掺入到发泡配制物50中以形成泡沫51。在替代性实施方案中，发泡剂46和强度添加剂47在另一装置中混合以形成发泡配制物50，并且气体49随后被掺入到发泡配制物50中以形成泡沫51。在示例性实施方案中，在将气体掺入到发泡配制物50中之后，所得泡沫51通过软管52输送到泡沫分配器53，在该泡沫分配器中，泡沫被施用到胚纸54上。在示例性实施方案中，泡沫51被施用在第一高真空箱39和第二高真空箱40之间。泡沫施用后由高真空箱40产生的真空将泡沫51吸入到湿胚纸54中。
如下文将更详细解释的那样，已经令人惊讶地观察到，与其中通过湿部添加添加相同化学强度添加剂的纸产品相比，通过泡沫辅助添加技术结合某些发泡剂施用某些强度添加剂导致纸产品的与粘合相关的纸张强度性能方面的提高(或者，在某些情况下，至少相当的性能)。以前，已知由于发泡剂会破坏纸的纸浆纤维之间的粘合发泡剂会降低纸的强度性能。
如本文所用，术语“发泡剂”定义了这样物质，该物质降低了它所溶解到其中的液体介质的表面张力，和/或与其他相的界面张力，从而在液体/蒸汽界面(或其他这样的界面)处被吸收。发泡剂通常用于生成或稳定泡沫。
在示例性实施方案中，在这种湿成型纸幅54经过真空箱38、39、40时，泡沫添加剂可以被施用到纤维湿胚纸54上。在水从纤维湿胚纸54中去除时，强度添加剂47被吸入纸幅54中，并通过静电和物理手段的结合而保持在纸幅内。
强度添加剂通常通过增加纤维-纤维粘合的总粘合面积起作用，而不是通过使纸幅的各个纤维更强。纤维粘合面积的增加，以及随后增加的与粘合相关的纸片强度性能也可以通过其他技术来实现。例如，增加的纤维细化、纸片湿压和改善的成形可以用于增加纤维的粘合面积。在某些情况下，通过泡沫辅助施用强度添加剂实现的与纤维粘合相关的纸张强度性能方面的提高被示出为大于相同强度添加剂的湿部添加。特别地，与泡沫辅助施用强度添加剂相关联的一个优点是可以将更高浓度的强度添加剂引入到湿成型纸片中，而强度添加剂的实际剂量范围限制了湿部添加剂在传统湿部添加的非常低稠度环境中的的浓度。在传统的湿部添加中，强度添加剂的剂量限制导致在相对低的剂量下，计量响应曲线的与粘合相关的纸片强度性能“平台段”，而泡沫辅助添加强度添加剂导致持续的剂量响应，其中施用到湿纸片的强度添加剂浓度方面的增加导致所得到的纸产品的强度性能方面的增加，甚至处于比正常剂量施用高得多。
在示例性实施方案中，强度添加剂是包含阳离子官能团的合成强度添加剂，例如阳离子强度添加剂或两性强度添加剂。如下文更详细解释的那样，注意到具有阳离子官能团的合成强度添加剂提高了最终纸张纸片的与粘合相关的强度性能。
不受理论的限制，与湿部添加相同的添加剂相比，通过泡沫辅助添加某些强度添加剂实现的纸张粘合相关的强度性能方面的提高是利用泡沫辅助施用有更好的添加剂保留。特别地，由于当与将强度添加剂湿部添加到浆料制备部(其中水含量通常为约95-99％或更高)中的浆料相比，纸片具有更高的纤维与水的浓度(其中水含量通常为约70-90％)时进行添加剂的泡沫施用，所以当纸浆通过随后的除水部时，出现较少的强度添加剂损失。在示例性实施方案中，当湿成型胚纸具有约5％至约45％，例如约5％至约30％之间的纸浆纤维稠度时，执行将泡沫施用到湿成型胚纸的步骤。
不受理论的限制，据信与湿部添加相同添加剂相比由泡沫辅助施用某些强度添加剂而导致的纸张强度参数方面的改善是因为干扰强度添加剂到纤维上的添加剂吸收的污染物质/污染物可能在浆料制备部中以更大的量存在，这将在下面更详细地解释。
不受理论的限制，据信与湿部添加相同添加剂相比由泡沫辅助施用某些强度添加剂而导致的纸张参数方面的改善在于，因为强度添加剂至少部分地通过物理手段而不是仅通过表面电荷手段被掺入到纸片中，所以在成形纸幅中缺少剩余的可用带电位点不会限制可以掺入到纸片中的强度添加剂的量。当通过湿部添加引入添加剂时，尤其是当以这种方式引入大量的添加剂时，可能出现在成形纸幅中缺少剩余的可用带电结合位点，诸如缺少剩余的可用阴离子带电位点。
在示例性实施方案中，泡沫辅助施用强度添加剂被施用到纸片，其中泡沫具有在约40％和约95％之间，例如在约60％和约80％之间的空气含量。泡沫可以通过向发泡配制物中注入气体、通过在存在足够气体的情况下剪切发泡配制物、通过向气体流中注入发泡配制物或通过其它合适的方式来形成。
在不受理论限制的情况下，注意到当通过在容器中借助高速均化器将空气掺入液体中而使小批量的发泡配制物发泡时，分散成直径在10-300微米范围内的细小气泡的气体量受到发泡剂的特性和浓度及其与强度添加剂的相互作用的限制。对于给定类型和浓度的发泡剂，最大气体含量通常在不到一分钟内达到。进一步的均质化不能夹带更多的气体作为10-300微米直径的气泡；并且被吸入涡流的任何附加气体被分散为直径在2-20mm范围内的大得多的气泡。这种大小的气泡很快聚结并漂浮到泡沫的顶部，在那里它们通常会破裂，气体离开泡沫。当在加压机械剪切型泡沫发生器装置中，超过在发泡配制物中的该类型和浓度的发泡剂可以分散为10-300微米气泡的气体的过量气体时，过量气体在分散在泡沫中情况下以非常大的直径为2-20mm的气泡排出(与泡沫一起)。具有2-20mm的直径的气泡在直径方面比湿胚纸片的典型厚度大得多。由于强度添加剂仅在泡沫中气泡的液膜和空隙区域中发现，如果大面积的纸片仅在施用到纸片上的单个气泡上具有膜，则非常大直径的气泡不能将强度添加剂递送到纤维交叉区域。小于泡沫层厚度的气泡，尤其是小于胚纸厚度的气泡，对于强度添加剂的更均匀分布是优选的。对于这种施用，具有20-300微米的直径的气泡是优选的，特别是具有50-150微米的直径的气泡，因为这种尺寸的气泡可以将强度添加剂携带到胚纸中，而不会破坏纸幅，并且因此可以更有效地分配强度添加剂。含有具有50-150微米的直径和约70-80％的空气的气泡的泡沫是方便的，因为它可以很容易地从顶部开口的容器中倒出，或者通过软管通过压力输送到泡沫分配器中和从泡沫分配器中出来，到胚纸以便进行施用。
在示例性实施方案中，使用以基于发泡溶液的总重量按重量计从约0.001％至约10％(例如基于发泡配制物的总重量按重量计从约0.01％至约1％)的量包含至少一种发泡剂的发泡配制物来进行强度添加剂的泡沫辅助施用。在示例性实施方案中，使用以基于发泡配制物的总重量按重量计从约0.01％至约50％(例如基于发泡配制物的总重量按重量计从约0.1％至约10％)的量包含至少一种强度添加剂的发泡配制物来进行泡沫辅助施用。
特别是，如上所解释那样，发泡剂通常通过破坏纸浆纤维之间的粘合来降低与粘合相关的纸张强度参数。据观察，使用具有足以制备泡沫的最少量发泡剂的发泡配制物，以这种方式使与粘合相关的纸张强度参数的降低最小化。特别地，据观察，在具有主要为50-150微米直径的气泡和70％和80％之间的气体含量的泡沫中有效分散一定量的强度添加剂所需的发泡剂的剂量可以根据强度添加剂的类型和剂量以及发泡配制物温度和pH而变化。发泡剂的这个量在本文中被定义为“最低限度足够的”发泡剂剂量，并且期望的是减少许多发泡剂对纤维粘合的负面影响，并且还降低成本和减少造纸机白水回路中其它地方的潜在后续发泡问题。
图2示出了详细说明在发泡配制物中在特定强度添加剂剂量下，生成70％和80％气体含量的泡沫所需的发泡剂浓度方面差异的图。在所有情况下，所确定的发泡剂浓度是导致约所有气体气泡在50-150微米的优选直径范围内的浓度。添加超过制备具有目标气体含量的泡沫所需的发泡剂的最低足够剂量的发泡剂增加了与粘合相关的强度性能损失的可能性，并且因此增加了强度参数损失的幅度。使用超过制备泡沫所需的发泡剂的过量发泡剂(例如使用按重量计超过发泡溶液约10％的过量发泡剂)也增加了处理的总成本。
据观察，当作为泡沫制剂施用到胚纸时，一些发泡剂和强度添加剂的组合与其它发泡剂和强度添加剂的组合相比，导致纸的与粘合相关的强度性能方面的更大的提高。不受理论的限制，提高方面的这些差异可能是由于达到泡沫中目标气体含量所需的不同发泡剂的不同量以及这可能对最终纸张强度的不同影响。在示例性实施方案中，在将气体掺入到发泡配制物中后产生的泡沫的目标气体含量为基于泡沫的总体积从约40％气体至约95％气体，例如基于泡沫的总体积为从约60％气体至约80％气体。
特别是，发明人认识到并非所有类型的发泡剂在所有情况下是令人满意的。一些发泡剂(诸如阴离子发泡剂十二烷基硫酸钠(SDS))倾向于导致最终纸张纸片的与粘合相关的强度参数方面的降低。SDS由于其低成本以及实现泡沫中的目标气体通常所需要的小剂量通常被认为是优选的发泡剂。然而，发明人发现SDS的阴离子电荷倾向于干扰具有阳离子官能团的优选合成强度添加剂，并导致凝胶的形成。这种凝胶的形成产生了泡沫处理问题，并抑制了泡沫强度添加剂到胚纸中的迁移。即使在理想情况下(其中在SDS和含阳离子基团的强度添加剂之间不出现电荷干扰)，SDS仍然会由于结合干扰而降低强度。发明人进一步确立，某些其它类型的发泡剂不能产生目标气体含量范围的泡沫，除非使用成本昂贵的发泡剂浓度。
对那些发泡剂产生具有所期望的气体含量的量和泡沫尺寸范围的泡沫以便于以上述方式辅助施用某些强度添加剂进行了研究。
据观察，当施用到样品上的泡沫具有约40％至约95％之间的气体含量时，例如约60％至约80％之间，获得了调查纸张纸片样品中的改善的物理参数。在示例性实施方案中，气体是空气。在各种示例性实施方案中，泡沫通过在存在足够的气体的情况下剪切发泡配制物，或者通过将气体注入到发泡溶液中，或者通过将发泡溶液注入到气体流中而形成。
同样据观察，当发泡配制物基于发泡配制物的总重量按重量计以从约0.001％至约10％(例如基于发泡配制物的总重量按重量计从约0.01％至约1％)的量包含一种或多种发泡剂时获得纸张纸片样品的提高的物理性能。再进一步，据观察，当发泡剂的量被最小化到仅足以制备具有目标气体含量的泡沫时产生的纸张纸片样品的提高的物理性能。
同样据观察，当一种或多种强度添加剂以基于发泡配制物总重量按重量计以从约0.01％至约50％(例如按重量计从约0.1％至约10％)的量存在于发泡配制物中时获得在纸张样品中的改善的物理参数。在示例性实施方案中，强度添加剂包括具有阳离子官能团的合成强度添加剂。在示例性实施方案中，合成强度添加剂包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物、含乙烯基胺的聚合物或含丙烯酰胺的聚合物。注意，如本文所用，术语“合成”强度添加剂不包括天然强度添加剂，诸如淀粉强度添加剂。在示例性实施方案中，具有阳离子官能团的至少一种合成强度添加剂选自：丙烯酰胺-二烯丙基二甲基氯化铵共聚物；乙醛酸化丙烯酰胺-二烯丙基二甲基氯化铵共聚物；含乙烯胺的聚合物和共聚物；聚酰胺型胺-环氧氯丙烷聚合物；乙醛酸化丙烯酰胺聚合物；聚乙烯亚胺；氯化丙烯酰氧基乙基三甲基铵。包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物的示例性合成强度添加剂可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名称HercobondTM 7700商购。
附加地或替代性地，在示例性实施方案中，具有阳离子官能团的至少一种合成强度添加剂选自具有或不具有随后的乙醛酸化的DADMAC-丙烯酰胺共聚物；具有或不具有随后的乙醛酸化的具有阳离子基团的丙烯酰胺具有阳离子基团的聚合物和共聚物，具有阳离子基团的丙烯酰胺包括AETAC、AETAS、METAC、METAS、APTAC、MAPTAC、DMAEMA或其组合；含乙烯胺的聚合物和共聚物；PAE聚合物；聚乙烯亚胺；聚DADMAC；多胺；以及基于二甲基氨基甲基取代的丙烯酰胺的聚合物，其中：DADMAC是二烯丙基二甲基氯化铵；DMAEMA是甲基丙烯酸二甲氨乙酯；AETAC是丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵；AETAS为丙烯酰氧基乙基三甲基硫酸酯；METAC为甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵；METAS是甲基丙烯酰氧基乙基三甲基硫酸酯；APTAC为丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵；MAPTAC为丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵；以及PAE是聚酰胺型胺-环氧氯丙烷聚合物。
据观察，用于在具有阳离子官能团的合成强度添加剂的泡沫辅助施用中使用的优选发泡剂是选自以下的群组的子集的发泡剂：非离子型、两性离子型、两性型或阳离子型发泡剂、或相同类型或多于一种类型的这些发泡剂的组合。特别地，优选的发泡剂选自非离子发泡剂、两性离子发泡剂、两性发泡剂及其组合。
不受理论限制，由非离子和两性离子或两性发泡剂获得的强度参数方面的改善结果被认为是由于这些类型的发泡剂和纸浆纤维以及合成阳离子强度添加剂之间缺乏静电相互作用。特别地，通过使用选自以下的非离子发泡剂获得了改善的结果：乙氧基化物、烷氧基化脂肪酸、聚乙氧基酯、甘油酯、多元醇酯、己糖醇酯、脂肪醇、烷氧基化醇、烷氧基化烷基酚、烷氧基化甘油、烷氧基化胺、烷氧基化二胺、脂肪酰胺、脂肪酸烷醇酰胺、烷氧基化酰胺、烷氧基化咪唑、脂肪酰胺氧化物、烷醇胺、烷醇酰胺、聚乙二醇、环氧乙烷和环氧丙烷、EO/PO共聚物及其衍生物、聚酯、烷基糖类、烷基、多糖、烷基葡糖苷、烷基聚葡糖苷、烷基二醇醚、聚氧化烯烷基醚、聚乙烯醇、烷基多糖及其衍生物、以及它们的组合。
通过使用选自以下的两性离子或两性发泡剂也获得了强度参数方面的改善结果：月桂基二甲基胺氧化物、椰油酰两性乙酸盐、椰油酰两性二乙酸盐、椰油酰两性丙酸盐、椰油酰胺丙基甜菜碱、烷基甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、羟基磺基甜菜碱、椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、烷基亚氨基二丙酸盐、氧化胺、氨基酸衍生物、烷基二甲基胺氧化物以及非离子表面活性剂(诸如烷基多糖和聚烷基多糖)以及它们的组合。
据观察，当与具有阳离子官能团(具有相对低的阳离子电荷，例如阳离子官能团的低于约16％的摩尔浓度)的合成强度添加剂结合时，阴离子发泡剂也可以在强度参数方面产生改善的结果。优选的阴离子发泡剂是选自以下的发泡剂：烷基硫酸盐及其衍生物、烷基磺酸盐和磺酸衍生物、碱金属磺基蓖麻酸盐、脂肪酸的磺化甘油酯、磺化醇酯、脂肪酸盐及其衍生物、烷基氨基酸、氨基磺酸的酰胺、磺化脂肪酸腈、醚硫酸盐、硫酸酯、烷基萘磺酸及盐、磺基琥珀酸盐和磺基琥珀酸衍生物、磷酸盐和磷酸衍生物、烷基醚磷酸盐和磷酸酯及其组合。
据观察，当与具有阳离子官能团(具有相对低的阳离子电荷，例如阳离子官能团的低于约16％的摩尔浓度)的合成强度添加剂结合时，阳离子发泡剂也可以在强度参数方面产生改善的结果。优选的阳离子发泡剂是选自以下的发泡剂：烷基胺和酰胺及其衍生物、烷基铵、烷氧基化胺和酰胺及其衍生物、脂肪胺和脂肪酰胺及其衍生物、季铵、烷基季铵及其衍生物及其盐、咪唑啉衍生物、碳基铵盐、碳基鏻盐、上述结构的聚合物和共聚物、及它们的组合。
本文还公开了上述发泡剂的组合。将某些不同类型的发泡剂结合允许不同益处的结合。例如，阴离子发泡剂通常比其他发泡剂更便宜，并且通常在制备泡沫方面有效，但是在提高纸张的与粘合相关的强度性能方面可能不那么有效。非离子、两性离子或两性发泡剂通常比阴离子发泡剂更昂贵，但通常与具有阳离子官能团的合成强度添加剂一起在提高强度性能方面更有效。由此，阴离子和非离子、两性离子和/或两性发泡剂的组合可以提供成本效益同时也提高纸张纸片的强度性能的双重好处，或者至少提供这两种性能之间的折衷。发泡剂也可以被组合以利用一种类型的发泡剂的高发泡能力和另一种类型发泡剂的更好的粘合提高性能。对于某些组合，在使用某些发泡剂和具有阳离子官能团的某些强度添加剂(例如阳离子或两性强度添加剂)的情况下，在与粘合相关的强度性能方面存在协同提高。阴离子或非离子强度添加剂也可以显示出与某些发泡剂或其组合的协同作用。
在示例性实施方案中，发泡剂是聚(乙烯醇)，也称为聚乙烯醇、PVA、PVOH或PVAl及其衍生物。据观察，PVOH发泡剂和具有阳离子官能团的强度添加剂的组合与由湿部添加相同的合成阳离子强度添加剂所得到的那些强度性能相比，在提供了样品上的提高的强度性能。具有较高分子量、较低水解度和无消泡剂的聚乙烯醇发泡剂通常通过泡沫辅助施用强度添加剂来提供良好的强度性能。在示例性实施方案中，聚乙烯醇具有在大约70％和99.9％之间，例如在大约86％和大约90％之间的水解度。在示例性实施方案中，聚乙烯醇发泡剂具有约5000-约400000的数均分子量，从而导致在4％固含量和20℃下的约3至75cP之间的粘度。在示例性实施方案中，聚乙烯醇发泡剂具有约70000-约100000的数均分子量，从而导致在4％固含量和20℃下的45至55cP的粘度。还注意到的是，基于聚乙烯醇的发泡剂有利地不会通过破坏纸幅的纸浆纤维之间的粘合而削弱纸张强度参数。非离子型、两性离子型或两性发泡剂与其它分子量和水解度的聚乙烯醇发泡剂(或其衍生物)的组合，与阳离子强度添加剂一起，也提供了良好的泡沫质量和良好的强度提高。
同样据观察，当所使用的发泡剂具有高于约8的亲水亲油平衡值(hydrophilic-lipophilic balance，HLB)时获得样品中的改善的物理参数。高于约8的HLB平衡促进了在含水组合物中制备泡沫的能力。
同样据观察，与不含伯胺官能单元的合成强度添加剂相比，具有阳离子官能团并且还含有呈聚乙烯胺聚合物单元形式的伯胺官能单元的合成强度添加剂在提高强度参数方面是有效的。在示例性实施方案中，发泡配制物中包含的具有阳离子官能团的合成强度添加剂具有约1％至约100％之间的伯胺官能度。
下面将更详细地描述某些类型的强度添加剂到不同类型的基底上的泡沫辅助施用。
原始挂面纸板
原始挂面纸板是使用来自原始的漂白或未漂白纸浆或两者的组合(即未制成纸或纸板产品并由此投入使用的纸浆)的配料生产的挂面纸板。如果原始纸浆是在制造纸张或纸板的地方生产的，则原始纸浆有时被称为“永不干燥”的纸浆。它也可以由打包的市场纸浆生产，当纸浆在远离要制造原始挂面纸板的地方生产时，为了便于运输和储存，该市场纸浆已经被成形为粗纸浆片并干燥至50％-80％的固体。例如，原始挂面纸板可以用于生产瓦楞纸板和纸箱，包括白面纸箱。
由于其在生产瓦楞纸箱方面的用途，原始挂面纸板的强度和其他结构性能是至关重要的。然而，由于从制浆过程中携带的有机和无机污染物导致的干扰，通过在浆料制备系统的稠浆料部分或造纸机的湿部中添加强度添加剂来提高原始挂面纸板的强度和其它结构性能通常受到限制。这通常是由于在漂白原始纸浆的情况下，在粗浆洗涤系统中或漂白设备中(或两者)的不理想的洗涤。为了实现最终的原始挂面纸板的所期望的粘合强度性能，造纸商可以增加挂面纸板的基重。然而，这种方法具有这样的缺点，即造纸机的生产率相对于挂面纸板基重方面的增加而相应地降低。当基重被增加为满足强度规格时，单位面积的产品挂面纸板的成本可能变得非常昂贵。
利用合成阳离子强度添加剂的泡沫辅助施用，挂面纸板的粘合相关强度性能方面的提高或改善可以被实现为超过湿部添加相同合成阳离子强度添加剂可获得的增加或提高。
利用原始挂面纸板基板获得的示例结果在以下示例2A至2H中阐述。
回收挂面纸板
回收挂面纸板是使用从以前制造和使用的回收纸和纸板中再生的纸浆纤维生产的挂面纸板。回收挂面纸板可以用于生产瓦楞纸板和纸箱，包括白面纸箱。回收纸板有时也被称为测试衬垫。许多造纸厂，尤其是在北美的造纸厂，用原始纸浆纤维和回收纸浆纤维的混合物生产挂面纸板。
由于其在生产瓦楞纸箱方面的用途，再生挂面纸板的粘合相关强度和其他结构性能至关重要。然而，通过湿部添加强度添加剂(在浆料制备系统的稠浆料部分中，或在造纸机湿部中)来提高回收挂面纸板的强度和其它结构性能通常受到由于污染物质引起的干扰的限制，这些污染物质可能包括有机材料，诸如在制造原始挂面纸板时从制浆过程中携带的木质素，以及来自先前造纸循环的累积添加剂。特别是，据观察，使用相对较少淡水的再利用挂面纸板系统(有时称为“封闭”水系统)往往会遭受无机和/或有机污染物的积累(诸如木质素和来自先前造纸循环的添加在湿部添加的添加剂)的影响。这些污染物当通过湿部添加(在浆料制备系统的稠浆料部分，或在造纸机湿部)引入到纸浆浆料中时负面影响强度添加剂起作用的能力。典型的带阴离子电荷的累积的材料(有时被称为“阴离子垃圾”)被认为吸收了典型的带阳离子电荷的强度添加剂中的一些，使得带阳离子电荷的强度添加剂不太有效，因为这些强度添加剂未完全与纤维相关联。为了实现最终的回收挂面纸板的期望的物理性能，纸张制造商可能选择增加挂面纸板的基重。然而，这种方法具有这样的缺点，即造纸机的生产率相对于基重方面的增加而相应地降低，并且还导致造纸厂以大大增加的成本销售更贵的单位面积产品纤维。
与湿部添加相同的阳离子强度添加剂相比，利用阳离子强度添加剂的泡沫辅助施用，可以实现挂面纸板的强度性能方面的相对应的增加或提高，而不会有挂面纸板的基重方面的相对应的增加。
利用回收挂面纸板基板获得的示例结果在以下示例1A至1F中阐述。还注意到，已经观察到，包含阳离子官能团的合成强度添加剂的泡沫辅助施用在包或纸袋纸产品中产生改善的结果。
实施例
实施例1A
使用500加拿大标准游离度(Canadian standard freeness，CSF)回收挂面纸板(recycled linerboard，RLB)纸浆生产约100克/平方米(“gsm”)的手抄纸以测试与对照纸片相比，添加合成强度添加剂的泡沫添加剂的强度提高。使用Noble-Wood手抄纸装备并使用标准程序生产湿成形纸幅。没有用于手抄纸的生产的白水再利用。然后将成形的湿纸片转移到被允许对湿纸片施用真空的泡沫施用装置。使用2％-10％的合成阳离子强度添加剂(可商购为Solenis LLC干强度添加剂HercobondTM 7700)(百分比值是产品在发泡配制物中的重量百分比)的溶液制备泡沫。在将泡沫制剂施用到湿成型纸片上之前，在存在各种发泡剂(包括Macat AO-12、TritonTM BG-10和基于聚乙烯醇的发泡剂(商购为SelvolTM 540)和阴离子发泡剂十二烷基硫酸钠(SDS))的情况下使用空气作为气体形成几种泡沫。发泡剂浓度相对于HercobondTM 7700的浓度量进行调整，以便保持泡沫的空气含量恒定在大约70％的目标空气含量。发泡剂的剂量在2-15g/L之间。通过将处于所期望的浓度的发泡剂和强度助剂混合到水中来形成泡沫。在250mL的塑料烧杯中制作25g的批次——每个纸张一个——并混合直至完全溶解。然后在10000RPM下，使用带有转子/定子尖端的手持式电动均质机约30秒钟以生成泡沫。在停止混合的15秒内将泡沫施用到纸片。
使用下拉装置将泡沫施用到湿成型纸幅上。图3中评估的手抄纸以下在表I中描述。
表I
示例性发泡剂I包括氧化胺，其是两性的并且可从Pilot Chemical以商品名
AO-12商购。
示例性发泡剂II包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM BG-10商购。
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
对比性发泡剂I包括十二烷基硫酸钠，其是阴离子性的并且可从各种来源商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
然后使用Mullen耐破度测试来测试所得样品的爆破强度。结果在图3中示出。通过设定施用到纸片上的泡沫的高度，估计1％的HercobondTM 7700泡沫溶液相当于通过湿部添加将4-5lb./ton的HercobondTM 7700施用到纸片。随后通过校准实验证实了这一点，在校准实验中，测定已知量的施用强度添加剂的氮含量，并计算合成强度添加剂在纸片中的实际含量。
如在图3中可见，与对照纸片相比，泡沫辅助施用HercobondTM 7700对爆破强度有明显的影响。特别是，据观察，与
AO-12发泡剂、利用TritonTM BG-10发泡剂和与SelvolTM 540发泡剂泡沫辅助施用HercobondTM 7700，与未处理的对照纸片相比，纸样品的爆裂强度增加。
如在图3中还可以看出那样，据观察，与对照组相比，阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)发泡剂的使用最多导致破裂强度方面的可忽略不计的增加，并且最坏导致破裂强度方面的降低。如上所述，不受理论的约束，怀疑使用SDS会由于SDS和湿纸片的纸浆纤维之间的增加的静电和疏水相互作用而导致纸片样品中的强度性能的劣化。这些增加的静电和疏水相互作用被认为会中断了纸浆纤维粘合并干扰强度添加剂的作用。
由此，据观察，两性、非离子和/或聚合物发泡剂的使用提供了良好的发泡性和稳定性性能，并且对阳离子强度添加剂具有最小干扰，并且因此导致样品的粘合相关强度性能方面的改善，而阴离子发泡剂SDS的使用在提高样品的强度性能方面不太成功。特别地，据观察，基于二甲胺氧化物的两性表面活性剂、基于烷基聚葡糖苷的表面活性剂和基于聚乙烯醇的表面活性剂全部导致样品的强度性能方面的提高。
如在图3中还可以看出那样，使用SelvolTM 540获得了爆破强度方面的最大增加。据观察，基于聚乙烯醇的发泡剂在强度提高性能方面显示出与强度添加剂的协同效应。
如在图3中还可以看出那样，对于
AO-12发泡剂、TritonTM BG-10发泡剂和SelvolTM 540发泡剂中的每一种，相对于HercobondTM 7700浓度方面的增加，爆裂强度的提高有利地增加。
实施例1B
为了证实实施例1A中的结果，使用使用340加拿大标准游离度(CSF)回收挂面纸板纸浆生产的手抄纸进行了相同的实验性试验。根据实施例1A中描述的泡沫形成制备泡沫。实施例1B的结果在图4中示出。图4中评估的手抄纸以下在表II中描述。
表II
示例性发泡剂I包括氧化胺，其是两性的并且可从Pilot Chemical以商品名
AO-12商购。
示例性发泡剂II包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM BG-10商购。
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
对比性发泡剂I包括十二烷基硫酸钠，其是阴离子性的并且可从各种来源商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如在图4中可见，在泡沫辅助施用HercobondTM 7700对340CSF手抄纸中的爆破强度有明显的影响。特别地，据观察，与实施例1A类似，对于利用
AO-12发泡剂、利用TritonTM BG-10发泡剂和利用SelvolTM 540发泡剂施用HercobondTM 7700，与未处理的对照纸片相比，纸片样品的爆裂强度增加。
由此，实施例1B证实了与泡沫辅助施用相关联的提高适用于各种配料条件。
实施例1C
使用回收挂面纸板纸浆、使用使用370CSF回收挂面纸板纸浆生产的手抄纸生产约100gsm的手抄纸。使用Noble-Wood抄纸装备、使用标准程序并且在没有白水再利用的情况下生产湿成型纸片。使用1％的阳离子合成强度添加剂(可商购为HercobondTM 7700)作为发泡配制物中的产品重量制备的泡沫在施用到湿成型纸片上之前用各种发泡剂形成。本实施例中使用的发泡剂包括TritonTM BG-10、
425N、CrodatericTM CAS 50、SelvolTM 540、MultitropeTM 1620、Macat AO-12、NatSurfTM 265、TritonTM X-100、MonaTMAT-1200、Tween 80、Tween 20、CrodasinicTM LS30、DiversacleanTM和ForestallTM。根据实施例1A中描述的泡沫形成制备泡沫。然后测试发泡剂中的每一种的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度，并将其与未处理的对照纸片的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度以及还与通过湿部添加以4lbs/ton添加HercobondTM 7700的样品纸片进行比较。实施例1C的结果在图5中示出。图5中评估的手抄纸以下在表III中描述。
表III
示例性发泡剂I包括氧化胺，其是两性的并且可从Pilot Chemical以商品名
AO-12商购。
示例性发泡剂II包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM BG-10商购。
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
示例性发泡剂IV包括烷基聚葡糖苷，其为非离子性的并且可从BASF以商品名
425N商购。
示例性发泡剂V包括椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱，其是两性离子性的并且可从Croda以商品名CrodatericTM CAS 50商购。
示例性发泡剂VI包括多糖，其是非离子性的并且可从Croda以商品名MultitropeTM1620商购。
示例性发泡剂VII包括乙氧基化醇，其是非离子性的并且可从Croda以商品名NatSurfTM 265商购。
示例性发泡剂VIII包括聚乙二醇，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM X-100商购。
示例性发泡剂IX包括甜菜碱，其是两性离子性的并且可从Croda以商品名MonaTMAT-1200商购。
示例性发泡剂X包括己糖醇酯，其是非离子性的并且可从Croda以商品名
80商购。
示例性发泡剂XI包括己糖醇酯，其是非离子性的并且可从Croda以商品名
20商购。
示例性发泡剂XII包括烷基聚葡糖苷和烷氧基化醇的混合物，它们是非离子性的并且可从Croda以商品名DiversacleanTM商购。
示例性发泡剂XIII包括烷基季铵，其是阳离子性的并且可从Croda以商品名ForestallTM商购。
对比性发泡剂II包括月桂酰肌氨酸盐，其为阴离子性的并且可从Croda以商品名CrodasinicTM LS30商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图5所示，发泡剂的选择对手抄纸的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度两者有影响。被施用于手抄纸的所有泡沫含有相同量的合成阳离子强度添加剂HercobondTM 7700。一些发泡剂(诸如
80和
20)将手抄纸的干抗张强度降低到低于对照纸张的干抗张强度，而其他发泡剂(诸如SelvolTM 540)将干抗张强度提高到高于湿部添加样品的干抗张强度的水平。
在图5中可以观察到，与利用大部分发泡剂泡沫辅助施用HercobondTM7700相比，湿部添加4lbs/ton的HercobondTM 7700导致了更高的干拉伸强度。据信，由于本实施例中使用的手抄纸是在没有白水再利用的情况下制备的，否则会降低湿添加强度添加剂的有效性的污染物(如木质素)可能不会以工业应用中通常预期的量存在。由此，在本实施例中，通过湿部添加显示的拉伸强度增加可能高于在工业应用中实际实现的拉伸强度增加，在工业应用中使用白水再利用。
在任何情况下，图5中示出的结果表明，存在与泡沫辅助添加强度添加剂相关联的明显的干拉伸强度提高。
此外，图5还显示，与对照组相比，泡沫辅助添加强度添加剂提高了手抄纸的湿(再湿)拉伸强度。另外，与湿部添加的HECOBONDTM 7700相比，在HECOBONDTM 7700的泡沫辅助施用中使用的大多数发泡剂导致湿(再湿)拉伸强度的提高。
实施例1D
使用回收挂面纸板、使用370CSF回收挂面纸板纸浆并使用与前述实施例中描述的相同装备和程序，生产约100gsm的手抄纸。使用发泡剂SelvolTM 540将合成阳离子强度添加剂(可商购为HercobondTM 7700)施用到纸片上。根据实施例1A中描述的泡沫形成制备泡沫。然后测试手抄纸的干拉伸能量吸收(tensile energy absorption，TEA)。结果在图6中示出。图6中评估的手抄纸以下描述在表IV中。
表IV
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图6所示，与湿部添加相比，通过泡沫辅助添加来添加HercobondTM7700时，观察到干TEA方面的提高。如图6中可见，在泡沫辅助添加HercobondTM 7700的情况下观察到干TEA方面的剂量响应，而对于湿部添加，没有观察到干TEA方面的剂量响应。此外，通过使用在发泡溶液中以2％泡沫添加HercobondTM 7700，观察到比对照纸片上的近70％的显著提高。通过湿部添加、从2lbs/ton的HercobondTM 7700观察到的干TEA方面的提高非常小。
实施例1E
测试以与实施例1D相同的方式生产的手抄纸以获得干拉伸百分比。根据实施例1A中描述的泡沫形成制备泡沫。结果在图7中示出。图7中评估的手抄纸以下描述在表V中。
表V
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图7所示，与湿部添加相比，通过泡沫辅助添加来添加HercobondTM7700时，观察到干拉伸方面的提高。如图7中还可以看见的那样，在泡沫辅助添加HercobondTM 7700的情况下观察到干拉伸方面的较小的剂量响应，而对于湿部添加，没有观察到干拉伸方面的剂量响应。特别地，湿部添加HercobondTM 7700相比于对照组显示了约10％的提高，而泡沫辅助添加HercobondTM 7700使手抄纸的干拉伸提高了约30％。
实施例1D和1E表明，对于需要良好拉伸和TEA性能(这是传统上与牛皮包或纸袋纸生产相关联的性能)的应用，泡沫辅助添加强度添加剂导致了相比于湿部添加相同强度添加剂的提高。
实施例1F
使用上述关于实施例1E描述的相同的装备和程序生产使用370CSF“干净的”回收挂面纸板纸浆的约100gsm的手抄纸。首先制备对照纸片和具有通过湿部添加添加的5lbs/ton的合成阳离子强度添加剂(可商购为HercobondTM 7700)的纸片。接下来，可溶性木质素(可能在封闭的回收挂面纸板水系统中积累的常见的污染物)以18lbs/ton的水平溶解在湿部作为工业条件下有机污染物的近似模拟。使用这种“脏”纸浆，复制两个手抄纸。使用相同的方法生产第三手抄纸，并且然后以1％的HercobondTM 7700泡沫使用SelvolTM 540作为发泡剂对其进行处理。根据实施例1A中描述的泡沫形成制备泡沫。然后测试每个手抄纸的干拉伸强度和湿拉伸强度。拉伸测试的结果在图8中示出。图8中评估的手抄纸以下描述在表VI中。
表VI
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的SolenisLLC以商品名HercobondTM 7700商购。
利用湿部添加HercobondTM 7700和“干净的”回收挂面纸板配料制备的手抄纸的干拉伸与对照组相比示出了干拉伸强度方面的约10％的提高。然而，在湿部添加HercobondTM7700的情况下的提高相比于“脏”回收挂面纸板配料下的对照组仅下降了约5％。这个结果表明，可溶性木质素污染物降低了通过湿部添加添加的强度添加剂的效果。
在用泡沫辅助添加强度添加剂制备的手抄纸中，“干净的”和“脏”回收挂面纸板配料系统与湿部添加相比示出了干拉伸强度方面的较大的提高。这在“脏”的系统中尤其明显。因此，设想的是，泡沫辅助添加强度添加剂在具有高度封闭水系统的再利用挂面纸板厂中是有用的，因为可溶性木质素的积累不会像湿部添加那样多地负面影响泡沫辅助添加。特别地，由于泡沫被添加到预成形的湿纸片中，来自湿部残留化学物质(诸如可溶性木质素)的干扰被减少，从而导致干强剂的更高效率。
实施例2A
使用从永不干燥的未漂白原始牛皮浆料纸浆、使用750CSF原始挂面纸板纸浆生产约100gsm的手抄纸，以测试与湿部添加相同强度添加剂相比，泡沫辅助添加强度添加剂的情况下的强度提高。在标准程序下使用Noble-Wood手抄纸装备且在没有白水再利用的情况下生产湿成型纸片。然后将湿成型的纸片转移到允许对纸片施用真空的泡沫施用装置。施用的泡沫量可以通过施用到纸片上的泡沫高度来估计，并且随后通过监控已知量的施用的强度添加剂的氮含量的校准实验来确认。
在存在发泡剂(SelvolTM 540)的情况下使用1％-5％的阳离子强度添加剂(含聚乙烯胺的强度添加剂)(可商购为Solenis LLC干强度添加剂HercobondTM 7700)——其百分比为发泡配制物中产品的重量——的溶液制备泡沫。调整发泡剂浓度，使得泡沫具有约70％的空气含量。作为这种调整的实施例，在1％的HercobondTM 7700浓度下，使用0.6％浓度的SelvolTM540。然后将这些泡沫施用到湿成型的纸片中的一些上。其他手抄纸利用以1至4lbs/ton的剂量湿部添加HercobondTM 7700进行处理。注意，基于强度添加剂的保留特性，由1％强度添加剂溶液制备的泡沫约相当于添加约4lbs/ton的湿部添加强度添加剂溶液。
然后测试所得的样品的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度。结果在图9中示出。图9中评估的手抄纸以下在表VII中描述。
表VII
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图9中可见，泡沫辅助施用HercobondTM 7700对干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度两者具有明显的有益效果。特别是，据观察，在利用SelvolTM540发泡剂施用HercobondTM7700的情况下，与对照组相比并且与HercobondTM 7700的湿部添加相比，样品的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度增加。
如图9中还可以看出的那样，与未处理的对照组相比，阳离子强度添加剂的湿部添加没有提高拉伸强度。不受理论的限制，由于来自制浆过程的残留在纸浆配料中的污染物的干扰，阳离子强度添加剂的添加可能在提高所制备的样品的拉伸强度方面是无效的。由于泡沫添加HercobondTM 7700通过降低HercobondTM 7700和干扰物质之间的相互作用的可能性来降低这种干扰的可能性，所以泡沫辅助添加HercobondTM 7700在提高样品的湿拉伸强度和干拉伸强度方面更有效。
图9中还示出，泡沫辅助施用HercobondTM 7700示出了所谓的“剂量响应”，即被添加到样品的HercobondTM 7700的浓度方面的增加导致样品的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度两者的相对应的增加。在湿部添加HercobondTM 7700的情况下，没有观察到这种剂量响应。
实施例2B
使用与以上针对实施例2A概述的相同的技术制备手抄纸。根据实施例2A中描述的泡沫形成制备泡沫。然后测试样品中的每一个的干拉伸和湿(再湿)拉伸。结果在图10中示出。图10中评估的手抄纸以下在表VIII中描述。
表VIII
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图10中可见，相对于对照组，湿部添加HercobondTM 7700降低了样品的干拉伸和湿(再湿)拉伸。同样，不受理论的约束，由于来自制浆过程的残留在纸浆配料中的污染物的干扰，添加HercobondTM 7700可能在提高所制备的样品的拉伸方面是无效的。
如在图10中还可以看出的那样，泡沫辅助施用HercobondTM 7700对干拉伸和湿(再湿)拉伸两者具有明显的有益效果。特别是，据观察，在使用SelvolTM 540发泡剂施用HercobondTM 7700的情况下，与对照组相比并且与HercobondTM 7700的湿部添加相比，样品的干拉伸和湿(再湿)拉伸增加。
图10中还示出，泡沫辅助施用HercobondTM 7700示出了在干拉伸和湿(再湿)拉伸方面的所谓的“剂量响应”，即被添加到样品中的HercobondTM7700的浓度方面的增加导致样品的干拉伸和湿(再湿)拉伸两者的相对应的增加。在湿部添加HercobondTM 7700的结果中没有观察到这种剂量响应。
实施例2C
使用与以上针对实施例2A概述的相同的技术制备手抄纸。根据实施例2A中描述的泡沫形成制备泡沫。然后测试样品中的每一个的干拉伸能量吸收(TEA)和湿拉伸能量吸收。结果在图11中示出。图11中评估的手抄纸以下描述在表IX中。
表IX
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图11中可见，相对于对照组，湿部添加HercobondTM 7700降低了样品的干TEA和湿(再湿)TEA。同样，不受理论的约束，由于来自制浆过程的残留在纸浆配料中的物质的干扰，添加HercobondTM 7700可能在提高所制备的样品的TEA方面是无效的。
如在图11中还可以看见的那样，泡沫辅助施用HercobondTM 7700对干TEA和湿(再湿)TEA两者具有明显的有益效果。特别是，据观察，在与SelvolTM 540发泡剂一起施用HercobondTM 7700的情况下，与对照组相比并且与HercobondTM 7700的湿部添加相比，样品的干TEA和湿(再湿)TEA增加。
图11中还示出，泡沫辅助施用HercobondTM 7700示出了在干TEA和湿(再湿)TEA方面的所谓的“剂量响应”，即被添加到样品中的HercobondTM7700的浓度方面的增加导致样品的干TEA和湿(再湿)TEA两者的相对应的增加。湿部添加HercobondTM 7700的结果没有观察到这种剂量响应。
实施例2D
使用与以上针对实施例2A概述的相同的技术制备手抄纸。根据实施例2A中描述的泡沫形成制备泡沫。然后测试样品中的每一个的干爆裂强度和环压强度。结果在图12中示出。图12中评估的手抄纸以下在表X中描述。
表X
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图12中可见，合成阳离子强度添加剂的湿部添加降低了样品中的每一个的环压强度，并且相对于对照组降低了或仅略微提高了爆破强度。同样，不受理论的约束，由于来自制浆过程的残留在纸浆配料中的物质的干扰，合成阳离子强度添加剂的添加可能在提高环压强度方面是无效的，并且对所制备的样品的爆破强度只有最小的影响。
如在图12中还可以看见的那样，泡沫辅助施用HercobondTM 7700对爆破强度和环压强度两者具有明显的有益效果。特别是，据观察，在利用SelvolTM 540发泡剂施用HercobondTM 7700的情况下，与对照组相比并且与HercobondTM 7700的湿部添加相比，样品的爆破强度和环压强度增加。
图12中还示出，泡沫辅助施用HercobondTM 7700示出了在爆裂强度和环压强度方面的所谓的“剂量响应”，即被添加到样品中的HercobondTM 7700的浓度方面的增加导致样品的爆裂强度和环压强度两者的相对应的增加。在湿部添加HercobondTM 7700的情况下，没有观察到这种剂量响应。
实施例2E
使用从永不干燥的未漂白的原始牛皮浆料纸浆生产约150gsm的手抄纸。手抄纸的制备方法与实施例2A的情况相同。使用含聚乙烯胺的合成阳离子干强度添加剂(可商购为HercobondTM 7700)的1％-5％溶液制备泡沫。在施用到湿成形纸幅之前，在存在基于二甲胺氧化物的两性表面活性剂(Macat AO-12)或聚乙烯醇(SelvolTM 540)的情况下预成形泡沫。测试样品中的每一个以及泡沫对照样品、湿部对照样品(每一个对照样品都没有处理)、以及利用湿部添加1lb/ton HercobondTM 7700和2lbs/ton HercobondTM 7700制备的样品的干拉伸强度。干拉伸强度测试的结果在图13中示出。图13中评估的手抄纸以下在表XI中描述。
表XI
示例性发泡剂I包括氧化胺，其是两性的并且可从Pilot Chemical以商品名
AO-12商购。
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图13所示，与湿部对照样品相比，以1-2lbs/ton湿部添加HercobondTM7700仅示出了干拉伸强度方面的微小提高。在存在两性发泡剂Macat AO-12的情况下，泡沫辅助添加HercobondTM 7700示出高达30％的提高。在存在聚乙烯醇发泡剂SelvolTM 540的情况下，观察到干拉伸强度的高达40％的提高。聚乙烯醇被认为是单独的干强度添加剂。基于聚乙烯醇的发泡剂的使用在对样品的干拉伸强度的提高方面导致了与干强度添加剂的协同效应。
实施例2F
使用与以上针对实施例2E概述的相同的技术制备手抄纸。根据实施例2A中描述的泡沫形成制备泡沫。然后测试样品中的每一个的拉伸能量吸收(TEA)。结果在图14中示出。图14中评估的手抄纸以下在表XII中描述。
表XII
示例性发泡剂I包括氧化胺，其是两性的并且可从Pilot Chemical以商品名
AO-12商购。
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图14中可见，湿部添加HercobondTM 7700相比于未处理的湿部对照组导致在TEA方面的较小的提高。与未处理的泡沫对照样品相比，泡沫辅助添加干强度添加剂提供了TEA方面的显著改善。如图14中可见，泡沫添加通过使用两性基发泡剂Macat AO-12提供了TEA方面的高达65％的提高，并且通过使用基于聚乙烯醇的发泡剂SelvolTM 540提供了TEA方面的高达120％的提高。
实施例2G
使用实施例2A中使用的相同装备和程序、使用750CSF从不干燥的未漂白的原始牛皮浆料纸浆生产约100gsm的手抄纸。将被设计成以湿部剂量施用近似相等量的某些干强度添加剂的泡沫施用到湿成型纸片上。根据实施例2A中描述的泡沫形成制备泡沫。为了确定不同类型的强度添加剂的强度改进，将不同的干强度添加剂掺入到泡沫中。所使用的强度添加剂是HercobondTM 7700、HercobondTM 6950和HercobondTM 6350，它们全部含有聚乙烯胺聚合物单元形式的伯胺官能单元。所使用的其他强度添加剂是HercobondTM 1630和HercobondTM 1307，它们不含聚乙烯胺聚合物单元。所使用的发泡剂是烷基聚葡糖苷(DowTMBG-10)。然后测试样品中的每一个的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度。拉伸测试的结果在图15中示出。图15中评估的手抄纸以下描述在表XIII中。
表XIII
示例性发泡剂II包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM BG-10商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
合成强度添加剂II包括含乙烯胺的聚合物和共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 6950商购。
合成强度添加剂III包括含乙烯胺的聚合物和共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 6350商购。
合成强度添加剂IV包括甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，其是两性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 1630商购。
合成强度添加剂V包括乙醛酸化丙烯酰胺-二烯丙基二甲基氯化铵共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 1307商购。
如图15中可见，用含有伯胺官能单元的合成阳离子强度添加剂制备的样品示出了比用不含伯胺官能单元的强度添加剂制备的样品的更好的拉伸强度性能。另外，由泡沫辅助施用含有伯胺官能单元的强度添加剂制成的手抄纸示出了比在湿部添加的情况下使用相等量的强度添加剂制备的手抄纸的更好的拉伸强度性能。
实施例2H
使用与实施例2G相同的方法制备手抄纸。根据实施例2A中描述的泡沫形成制备泡沫。然后测试每个样品的拉伸能量吸收(TEA)。拉伸能量吸收的结果在图16中示出。图16中评估的手抄纸以下描述在表XIV中。
表XIV
示例性发泡剂II包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM BG-10商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
合成强度添加剂II包括含乙烯胺的聚合物和共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 6950商购。
合成强度添加剂III包括含乙烯胺的聚合物和共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 6350商购。
合成强度添加剂IV包括甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，其是两性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 1630商购。
合成强度添加剂V包括乙醛酸化丙烯酰胺-二烯丙基二甲基氯化铵共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 1307商购。
如图16中可见，使用含有伯胺官能单元的强度添加剂制备的样品示出了比用不含伯胺官能单元的强度添加剂制备的样品的更好的TEA性能。另外，由泡沫辅助施用含有伯胺官能单元的强度添加剂制成的手抄纸样品是示出了比通过湿部添加相等量的相同强度添加剂制备的手抄纸样品的更好的TEA性能。
实施例3A
使用370加拿大标准游离度(CSF)回收挂面纸板纸浆生产约100gsm的手抄纸。没有任何强度添加剂的泡沫是在存在各种发泡剂(包括阴离子型、两性离子型和非离子型)的情况下形成的。这些泡沫被施用到湿成型的纸片上。
实施例3A中使用的发泡剂包括来自Sigma Aldrich的SDS、来自Croda Inc的CrodatericTM CAS 50、CrodatericTM CAB 30和MultitropeTM 1620、来自Pilot ChemicalCo.的
AO-12、来自BASF Corp.的
425N、来自Dow Chemical Co.的TritonTM BG-10和TritonTM CG-110。调节每种发泡剂的浓度，使得每种泡沫包含约70％的空气含量。
湿成型纸片使用Noble-Wood手抄纸装备生产。然后将成形的湿纸片转移到被允许在泡沫添加后施用真空的泡沫施用装置。然后使用下拉装置施用泡沫。小心控制所施用的泡沫的量。施用的泡沫量可以通过施用到纸片上的泡沫高度来估计，并且随后通过监控已知量的施用的强度添加剂的氮含量的校准实验来确认。
针对对照组(没有任何泡沫或化学添加剂)对于每种条件测试每个样品纸片的拉伸强度。拉伸测试的结果在图17中示出。图17中评估的手抄纸以下在表XV中描述。
表XV
示例性发泡剂I包括氧化胺，其是两性的并且可从Pilot Chemical以商品名
AO-12商购。
示例性发泡剂II包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM BG-10商购。
示例性发泡剂IV包括烷基聚葡糖苷，其为非离子性的并且可从BASF以商品名
425N商购。
示例性发泡剂V包括椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱，其是两性离子性的并且可从Croda以商品名CrodatericTM CAS 50商购。
示例性发泡剂VI包括多糖，其是非离子性的并且可从Croda以商品名MultitropeTM1620商购。
示例性发泡剂XIV包括椰油酰胺丙基甜菜碱，其是两性的并且可从Croda以商品名CrodatericTM CAB 30商购。
示例性发泡剂XV包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM CG-110商购。
对比性发泡剂I包括十二烷基硫酸钠，其是阴离子性的并且可从各种来源商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图17中可见，不同的发泡剂(被制备不含强度添加剂)对样品的强度性能有不同的影响。与对照组相比，SDS(阴离子表面活性剂)将干拉伸强度降低了约15％。在两性离子表面活性剂当中，来自Croda Inc.的CrodatericTM CAS 50(基于椰油酰胺丙基羟基磺酸内酯的表面活性剂)具有与对照组相当的干拉伸强度。对于非离子表面活性剂，来自DowChemical Co.的TritonTM BG-10(基于烷基聚葡糖苷的发泡剂)与对照组相比也产生了相当的干拉伸强度。与对照组相比，其他发泡剂产生了略微下降的干强度。如该图中可见，用样品的湿(再湿)拉伸测试获得了类似的结果。
实施例3B
使用370CSF回收挂面纸板纸浆、在没有白水回收的情况下生产了约100gsm的手抄纸。在将泡沫施用到湿成型纸片之前，使用按重量计1％(发泡溶液中的产品方面)的HercobondTM 7700(来自Solenis LLC的合成阳离子干强度添加剂)、使用各种不同的发泡剂制备泡沫。
本实施例中使用的发泡剂包括来自Dow Chemical Co.的TritonTM BG-10和TritonTM X-100、来自BASF Corp.的
425N、来自Pilot Chemical Co.的
AO-12、来自Croda Inc的MonaTM AT-1200、NatSurfTM 265、
20、
80、MultitropeTM 1620、CrodatericTM CAS 50、CrodasinicTM LS30、DiversacleanTM和ForestallTM。在对照纸片中，在纸片形成期间没有加入发泡剂或干强度添加剂。还制备了利用通过传统湿部添加以4lbs/ton添加的HercobondTM 7700的手抄纸，以与泡沫添加样品进行比较。在单独的剂量校准测试中，结果表明，来自1％的HercobondTM7700(作为产品)发泡溶液的泡沫添加与4lbs/ton的HercobondTM 7700(作为产品)的湿部添加水平相当。
然后测试样品中的每一个的拉伸强度。拉伸测试的结果在图18中示出。图18中评估的手抄纸以下在表XVI中描述。
表XVI
示例性发泡剂I包括氧化胺，其是两性的并且可从Pilot Chemical以商品名
AO-12商购。
示例性发泡剂II包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM BG-10商购。
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
示例性发泡剂IV包括烷基聚葡糖苷，其为非离子性的并且可从BASF以商品名
425N商购。
示例性发泡剂V包括椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱，其是两性离子性的并且可从Croda以商品名CrodatericTM CAS 50商购。
示例性发泡剂VI包括多糖，其是非离子性的并且可从Croda以商品名MultitropeTM1620商购。
示例性发泡剂VII包括乙氧基化醇，其是非离子性的并且可从Croda以商品名NatSurfTM 265商购。
示例性发泡剂VIII包括聚乙二醇，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM X-100商购。
示例性发泡剂IX包括甜菜碱，其是两性离子性的并且可从Croda以商品名MonaTMAT-1200商购。
示例性发泡剂X包括己糖醇酯，其是非离子性的并且可从Croda以商品名
80商购。
示例性发泡剂XI包括己糖醇酯，其是非离子性的并且可从Croda以商品名
20商购。
示例性发泡剂XII包括烷基聚葡糖苷和烷氧基化醇的混合物，它们是非离子性的并且可从Croda以商品名DiversacleanTM商购。
示例性发泡剂XIII包括烷基季铵，其是阳离子性的并且可从Croda以商品名ForestallTM商购。
对比性发泡剂II包括月桂酰肌氨酸盐，其为阴离子性的并且可从Croda以商品名CrodasinicTM LS30商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
与HercobondTM 7700结合使用的发泡剂的选择对手抄纸的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度两者有很大的影响。用各种不同发泡剂施用到手抄纸上的所有泡沫含有相同量的干强度添加剂。与干强度添加剂结合使用的一些发泡剂(诸如MonaTM AT-1200)将手抄纸样品的拉伸强度降低到低于对照纸片的拉伸强度。一些发泡剂(例如TritonTM BG-10、
AO-12)当与干强度添加剂结合使用时将干拉伸强度提高到与湿部添加的干拉伸强度相等的水平。结果显示大部分发泡剂(ForestallTM，
AO-12，CrodatericTMCAS 50，TritonTM BG-10，
425N，MultitropeTM 1620，NatSurfTM 265，TritonTMX-100，
20，
80和DiversacleanTM)当与干强度添加剂结合使用时，与利用添加湿部制成的发泡剂相比提供更高的湿(再湿)拉伸强度。
实施例3C
使用与以上在实施例3A中描述的相同的装备和程序、使用370CSF回收挂面纸板纸浆生产约100gsm的手抄纸。对样品手抄纸中的一些进行来自Solenis LLC的合成阳离子强度添加剂HercobondTM 7700的泡沫辅助施用。所使用的发泡剂是来自Sekisui ChemicalCo.的SelvolTM 540(基于聚乙烯醇的发泡剂)。SelvolTM 540具有约为88％(按摩尔计)的水解率，并且4％的溶液具有约为50±5cP(根据制造商规范)的粘度。在施用于湿成型纸片之前，在存在SelvolTM 540的情况下，使用按重量计1％的Hercobond 7700(作为发泡配制物中的产品)制备泡沫。还制备了使用
AO-12和TritonTM BG-10的泡沫处理纸片，并且还使用湿部添加强度添加剂制备样品。测量纸片的干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度。SelvolTM 540和1％的Hercobond 7700手抄纸样品的拉伸强度测试结果在图19中示出。图19中评估的手抄纸以下在表XVII中描述。
表XVII
示例性发泡剂I包括氧化胺，其是两性的并且可从Pilot Chemical以商品名
AO-12商购。
示例性发泡剂II包括烷基聚葡糖苷，其是非离子性的并且可从Dow Chemical以商品名TritonTM BG-10商购。
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
结果表明，与未处理的对照组相比，与干强度添加剂HercobondTM 7700一起使用聚合发泡剂Selvol 540导致显著的强度提高。SelvolTM 540泡沫处理的纸片的干拉伸强度比对照组的干拉伸强度高22％，而使用
AO-12和TritonTM BG-10的泡沫处理的纸片示出与通过湿部添加制备的样品相当的性能，并相对于未处理的对照组示出了10％的提高。
实施例3D
使用与以上在实施例3A中描述的相同的装备和程序、使用370CSF回收挂面纸板纸浆生产约100gsm的手抄纸。为了证实通过湿部添加添加SelvolTM 540和HercobondTM 7700强度添加剂不能观察到剂量响应和强度性能方面的类似改善，使用相同的手抄纸条件来通过湿部添加4lb./ton的HercobondTM 7700和20lb/ton的SelvolTM 540、通过泡沫辅助添加用发泡剂SelvolTM 540生产的1％的HercobondTM 7700泡沫、和通过利用SelvolTM 540泡沫辅助添加5％的HercobondTM 7700泡沫来形成手抄纸样品。使用与以上关于实施例3A描述的相同的装备和程序、使用370CSF回收挂面纸板纸浆生产约100gsm的手抄纸。然后测量这些样品以及对照组的拉伸强度。这些手抄纸的拉伸强度对比结果在图20中示出。图20中评估的手抄纸以下在表XVIII中描述。
表XVIII
示例性发泡剂III包括聚乙烯醇，其是非离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名DeTacTM商购和从德克萨斯州达拉斯的Sekisui SpecialtyChemicals以商品名SelvolTM 540商购。
合成强度添加剂I包括乙烯基单体和官能化乙烯基胺的接枝共聚物，其是阳离子性的并且可从特拉华州威尔明顿的Solenis LLC以商品名HercobondTM 7700商购。
如图20中可见，使用SelvolTM 540作为发泡剂的1％HercobondTM 7700泡沫处理纸片的拉伸强度增益是湿部添加的增益的两倍以上，这表明泡沫施用有利地导致了较大的湿(再湿)拉伸强度和干拉伸强度增益。此外，泡沫辅助添加样品观察到剂量响应，其中与未处理的对照纸片相比，5％的HercobondTM 7700泡沫(其中SelvolTM 540用作发泡剂)示出干拉伸强度和湿(再湿)拉伸强度方面的更大的增加。
虽然在前面的详细描述中已经呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解的是，存在大量的变化。还应当理解的是，一个或多个示例性实施方案仅是实例，并不旨在以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实施一个或多个示例性实施方案的便利路线图。应当理解的是，在不脱离所附权利要求及其合法等同物中阐述的本公开的范围的情况下，可以在元件的功能和布置方面进行各种改变。
Claims (20)
1.发泡配制物，其用于制备在将气体掺入到发泡配制物中时具有目标气体含量的泡沫，所述发泡配制物包含：
基于所述发泡配制物的总重量的约0.001％至约10％的量的至少一种发泡剂，其中所述至少一种发泡剂包括以下的至少一种：
(a)选自以下的非离子性发泡剂：乙氧基化物、烷氧基化脂肪酸、聚乙氧基酯、甘油酯、多元醇酯、己糖醇酯、脂肪醇、烷氧基化醇、烷氧基化烷基酚、烷氧基化甘油、烷氧基化胺、烷氧基化二胺、脂肪酰胺、脂肪酸烷醇酰胺、烷氧基化酰胺、烷氧基化咪唑、脂肪酰胺氧化物、烷醇胺、烷醇酰胺、聚乙二醇、环氧乙烷和环氧丙烷、EO/PO共聚物及其衍生物、聚酯、烷基糖类、烷基、多糖、烷基葡糖苷、烷基聚葡糖苷、烷基二醇醚、聚氧化烯烷基醚、聚乙烯醇及其衍生物、烷基多糖、以及它们的组合；
(b)选自以下的两性离子发泡剂或两性发泡剂：月桂基二甲基胺氧化物、椰油酰两性乙酸盐、椰油酰两性二乙酸盐、椰油酰两性丙酸盐、椰油酰胺丙基甜菜碱、烷基甜菜碱、烷基酰胺甜菜碱、羟基磺基甜菜碱、椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、烷基亚氨基二丙酸盐、氧化胺、氨基酸衍生物、烷基二甲基胺氧化物以及它们的组合；或者
(c)选自以下的阳离子发泡剂：烷基胺和酰胺及其衍生物、烷基铵、烷氧基化酰胺及其衍生物、脂肪胺和脂肪酰胺及其衍生物、季铵、烷基季铵及其衍生物及其盐、咪唑啉衍生物、碳基铵盐、碳基鏻盐、上述结构的聚合物和共聚物、及它们的组合。
基于发泡配制物的总量的约0.01％至约50％的量的至少一种合成强度添加剂，其中所述至少一种合成强度添加剂包含阳离子官能团；以及
水。
2.根据权利要求1所述的发泡配制物，其中所述至少一种发泡剂包括聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物。
3.根据权利要求2所述的发泡配制物，其中所述聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物具有在约70％和99.9％之间的水解度。
4.根据权利要求2所述的发泡配制物，其中所述聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物具有在约5000至400,000之间的分子量。
5.根据权利要求2所述的发泡配制物，其中所述聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物在4％固含量和20℃下具有约3至75cP之间的粘度。
6.根据权利要求1所述的发泡配制物，其中包含阳离子官能团的所述至少一种合成强度添加剂基于摩尔数具有约1％至100％的伯胺官能度。
7.根据权利要求1所述的发泡配制物，其中包含阳离子官能团的所述至少一种合成强度添加剂选自：
DADMAC-丙烯酰胺共聚物，进行或不进行随后的乙醛酸化，
具有阳离子基团的丙烯酰胺的聚合物和共聚物，进行或不进行随后的乙醛酸化，所述具有阳离子基团的丙烯酰胺包括AETAC、AETAS、METAC、METAS、APTAC、MAPTAC、DMAEMA或其组合，
含乙烯胺的聚合物和共聚物，
PAE聚合物，
聚乙烯亚胺，
聚DADMAC；多胺，
基于二甲基氨基甲基取代的丙烯酰胺的聚合物，以及
它们的组合；以及
其中DADMAC是二烯丙基二甲基氯化铵，DMAEMA是甲基丙烯酸二甲氨乙酯，AETAC是丙烯酰氧基乙基三甲基氯化物，AETAS为丙烯酰氧基乙基三甲基硫酸酯，METAC是甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化物，METAS是甲基丙烯酰氧基乙基三甲基硫酸酯，APTAC是丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵，MAPTAC为丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵，以及PAE是聚酰胺型胺-环氧氯丙烷聚合物。
8.根据权利要求所述1的发泡配制物，其中所述发泡配制物的亲水亲油平衡值大于约8。
9.发泡配制物，其用于制备在将气体掺入到发泡配制物中时制备具有目标气体含量的泡沫，所述发泡配制物包含：
基于所述发泡配制物的总重量的约0.001％至约10％的量的至少一种发泡剂；
基于发泡配制物的总量的约0.01％至约50％的量的至少一种合成强度添加剂，该至少一种合成强度添加剂包含阳离子官能团；以及
水；
其中所述至少一种发泡剂在所述发泡配制物中的浓度基本上最低程度地足以在气体掺入到所述发泡配制物中后产生所述泡沫的所述目标气体含量。
10.根据权利要求9所述的发泡配制物，其中在将气体掺入到所述发泡配制物中后产生的泡沫的目标气体含量为基于所述泡沫的总体积约40％气体至约95％气体。
11.根据权利要求9所述的发泡配制物，其中在将气体掺入到所述发泡配制物中后产生的泡沫的目标气体含量为基于所述泡沫的总体积约60％气体至约80％气体。
12.根据权利要求所述9的发泡配制物，其中所述发泡配制物的亲水亲油平衡值大于约8。
13.根据权利要求9所述的发泡配制物，其中包含阳离子官能团的所述至少一种合成强度添加剂基于摩尔数具有约1％至100％的伯胺官能度。
14.根据权利要求9所述的发泡配制物，其中包含阳离子官能团的所述至少一种合成强度添加剂选自：
DADMAC-丙烯酰胺共聚物，进行或不进行随后的乙醛酸化，
具有阳离子基团的丙烯酰胺的聚合物和共聚物，进行或不进行随后的乙醛酸化，具有阳离子基团的丙烯酰胺包括AETAC、AETAS、METAC、METAS、APTAC、MAPTAC、DMAEMA或其组合，
含乙烯胺的聚合物和共聚物，
PAE聚合物，
聚乙烯亚胺，
聚DADMAC；多胺，
基于二甲基氨基甲基取代的丙烯酰胺的聚合物，以及
它们的组合；以及
其中DADMAC是二烯丙基二甲基氯化铵，DMAEMA是甲基丙烯酸二甲氨乙酯，AETAC是丙烯酰氧基乙基三甲基氯化物，AETAS是丙烯酰氧基乙基三甲基硫酸酯，METAC是甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化物，METAS是甲基丙烯酰氧基乙基三甲基硫酸酯，APTAC是丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵，MAPTAC是丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵，以及PAE是聚酰胺型胺-环氧氯丙烷聚合物。
15.一种将合成阳离子强度添加剂引入到纸产品中的方法，其包括：
由发泡配制物制备泡沫，所述发泡配制物包含：
基于所述发泡配制物的总重量按重量计的约0.001％至约10％的量的至少一种发泡剂；
基于所述发泡配制物的总重量按重量计的约0.01％至约50％的量的合成强度添加剂，该合成强度添加剂包含阳离子官能团；以及
水；以及
将所述泡沫施用到湿成型胚纸幅上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述纸产品是原始挂面纸板。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述纸产品是回收挂面纸板。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述纸产品是纸袋纸或制袋用纸。
19.根据权利要求15所述的方法，其中由发泡溶液制备泡沫的步骤包括以下中的至少之一：在存在气体的情况下剪切所述发泡溶液；向所述发泡溶液中注入气体；或将所述发泡溶液注入气体流中。
20.根据权利要求15所述的方法，其中当所述湿成型胚纸幅具有约5％至约30％的纸浆纤维稠度时执行将泡沫施用到湿成型胚纸幅的步骤。
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