CN1283244A - 纸产品以及将化学添加剂施加至纤维素纤维中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使化学添加剂以高含量吸附至造纸纤维素纤维上,其中在造纸用水中只存在最少量的未吸附的化学添加剂。该方法包括:用过量化学添加剂对纤维浆料进行处理;保持足够的停留时间以便进行吸附;对浆料进行过滤除去未吸附的化学添加剂;以及用新鲜水再分散过滤过的纸浆。来自增浓过程的滤液包含未吸附的化学添加剂,它不随化学处理过的纤维向前输送。该方法能用来制备改善的纸产品。

Description

纸产品以及将化学添加剂施加至纤维素纤维中的方法

发明背景

一般来说，本发明涉及纸产品。更准确地说，本发明涉及将化学添加剂施加至纤维素纤维中的方法以及由这些方法得到的纸产品。

在纸产品的制备过程中，常常希望通过添加化学添加剂来增强物理和／或光学性能。通过添加化学添加剂而产生的或增强的性能的例子包括但不局限于：干强度，湿强度，柔软度，吸收性，不透明性，亮度以及色泽。在造纸过程中，化学添加剂通常在纤维形成纸幅，脱水并干燥之前，添加至湿部的纤维浆液中。传统上，将湿部添加剂添加至浓度从0．5-5％的纤维浆液中。然后，在混合浆泵处最终稀释至最终成形浓度之前的造纸过程中，对浆液进一步地稀释。

与局部喷涂，印刷或施胶压榨化学添加法相比，湿部化学添加法有若干个优点。例如，湿部化学添加在纤维表面提供了均匀分布的化学添加剂。此外，湿部化学添加使得能用特定的化学添加剂对选择的纤维部分进行处理，以便增强纸张的性能和／或化学添加剂的效率。此外，湿部化学添加能在形成纸幅之前，同时或顺序地将多种化学剂添加至纤维浆液中。

与湿部化学添加有关的一难点在于：水溶性或水分散性化学添加剂将悬浮于水中并且不会被完全吸收至纤维素纤维上。为改善湿部添加剂的吸附性，常常用官能团对化学添加剂进行改性，以便当于水中时赋予电荷。在带电添加剂和带阴离子的纤维表面之间的电动吸引作用将有助于化学添加剂沉积和留着在纤维上。然而，能留在湿部的化学添加剂的量通常遵循显示降低效率的吸收曲线，这类似于Langmuir所述的吸收曲线。因此，特别是试图实现高化学添加剂负载量时，水溶性或水分散性化学添加剂的吸附率可能将大大地低于100％。

因此，在任何化学添加量时，特别是在高添加量时，仅仅是一部分化学添加剂留着在纤维表面上。其余部分的化学添加剂仍溶解或分散于悬浮水相中。这些未吸附的化学添加剂在造纸过程中将造成许多问题。尽管化学添加剂的准确性质将确定可能出现的特殊的问题，但可能由未吸附化学添加剂造成的一部分问题包括：泡沫，沉积物，其它纤维料流的污染，在纸机上差的纤维留着率，在多层产品中危及化学层纯度，在水体系中溶解固体的积累，与其它工艺化学剂相互作用，毛毯或织物堵塞，在烘缸表面上过度的粘附或脱离，最终产品物理性能的可变性等。

因此，现有技术缺乏并且需要的是：在如下方式，在造纸过程的湿部将可吸附的化学添加剂施加至纤维素纤维表面上，以致使减少或排除了生产用水中未吸附化学添加剂的量。该方法使另外可能会发生有关制备问题和最终产品质量问题变得最少。

                         发明概要

业已发现，能使化学添加剂以高用量吸附至造纸纤维素纤维上，其中在造纸生产用水中存在最少量的未吸附化学添加剂。这可通过如下步骤完全：用过量化学添加剂处理纤维浆液；使之有足够的吸收停留时间；对浆液进行过滤以除去未吸附的添加剂；以及再次用新鲜水分散过滤过的纸浆。由于来自增浓过程的滤液包含未吸附的化学添加剂，因此在该方法中，它不与化学处理过的纤维一起向前输送。而是将滤液输送至下水道或在过滤步骤之前在处理步骤中进行回用。

因此，本发明的一方面涉及将化学添加剂施加至纤维素纤维中的方法。该方法包括如下步骤：形成包含水，纤维素纤维，以及可吸附化学添加剂的纤维浆液；使纤维浆液脱水以除去未吸附的化学剂；以及用新鲜水再次分散纤维。用于处理造纸纤维素纤维的该方法使得化学添加剂能被纤维吸附，与此同时，当与传统湿部化学添加相比，在水相中能保持明显少量的未吸附化学添加剂。因此，当与利用先前方法可能实现的情况相比，该方法相对于生产用水而言实现了在纤维上更高浓度的化学添加剂。

就本发明而言，术语“纤维素”指的是：包含无定形碳水化合物聚合物的造纸纤维，这与合成纤维相反。在此所使用的术语“可吸附的”指的是：能被纤维素纤维表面吸取的化学添加剂，在化学添加剂和纤维素纤维之间没有任何化学反应。术语“未吸附的”指的是：未被纤维吸附并因此仍悬浮于生产用水中的那部分化学添加剂。在此所用的术语“新鲜水”指的是：基本上不含未吸附的化学添加剂的水。最希望的是，所述新鲜水完全不合化学添加剂。

对纤维浆液进行希望的脱水，以便将纤维浆液的浓度增加至约20％或更高，特别是增加至约30％或更高，以便除去绝大多数包含未吸附添加剂的水。然后，使纤维再分散，希望将纤维浆液的浓度降低至适合于造纸的浓度，即降至约20％或更低，更准确地说，降至约5％或更低，如约3％至5％。

本发明的方法能生产用于制备纸产品、特别是层状纸产品的纤维配料。因此，本发明的另一方面在于：与水中相对低载量的未吸附化学添加剂相组合可实现的相比，具有更高化学添加剂载量的纤维配料。这是因为通过传统湿部添加的化学添加剂载量常常受未吸附化学剂及其有关的加工困难所限制，所述困难如由水中存在的未吸附化学剂所造成的泡沫，沉积物，化学作用，毛毯堵塞，对烘缸过度的粘结或松脱或许多纸张物理性能控制问题。

在一实施方案中，本发明的配料包含：水，纤维素纤维，以及可吸附的化学添加剂。吸附至纤维上化学添加剂的量为每公吨约2公斤或更多，而在水中未吸附化学添加剂的量约为吸附至纤维上化学添加剂量的0-20％。在特别希望的实施方案中，吸附化学添加剂的量约为3公斤／公吨或更高，特别是约4公斤／公吨或更高，尤其优选约5公斤／公吨或更高。此外，在水中未吸附化学添加剂的量约为吸附至纤维上化学添加剂量的0-15％，特别是0-约10％，更优选从0-约7％。

本发明的另一方面在于制造经化学处理的纸产品的方法。该方法包括如下步骤：形成包含水、纤维素纤维、以及可吸附化学添加剂的第一纤维浆液；形成基本不含可吸附化学添加剂的第二纤维浆液；使第一浆液进行脱水以除去未吸附的化学添加剂；用新鲜水使第一纤维浆液中的纤维再分散；以及利用层状网前箱，使第一纤维浆液供至第一网前箱层，第二纤维浆液供至第二网前箱层而形成纸产品。

在另一实施方案中，纸产品的制备方法包括如下步骤：形成包含水、纤维素纤维和第一可吸附化学添加剂的纤维浆液；使该纤维浆液脱水至约20％或更高的浓度；使脱水的纤维浆液通过一分散器对纤维进行机械加工；用基本不含第一化学添加剂的新鲜水稀释该纤维浆液至约5％或更低的浓度；将包含解离剂或柔软剂的第二可吸附化学添加剂添加至该纤维浆液中；使该纤维浆液脱水至约20％或更高的浓度；用基本不含第二化学添加剂的新鲜水稀释该纤维浆液至约5％或更低的浓度；和由该纤维浆液形成纸产品。第一化学添加剂例如可以包含：粘结剂，以便减少纸产品的掉毛量。

本发明特别适于将化学添加剂如柔软剂和解离剂添加至三层纸产品的外层配料中。在特定的薄页纸产品中，例如，配以中心层以提供强度开发和控制。在中心强度层最小程度地被污染的同时，本发明能将柔软剂和解离剂施加至中心层中。

因此，本发明的另一方面在于由纤维形成的纸产品，所述纤维已进行化学处理以便使生产用水中残余、未吸附化学添加剂的量最少。这些纸产品在利用本发明方法处理的纤维部分上显示出高的化学“纯度”，并且当利用层状网前箱时能实现优异的化学层纯度，和／或能实现在由两种或多种纤维掺混物制得的纸张中的纤维的特定化学处理。在此使用的术语“纸张”包括：书写纸，印刷纸，包装纸，卫生纸，以及工业用纸，新闻纸，护面纸板，薄页纸，餐巾纸，擦试纸，毛巾纸等。

能用于本发明的化学添加剂包括：干强度助剂、湿强度助剂、柔软剂、解离剂、吸收助剂、施胶剂、染料、光学增白剂、化学示踪剂、不透明剂、烘缸粘结化学剂等。另外形式的化学添加剂可以包括：颜料、软化剂、湿润剂、杀病毒剂、杀菌剂、缓冲剂、蜡、氟聚合物、气味控制剂和除臭剂、沸石、香料、解离剂、植物和矿物油、湿润剂、施胶剂、超吸收剂、表面活性剂、增湿剂、UV阻挡剂、抗菌素剂、洗剂、防霉剂、防腐剂、库拉索芦荟萃取物、维和素E等。合适的化学添加剂可被造纸纤维素纤维吸附并且是水溶性的或水可分散的。

术语“柔软剂”指的是能掺入纸产品如薄页纸中提供改善触感的任何化学添加剂。这些化学剂也能起解离剂的作用，或能单独地改善薄页纸的表面特性，如通过降低薄页纸表面和手之间的摩擦系数。

术语“解离剂”指的是能掺入纸产品如薄页纸中阻止或阻断纤维间或纤维内氢键的任何化学剂。取决于所述化学剂的性质，解离剂还可以起柔软剂的作用。相反，术语“粘结剂”指的是能掺入纸产品如薄页纸中增强纸页中纤维间或纤维内键合的任何化学剂。增加的键合可以是离子键，氢键或共价键。

术语“水溶性”指的是能在水中形成溶液的固体或液体，而术语“水分散性”指的是能分散在含水介质中的胶体大小或更大的固体或液体。

将化学添加剂施加至造纸纤维中的方法可以用于许多造纸操作中，包括湿压榨和起皱或不起皱穿透干燥操作。作为说明，各种薄页纸制备方法披露于美国专利5，667，636(1997年9月16日授权于S．A．Engel等人)；和美国专利5，607，551(1997年3月4日授权于T．E．Farrington，Jr．等人)中；在此将其引入作为参考。

所述方法还可以用于另外的处理中，包括：在干浆板机或碎屑打包机之前在纸浆厂中化学预处理纸浆；顺序添加化学添加剂以减少相互作用；在已添加化学添加剂后从纤维浆液中除去化学添加剂(中和阴离子组分、施胶或柔软配方)，以便促进所述除去处理；等等。

许多纤维可以用于本发明，它们包括：阔叶木或针叶木、稻草、亚麻、乳草属植物种子丝棉纤维、马尼拉麻、大麻、洋麻、蔗渣、棉、芦苇等。可以使用所有已知的造纸纤维，它们包括：漂白和未漂的纤维、天然源的纤维(包括木纤维和其它纤维素纤维、纤维素衍生物、以及化学挺硬的或交联的纤维)、合成纤维的某些成分(合成的造纸纤维包括某些形式的、由聚丙烯、丙烯酸类、芳酰胺类、醋酸盐类等制得的纤维)、新纤维和回收或回用纤维、以及机械制浆(例如磨木浆)、化学制浆(包括但不局限于硫酸盐制浆和亚硫酸盐制浆法)、热磨机械制浆的阔叶木和针叶木纤维等等。可以使用上述纤维种类的任何群体或相关纤维类的混合物。可以用多种本领域已知是有利的方法来制备所述纤维。制备纤维有用的方法包括：分散，以便赋予卷曲和改善的干燥性能，如披露于美国专利5，348，620(1994年9月20日授权于M．A．Hermans等人)，美国专利5，501，768(1996年3月26日授权于M．A．Hermans等人)，和美国专利5，656，132(1997年8月12日授权于Farrington，Jr．等人)。

可以使用一个网前箱或多个网前箱。所述网前箱可以是分层的，以便在形成纸幅时，能由单一的网前箱喷射口生产多层结构。在特定的实施方案中，利用分层的或层状的网前箱生产纸幅，其中优选使短纤维沉积至用于改善柔软度的纸幅一侧，而使相对较长的纤维沉积至纸幅的另一侧或具有三层或多层纸幅的内部层上。优选的是，在无端环状的多孔成形织物上形成纸幅，该织物能使液体排出并使纸幅部分脱水。由多段网前箱得到的多层纸胚可以在湿态时层合或进行机械或化学连接，以便产生具有多层的单一纸幅。

根据下面的说明，本发明的许多特征和优点将变得显而易见。在说明中，将参考说明本发明优选实施方案的附图。这些实施方案并不表示本发明的全部范围。因此，应当参考解释本发明全部范围的权利要求书。

附图概述

图1描述了利用化学添加剂对造纸纤维进行处理的根据本发明方法的简略流程图。

图2描述了利用化学添加剂对造纸纤维进行处理并利用分散器对纤维进行机械处理的根据本发明方法的简略流程图。

图3描述了未起皱薄页纸制备方法的简略流程图。

                    附图详述

现将参考附图对本发明进行详细的描述。为简单起见，示出了概略地用来界定若干织物运行的各种张紧辊，但没编号，并且在不同附图中的相同元件给出相同的参考号。就浆料准备、网前箱、成形织物、递纸、起皱和干燥而言，可以使用各种常规的造纸装置和操作方法。然而，为提供能使用本发明不同实施方案的内容而言，阐明了特定的常规组成。

图1描述了用来将化学添加剂施加至根据本发明实施方案造纸纤维中的浆料制备设备。所述浆料制备设备包括：第一浆池10，第二浆池12，和可操作地设置在两浆池之间的脱水装置14。将造纸纤维和水加至第一浆池10中，形成纤维浆液20。在第一浆池中的纤维浆液其浓度优选约20％或更低，特别是约5％或更低，如约3％至约5％。优选的是，利用混合纤维浆液的搅拌器、转鼓、再循环泵、或其它合适的装置18，使第一浆池中的纤维浆液处于搅拌状态。

由贮器26提供一种或多种化学添加剂24，并添加至第一浆池10的纤维浆液20中。化学添加剂24的量合适的从约5-20公斤／公吨。在特定的实施方案中，化学添加剂包含咪唑啉基解离剂，并且以约7．5-15公斤／公吨的量添加。优选的是，使纤维浆液和化学添加剂能在搅拌下于第一浆池中一起保持一段停留时间，所述停留时间足以使造纸纤维能吸附绝大部分化学添加剂24。例如从约15至约30分钟的停留时间已足够。

然后，通过合适的导管27和泵28将纤维浆液20输送至脱水装置14中。在所述的实施方案中，脱水装置包括：带式压榨机14，但另外的脱水装置如离心机，辊隙增浓装置等也可以使用。将纤维浆液注入一对多孔织物30之间，以便使压滤液32从浆液中除去。所述压滤液32包含部分生产用水以及于水中的未吸附的化学添加剂24。带式压榨机14或其它合适的脱水装置适当地将浆液的浓度增加至约20％或更高，特别是约30％或更高。未吸附的化学添加剂可从该过程中除去，或用作先前浆料制备步骤中的稀释用水，但重要的是，未吸附的化学添加剂不与化学处理的配料一起向前输送。

然后，通过导管34将增浓的纤维浆液20输送至第二浆池12中。再用来自合适贮器36的新鲜水35对纤维浆液进行稀释，还可利用混合装置18进行搅拌。将浆液的纤维浓度适当地降至约20％或更低，特别是约5％或更低，如约3-5％。然后，通过合适的导管37和泵38从第二浆池中排出纤维浆液，以备后面的处理39。另外，为进一步增加化学添加剂留着量，还可以再次通过前面的步骤对纤维浆液进行处理。

图2描述了本发明的另一实施方案，其中浆料制备设备用来将化学添加剂施加至造纸纤维中并对纤维进行机械处理。通常，该设备包含三个浆池10，12和40，两个脱水装置14和42，两个稀释水池44和46，以及用于对造纸纤维进行机械处理的分散器48。

将造纸纤维和水添加至第一浆池10中，形成纤维浆液20。优选的是，第一浆池中纤维浆液的浓度约20％或更低，特别是约5％或更低。由贮器26提供一种或多种化学添加剂24，并在搅拌18的同时添加至第一浆池10中的纤维浆液20中。优选的是，添加至纤维浆液中的第一化学添加剂是阳离子粘结剂，它是用来控制成品掉毛的。优选的是，第一化学添加剂不是会降低分散器效率的柔软剂或解离剂。

在足够的停留时间之后，通过合适的导管27和泵28将纤维浆液输送至带式压榨机14或其它合适的脱水装置。在压榨操作期间，水中未吸附的化学添加剂和压滤液32一起被除去，并储存在第一稀释水池44中。第一稀释水池中的内含物可以用作碎浆机的补充水或稀释水或可以弃去。脱水装置14适当地将浆液的纤维浓度增加至约20％或更高，特别是约30％或更高。

然后，通过适合的导管34将增浓的纤维浆液20输送至对纤维进行机械处理的分散器48中。适用于本发明方法的分散器披露于美国专利5，348，620(1994年9月20日授权于M．A．Hermans等人)和美国专利5，501，768(1996年3月26日授权于M．A．Hermans等人)，在此将其引入作为参考。

在分散之后，通过导管50将纤维浆液输送至第二浆池12中。第二化学添加剂或第二组化学添加剂由贮器53提供，并在搅拌18下添加至第二浆池12中的纤维浆液20中。另外，还可以用来自下文所述来源的滤液56对纤维浆液进行稀释。将浆液的纤维浓度适当地降低至约20％或更低，特别是约5％或更低，如约3-5％。在特定的实施方案中，第二化学添加剂52包含柔软剂和／或解离剂，并且，所述纤维浆液不经受高剪切磨浆力，如在柔软剂和／或解离剂添加至纤维浆液中之后在分散器中产生的磨浆力。

在足够停留时间以吸附第二化学添加剂之后，通过合适的导管58和泵59将纤维浆液20从第二浆池12输送至第二脱水装置42中。在压榨操作期间水中第二化学添加剂的未吸附部分和压滤液56一起被除去，并储存在第二稀释水池46中。如上所述，可以将第二稀释水池的内含物添加至第二浆池12中，或可以弃去。第二脱水装置42适当地将浆液的纤维浓度增加至约20％或更高，特别是约30％或更高。

然后，通过导管58将增浓的纤维浆液20输送至第三浆池40中。用取自合适贮器36的新鲜水35再次稀释纤维浆液，还可利用混合装置18进行搅拌。将浆液的纤维浓度适当地降至约20％或更低，特别是约5％或更低，如约3-5％。然后，通过合适的导管37和泵38从第三浆池排出纤维浆液，用于随后的处理39。另外，可以使纤维浆液返回至第二浆池12中，以便重复应用第二化学添加剂52。

由图1或图2的纤维浆液20制备纸产品的一种合适的方法39是在图3中所述的非起皱穿透干燥法。非起皱穿透干燥法还披露于美国专利5，658，132(1997年8月12日授权于Farrington，Jr．等人)，在此将其引入作为参考。具有层状造纸网前箱60的双网成形器将来自纤维浆液20的液流喷射或沉积至成形织物62上，形成纤维素纸幅64。然后使纸幅输送至织物66上，该织物起支承体的作用，并且当纸幅部分脱水至约10％干重量时，将新形成的湿纸幅带向该过程的下游。如通过真空抽吸，可以对湿纸幅进行另外的脱水，与此同时湿纸幅被成形织物支承。

然后将湿纸幅从成形织物66输送至以低于成形织物的速度运行的递纸织物70上，以便赋予纸幅以增加的MD拉伸率。进行吻合递纸，以避免对湿纸幅的压榨，优选的是借助真空瓦72进行递纸。递纸织物可以是具有压节的织物，或可以是更为平滑的织物，如Asten934，937，939，959或Albany 94M。如果递纸织物具有在此所述的压节，它能用来赋予某些与穿透干燥织物相同的性能并且当与也具有压节的穿干燥织物合并使用时能增强效果。当使用具有压节的递纸织物来实现所希望的CD拉伸性能时，它将提供柔韧性，以便任选地使用不同的穿透干燥织物，如具有装饰织造图案的织物，以便提供用其它方法不能得到的另外希望的性能。

然后，借助真空递纸辊76或真空递纸瓦，将纸幅从递纸织物输送至穿透干燥织物74上。穿透干燥织物以与递纸织物约相同或不同的速度运行。如果需要，穿透干燥织物可以更低的速度运行，以便进一步增强MD伸长率。优选的是，借助真空进行递纸，以便保证纸页的变形与穿透干燥织物相一致，因此，得到了希望的松厚性，柔韧性，CD伸长率和外观。穿透干燥织物优选是压节型的。

用来进行递纸的真空度可从约3-15英寸汞柱(约75-380毫米汞柱)，优选从约10-15英寸汞柱(约254-380毫米汞柱)。除了用真空将纸幅吸至下一织物上或作为真空抽吸的替代，可通过从纸幅的反面使用正压，将纸幅吹至下一织物上而补充或替代真空瓦(负压)。另外，可以使用一个或多个真空辊来替代真空瓦。

有关成形织物，递纸织物，突进递纸，递纸瓦，织物定位，以及真空度的具体实施方案和操作方式披露于美国专利5，667，636(1997年9月16日授权于S．A．Engel等和美国专利5，607，551(1997年3月4日授权于T．E．Farrington，Jr．等人，在此将其此入作为参考。

在被穿透干燥织物支承的同时，通过穿干燥器80，纸幅被最终干燥至约94％或更高的稠度，然后传递至运送织物82上。利用运行织物82和还可有的运行织物86，将干燥的原纸输送至纸轴84上。还可使用加压转向辊88，以便促进纸幅从运送织物82至织物86的传递。用于此目的的合适的运送织物是：Albany International 84M或94M和Asten 959或937，所述这些均为具有细小图案的相对光滑的织物。在随后的操作中，可以对薄页纸卷进行压光、裁切、用软化剂或柔软剂进行表面处理、压花等，从而生产出最终的产品。

                        实施例

下面的实施例用来说明属于本发明的可能的方法。其中特定的用量、比例、组成以及参数均是举例性的，并不意味着具体地限定本发明的范围。

实施例1(对比例)

就本实施例而言，在生产多纤维、三层薄页纸期间，利用常规的调浆箱化学添加法添加柔软剂／解离剂。用于外面两层的配料由70％桉树属纤维、29％薄页纸损纸和1％回用纤维纸卷原纸组成。在碎浆机中将外层配料组分混合。在碎浆之后，将配料输送至浆池并用1公斤／公吨剂量的粘结剂Parez 631NC(得自Cytec Industries，Inc．)进行处理。在使浆液混合20分钟之后，利用脱水压榨机将配料增浓至大于30％的浓度，并在分散器中进行处理，以便使纤维卷曲。利用80千瓦的输入功率来操作分散器，并且出口浆温约180°F。在分散之后，将纤维储存在高密度浆池中，直至薄页纸制备时需要为止。

在制备时，利用得自前面增浓过程的滤液，在浆池中将由分散的桉树纤维／损纸／纸卷原纸掺混物组成的外层配料稀释至3．5％的浓度。按6．5公斤／公吨的比率，在纸机浆池调浆箱循环回路处将得自Witco公司的柔软剂／解离剂C-6092添加至该配料中。为了三层薄页纸的两外层，该调浆箱为混合浆泵送料。

中心层配料由100％北方漂白针叶木硫酸盐纤维组成。为了增进干强度，利用2马力天／公吨的输入能量对该配料进行精制。也以5．8公斤／公吨的剂量，将Parez 631NC添加至该配料中，以便实现湿抗张强度的控制。通过改变中心层与外层配料的比率而实现对干强度的控制。

利用实验室薄页纸造纸机生产单层、非起皱穿透干燥薄页纸。对于实施例1-4均使用这种相同的薄页纸造纸机。所述纸机包括有：三层的网前箱，其中两外层包含相同的配料(70％桉树纤维、29％损纸、1％纸卷原纸)，而中心层是100％的针叶木纤维。在双网真空成形辊式的成形器上形成最终成三层的纸页结构。成形织物的速度为2250英尺／分(fpm)。然后，在传递至引纸织物上之前，利用在成形织物之下的真空吸水，将新形成的纸幅脱水至约20-27％的浓度，所述引纸织物的运行速度为1800英尺／分(25％的突进递纸)。使用约10英寸汞柱真空的真空瓦，将纸幅传递至引纸织物上。然后，将纸幅传递至以约1800fpm的速度运行的穿透干燥织物上。使纸幅通过一对温度约325°F的蜂巢状穿透干燥器，并干燥至约94-98％的最终干度。

纸页的风干定量约27．5gsm。在纸页中最终的纤维比率为：32％针叶木纤维(在中心层中)和68％桉树纤维／损纸／纸卷原纸掺混物(外层)。薄页纸的最终强度为：每3英寸宽800克(几何平均抗张强度)。

                        实施例2

就本实施例而言，利用图1所示改进的化学剂添加法，用柔软剂／解离剂对配料进行处理。然后将处理过的配料用作多纤维、三层薄页纸结构的外层配料。由于在薄页纸成形期间，改进的化学剂添加法从水相中除去了绝大多数非留着的柔软剂／解离剂，因此得到的产品，它与利用实施例1所述的常规化学剂添加法，用相同柔软剂制得的薄页纸相比，具有相当的抗张强度，更高的柔软剂／解离剂含量以及更低的针叶木纤维含量。

在实施例2中，用于两外层的配料由70％桉树属纤维，29％薄页纸损纸和1％回用纤维纸卷原纸组成。在浆料制备期间，在碎浆期间掺混外层配料并以3．5％的浓度存放在浆池中。然后，用1公斤／公吨剂量的粘结剂Parez 631NC(得自Cytec Industries，Inc．)对配料进行处理。在使浆液混合20分钟之后，按6．5公斤活性化学剂／公吨纤维的比率，添加得自Witco公司的柔软剂／解离剂，C-6092。在另外混合20分钟之后，利用带式压榨机使浆液脱水至约32％的浓度。将来自脱水过程的滤液用作随后批料的碎浆机的补充水，但不随浆料制备或薄页纸制造过程向前输送。然后，利用80千瓦的输入功率，使增浓的纸浆通过分散器，并且出口浆温约180°F，以便使纤维卷曲。在分散操作之后，将浆料储存在高密度浆池中，直至薄页纸制备时需要为止。

利用如实施例1所述的三层网前箱，制备单层、非起皱、穿透干燥的薄页纸。两外层用的配料由化学处理过的32％的桉树纤维／损纸／纸卷原纸掺混物组成，所述掺混物已用新鲜水在浆池中再次搅拌稀释至3％的浓度。中心层配料由利用2马力天／公吨的输入能量进行精制的100％针叶木纤维组成，向其中添加5．8公斤／公吨的Parez 631NC，用于干强度的控制。通过调节中心层与外层配料的比率而实现对最终产品干强度的控制。

纸页的风干定量约27．5gsm。在纸页中最终的纤维比率为：17％针叶木纤维(在中心层中)和83％桉树纤维／损纸／纸卷原纸掺混物(外层)。薄页纸的最终强度为：每3英寸宽802克(几何平均抗张强度)。

                      实施例3

就本实施例而言，利用图2所示改进的化学剂添加法，首先用粘结剂对配料进行处理，利用分散器对纤维进行机械改性，然后，用柔软剂／解离剂对配料进行处理。将化学处理过的配料用作多纤维、三层薄页纸结构的一种配料。由于改进的化学剂添加法在薄页纸成形期间从水相中除去了绝大多数非留着的柔软剂／解离剂，因此，与利用实施例1所述的常规化学剂添加法，用相同柔软剂制得的薄页纸相比，最终产品要强韧得多(在相同纤维组分时)，这是因为，在分散操作期间，柔软剂／解离剂并不存在于配料上，对纤维有更为有效的能量转移。由于在分散期间赋予的纤维卷曲性，因此，这将导致比实施例2所示更高程度的解离。

在实施例3中，用于两外层的配料由70％桉树属纤维、29％薄页纸损纸和1％回用纤维纸卷原纸组成。在浆料制备期间，在碎浆期间掺混外层配料并以3．5％的浓度存放在浆池中。然后，用1公斤／公吨剂量的粘结剂Parez 631NC(得自Cytec Industries，Inc．)对配料进行处理。在使浆液混合20分钟之后，利用带式增浓压榨机使配料脱水至大于30％的浓度。然后，使增浓的纸浆通过80千瓦输入功率的分散器，并且浆温约180°F，以便使纤维卷曲。然后，将高浓、分散的纸浆储存在浆池中，直至生产出充足的数量为止。

为了用第二化学添加剂对配料进行处理，利用新鲜水和增浓滤液(包含未吸附的柔软剂／解离剂，如图2所示)的混合物将高浓纸浆稀释至3．5％的浓度。接着，用7．5公斤／公吨的柔软剂／解离剂C6092(得自Witco公司)对配料进行处理，并使之混合20分钟。然后利用带式压榨机将配料脱水至约32％的浓度。如前所述，将脱水过程的滤液用作高浓浆料稀释步骤的部分稀释水。在第二次增浓操作之后，将浆料存放在高密度储存浆池中，直至薄页纸制备期间需要时为止。

用如实施例1所述的三层网前箱，制备单层、非起皱、穿透干燥的薄页纸。两外层用的配料由化学处理过的32％的桉树纤维／损纸／纸卷原纸掺混物组成，所述掺混物已用新鲜水在浆池中再次搅拌稀释至3％的浓度。中心层配料由利用2马力天／公吨的输入能量进行精制的100％针叶木纤维组成，向其中添加5．8公斤／公吨的parez 631NC，用于干强度的控制。通过调节中心层与外层配料的比率而实现对最终产品干强度的控制。

纸页的风干定量约27．5gsm。在纸页中最终的纤维比率为：24％针叶木纤维(在中心层中)和76％桉树纤维／损纸／纸卷原纸掺混物(外层)。薄页纸的最终强度为：每3英寸宽806克(几何平均抗张强度)。

                        实施例4

除了将15公斤／公吨C6092柔软剂／解离剂添加外层配料中(而不是实施例3的7．5公斤／公吨)以外，本实施例与实施例3相同。由于改进的化学剂添加法在薄页纸成形期间从水相中除去了绝大多数未留着的柔软剂／解离剂，因此，在相同抗张强度和纤维组成时，最终产品包含比实施例1所述的产品多55％的柔软剂／解离剂。

浆料制备和薄页纸制备步骤与实施例3相同。纸页的风干定量为27．5gsm。在纸页中最终的纤维比率为：31％针叶木纤维(在中心层中)和69％桉树纤维／损纸／纸卷原纸掺混物(外层)。薄页纸的最终强度为：每3英寸宽795克(几何平均抗张强度)。

下表面1所示的数据表明：在实施例4所述的处理条件下，能制得几何平均抗张强度为每3英寸宽约800克(每3英寸宽795克)的层状薄页纸，通过使用改进的化学剂添加法，所述实施例4的薄页纸包含31％的针叶木纤维和5．9公斤／公吨留着的C-6092柔软剂／解离剂。当利用实施例1所述的常规化学剂添加法，以及除此之外相同的制备条件时，几何平均抗张强度为每3英寸宽约800克的层状薄页纸包含32％的针叶木纤维，但只包含3．8公斤／公吨留着的C6092柔软剂／解离剂。可以设想的是，在相同薄页纸强度时C-6092留着量差异的原因是：由于在常规化学剂添加法中未吸附C-6092的解离性有损中心层中针叶木纤维的强度增加。因此，需要更多的针叶木纤维来取得相同的成品抗张强度。

通过使用改进的化学剂添加法，能以目标强度值生产薄页纸纤维／化学剂混合物，而利用常规化学剂添加法将不能实现。在实施例2-4中，通过调节针叶木和阔叶木纤维的相对用量，生产出了总体恒定的定量和强度的薄页纸。当然，可能有各种变更，如保持总体恒定的强度和针叶木／阔叶木比例，和调节定量。

                  表1

              实施例1-4

       强度                         解离剂       解离剂实施例    (g／3″)   ％中心层  ％外层      添加量       留着量1         800           32       68      4．4        3．82         802           17       83      6．2        4．63         806           24       76      5．7        3．84         795           31       69      10．4       5．9

表1中，“强度”指的是几何平均抗张强度，就本发明而言，它是根据下式计算的：[(MD抗张强度)(CD抗张强度)]^1／2。薄页纸样的“MD抗张强度”是：当薄页纸幅在纵向加应力时，在破坏时每试样宽度负载量的常规测量，它是本领域普通技术人员所已知的。同样地，“CD抗张强度”是在横向测量的类似的测量值。利用3英寸爪宽，爪间距为4英寸，十字速度为10英寸／分，利用Instron抗张强度测试仪测量MD和CD抗张强度。在测试之前，将试样保持在TAPPI条件(73°F，50％相对湿度)下为时4小时。以每3英寸宽的克数(在破坏时)为单位记录抗张强度值。

％中心层和％外层指的是在相应层中纤维的重量百分比。

解离剂添加量反映添加至配料中的化学添加剂，以每公吨整个纸页中的公斤计。这是基于添加至外层配料中的量和最终纸页中外层配料中的量来计算的。

留着的解离剂反映吸附至薄页纸上化学添加剂的量。留着的解离剂能利用适合于添加至薄页纸中的咪唑啉基化学添加剂如Witco C-6092的下列程序来测定。该程序涉及百分添加量，在表1中已转换成公斤／公吨(乘以10)。通常，对薄页纸试样进行称重，并在环境条件下，用平板摇动器于密闭容器中萃取一定的时间。在萃取之后，取出薄页纸并使萃取物沉积。然后，通过紫外分光计对萃取物进行分析。在计算出百分萃取量之后，通过参考如下所述得到的添加量关系曲线，能测定百分添加量。

使用下列设备和化学剂：吸移管，1、3、5、10和100毫升；量瓶，100和1000毫升；密闭容器，例如试样杯；平板摇动器，如轨道平板摇动器(LabLine Orbital Shaker Model No．3590，Lab Line Instruments．Inc．)；紫外分光计(Hewlett Packard Model 8451 A Diode Array Spectrophotometer，HewlettPackard)；甲醇，试剂级；咪唑啉，标准的，如Witco C-6092；烧杯，30毫升；和与被测试薄页纸的不同之处仅在于不含被测试化学添加剂的对比薄页纸。

制备浆料标准的咪唑啉溶液(1000ppm活性物)：称量0．1250克C-6092(80％活性物)加入到30毫升的烧杯中；利用甲醇定量转移至100毫升的容量瓶中；并用甲醇稀释至刻度，然后反转若干次。

制备标准的咪唑啉溶液(10、30、50、100ppm)：将1、3、5、和10毫升的1000ppm的浆料标准咪唑啉溶液加入到四个100毫升的容量瓶中；并用甲醇稀释至刻度。该标准液分别是：10、30、50和100ppm。

作出材料溶液曲线：利用调至238纳米波长处的UV分光光度计，参考使用甲醇试样的仪器。读取标准溶液(10、30、50和100ppm)的吸光度，然后，作出浓度对吸光度的曲线。制出数据的一阶方程式拟合。

制备掺料溶液(1000和5000ppm)：称量1．250克和6．250克的C-6092，并加入到50毫升的烧杯中；利用蒸馏水定量转移至1000毫升的容量瓶中，充分摇匀并在稀释至刻度之前使之溶解。如果出现过多的泡沫，先冲至容量瓶的主杆部并添加少量甲醇以除去泡沫，然后稀释至刻度，再反转若干次。这样便制得了1000ppm和5000ppm的掺料溶液。

制出添加量关系曲线：对于各个添加量和空白试验，最少进行三次平行测定。为制出曲线，至少应当有四个添加量值。用蒸馏水制备掺料溶液，以致使，加料样品能在60℃炉中干燥。

称量5．00克对比薄页纸，加入试样容器中。为了四个量值，三次平行测定，和空白试验，制备15份试样。通常的曲线应当是基于薄页纸重量的0．1、0．3、0．8、和1．0％的C-6092添加量。

用掺料溶液对试样进行加料并在60℃的炉中干燥48小时。使用吸移管。例如：

对于5．00克薄页纸掺料溶液的体积

添加量	1000ppm	5000ppm
			空白	0mL	0mL
0．1％	5mL	--
			0．3％	15mL	--
0．8％	--	8mL
			1．0％	--	10mL

利用吸移管添加100毫升甲醇并将容器密封。放置于平板摇动器中并萃取半小时。取出薄页纸并使萃取物沉积。利用吸移管除去上清液，并装填分光光度计的比色杯。利用UV分光计测量238纳米处的吸光度。可能需要1-10倍的稀释度以保留在标准曲线内。可以用或不用这样的稀释度读取空白试验值。用空白试验读数减去平均吸光度读数。对于1／10稀释度的试样，使用1／10稀释度的空白读数，而对于未稀释的试样使用未稀释的空白读数。

然后，按照如下所述，根据标准曲线(咪唑啉)的ppm读数计算百分萃取值：

％萃取值(未稀释)=ppm读数×0．1×100／5000。

％萃取值(1／10稀释度)=ppm读数×0．1×10×100／5000。

利用百分萃取值(y-轴)对相应的添加量(x-轴)，作出添加关系曲线。选择最拟合的曲线(一阶或二阶)。

试样分析：称取5．00克试样置于试样容器中，并添加100毫升甲醇。然后放置于平板摇动器上萃取半小时。取出薄页纸并使之沉淀。在238纳米处读取萃取物并减去平均空白吸光度读数。由标准曲线计算ppm，然后计算出百分萃取值。

在238纳米处咪唑啉具有一峰值吸光度。尽管空白薄页纸萃取物在238纳米处没有峰值吸光度，但却有干扰定量分析的某些吸光度。空白试验很容易再现并且能在测量时扣除。重要的是，试样重量、甲醇体积，以及萃取时间需保持恒定。必须根据不同的薄页纸试样来制作添加量关系曲线，这是因为用于薄页纸制法中的各种化学剂将会影响咪唑啉的粘结，并因此影响回收。百分添加量还将影响百分回收率；利用各种添加量，在制作关系曲线时将有助于确定添加量值。

                       实施例5

为更好的说明改进的化学剂添加法从造纸过程的配料中除去未吸附化学剂的能力，曾进行实验室规模的试验。该试验的目的在于说明：不使用改进的添加法的体系中有多少存在的未吸附化学剂的数量，并且将其与利用改进的方法添加相同量化学剂的体系进行比较。在该试验中使用的配料是100％的桉树纤维。所使用的化学添加剂为C-6092，得自Witco公司的柔软剂／解离剂。添加量以干纤维计为0．5％和1．0％活性解离剂。

0．5％添加量的试验：步骤1

在该试验中，利用机械混合器对1800克浓度为2．5％的纤维浆料(45克干纤维)进行搅拌。搅拌下，以1％活性物溶液形式将适量的C-6092化学剂添加至所述纤维浆料中。0．5％装载量所需1％活性物C-6092的体积为22．5毫升。在搅拌15分钟之后，取出600毫升浆料，分布在一板上，以便在防护罩下于室温进行干燥该试样被称为1A。

步骤2

利用Whatman 4滤纸和瓷漏斗装置，对余下的1200克浆料进行过滤。该过滤步骤模拟图1所示改进化学剂添加法的脱水步骤。将过滤垫(约25％浓度)分成约相等质量的两部分。将一部分置于防护罩下于室温进行干燥。该试样被称为2A。

步骤3

利用蒸馏水，将另一半过滤垫(约600克)再次分散至2．5％的浓度。对浆料机械搅拌15分钟，然后利用Whatman 4滤纸和瓷漏斗装置进行过滤。该过滤步骤模拟在薄页纸机成形区和真空脱水区中所发生的脱水。将过滤垫置于防护罩下于室温进行干燥。该试样被称为3A。

1．0％添加量的试验

利用1．0％添加量的C-6092,重复步骤1-3。相应的试样分别称为1B、2B和3B。

利用甲醇萃取，对所有试样的C-6092含量进行分析，然后在238纳米处进行UV分光光度分析，并与已知校正曲线的吸光度进行对比。结果列于下表中。

               试样序号

	1A	2A	3A	1B	2B	3B
							C-6092含量(％)	0．51	0．30	0．28	1．05	0．73	0．68

结果表明了利用改进的化学剂添加法对减少配料中未吸附解离剂量的影响。对比试样1A和2A的C-6092含量表明：41％的化学剂没有充分地留着在纤维上，并在脱水期间被除去。如果使用常规调浆箱化学剂添加法，配料中未吸附的化学剂可自由地污染其它纤维物流，并造成先前所述的处理问题。然而，对比试样2A和3A的C-6092含量表明：在薄页纸机上模拟形成纸页的第二脱水步骤期间，留着的C-6092仅仅6％被附加除去。

当对比1B、2B和3B样品的C-6092含量时表明：原始1．0％化学剂添加量的30％在第一脱水步骤期间被除去，而且在第二脱水步骤期间仅7％被附加除去。

据信，模拟改进的化学剂添加法显示出了：明显降低造纸过程的水中的未吸附化学添加剂量的能力，同时对纤维部分保持高的化学剂留着率。

前面详细的说明只是说明性的。因此，在不违背本发明的构思和范围下可以作出许多改进和变更。例如，能使用替代或任选的装置作为实施方案一部分，从而获得另一实施方案。另外，两指定的部件可代表同一结构的一些部分。此外，还可以采用各种替代的方法和设备排列，特别是浆料的制备，网前箱，成形织物，纸幅传递，起皱和干燥。因此，本发明不被特定的所述实施方案所限定，而只由权利要求书和所有的等同物所限定。

Claims (35)

1．一种方法，包括：

形成包含水、纤维素纤维、以及可吸附的化学添加剂的纤维浆料；

对该纤维浆料进行脱水，以除去未吸附的化学添加剂；和

用新鲜水再次分散所述纤维。

2．一种方法，包括：

形成包含水、纤维素纤维、以及可吸附的化学添加剂的第一纤维浆料；

形成基本不含可吸附的化学添加剂的第二纤维浆料；

对第一纤维浆料进行脱水，以除去未吸附的化学添加剂；

用新鲜水再次分散第一纤维浆料中的纤维；和

利用层状网前箱形成纸产品，其中第一纤维浆料供至第一网前箱层，第二纤维浆料供至第二网前箱层。

3．权利要求1的方法，其中形成一种纤维浆料，它包括将可吸附的化学添加剂添加至包含水和纤维素纤维的水溶液中。

4．权利要求1或2的方法，其中将化学添加剂添加至水和纤维素纤维的浆料中，其添加量约5公斤／公吨或更多。

5．权利要求1或2的方法，其中脱水操作将纤维浆料的浓度增加至约30％或更高。

6．权利要求1或2的方法，其中再分散该纤维，将纤维浆料的浓度降至约5％或更低。

7．权利要求1或2的方法，还包括将除去的未吸附的化学添加剂从纤维浆料中分离出。

8．权利要求1或2的方法，其中新鲜水完全不含未吸附的化学添加剂。

9．权利要求1或2的方法，其中在添加化学添加剂之后，提供足够的停留时间，以使之吸附。

10．权利要求1或2的方法，其中，将除去的未吸附化学添加剂回用于对纤维浆料进行脱水之前的处理步骤中。

11．权利要求1或2的方法，其中可吸附的化学添加剂包括解离剂。

12．权利要求1或2的方法，其中可吸附的化学添加剂包括柔软剂。

13．权利要求1或2的方法，其中化学添加剂包括解离剂或柔软剂，并且一旦将化学添加剂添加至纤维浆料中，纤维浆料不经受高剪切的精制力。

14．权利要求1或2的方法，其中，用第二可吸附的化学添加剂对再分散的纤维浆料进行处理，进行第二次脱水，以便除去未吸附的化学添加剂，并第二次再分散。

15．权利要求14的方法，其中第二化学添加剂包括柔软剂。

16．权利要求14的方法，其中第二化学添加剂包括解离剂。

17．权利要求1的方法，还包括形成含许多层的纸产品，其中一层而不是全部的层由包含可吸附的化学添加剂的纤维浆料形成。

18．一种方法，包括：

形成包含水、纤维素纤维和第一可吸附的化学添加剂的纤维浆料；

使该纤维浆料脱水至约20％的浓度或更高；

使脱水的纤维浆料通过分散器以便对纤维进行机械处理；

用基本不含第一化学添加剂的新鲜水，将所述纤维浆料稀释至约5％或更低的浓度；

将包含解离剂或柔软剂的第二可吸附的化学添加剂添加至所述纤维浆料中；

使该纤维浆料脱水至约20％的浓度或更高；

用基本不含第二化学添加剂的新鲜水，将所述纤维浆料稀释至约5％或更低的浓度；

由该纤维浆料形成纸产品。

19．权利要求18的方法，其中，第一化学添加剂包含粘结剂。

20．一种利用权利要求1所述的方法生产的纤维配料，其中吸附至纤维上的化学添加剂量约为2公斤／公吨或更高，于水中的未吸附的化学添加剂的量为吸附至纤维上的化学添加剂量的约0-20％。

21．一种包含水、纤维素纤维、以及可吸附的化学添加剂的纤维配料，其中吸附至纤维上的化学添加剂量约为2公斤／公吨或更高，水中未吸附的化学添加剂的量为吸附至纤维上的化学添加剂量的约0-20％。

22．权利要求20或21的纤维配料，其中吸附至纤维上的化学添加剂的量约为3公斤／公吨，或更高。

23．权利要求22的纤维配料，其中，吸附至纤维上的化学添加剂的量约为4公斤／公吨，或更高。

24．权利要求22的纤维配料，其中吸附至纤维上的化学添加剂的量约为5公斤／公吨，或更高。

25．权利要求20或21的纤维配料，其中于水中的未吸附的化学添加剂的量为吸附至纤维上的化学添加剂量的约0-15％。

26．权利要求25的纤维配料，其中于水中的未吸附的化学添加剂的量为吸附至纤维上的化学添加剂量的约0-10％。

27．权利要求25的纤维配料，其中于水中的未吸附的化学添加剂的量为吸附至纤维上的化学添加剂量的约0-7％。

28．权利要求20或21的纤维配料，其中化学添加剂选自柔软剂、解离剂、干强度剂、湿强度剂以及不透明剂。

29．一种由权利要求12的配料制得的纸产品。

30．一种由权利要求1的方法制得的纸产品。

31．一种包含许多单元层的纸产品，所述纸产品由权利要求2的方法制得。

32．权利要求29或30的纸产品，其化学添加剂的留着率约为4公斤／公吨或更高。

33．权利要求32的纸产品，其化学添加剂的留着率约为5公斤／公吨或更高。

34．权利要求31的纸产品，包含主要由针叶木纤维组成的中心层和含约70％或更高阔叶木纤维的两个外层。

35．权利要求29或30的纸产品，其中该纸产品为层状薄页纸。

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