DE69530309T2

DE69530309T2 - Papierprodukte, die eine aus pflanzlichem oel bestehende chemische weichmachende zusammensetzung enthalten

Info

Publication number: DE69530309T2
Application number: DE69530309T
Authority: DE
Inventors: Van Dean PHAN; Dennis Paul TROKHAN
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2015-09-15
Also published as: CA2200182C; EP0782646A1; AU705927B2; TW300934B; ATE237029T1; AU3552795A; ZA957951B; MY132014A; WO1996009437A1; US5510000A; EP0782646B1; KR970706437A; CA2200182A1; BR9508972A; JPH10506157A; DE69530309D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Tissuepapierbahnen. Insbesondere betrifft sie weiche, absorbierende Tissuepapierbahnen, die in Papierhandtüchern, Windeln, Gesichtstüchern und Toilettenpapierprodukten verwendet werden können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Papierbahnen oder Blätter, die manchmal Tissue- oder Papiertissuebahnen oder Blätter genannt werden, werden in der modernen Gesellschaft verbreitet verwendet. Solche Gegenstände, wie Papierhandtücher, Windeln, Gesichts- und Toilettenpapiere sind kommerzielle Stapelware. Es wurde schon lange erkannt, dass drei wichtige physikalische Eigenschaften dieser Produkte ihre Weichheit, ihre Absorptionsfähigkeit, insbesondere ihre Absorptionsfähigkeit für wässrige Systeme, und ihre Festigkeit, insbesondere ihre Festigkeit im nassen Zustand, sind. Die Forschung und Entwicklung hat sich auf die Verbesserung jedes dieser Attribute, ohne dass die anderen schwerwiegend beeinträchtigt werden, als auch auf die Verbesserung von zwei oder drei Attributen gleichzeitig gerichtet.
Die Weichheit ist der taktile Eindruck, der von einem Konsumenten wahrgenommen wird, wenn er/sie ein spezielles Produkt hält, es gegen seine/ihre Haut reibt oder es in seiner/ihrer Hand zerknüllt. Dieser taktile Eindruck ist ein Kombination mehrerer physikalischer Eigenschaften. Als einer der wichtigeren physikalischen Eigenschaften, der sich auf die Weichheit bezieht, wird von Fachleuten die Steifigkeit der Papierbahn, aus der das Produkt hergestellt ist, betrachtet. Die Steifigkeit wird gewöhnlicherweise als direkt abhängig von der trockenen Zugfestigkeit der Bahn und der Steifigkeit der Fasern, die die Bahn bilden, betrachtet.
Die Festigkeit ist die Fähigkeit des Produkts und seiner es bildenden Bahnen, eine physikalische Integrität beizubehalten und einem Reißen, Bersten und Zerkleinern unter den Gebrauchsbedingungen, insbesondere wenn es nass ist, zu widerstehen.
Die Absorptionsfähigkeit ist das Maß für die Fähigkeit des Produkts und seiner es bildenden Bahnen, Mengen von Flüssigkeit, insbesondere wässrige Lösungen oder Dispersionen, zu absorbieren. Die gesamte Absorptionsfähigkeit, wie sie von einem menschlichen Konsumenten wahrgenommen wird, wird allgemein als eine Kombination der gesamten Menge der Flüssigkeiten, die eine vorgegebene Masse des Tissuepapiers bei der Sättigung absorbiert, als auch der Rate, mit der die Masse die Flüssigkeit absorbiert, angesehen.
Die Verwendung von Nassfestigkeitsharzen, um die Festigkeit einer Papierbahn zu erhöhen, ist wohl bekannt. Beispielsweise beschreibt Westfelt eine Anzahl solcher Materialien und diskutiert ihre chemische Beschaffenheit in Cellulose Chemistry and Technology, Band 13 auf den Seiten 813 bis 825 (1979). Freimart et al. erwähnen in der US-A-3,755,220, die am 28. August 1973 erteilt wurde, dass gewisse chemische Zusatzstoffe, die als Entbindungsmittel bekannt sind, mit der natürlichen Faser-zu-Faser-Bindung, die während der Ausbildung des Blattes im Papierherstellungsverfahren auftritt, wechselwirkt. Diese Reduktion in der Bindung führt zu einem weicheren oder weniger harten Blatt des Papiers. Freimark et al. geben weiter die Verwendung von Nassfestigkeitsharzen, um die Nassfestigkeit des Blatts zu erhöhen, in Verbindung mit der Verwendung von Entbindungsmitteln, um unerwünschte Wirkungen des Nassfestigkeitsharzes zu kompensieren, an. Diese Entbindungsmittel vermindern die trockene Zugfestigkeit, wobei aber auch im allgemeinen eine Reduktion der nassen Zugfestigkeit auftritt.
Shaw lehrt in der US-A-3,821,068, die am 28. Juni 1974 erteilt wurde, auch dass chemische Entbindungsmittel verwendet werden können, um die Steifigkeit zu reduzieren, um somit die Weichheit einer Tissuepapierbahn zu erhöhen.
Chemische Entbindungsmittel wurden in verschiedenen Dokumenten, wie der US-A-3,554,862, die an Hervey et al. am 12. Januar 1971 erteilt wurde, beschrieben. Diese Materialien umfassen quartäre Ammoniumsalze, wie Trimethylcocoammoniumchlorid, Trimethyloleylammoniumchlorid, Di(hydriertes)Tallowdimethylammoniumchlorid und Trimenthylstearylammoniumchlorid.
Emanuelsson et al.. lehren in der US-A-4,144,122, die am 13. März 1979 erteilt wurde, die Verwendung von komplexen quartären Ammoniumverbindungen, wie Bis(Alkoxyl(2-Hydrolx)Porpylen) quartären Ammoniumchloriden, um die Bahnen weich zu machen. Diese Autoren versuchen auch jede Abnahme in der Absorptionsfähigkeit, die durch die Entbindungsmittel verursacht wird, durch die Verwendung eines anionogenen grenzflächenaktiven Stoffs, wie Ethylenoxid und Propylenoxid Addukten der Fettalkohole, zu überwinden.
Die Armak Company aus Chicago, Illinois beschreibt in ihrem Bulletin 76-17 (1977), dass die Verwendung von Dimethyl-Di(hydriertem)Tallowammoniumchlorid in Kombination mit Fettsäureester der Polyoxyethylenglycole Tissuepapierbahnen sowohl eine Weichheit als auch eine Absorptionsfähigkeit verleihen kann.
Ein beispielhaftes Ergebnis der Forschung, die auf verbesserte Papierbahnen gerichtet ist, ist in der US-A-3,301,746, die an Sanford und Sisson am 31. Januar 1967 erteilt wurde, beschrieben. Trotz der hohen Qualität der Papierbahnen, die durch das Verfahren, das in diesem Patent beschrieben wurde, gemacht wurden, und trotz des kommerziellen Erfolgs der Produkte, die aus diesen Bahnen gebildet wurden, haben sich die Bemühungen der Forschung auf das Finden verbesserter Produkte fortgesetzt.
Beispielsweise beschreibt Becker et al.. in der US-A-4,158,594, die am 19. Januar 1979 erteilt wurde, ein Verfahren, von dem sie behaupten, dass es eine feste, weiche Faserschicht bildet. Insbesondere lehren sie, dass die Festigkeit einer Tissuepapierbahn (die durch das Hinzufügen von chemischen Entbindungsmitteln weich gemacht werden kann) durch das Anhaften einer Oberfläche der Bahn während der Verarbeitung an eine Kreppoberfläche in einer fein gemusterten Anordnung durch ein Bindungsmaterial (wie eine Acryl-Latex-Gummi-Emulsion, ein wasserlösliches Harz oder ein elastisches Bindungsmaterial), das an eine Oberfläche der Bahn und an die Kreppoberfläche in der fein gemusterten Anordnung angehaftet wurde, und das Kreppen der Bahn von der Kreppoberfläche um das flächenförmige Material auszubilden, erhöht werden kann.
Konventionelle quartäre Ammoniumverbindungen, wie die wohl bekannten Dialkyldimethylammoniumsalze (beispielsweise Ditallow-Dimethyl-Ammoniumchlorid, Ditallow-Dimethyl-Ammoniummethylsulfat, Di(hydriertes)-Tallow-Dimethylammoniumchlorid etc.), sind wirksame chemische Weichmacher. Beispielsweise beschreibt die WO 93/09287 ein weiches absorbierendes Tissue mit einer hohen permanenten Nassfestigkeit, das eine quartäre Ammoniumverbindung, einen Polyhydroxy-Weichmacher und ein permanentes Nassfestigkeitsharz aufweist. Unglücklicherweise können diese quartären Ammoniumverbindungen Gegenstand von Geruchsproblemen sein, und es kann auch sein, dass sie schwierig zu dispergieren sind. Die Anmelder haben entdeckt, dass quartäre Ammoniumsalze auf Pflanzenölbasis als chemisches Weichmacher für das Erhöhen der Weichheit von Faserzellulosematerialien auch wirksam sind. Tissuepapier, das mit quartären Weichmachern auf Pflanzenölbasis hergestellt wurde, zeigte eine gute Weichheit und Absorptionsfähigkeit mit einem im Verhältnis zu einem Tissue, das mit quartären Weichmachern auf tierischer Basis hergestellt wurde, verbesserten Geruch. Zusätzlich kann durch die gute Fluidität (niedrige Schmelzpunkte) der quartären Weichmacher auf Pflanzenölbasis eine gute Dispersion mit einer nur minimalen oder gar keinen Verwendung eines Verdünnungsmittels erzielt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, weiche, absorbierende Toilettenpapierprodukte zu liefern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, weiche, absorbierende Gesichtstuchpapierprodukte zu liefern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, weiche, absorbierende Papierhandtuchprodukte zu liefern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, ein Verfahren für das Herstellen eines weichen absorbierenden Tissues (beispielsweise eines Gesichtstuchs und/oder eines Toilettenpapiers) und von Papierhandtuchprodukten bereit zu stellen.
Diese und andere Aufgaben werden unter Verwendung der vorliegenden Erfindung gelöst, wie das aus dem Lesen der folgenden Beschreibung leicht erkenntlich wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung liefert weiche, absorbierende Papierprodukte. Kurz gesagt umfassen die weichen Papierprodukte:

(a) Zellulosepapiermacher-Fasern; und
(b) von ungefähr 0,005 Gewichtsprozent bis ungefähr 5,0 Gewichtsprozent der Zellulosepapiermacher-Fasern einer quartären Ammoniumweichmacherverbindung, die die folgende Formel aufweist: (R)4-m – N+ – [R2]m X wobei m gleich 1 bis 3 ist; jedes R eine C₁–C₆ Alkylgruppe, Hydroxyalkylgruppe, Hydrocarbylgruppe, eine substituierte Hydrocarbylgruppe, Benzylgruppe oder Mischungen daraus ist; jedes R² ein C₁₁–Ca₂₃ Hydrocarbyl oder ein substituierter Hydrocarbylsubstituent ist; und X^- ein Weichmacher-kompatibles Anion ist; wobei der R² Teil der Weichmacherverbindung aus C₁₈-C₂₄ Fettacylgruppen, die eine Jodzahl von 10 bis weniger als 100 aufweisen, gewonnen wird. Die Fettacylgruppen werden aus Pflanzenölquellen gewonnen.

Vorzugsweise wird die quartäre Ammoniumverbindung mit einem flüssigen Träger auf eine Konzentration von ungefähr 0,01 Gewichtsprozent bis ungefähr 25,0 Gewichtsprozent verdünnt, bevor sie dem Faserzellulosematerial hinzugefügt wird. Vorzugsweise liegt die Temperatur des flüssigen Trägers zwischen ungefähr 30°C und ungefähr 60°C. Vorzugsweise werden mindestens 20% der quartären Ammoniumverbindungen, die der Faserzellulose hinzugefügt werden, gehalten.
Beispiele bevorzugter quartärer Ammoniumverbindungen, die für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Verbindungen, die die folgenden Formeln aufweisen:
(CH₃)₂ – N⁺ – (C₁₈H₃₅)₂ X^- und
(CH₃) ₂ – N⁺ – (C₂₂H₄₃) ₂ X^-
Diese Verbindungen können als Dioleyldimethyl-Ammoniumchlorid (das ist Di-(Octadec-z-9-Enyl)-Dimethylammoniumchlorid) (DODMAC) beziehungsweise Dierucyldimethyl-Ammoniumchlorid (das ist Di(Docos-z-13-Enyl)Dimethylammoniumchlorid) (DEDMAC) betrachtet werden. Es sollte verständlich sein, dass da das Oleyl und die Erucylfettacylgruppen aus natürlich vorkommenden Pflanzenölen (beispielsweise Olivenöl, Rübsamenöl etc.) gewonnen werden, kleinere Menge anderer Fettacylgruppen auch vorhanden sein können. Für eine Diskussion der verschiedenen Zusammensetzungen der natürlich vorkommenden Pflanzenöle sehe man in Baileys Industrial Oil and Fat Productx, 3. Auflage, John Wiley and Sons (New York 1964) nach. In Abhängigkeit von den Anforderungen an die Produkteigenschaften kann der Sättigungspegel der Fettacylgruppen der Pflanzenöle maßgeschneidert werden.
Kurz gesagt umfasst das Verfahren für das Herstellen der Tissuepapierbahnen der vorliegenden Erfindung die Schritte der Ausbildung eines Papierherstellungsrohstoffs aus den vorher erwähnten Komponenten, das Ablagern des Papierherstellungsrohstoffs auf einer foraminösen Oberfläche, wie einem Fourdrinier-Drahtgitter, und das Entfernen des Wasser aus dem abgelagerten Rohstoff.
Alle Prozentangaben, Verhältnisse und Proportionen beziehen sich hier auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Während diese Beschreibung mit den Ansprüchen schließt, die speziell den Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, angeben und genau beanspruchen, wird angenommen, dass die Erfindung aus dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und der angefügten Beispiele besser verständlich wird.
Die Ausdrücke Tissuepapierbahnen, Papierbahn, Bahn, Papierblatt und Papierprodukt beziehen sich alle auf Blätter aus Papier, die durch ein Verfahren hergestellt werden, dass die Schritte der Ausbildung eines wässrigen Papierherstellungsrohstoffs, das Ablagern dieses Rohstoffs auf einer foraminösen Oberfläche, wie einem Fourdrinier-Drahtgitter, und das Entfernen des Wassers aus dem Rohstoff, beispielsweise durch eine Entwässerung mittels der Schwerkraft oder mit Vakuumunterstützung mit oder ohne ein Pressen und durch ein Verdunsten,umfasst.
Der wässrige Papierherstellungsrohrstoff, wie er hier verwendet wird, ist ein wässriger Brei aus Papierherstellungsfasern und den Chemikalien, die hier später beschrieben werden.
Der erste Schritt im Verfahren dieser Erfindung besteht in der Ausbildung eines wässrigen Papierherstellungsrohstoffs. Der Rohstoff umfasst Papierherstellungsfasern (die hier manchmal als Holzzellstoff bezeichnet werden), und mindestens eine quartäre Ammoniumverbindung auf Pflanzenölbasis, wobei dies alles nachfolgend beschrieben wird.
Es sei vorweggenommen, dass Holzzellstoff in allen seinen Varietäten normalerweise die Papierherstellungsfasern, die in dieser Erfindung verwendet werden, enthält. Andere Zellulosefasermassen, wie Baumwolllinters, Zuckerrohr, Reyon etc., können auch verwendet werden und sind hier nicht ausgeschlossen. Holzzellstoffe, die hier verwendet werden können, umfassen chemische Zellstoffe, Kraft-, Sulfit- und Sulfat-Zellstoffe, als auch mechanische Zellstoffe, die beispielsweise zerkleinertes Holz, thermomechanische Zellstoffe und chemisch modifizierte thermomechanische Zellstoffe (CTMP) enthalten. Zell stoffe, die aus Laubbäumen als auch aus Nadelbäumen gewonnen werden, können verwendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung sind auch Fasern verwendbar, die aus recyceltem Papier gewonnen werden, das manche oder alle der oben erwähnten Kategorien als auch andere nicht faserförmige Materialien, wie Füllstoffe und Haftmittel, die verwendet wurden, um die ursprüngliche Papierherstellung zu erleichtern, enthalten kann. Vorzugsweise umfassen die Papierherstellungsfasern, die in dieser Erfindung verwendet werden, Kraft-Zellstoff, der aus nordischen Weichhölzern gewonnen wurde.
(A) Quartäre Ammoniumverbindung
Die vorliegende Erfindung enthält eine wesentliche Komponente von ungefähr 0,005 Gewichtsprozent bis ungefähr 5,0 Gewichtsprozent, noch besser von ungefähr 0,03 Gewichtsprozent bis ungefähr 0,5 Gewichtsprozent auf einer trockenen Faserbasis einer quartären Ammoniumverbindung, die die folgende Formel aufweist: 11

(a) Zellulosepapiermacher-Fasern; und
(b) von ungefähr 0,005 Gewichtsprozent bis ungefähr 5,0 Gewichtsprozent der Zellulosepapiermacher-Fasern einer quartären Ammoniumweichmacherverbindung, die die folgende Formel aufweist: (R)4-m – N+ – [R2]m X wobei m gleich 1 bis 3 ist; jedes R eine kurzkettige C₁–C₆ Gruppe, vorzugsweise eine C₁–C₃ Alkylgruppe, beispielsweise Methyl (am meisten bevorzugt), Ethyl, Propyl und dergleichen, eine Hydroxyalkylgruppe, Hydrocarbylgruppe, eine substituierte Hydrocarbylgruppe, eine Benzylgruppe oder Mischungen daraus ist; jedes R² ein langkettiges, zumindest teilweise ungesättigtes (IV von 0 bis weniger als 100, vorzugsweise von 10 bis 85) C₁₁–C₂₃ Hydrocarbyl oder ein substituierter Hydrocarbylsubstituent ist, und das Gegenion X^- jedes Weichmacher-kompatibles Anion, beispielsweise Acetat, Chlorid, Bromid, Methylsulfat, Format, Sulfat, Nitrat und dergleichen ist.

Vorzugsweise wird der Großteil vom R² Teil aus der Gruppe ausgewählt, die aus Fettacylen, die mindestens 90% C₁₈, C₂₂ enthalten, und Mischungen daraus besteht.
Die quartäre Ammoniumverbindungen, die mit voll gesättigten Acylgruppen hergestellt werden, stellen ausgezeichnete Weichmacher dar. Es wurde nun jedoch herausgefunden, dass Verbindungen, die mit mindestens teilweise ungesättigten Acylgruppen hergestellt werden (das ist IV von 10 bis weniger als 100, vorzugsweise weniger als 85, noch besser von 10 bis 85), die aus Pflanzenölquellen gewonnen werden, viele Vorteile (wie eine bessere Fluidität) aufweisen, und die für Konsumprodukte sehr akzeptabel sind, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt werden.
Variablen, die eingestellt werden müssen, um die Vorteile der Verwendung ungesättigter Acylgruppen zu erhalten, umfassen die Jodzahl (IV) der Fattacylgruppen und die cis/trans-Isomergewichtsverhältnisse in den Fettacylgruppen. Alle Bezugnahmen auf IV-Werte beziehen sich im nachhinein auf die IV (Jodzahl) der Fettacylgruppen und nicht auf die sich ergebende quartäre Ammoniumverbindung.
Vorzugsweise werden diese quartären Ammoniumverbindungen aus Fettacylgruppen hergestellt, die eine IV von 10 bis 25, vorzugsweise von 15 bis 20, und ein cis/trans-Isomergewichtsverhältnis von mehr als ungefähr 30/70, vorzugsweise von mehr als ungefähr 50/50, noch besser von mehr als ungefähr 70/30 aufweisen, die bei niedrigen Temperaturen lagerungsbeständig sind. Diese cis/trans-Isomergewichtsverhältnisse liefern eine optimale Konzentrierbarkeit in diesen IV-Bereichen. Im IV-Bereich über ungefähr 25 ist das Verhältnis des cis zum trans Isomer weniger wichtig, es sei denn, dass höhere Konzentrationen benötigt werden. Die Beziehung zwischen der IV und der Konzentrierbarkeit werden nachfolgend beschrieben.
Im allgemeinen führt die Hydrierung von Fettsäuren, um die mehrfach ungesättigten Verbindungen zu reduzieren, und um die IV zu erniedrigen, um eine gute Farbe zu gewährleisten, zu einem hohen Grad einer trans-Konfiguration im Molekül. Somit können die quartären Ammoniumverbindungen, die aus Fettacylgruppen, die geringe IV-Werte aufweisen, gewonnen werden, durch das Mischen der voll hydrierten Fettsäure mit leicht hydrierter Fettsäure in einem Verhältnis, das eine IV von ungefähr 5 bis ungefähr 25 liefert, hergestellt werden. Der Gehalt mehrfach ungesättigter Verbindungen der kaum gehärteten Fettsäure sollte vorzugsweise bei weniger als ungefähr 30%, noch besser bei weniger als ungefähr 10% und am besten bei weniger als ungefähr 5% liegen. Diese Prozentsätze der mehrfach ungesättigten Verbindungen bezieht sich hier auf die Anzahl der Fettsäuregruppen (oder Fettacylgruppen), die mehrfach ungesättigt sind, pro 100 Gruppen. Während der geringe Härtung werden die cis/trans Isomergewichtsverhältnisse durch Verfahren gesteuert, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, wie beispielsweise einem optimalen Mischen unter Verwendung spezieller Katalysatoren, das Bereitstellen einer hohen Verfügbarkeit von H₂ , etc.
Synthese einer quartären Ammoniumverbindung
Die Synthese einer bevorzugten quartären Ammoniumverbindung, die hier verwendet wird, kann durch das folgende Zweischrittverfahren erzielt werden: Schritt A. Synthese des Amins
RCl = gewonnen aus Ölsäuren oder Erucasäuren Amine
N-Methyldiamin (440,9 g, 3,69 Mol) und Triethylamin ( 561,2 g, 5,54 Mol) werden in CH₂Cl₂ (121) in einem dreihalsigen Glaskolben mit 22 Litern Inhalt, der mit einem zusätzlichen Trichter, einem Thermometer, einer mechanischen Rührvorrichtung, einem Kondensator und einem Argonsweep versehen ist, gelöst. Das Fettsäurechlorid auf Pflanzenölbasis (2,13 kg, 7,39 Mol) wird in 2 Liter CH₂Cl₂ gelöst und der Aminlösung langsam zugegeben. Die Aminlösung wird dann auf 35°C erhitzt, um das Fettacylchlorid in Lösung zu halten, wenn es hinzugegeben wird. Das Hinzugeben des Säurechlorids erhöht die Reaktionstemperatur für einen Reflux (40°C). Das Hinzufügen des Säurechlorids geschieht langsam genug, um den Reflux aufrecht zu halten, aber nicht so schnell, dass das Methylenchlorid oben aus dem Kondensator verloren geht. Das Hinzufügen sollte über eine Zeitdauer von 1,5 Stunden erfolgen. Die Lösung wird im Reflux für zusätzliche 3 Stunden erhitzt. Die Wärme wird weggenommen, und das Reaktionsgemischt für 2 Stunden umgerührt, um auf Raumtemperatur abzukühlen. CHCl₃ (12 Liter) wird hinzugefügt. Diese Lösung wird mit einer Gallone ungesättigter NaCl und 1 Gallone ungesättigter Ca(OH)₂ gewaschen. Die organische Schicht kann sich über Nacht bei Raumtemperatur absetzen. Sie wird dann drei Mal mit 50% K₂CO₃ (jeweils 2 Gallonen) extrahiert. Darauf folgt ein Waschen mit zweimal gesättigter NaCl (jeweils 2 Gallonen, 7,5 Liter). Jede Emulsion, die während dieser Extraktionen ausgebildet wurde, wird durch das Hinzufügen des CHCl₃ und/oder einem gesättigten Salz und dem Erhitzen in einem Dampfbad gelöst. Die organische Schicht wird dann mit MgSO₄ getrocknet, gefiltert und herab konzentriert. Das Ziel sind 2,266 kg des Oelyl oder Erucyl Vorläuferamins. TLC-Silika (75% Et₂O/25% Hexan an einem Ort bei Rf 0,69).
Schritt B. Quaternisierung
CH₃CN
Vorläufer-Amin + CH₃CL →(CH₃)₂ N⁺ (R)₂ Cl^- Das Oleyl/Erucyl-Vorläuferamin (2,166 kg, 3,47 Mol) wird in einem Dampfbad mit CH₃CN (1 Gallone, 3,78 Liter) erhitzt, bis es fluid wird. Die Mischung wird dann in einen mit Glas ausgekleideten Pflauderer-Rührreaktor, der CH₃CN (4 Gallonen, 37,8 Liter) enthält, gegossen. 11,34 kg (25 lbs, flüssig) werden mittels eines Rohrs erhitzt, und das Reaktionsprodukt wird für 6 Stunden auf 80°C erhitzt. Die CH₃CN/Amin-Lösung wird aus dem Reaktor entfernt, gefiltert, und der Feststoff darf bei Raumtemperatur über das Wochenende trocknen. Das Filtrat wird rotierend eingedampft, kann über Nacht an der Luft trocknen und wird mit dem anderen Feststoff kombiniert. Ziel: 2,125 kg weißes Pulver.
Die quartären Ammoniumverbindungen können auch durch andere Verfahren synthetisiert werden:
(C₂H₅) ₃N
(CH₃)-N-(H)₂ + 2 C₂₂H₄₃Cl → CH₃-N-[C₂₂H₄₃] ₂
0,6 Mol Diethanolmethylamin wird in einer 3 Liter Flasche mit 3-fachem Hals, die mit einem Refluxkondensator, einem Einlass für Argon (oder Stickstoff) und zwei zusätzlichen Trichtern versehen ist, gegeben. In einem zusätzlichen Trichter werden 0,4 Mol des Triethylamins platziert, und im zweiten zusätzlichen Trichter werden 1,2 Mol Erucylchlorid in einer 1 : 1 Lösung mit Methylenchlorid platziert. Methylenchlorid (750 ml) wird dem Reaktionsglaskolben, der das Amin enthält, hinzu gegeben und auf 35°C erhitzt (Wasserbad). Das Triethylamin wird tropfenweise zugegeben, und die Temperatur wird auf 40 bis 45°C unter Umrühren während einer halben Stunde erhöht. Die Erucyl-Chlorid / Methylenchlorid Lösung wird tropfenweise zugegeben und in einer inerten Atmosphäre über Nacht (12 bis 16 Stunden) auf 40 bis 45°C erhitzt.
Die Reaktionsmischung wird auf Raumtemperatur abgekühlt und mit Chloroform (1500 ml) verdünnt. Die Chloroformlösung des Produkts wird in einem getrennten Trichter (4 Liter) platziert und mit gesättigtem NaCl, verdünntem Ca(OH)₂, 50% K₂CO₃ (3-Mal)* und schließlich gesättigtem NaCl gewaschen. Die organische Schicht wird gesammelt und über MgSO₄ getrocknet, gefiltert, und die Lösungsmittel werden durch eine Rotationsverdampfung entfernt. Ein endgültiges Trocknen findet unter hohem Vakuum (0,25 mm Hg) statt.
* Man beachte: Die 50% K₂CO₃ Schicht wird nachfolgend die Chloroformschicht sein.
Schritt B. Quaternisierung
CH₃Cl
CH₃-N-[C₂₂H₄₃) ₂ → (CH₃)₂-N⁺ -[C₂₂H₄₃]₂ Cl 0,5 Mol des Methyldiethanoleruciatamins aus Schritt A wird in einer Sterilisierungsbuchse zusammen mit 200 bis 300 ml Acetonitril (anhydriert) platziert. Die Probe wird dann in den Sterilisator eingeschoben und drei Mal mit N₂ (16275 mm Hg / 21,4 ATM) und einmal mit CH₃Cl gereinigt. Das Reaktionsprodukt wird auf 80°C unter einem Druck von 3604 mm Hg / 4,7 ATM in CH₃Cl für 24 Stunden erhitzt. Die Buchse des Sterilisators wird dann von der Reaktionsmischung entfernt. Die Probe wird in Chloroform gelöst, und das
Lösungsmittel wird durch eine Rotationsverdampfung, gefolgt von einem Trocknen bei hohem Vakuum (0,25 mm Hg) entfernt.
Ein anderes Verfahren, mit dem die quartären Ammoniumverbindungen kommerziell hergestellt werden können, ist die Reaktion der Fettsäuren (beispielsweise Oleinsäuren, Erucasäuren etc.) mit Methyldiethanolamin. Wohl bekannte Reaktionsverfahren werden verwendet, um den Aminvorläuferstoff zu bilden.
Die quartäre Verbindung wird dann durch eine Reaktion mit Methylchlorid ausgebildet, wie das vorher diskutiert wurde.
Die obigen Reaktionsverfahren sind im Stand der Technik für die Produktion von quartären Ammoniumweichmacherverbindungen allgemein bekannt. Um die IV, die cis/trans-Verhältnisse und den Prozentsatz der nicht gesättigten Verbindung, die oben ausgeführt wurden, zu erreichen, müssen zusätzliche Modifikationen bei diesen Verfahren vorgenommen werden.
Mehrere Typen von Pflanzenölen (beispielsweise Olive, Rübsamen, Lacksaflor, Sonnenblumen, Soja, Wiesenschaum etc.) können als Quellen der Fettsäuren verwendet werden, um die quartäre Ammoniumverbindung zu synthetisieren. Vorzugsweise werden Olivenöle, Wiesenschaumkrautöle, stark öliges Lacksafloröl und/oder stark Eukasäure-haltige Rübsamenöle verwendet, um die quartäre Ammoniumverbindung zu synthetisieren. Es sollte verständlich sein, dass, da die Fettacylgruppen aus den natürlich vorkommenden Pflanzenölen (beispielsweise Ölivenöl, Rübsamenöl etc.) gewonnen werden, geringe Mengen anderer Fettacylgruppen auch vorhanden sein können. Für eine Diskussion der variablen Zusammensetzungen der natürlich vorkommenden Pflanzenöle siehe Baileys Industrial Oil and Fat Products, 3. Auflage, John Wiley and Sons (New York 1964).
Es ist wichtig, dass herausgefunden wurde, dass die auf Pflanzenöl basierende quartären Ammoniumverbindungen der vorliegenden Erfindung ohne die Verwendung von Dispersionshilfsmitteln, wie Benetzungsmitteln, dispergiert werden können. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass sich ihre überragenden Dispersionseigenschaften durch die gute Fluidität (niedrige Schmelzpunkte) der Pflanzenöle ergeben. Dies steht im Gegensatz zu konventionellen auf tierischem Fett (beispielsweise Talg) basierenden quartären Ammoniumverbindungen, die ein Dispersionshilfsmittel durch ihre relativ hohen Schmelzpunkte benötigten. Pflanzenöle liefern auch eine verbesserte oxidative und hydrophile Stabilität. Zusätzlich zeigen Tissuepapiere, die mit den auf Pflanzenöl basierenden Weichmachern hergestellt werden, eine gute Weichheit und Absorptionsfähigkeit mit im Vergleich zu Tissuepapier, das mit auf tierischen Stoffen basierenden Weichmachern hergestellt wurde, verbesserten Geruchseigenschaften.
Die vorliegende Erfindung ist auf Tissuepapier allgemein anwendbar, wobei dieses in nicht einschränkender Weise konventionelles mit Filz gepresstes Tissuepapier, in Mustern verdichtetes Tissuepapier, wie es beispielhaft im vorher erwähnten US-Patent von Sanford-Sisson und seinen Nachkommen angegeben ist, und voluminöses, nicht komprimiertes Tissuepapier, wie es beispielhaft in der US-A-3,812,000 Salvucci Jr., die am 21. mai 1974 erteilt wurde, angegeben ist, umfassen. Das Tissuepapier kann aus einer homogenen oder mehrlagigen Konstruktion hergestellt sein, und Tissuepapierprodukte, die daraus hergestellt sind, können einlagige oder mehrlagige Konstruktionen sein. Tissuestrukturen, die aus geschichteten Papierbahnen ausgebildet sind, werden in der US-A-3,994,771 von Morgan Jr. et al., die am 30. November 1976 erteilt wurde, beschrieben. Im allgemeinen wird eine nass gelegte, zusammengesetzte, weiche, voluminöse und absorbierende Papierstruktur aus zwei oder mehr Schichten eines Rohstoffs hergestellt, wobei diese vorzugsweise aus verschiedenen Fasertypen bestehen. Die Schichten werden vorzugsweise aus der Ablagerung getrennter Ströme verdünnter Faserbreie, wobei die Fasern typischerweise relativ lange Weichholzfasern und relativ kurze Hartholzfasern umfassen, wie sie bei der Tissuepapierherstellung verwendet werden, auf einem oder mehreren foraminösen Gittern, ausgebildet. Die Schichten werden nachfolgend kombiniert, um eine geschichtete Verbundbahn auszubilden. Die Schichtenbahn wird nachfolgend veranlasst, sich der Oberfläche eines offenen Netztrocknungsstoffes/Prägestoffes anzupassen, indem ein Fluid aufgebracht wird, um die Bahn zu drücken, und danach auf diesem Stoff als Teil eines Herstellungsverfahrens von Papier geringer Dichte thermisch vorgetrocknet. Die geschichtete Bahn kann in Bezug auf den Fasertyp stratifiziert werden, oder der Fasergehalt der jeweiligen Schichten kann im wesentlichen derselbe sein. Das Tissuepapier weist vorzugsweise ein Basisgewicht zwischen 10 g/m² und ungefähr 65 g/m² und eine Dichte von ungefähr 0,60 g/cc oder weniger auf. Vorzugsweise wird das Basisgewicht unterhalb ungefähr 35 g/m² oder weniger liegen, und die Dichte wird bei ungefähr 0,30 g/cc oder weniger liegen. Noch besser ist es, wenn die Dichte zwischen ungefähr 0,04 g/cc und ungefähr 0,20 g/cc liegt.
Konventionelles gepresstes Tissuepapier und Verfahren für die Herstellung solchen Papiers sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solches Papier wird typischerweise durch das Ablagern eines Papierherstellungsrohstoffs auf einem foraminösen Formungsdrahtgitter hergestellt. Dieses Formungsdrahtgit ter wird im Stand der Technik oft als Fourdrinier-Drahtgitter bezeichnet. Wenn der Rohstoff auf dem Formungsdrahtgitter abgelagert wurde, so wird er als eine Bahn bezeichnet. Die Bahn wird durch das Pressen der Bahn und das Trocknen bei erhöhter Temperatur entwässert. Die speziellen Techniken und die typische Ausrüstung für das Herstellen gemäß dem gerade beschriebenen Verfahren sind Fachleuten wohl bekannt. In einem typischen Verfahren wird ein Zellrohstoff geringer Konsistenz in einem mit Druck beaufschlagten Auflaufkasten vorgesehen. Der Auflaufkasten weist eine Öffnung für das Liefern einer dünnen Ablagerung des Zellrohstoffs auf das Fourdrinier-Drahtgitter, um eine nasse Bahn auszubilden, auf. Die Bahn wird dann typischerweise auf eine Faserkonsistenz zwischen ungefähr 7% und ungefähr 25% (auf der Basis des Gewichts der gesamten Bahn) durch eine Vakuumentwässerung entwässert und weiter durch Pressvorgänge getrocknet, wobei die Bahn einem Druck unterworfen wird, der durch sich gegenüber liegende mechanische Elemente, beispielsweise Zylinderwalzen, erzeugt wird.
Die entwässerte Bahn wird dann durch ein Dampftrommelvorrichtung, die aus dem Stand der Technik als Yankee-Trockner bekannt ist, weiter gepresst und getrocknet. Der Druck kann am Yankee-Trockner durch mechanische Mittel, wie eine gegenüber liegende zylindrische Walze, die gegen die Bahn presst, entwickelt werden. Es kann auch ein Vakuum auf die Bahn ausgeübt werden, wenn sie gegen die Yankee-Oberfläche gedrückt wird. Es können viele Yankee-Trocknungstrommeln verwendet werden, wobei wahlweise ein zusätzliches Pressen zwischen den Trommeln stattfindet. Die Tissuepapierstrukturen, die so ausgebildet werden, werden nachfolgend als konventionelle, gepresste, Tissuepapierstrukturen bezeichnet. Solche Blätter werden als komprimiert betrachtet, da die Bahn im wesentlichen überall mechanischen Kompressions kräften unterworfen wird, während die Fasern feucht sind, und sie dann getrocknet wird (und optional gekrept wird), während sie sich in einem komprimierten Zustand befindet.
In Mustern verdichtetes Tissuepapier ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein relativ voluminöses Feld mit einer relativ geringen Faserdichte und eine Anordnung von verdichteten Zonen mit einer relativ hohen Faserdichte aufweist. Das voluminöse Feld ist alternativ als ein Feld von Kissenregionen gekennzeichnet. Die verdichteten Zonen werden alternaiv als Einschnürungs- oder Höckerregionen bezeichnet. Die verdichteten Zonen können im voluminösen Feld diskret beabstandet sein, oder sie können entweder vollständig oder teilweise im voluminösen Feld miteinander verbunden sein. Bevorzugte Verfahren für das Herstellen von in Mustern verdichteten Tissuebahnen sind in der US-A-3,301,746, die an Sanford un Sisson am 31. Januar 1967 erteilt wurde, in der US-A-3,974,025, die an Peter G. Ayers am 10. August 1976 erteilt wurde, und in der US-A-4,191,609, die an Paul D. Trokhan am 4. März 1980 erteilt wurde, und in der US-A-4,637,859, die an Paul D. Trokhan am 20. Januar 1987 erteilt wurde, beschrieben.
Im allgemeinen werden in Mustern verdichtete Bahnen vorzugsweise durch das Ablagern eines Papierherstellungsrohstoffs auf einem foraminösen Formungsgitter, wie einem Fourdrinier-Drahtgitter, um eine nasse Bahn auszubilden und dem Anlegen der Bahn gegen eine Anordnung von Stützen ausgebildet. Die Bahn wird gegen die Anordnung der Stützen gedrückt, was somit zu verdichteten Zonen in der Bahn an Orten, die geographisch den Kontaktpunkten der Anordnung der Stützen und der nassen Bahn entsprechen, ausgebildet. Der Rest der Bahn, der während dieser Operation nicht komprimiert wird, wird als stark voluminöses Feld bezeichnet. Diese stark voluminöse Feld kann weiter durch das Aufbringen eines Fluiddrucks, wie mit einer Vakuumvorrichtung oder einem Durchlufttrockner oder durch das mechanische Pressen der Bahn gegen die Anordnung von Stützen verdichtet werden. Die Bahn wird entwässert und wahlweise vorgetrocknet in einer Art, um im wesentlichen eine Komprimierung des stark voluminösen Feldes zu vermeiden. Dies wird vorzugsweise durch einen Fluiddruck, wie mit einer Vakuumvorrichtung oder einem Durchlufttrockner erreicht oder alternativ durch das mechanische Pressen der Bahn gegen eine Anordnung von Stützen, wobei das stark voluminöse Feld nicht komprimiert wird. Die Operationen der Entwässerung, der wahlweisen Vortrocknung und der Ausbildung der verdichteten Zonen kann integriert oder teilweise integriert werden, um die Gesamtzahl der durchzuführenden Verarbeitungsschritte zu reduzieren. Nach der Ausbildung der verdichteten Zonen, dem Entwässern und dem wahlweise Vortrocknen wird die Bahn vollständig getrocknet, wobei vorzugsweise ein mechanisches Pressen verhindert wird. Vorzugsweise umfassen ungefähr 8% bis ungefähr 55% der Tissuepapieroberfläche verdichtete Einschnürungen oder Höcker, die eine relative Dichte von mindestens 125% der Dichte des stark voluminösen Felds aufweisen.
Die Anordnung der Stützen ist vorzugsweise ein Prägeträgerstoff, der eine gemusterte Anordnung von Höckern aufweist, die als die Anordnung der Stützen wirken, die die Ausbildung der verdichteten Zonen bei der Anwendung eines Drucks erleichtern. Das Muster der Höcker bildet die Anordnung der Stützen, wie dies vorher angegeben wurde. Prägeträgerstoffe sind in der US-A-3,301,746 von Sanford und Sisson, die am 31. Januar 1967 erteilt wurde, in der US-A-3,821,068 von Salvucci Jr. et al.., die am 21. Mai 1974 erteilt wurde, in der US-A-3,974,025 von Ayers, die am 10. August 1976 erteilt wurde, in der US-A-3,573,164 von Friedberg et al., die am 30. März 1971 erteilt wurde, der US-A-4,239,065 von Trokhan, die am 16. Dezember 1980 erteilt wurde, und der US-A-4,528,239 von Trokhan, die am 9. Juli 1985 erteilt wurde, beschrieben.
Vorzugsweise wird der Rohstoff zuerst in eine nasse Bahn auf einem foraminösen Formungsträger, wie einem Fourdriner-Drahtgitter ausgebildet. Die Bahn wird entwässert und auf einen Prägestoff überführt. Der Rohstoff kann alternativ anfänglich auf einem foraminösen Stützträger abgelagert werden, der auch als ein Prägestoff dient. Wenn die nasse Bahn ausgeformt ist, so wird sie entwässert und vorzugsweise auf eine ausgewählte Faserkonsistenz zwischen ungefähr 40% und ungefähr 80% vorgetrocknet. Das Entwässern kann mit Saugkästen oder anderen Vakuumvorrichtungen oder mit Durchluftrocknern vorgenommen werden. Die Höckerprägung auf dem Prägestoff wird in die Bahn eingepresst, wie das oben diskutiert wurde, bevor die Bahn vollständig getrocknet wird. Ein Verfahren, um dies zu erreichen, besteht in der Anwendung eines mechanischen Drucks. Dies kann beispielsweise durch das Pressen einer Quetschwalze, die den Prägestoff gegen die Fläche einer Trocknungstrommel, wie einen Yankee-Trockner stützt, erfolgen, wobei die Bahn zwischen der Quetschwalze und der Trocknungstrommel angeordnet wird. Die Bahn wird vorzugsweise auch gegen den Prägestoff vor der Beendigung der Trocknung durch das Anwenden eines Fluiddrucks mit einer Vakuumvorrichtung, wie einem Saugkasten, oder mit einem Durchlufttrockner geformt. Der Fluiddruck kann aufgebracht werden, um ein Eindrücken der verdichteten Zonen während der anfänglichen Entwässerung zu erzielen, in einem getrennten nachfolgenden Verfahrensstufe oder in einer Kombination daraus.
Nicht komprimierte, nicht in Mustern verdichtete Tissuepapierstrukturen sind in der US-A-3,812,000, die an Joseph L. Salvucci Jr. und Peter N. Yiannos am 21. Mai 1974 erteilt wurde, und in der US-A-4,208,459, die an Henry E. Becker, Albert L. McConnell und Richard Schutte am 17. Juni 1980 erteilt wurde, beschrieben. Im allgemeinen werden nicht komprimierte, nicht in Mustern verdichtete Tissuepapierstrukturen durch das Ablagern eines Papierherstellungsrohstoffs auf einer foraminösen Formungsdrahtgitter, wie einem Fourdrinier-Drahtgitter, um eine nasse Bahn auszubilden, dem Entwässern der Bahn und dem Entfernen zusätzlichen Wassers ohne mechanische Komprimierung, bis die Bahn eine Faserkonsistenz von mindestens 80% aufweist, und einem Kreppen der Bahn erreicht. Das Wasser wird aus der Bahn durch eine Vakuumentwässerung oder durch ein thermisches Trocknen entfernt. Die sich ergebende Struktur ist ein weiches aber schwaches, stark voluminöses Flächengebilde relativ unkomprimierter Fasern. Bindungsmaterial wird vorzugsweise auf Teile der Bahn vor der Kreppen aufgebracht.
Komprimierte, nicht in Mustern verdichtete Tissuestrukturen sind allgemein im Stand der Technik als konventionelle Tissuestrukturen bekannt. Im allgemeinen werden komprimierte, nicht in Mustern verdichtete Tissuepapierstrukturen durch das Ablagern eines Papierherstellungsrohstoffs auf einem foraminösen Sieb, wie einem Fourdrinier-Drahtgitter, um eine nasse Bahn herzustellen, dem Entwässern der Bahn und dem Entfernen zusätzlichen Wassers mit der Hilfe einer gleichförmigen mechanischen Komprimierung (Pressen), bis die Bahn eine Konsistenz von 25 bis 50% aufweist, dem Überführen der Bahn auf eine thermische Trocknungsvorrichtung, wie einem Yankee-Trockner, und dem Kreppen der Bahn hergestellt. Insgesamt wird das Wasser aus der Bahn durch Vakuum, einem mechanischen Pressen und thermischen Vorrichtungen ent fernt. Die sich ergebende Struktur ist fest und weist im allgemeinen eine singulare Dichte auf, wobei sie aber ein sehr geringes Volumen, eine geringere Absorptionsfähigkeit und eine geringe Weichheit aufweist.
Die Tissuepapierbahn dieser Erfindung kann bei jeder Anwendung, bei der weiche, absorbierende Tissuepapierbahnen benötigt werden, verwendet werden. Speziell bevorzugte Verwendungsmöglichkeiten der Tissuepapierbahn dieser Erfindung liegen bei Papierhandtüchern, Toilettenpapier und Gesichtstuchprodukten. Beispielsweise können zwei Tissuepapierbahnen dieser Erfindung geprägt und haftend Seite an Seite miteinander verbunden werden, wie das in der US-A-3,414,459, die an Wells am 3. Dezember 1968 erteilt wurde, angegeben ist, um zweilagige Papierhandtücher auszubilden.
Analytische Verfahren und Testverfahren Die Analyse der Menge der für die Behandlung hier verwendeten Chemikalien oder der Chemikalien, die auf den Tissuepapierbahnen zurück gehalten werden, können durch jedes Verfahren, das im zugehörigen Stand der Technik akzeptiert ist, erfolgen.
A. Quantitative Analyse der quartären Ammoniumverbindung Beispielsweise kann der Pegel der quartären Ammoniumverbindungen, wie Dioleyldimethylammoniumchlorid (DODMAC), Dierucyldimethylammoniumchlorid (DEDMAC), die durch das Tissuepapier zurückgehalten werden, durch eine Lösungsextraktion des DODMAC / DEDMAC mittels eines organischen Lösungsmittels, gefolgt von einer anionischen/kationischen Titration unter Verwendung von Dimidiumbromid als Indikator erfolgen. Diese Verfahren sind nur beispielhaft und sollen andere Verfahren, die für die Bestimmung spezieller Komponenten, die vom Tissuepapier zurückgehalten werden, verwendet werden können, nicht ausschließen.
B. Hydrophilie (Absorptionsfähigkeit)
Die Hydrophilie der Tissuepapierbahnen bezieht sich im allgemeinen auf die Neigung des Tissuepapiers, mit Wasser benetzt zu werden. Die Hydrophilie des Tissuepapiers kann etwas quantifiziert werden, indem man die Zeitdauer bestimmt, die benötigt wird, damit das trockene Tissuepapier vollständig mit Wasser benetzt wird. Diese Zeitdauer wird als "Benetzungszeit" bezeichnet. Um einen konsistenten und wiederholbaren Test für die Benetzungszeit zu liefern, kann das folgende Verfahren für die Bestimmung der Benetzungszeit verwendet werden: zuerst wird ein konditioniertes Probenblatt (die Umgebungsbedingungen für das Testen der Papierproben sind 23 – 1°C und 50 + 2% relative Feuchtigkeit, wie das im TAPPI-Verfahren T 402 spezifiziert ist) von ungefähr 4–3/8 Inch x 4–3/4 Inch (ungefähr 11,1 cm x 12 cm) der Tissuepapierstruktur bereitgestellt; als zweites wird das Blatt in vier (4) nebeneinander liegende Viertel gefaltet und dann zu einer Kugel mit einem Durchmesser von ungefähr 0,75 Inch (ungefähr 1,9 cm) bis ungefähr 1 Inch (ungefähr 2,5 cm) zerknüllt; als drittes wird das kugelförmige Blatt auf der Oberfläche destillierten Wassers mit 23 ± 1°C platziert, und gleichzeitig wird eine Zeitmessvorrichtung gestartet; als viertes wird die Zeitmessvorrichtung gestoppt und abge lesen, wenn das Benetzen des kugelförmigen Blatts beendet ist. Die komplette Benetzung wird visuell beobachtet.
Die Hydrophilieeigenschaften der Ausführungsformen des Tissuepapiers der vorliegenden Erfindung können natürlich direkt nach der Herstellung bestimmt werden. Es kann jedoch eine wesentliche Zunahme der Hydrophilie während den ersten zwei Wochen, nachdem das Tissuepapier hergestellt wurde, auftreten, das heißt nachdem das Papier zwei (2) Wochen nach seiner Herstellung gealtert ist. Somit werden die Benetzungszeiten vorzugsweise am Ende einer Alterungszeitdauer von zwei Wochen bei Raumtemperatur gemessen und als "Zwei-Wochen-Benetzungszeiten" bezeichnet.
C. Dichte
Die Dichte des Tissuepapiers, so wie der Ausdruck hier verwendet wird, ist die mittlere Dichte, die als das Basisgewicht des Papiers, geteilt durch die Dicke berechnet wird, wobei die passenden Umwandlungen der Einheiten vorgenommen werden. Die Dicke des Tissuepapiers, wie sie hier verwendet wird, ist die Dicke des Papiers, wenn dieses einer Kompressionsbelastung von 95 g/in² (15,5 g/cm²) unterworfen wird.
Optionale Inhaltsstoffe
Andere Chemikalien, die gemeinhin bei der Papierherstellung verwendet werden, können der hier beschriebenen chemischen Weichmacherverbindung oder dem Papierherstellungsrohstoff zugegeben werden, so lange sie nicht wesentlich und schädlich die Weichheit und Absorptionsfähigkeit des Fasermaterials und die Weichheitsverbesserungstätigkeit der quartären Ammoniumweichmacherverbindungen der vorliegenden Erfindung beeinflussen.
A. Benetzungsmittel
Die vorliegende Erfindung kann als optionalen Inhaltsstoff ungefähr 0,005 Gewichtsprozent bis ungefähr 3,0 Gewichtsprozent, noch besser ungefähr 0,03 Gewichtsprozent bis ungefähr 1,0 Gewichtsprozent auf trockener Faserbasis eines Benetzungsmittels enthalten.
(1) Polyhydroxyverbindungen
Beispiele von wasserlöslichen Polyhydroxyverbindungen, die als Benetzungsmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Glycerol, Polyglycerole, die ein mittleres Molekulargewicht von ungefähr 150 bis ungefähr 800 aufweisen, und Polyoxyethylenglycole und Polyoxypropylenglycole, die ein mittleres Molekulargewicht von ungefähr 200 bis ungefähr 4000, vorzugsweise von ungefähr 200 bis ungefähr 1000, noch besser von ungefähr 200 bis ungefähr 600 aufweisen. Polyoxyethylenglycole, die ein mittleres Molekulargewicht von ungefähr 200 bis ungefähr 600 aufweisen, werden speziell bevorzugt. Mischungen der oben beschriebenen Polyhydroxyverbindungen können auch verwendet werden. Eine speziell bevorzugte Polyhydroxyverbindung ist Polyoxyethylenglycol, das ein mittleres Molekulargewicht von unge fähr 400 aufweist. Dieses Material ist kommerziell von der Union Carbide Company aus Danbury, Connecticut unter dem Markennamen "PEG-400" erhältlich.
(2) Nichtionogene grenzflächenaktive Stoffe (veretherte Materialien)
Geeignete nichtionogene grenzflächenaktive Stoffe können als Benetzungsmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei sie Zusatzprodukte von Ethylenoxid und wahlweise Propylenoxid mit Fettalkoholen, Fettsäuren, Fettaminen etc. einschließen.
Jedes der veretherten Materialien des speziellen Typs, der nachfolgend beschrieben ist, kann als nichtionogener grenzflächenaktiver Stoff verwendet werden. Geeignete Verbindungen sind im wesentlichen wasserlösliche grenzflächenaktive Stoffe der folgenden Formel:
R² – Y – (C₂H₄O)_Z – C₂H₄OH wobei R² sowohl für feste als auch flüssige Verbindungen aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus primären, sekundären und verzweigten Ketten Alkylund/oder Acylhydrocarbylgruppen, primären, sekundären und verzweigten Ketten von Alkenylhydrocarbylgruppen, und primären, sekundären und verzweigten Ketten von Alkyl- und Alkenyl- substituierten Phenolhydrocarbylgruppen besteht, wobei die Hydrocarbylgruppen eine Hydrocarbylkettenlänge von ungefähr 8 bis ungefähr 20, vorzugsweise von ungefähr 10 bis ungefähr 18 Kohlenstoffatomen aufweisen. Noch besser ist es, wenn die Hydrocarbylkettenlänge für die flüssigen Verbindungen ungefähr 16 bis ungefähr 18 Kohlenstoffatome beträgt, und für die festen Verbindungen ungefähr 10 bis ungefähr 14 Kohlenstoffatome aufweist. In der allgemeinen Formel für die ethoxylierten nichtionogenen grenzflächenaktiven Stoffe, die hier verwendet werden, ist y typischerweise -O-, -C(O)O-, -C(O)N(R)- oder -C(O)N(R)- oder -C(O)N(R)R-, wobei R² und R, wenn sie vorhanden sind, die hier vorher angegebenen Bedeutungen haben, und/oder R Wasserstoff sein kann, und z mindestens ungefähr 8, vorzugsweise mindestens ungefähr 10 bis 11 beträgt. Die Leistung und gewöhnlicherweise die Stabilität der Weichmacherverbindung nimmt ab, wenn weniger Ethoxylatgruppen vorhanden sind.
Die hier verwendeten nichtionogenen grenzflächenaktiven Stoffe sind durch ein HLB (Hydrophile-Lipohile-Gleichgewicht) von ungefähr 7 bis ungefähr 20, vorzugsweise von ungefähr 8 bis ungefähr 15 gekennzeichnet. Natürlich wird durch das Definieren von R² und der Anzahl der Ethoxylatgruppen das HLB des grenzflächenaktiven Stoffs im allgemeinen bestimmt. Es sei jedoch angemerkt, dass die nichtionogenen, ethoxylierten grenzflächenaktiven Stoffe, die hier verwendbar sind, für konzentrierte Flüssigkeitsverbindungen relativ langkettige R² Gruppen sind und sie relativ stark ethoxyliert sind. Während grenzflächenaktive Stoffe mit kürzerer Alkylkette, die kürzer ethoxylierte Gruppen aufweisen, das notwendige HLB besitzen können, sind sie nicht so wirksam wie hier.
Es folgen Beispiele nichtionogener grenzflächenaktiver Stoffe. Die nichtionogenen grenzflächenaktiven Stoffe dieser Erfindung sind nicht auf diese Beispiele beschränkt. In den Beispielen geben die ganzen Zahlen die Anzahl der Ethoxylgruppen (EO-Gruppen) im Molekül an.
Linear veretherte Alkohole
a. Lineare primäre Alkoholalkoxylate
Die Deca-, Undeca-, Dodeca-, Tetradeca- und Pentadeca-Ethoxylate des n-Hexadecanol und des n-Ocatadeconal, die einen HLB innerhalb des hier angegebenen Bereichs aufweisen, sind im Kontext dieser Erfindung nützliche Benetzungsmittel. Beispielhafte ethoxylierte primäre Alkohole, die hier als Modifikationsmittel für die Viskosität / das Dispersionsvermögen der Verbindungen verwendet werden können, sind n-C₁₈EO(10); und n-C₁₀EO(11). Die Ethoxylate der gemischten natürlichen oder synthetischen Alkohole im "öligen" Kettenlängenbereich sind hier auch verwendbar. Spezielle Beispiele solcher Materialien umfassen Oleylalkohol-EO(11), Oleylalkohol-EO(18) und Oleylalkohol-EO(25).
b. Lineare sekundäre Alkoholalkoxylate
Die Deca-, Undeca-, Dodeca-, Terradeca-, Pentadeca-, Octadeca- und Nondeca-Ethoxylate von 3-Hexadecanol, 2-Octadecanol, 4-Eicosanol und 5-Eicosanol, die ein HLB im oben zitierten Bereich aufweisen, können in der vorliegenden Erfindung als Benetzungsmittel verwendet werden. Beispielhafte ethoxylierte sekundäre Alkohole, die als Benetzungsmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind: 2-C₁ ₆EO(11), 2-C₂₀EO(11) , 2-C₁ ₆EO(14).
Lineare phenoxylierte Alkylalkohole
Wie im Fall der Alkoholalkoxylate, so sind die Hexa- bis Octadeca-Ethoxylate der alkylierten Phenole, insbesondere einwertige Alkylphenole, die ein HLB im hier zitierten Bereich aufweisen, als Modifikationsmittel der Viskosität/des Dispersionsvermögens der vorliegenden Verbindungen verwendbar. Die Hexabis Octadeca-Ethoxylate von p-Tridecylphenol, m-Pentadecylphenol und dergleichen können hier verwendet werden. Beispielhafte ethoxylierte Alkylphenole, die als Benetzungsmittel für die hier vorliegenden Mischungen verwendet werden können, sind: p-Tridecylphenol EO(11) und p-Pentadecylphenol EO(18).
Eine Phenylengruppe in der nichtionogenen Formel, wie sie hier verwendet wird und allgemein im Stand der Technik anerkannt ist, ist das Äquivalent der Alkylengruppe, die von 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthält. Für die vorliegenden Zwecke werden nichtionogene Stoffe, die eine Phenylengruppe enthalten, so betrachtet, als ob sie eine äquivalente Anzahl von Kohlenstoffatomen enthalten, wobei diese als die Summe der Kohlenstoffatome in der Alkylgruppe plus ungefähr 3,3 Kohlenstoffatome für jede Phenylengruppe berechnet werden.
Olefinische Alkoxylate
Die Alkenylalkohole, sowohl primär als auch sekundär, und die Alkenylphenole, die denen entsprechen, die direkt hier oben angegeben wurden, die auf ein HLB im hier angegebenen Bereich ethoxyliert werden können, können als Benetzungsmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Alkoxyle mit verzweigter Kette
Primäre und sekundäre Alkohole mit verzweigter Kette, die aus dem wohl bekannten "OXO-Verfahren" erhältlich sind, können ethoxyliert werden und sie können als Benetzungsmittel in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die obigen ethoxylierten, nichtionogenen grenzflächenaktiven Stoffe können in den vorliegenden Verbindungen alleine oder in Kombination verwendet werden, und der Ausdruck "nichtionogene grenzflächenaktive Stoffe" umfasst gemischte nichtionogene grenzflächenaktiven Stoffe.
Die Menge des grenzflächenaktiven Stoffs, sofern er verwendet wird, liegt bei ungefähr 0,01 bis ungefähr 2,0 Gewichtsprozent, basierend auf dem trockenen Fasergewicht des Tissuepapiers. Die grenzflächenaktiven Stoffe weisen vorzugsweise Alkylketten mit acht oder mehr Kohlenstoffatomen auf. Beispielhafte nichtionogene grenzflächenaktiven Stoffe sind lineare Alkylsulfonate und Alkylbenzensulfonate. Beispielhafte nichtionogene grenzflächenaktiven Stoffe sind Alkylglycoside, die Alkylglycosidester, wie Crodesta SL-40, das von Croda, Inc. (New York, NY) erhältlich ist, Alkylglycosidether, wie sie im US-Patent 4,011,389, das an W. K. Langdon et al.. am B. März 1977 erteilt wurde, beschrieben sind, und alkylpolyethoxylierte Ester wie Pegosperse 200 ML, erhältlich von Glyco Chemicals Inc. (Greenwich, CT) und IGEPAL RC-520, erhältlich von Rhone Poulenc Corporations (Cranbury, N. J) einschließen.
B. Festigkeitszusatzstoffe
Andere Typen von Chemikalien, die hinzugefügt werden können, umfassen die Festigkeitszusatzstoffe, um die trockene Zugfestigkeit und die nasse Berstfestigkeit der Tissuebahnen zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung kann als optionale Komponente ungefähr 0,01 bis ungefähr 3,0 Gewichtsprozent, noch besser ungefähr 0,3 bis ungefähr 1,5 Gewichtsprozent auf trockener Faserbasis eines wasserlöslichen Festigkeitszusatzharzes enthalten.
(a) Trockenfestigkeitszusatzstoffe
Beispiele von Trockenfestigkeitszusatzstoffen umfassen Carboxymethylzellulose und kationische Polymere aus der chemischen ACCO-Familie, wie ACCO 711 und ACCO 514, wobei die chemischen Stoffe aus der ACCO-Familie bevorzugt werden. Diese Materialien sind kommerziell von der American Cyanamid Company aus Wayne, New Jersey erhältlich.
(b) Permanente Nassfestigkeitszusatzstoffe
Permanent Nassfestigkeitsharze, die hier verwendet werden können, können verschiedene Typen umfassen. Im allgemeinen können solche Harze, die bisher herausgefunden wurden und die nachfolgend in der Papierherstellungstechnik angewandt wurden, verwendet werden. Viele Beispiele sind im vorher erwähnten Papier von Westfelt, das durch Bezugnahme hier eingeschlossen ist, erwähnt.
Im gewöhnlichen Fall sind die nassfesten Harze wasserlösliche, kationische Materialien. Das heißt, die Harze sind zu einer Zeit wasserlöslich, zu der sie dem Papierherstellungsrohstoff hinzugefügt wurden. Es ist gut möglich und sogar zu erwarten, das nachfolgende Ereignisse, wie ein Vernetzen, die Harze in Wasser unlöslich machen wird. Weiterhin sind einige Harze nur unter speziellen Bedingungen, wie über einem begrenzten pH-Bereich, löslich.
Es wird angenommen, dass Nassfestigkeitsharze einer Vernetzung oder anderen Aushärtungsreaktionen unterliegen, nachdem sie auf, in oder unter den Papierherstellungsfasern abgelagert wurden. Die Vernetzung oder die Aushärtung tritt normalerweise nicht auf, so lange beträchtliche Mengen von Wasser vorhanden sind.
Von spezieller Nützlichkeit sind die verschiedenen Polyamid-Epichlorhydrinharze. Diese Materialien sind Polymere mit einem niedrigen Molekulargewicht, die mit reaktionsfähigen funktionellen Gruppen, wie Amino-, Epoxy- und Azetidinium-Gruppen versehen sind. Die Patentliteratur ist voll mit Beschreibungen von Verfahren für die Herstellung solcher Materialien. Die US-A-3,700,623, die an Keim am 24. Oktober 1972 erteilt wurde, und die US-A-3,772,076, die an Keim am 13. November 1973 erteilt wurde, sind Beispiele solcher Patente.
Polyamid-Epichlorhydrinharze, die unter den Markennamen Kymene 557H und Kymene 2064 von Hercules Incorporated aus Wilmington, Delaware verkauft werden, sind in dieser Erfindung speziell von Nutzen. Diese Harze sind allgemein in den vorher erwähnten Patenten von Keim beschrieben.
Basisch aktivierte Polyamid-Epichlorhydrinharze, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden unter dem Markennamen Santo Res, wie Santo Res 31, von der Monsanto Company aus St. Louis, Missouri verkauft. Diese Typen von Materialien sind allgemein in der US-A-3,855,158, die an Petrovich am 17. Dezember 1974 erteilt wurde, in der US-A-3,899,388, die an Petrovich am 12. August 1975 erteilt wurde, in der US-A-4,129,528, die an Petrovich am 12. Dezember 1978 erteilt wurde, in der US-A-4,147,586, die an Petrovich am 3. April 1979 erteilt wurde, und in der US-A-4,222,921, die an Van Eenam am 16. September 1980 erteilt wurde, beschrieben.
Andere wasserlösliche kationische Harze, die hier verwendet werden können, sind Polyacrylamidharze, wie sie unter dem Markennamen Parez, wie als Parez 631NC von der American Cyanamid Company aus Stanford, Connecticut verkauft werden. Diese Materialien sind allgemein in der US-A-3,556,932, die an Coscia et al.. am 19. Januar 1971 erteilt wurde, und in der US-A-3,556,933, die an Williams et al. am 19. Januar 1971 erteilt wurde, beschrieben.
Andere Typen wasserlöslicher Harze, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Acrylemulsionen und anionische Styren-Butadien-Latexe. Viele Beispiele dieser Typen von Harzen sind in der US-A-3,844,880, die an Meisel Jr. et al.. am 29. Oktober 1974 erteilt wurde, beschrieben.
Nochmals andere wasserlösliche kationische Harze, die in dieser Erfindung Verwendung finden, sind die Harnstoffformaldehydharze und die Melaminformaldehydharze. Dies polyfunktionalen reaktionsfähigen Polymere weisen Molekulargewichte in der Größenordnung von einigen Tausend auf. Die ge bräuchlicheren funktionalen Gruppen umfassen Stickstoff enthaltende Gruppen, wie Aminogruppen und Methylolgruppen, die am Stickstoff befestigt sind.
Weniger bevorzugt sind Harze des Polyethylenimintyps, die in der vorliegenden Erfindung aber dennoch verwendet werden können.
Vollständigere Beschreibungen der vorher erwähnten wasserlöslichen Harze, einschließlich ihrer Herstellung, kann man in den TAPPI-Monograph-Serien Nr. 29, Wet Strength in Paper and Paperboard, Technical Association of the Pulp and Paper Industry (New York, 1965) finden. Der Ausdruck "permanente Nassfestigkeitsharze", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Harz, das es einem Blatt Papier, wenn es in einem wässrigen Medium platziert wird, ermöglicht, einen Großteil seiner anfänglichen Nassfestigkeit für eine Zeitdauer von mehr als mindestens zwei Minuten zu halten.
(c) Temporäre Nassfestigkeitszusatzstoffe
Die oben erwähnten Nassfestigkeitszusatzstoffe führen typischerweise zu Papierprodukten mit einer permanenten Nassfestigkeit, das heißt zu Papier, das wenn es in einem wässrigen Medium platziert wird, einen wesentlichen Teil seiner anfänglichen Nassfestigkeit über der Zeit beibehält. Eine permanente Nassfestigkeit kann jedoch bei einigen Typen von Papierprodukten eine unnötige und unerwünschte Eigenschaft darstellen. Papierprodukte, wie Toilettenpapiere etc., werden im allgemeinen nach kurzer Nutzungsdauer in Abwassersystemen oder dergleichen entsorgt. Das Verstopfen dieser Systeme kann auftreten, wenn das Papierprodukt seine hydrolysebeständigen Festigkeitseigen schaften aufrecht hält. In der letzten Zeit haben Hersteller den Papierprodukten temporäre Nassfestigkeitsharze hinzugefügt, bei denen die Nassfestigkeit für den beabsichtigten Gebrauch ausreicht, wobei diese aber bei einem Durchnässen in Wasser abnimmt. Die Abnahme der Nassfestigkeit erleichtert den Fluss des Papierprodukts durch Abwassersysteme.
Beispiele geeigneter temporärer Nassfestigkeitsharze umfassen modifizierte temporäre Stärke-Nassfestigkeitsmittel, wie National Starch 78-0080, das von der National Starch and Chemical Corporation (New York, New York) vermarktet wird. Dieser Typ des Nassfestigkeitsmittels kann durch das Reagieren von Dimethoxyethyl-N-Methyl-Chloracetamid mit kationischen Stärkepolymeren hergestellt werden. Modifizierte temporäre Stärke-Nassfestigkeitsmittel sind auch in der US-A-4,675,394, die an Solarek et al. am 23. Juni 1987 erteilt wurde, und die hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, beschrieben. Bevorzugte temporäre Nassfestigkeitsharze umfassen solche, die in der US-A-4,981,557, die an Bjorkquist am 1. Januar 1991 erteilt wurde, beschrieben sind.
In Bezug auf die Klassen und speziellen Beispiele permanenter und temporärer Nassfestigkeitsharze, die oben aufgeführt sind, sollte verständlich sein, dass die aufgeführten Harze nur beispielhaft sind und den Umfang dieser Erfindung nicht beschränken sollen.
Mischungen kompatibler Nassfestigkeitsharze können bei der Ausführung dieser Erfindung ebenfalls verwendet werden.
Die obigen Auflistungen der optionalen chemischen Zusatzstoffe sollen bloß beispielhaft sein und nicht den Umfang der Erfindung beschränken.
Die folgenden Beispiele zeigen die Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei sie diese aber nicht beschränken sollen.
Beispiel 1
Der Zweck dieses Beispiels besteht darin, ein Verfahren zu zeigen, das verwendet werden kann, um eine wässrige Dispersion des Pflanzenöls auf der Basis einer quartären Ammoniumverbindung (beispielsweise Dioleyldimethyl-Ammoniumchlorid (DODMAC) oder Dierucyldimethyl-Ammoniumchlorid (DEDMAC)) herzustellen.
Eine 2% Dispersion von DODMAC wird gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt: 1. Ein bekanntes Gewicht von DODMAC wird abgemessen; 2. Das DODMAC wird bis zu ungefähr 50°C (122°F) erhitzt; 3. Das Verdünnungswasser wird auf einen pH-Wert von 3 und auf eine Temperatur von ungefähr 50°C (122°F) gebracht; 4. eine passende Mischung wird vorgesehen, um eines wässrige Dispersion der DODMAC-Weichmacherverbindung im Submikrometerbereich zu liefern; 5. die Teilchengröße der Bläschendispersion wird unter Verwendung eines optischen Mikroskops bestimmt. Die Teilchengröße liegt im Bereich von ungefähr 0,1 bis 1,0 Mikrometern.
Beispiel 2
Der Zweck dieses Beispiels besteht darin, ein Verfahren zu zeigen, das eine Durchlufttrocknungspapierherstellungstechnik verwendet, um weiche und absorbierende Papierhandtuchblätter herzustellen, die mit einer chemischen Weichmacherverbindung von Weichmachern auf Pflanzenölbasis (DODMAC) und einem permanenten Nassfestigkeitsharz behandelt werden.
Es wird eine Fourdrinier-Papierherstellungsmaschine im Pilotmaßstab bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet. Zuerst wird eine 1% Lösung des chemischen Weichmachers gemäß dem Verfahren in Beispiel 1 hergestellt. Als zweites wird eine wässriger Schlamm mit 3 Gewichtsprozent NSK in einer konventionellen Wiederaufschlämmvorrichtung hergestellt. Der NSK-Brei wird sanft raffiniert und eine 2% Lösung eines permanenten Nassfestigkeitsharzes (das ist Kymene 557H, das von Herculex Incorporated aus Wilmington, DE vermarktet wird), wird dem NSK-Vorratsrohr mit einer Rate von 1 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption der Kymene 557H im NSK wird durch einen In-Line-Mischer verbessert. Eine 1% Lösung Carboxy-Methyl-Cellulose (CMC) wird nach dem In-Line-Mischer mit einer Rate von 0,2 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben, um die trockene Festigkeit des Fasersubstrats zu erhöhen. Die Absorption der CMC im NSK kann durch einen In-Line-Mischer verbessert werden. Dann wird eine 1% Lösung des chemischen Weichmachers (DODMAC) dem NSK-Brei mit einer Rate von 0,1 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption der chemischen Weichmachermischung im NSK kann auch durch einen In-Line-Mischer erhöht werden. Der NKS-Brei wird durch die Flügelpumpe auf 0,2% verdünnt. Als drittes wird ein wässriger Brei mit 3 Gewichtsprozent CTMP in einer konventionellen Wiederaufschlämmvorrichtung hergestellt. Ein nichtionogener grenzflächenaktiver Stoff (Pegosperse) wird der Wiederaufschlämmvorrichtung mit einer Rate von 0,2 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Eine 1% Lösung der chemischen Weichmachermischung wird dem CTMP-Vorratsrohr vor der Vorratspumpe mit einer Rate von 0,1 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption der chemischen Weichmachermischung im CTMP kann durch einen In-Line-Mischer verbessert werden. Der CTMP-Brei wird durch die Flügelpumpe auf 0,2% verdünnt. Die behandelte Papierrohstoffmischung (NSK / CTMP) wird im Auflaufkasten gemischt und auf einem Fourdrinier-Drahtgitter abgesetzt, um eine embrionische Bahn auszubilden. Das Entwässerung erfolgt durch das Fourdriner-Drahtgitter und wird durch einen Deflektor und Vakuumkästen unterstützt. Das Fourdrinier-Drahtgitter ist eine 5-lagig Satingewebekonfiguration, die 84 Monofilamente pro Inch in Maschinenrichtung und 76 Monofilamente pro Inch in Quermaschinenrichtung aufweist. Die embrionische Bahn wird vom Fourdrinier-Drahtgitter mit einer Faserkonsistenz von ungefähr 22% am Übergabepunkt auf ein Photopolymersubstrat, das 240 lineare Idaho-Zellen pro Quadratinch, eine Gebiet mit Höckern mit einem Flächenanteil von 34 Prozent und einer Photopolymertiefe von 14 Milliinch aufweist, überführt. Eine weitere Entwässerung wird durch eine durch ein Vakuum unterstützte Entwässerung erreicht, bis die Bahn eine Faserkonsistenz von ungefähr 28% aufweist. Die gemusterte Bahn wird mittels Durchluft auf eine Faserkonsistenz von ungefähr 65 Gewichtsprozent vorgetrocknet. Die Bahn wird dann an der Oberfläche einer Yankee-Trocknungsvorrichtung mit einem aufgesprühten Krepphaftmittel, das eine wässrige 0,25% Lösung Polyvinylalkohol (PVA) enthält, angehaftet. Die Faserkonsistenz wird auf geschätzte 96% vor dem trockenen Kreppen der Bahn mit einer Abstreichklinge, erhöht. Die Abstreichklinge weist einen Phasenwinkel von ungefähr 25 Grad auf und wird in Bezug auf die Yankee-Trocknungsvorrichtung so angeordnet, dass sie einen Auf treffwinkel von ungefähr 81 Grad liefert. Die Yankee-Trocknungsvorrichtung wird mit ungefähr 800 Fuß pro Minute (ungefähr 244 Meter pro Minute) betrieben. Die trockene Bahn wird mit einer Geschwindigkeit von 700 Fuß pro Minute (ungefähr 214 Meter pro Minute) zu einer Walze aufgewickelt.
Zwei Lagen der Bahn werden zu Papierhandtuchprodukten durch ein Prägen und ein Zusammenlaminieren unter Verwendung eines PVA-Haftmittels geformt. Das Papierhandtuch weist ein Basisgewicht von ungefähr 26 #/3M pro Quadratfuß auf, enthält ungefähr 0,2% des chemischen Weichmachers (DODMAC) und ungefähr 1,0% des permanenten Nassfestigkeitsharzes. Das sich ergebende Papierhandtuch ist weich, absorbierend und wenn es benetzt wird, sehr fest.
Beispiel 3
Der Zweck dieses Beispiels besteht darin, ein Verfahren zu zeigen, das eine Durchlufttrocknungspapierherstellungstechnik und eine geschichtete Papierherstellungstechnik verwendet, um weiches und absorbierendes Toilettenpapier herzustellen, das mit einer chemischen Weichmacherverbindung von Weichmachern auf Pflanzenölbasis (DODMAC) und einem temporären Nassfestigkeitsharz behandelt wird.
Es wird eine Fourdrinier-Papierherstellungsmaschine im Pilotmaßstab bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet. Zuerst wird eine 1% Lösung des chemischen Weichmachers gemäß dem Verfahren in Beispiel 1 hergestellt. Als zweites wird eine wässriger Schlamm mit 3 Gewichtsprozent NSK in einer konventionellen Wiederaufschlämmvorrichtung hergestellt. Der NSK-Brei wird sanft raffiniert, und eine 2% Lösung des temporären Nassfestigkeitsharzes (das ist National Starch 78-0080, das von der National Starch and Chemical Corporation aus New-York, NY vermarktet wird), wird dem NSK-Vorratsrohr mit einer Rate von 0,75 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption des temporären Nassfestigkeitsharzes auf den NSK-Fasern wird durch einen In-Line-Mischer verbessert. Der NSK-Brei wird auf eine Konsistenz von ungefähr 0,2% an der Flügelpumpe verdünnt. Dann wird ein wässriger Brei mit 3 Gewichtsprozent Eukalyptusfasern in einer konventionellen Wiederaufschlämmvorrichtung hergestellt. Eine 1% Lösung der chemischen Weichmachermischung wird dem Eukalyptus-Vorratsrohr vor der Vorratspumpe mit einer Rate von 0,2 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption der chemischen Weichmachermischung auf den Eukalyptusfasern kann durch einen In-Line-Mischer verbessert werden. Der Eukalyptusbrei wird durch die Flügelpumpe auf eine Konsistenz von ungefähr 0,2% verdünnt.
Die behandelte Papierrohstoffmischung (30% NSK/70% Eukalyptus) wird im Auflaufkasten gemischt und auf einem Fourdrinier-Drahtgitter abgesetzt, um eine embrionische Bahn auszubilden. Das Entwässerung erfolgt durch das Fourdriner-Drahtgitter und wird durch einen Deflektor und Vakuumkästen unterstützt. Das Fourdrinier-Drahtgitter ist eine 5-lagig Satingewebekonfiguration, die 84 Monofilamente pro Inch in Maschinenrichtung und 76 Monofilamente pro Inch in Quermaschinenrichtung aufweist. Die embrionische Bahn wird vom Fourdrinier-Drahtgitter mit einer Faserkonsistenz von ungefähr 15% am Übergabepunkt auf ein Photopolymersubstrat, das 562 lineare Idaho-Zellen pro Quadratinch, eine Gebiet mit Höckern mit einem Flächenanteil von 40 Pro zent und eine Photopolymertiefe von 9 Milliinch aufweist, überführt. Eine weitere Entwässerung wird durch eine durch ein Vakuum unterstützte Entwässerung erreicht, bis die Bahn eine Faserkonsistenz von ungefähr 28% aufweist. Die gemusterte Bahn wird mittels Durchluft auf eine Faserkonsistenz von ungefähr 65 Gewichtsprozent vorgetrocknet. Die Bahn wird dann an der Oberfläche einer Yankee-Trocknungsvorrichtung mit einem aufgesprühten Krepphaftmittel, das eine wässrige 0,25% Lösung Polyvinylalkohol (PVA) enthält, angehaftet. Die Faserkonsistenz wird auf geschätzte 96% vor dem trockenen Kreppen der Bahn mit einer Abstreichklinge, erhöht. Die Abstreichklinge weist einen Phasenwinkel von ungefähr 25 Grad auf und wird in Bezug auf die Yankee-Trocknungsvorrichtung so angeordnet, dass sie einen Auftreffwinkel von ungefähr 81 Grad liefert. Die Yankee-Trocknungsvorrichtung wird mit ungefähr 800 Fuß pro Minute (ungefähr 244 Meter pro Minute) betrieben. Die trockene Bahn wird mit einer Geschwindigkeit von 700 Fuß pro Minute (ungefähr 214 Meter pro Minute) zu einer Walze aufgewickelt.
Die Bahn wird in ein einlagiges Toilettenpapierprodukt umgewandelt. Das Toilettenpapier weist ein Basisgewicht von ungefähr 18 #/3M pro Quadratfuß auf, enthält ungefähr 0,1% des quartären Ammonium-Weichmachers auf Pflanzenölbasis (DEDMAC) und ungefähr 0,2% des temporären Nassfestigkeitsharzes. Es ist wichtig, dass das sich ergebende Tissuepapier weich, absorbierend und für eine Verwendung als Gesichts- und/oder Toilettentücher geeignet ist.
Beispiel 4
Der Zweck dieses Beispiels besteht darin, ein Verfahren zu zeigen, das eine Durchlufttrocknungspapierherstellungstechnik verwendet, um weiches und absorbierendes Toilettenpapier herzustellen, das mit einem quartären Weichmacher auf Pflanzenölbasis (DEDMAC) und einem temporären Trockenfestigkeitszusatzharz behandelt wird.
Es wird eine Fourdrinier-Papierherstellungsmaschine im Pilotmaßstab bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet. Zuerst wird eine 1% Lösung des chemischen Weichmachers gemäß dem Verfahren in Beispiel 1 hergestellt. Als zweites wird eine wässriger Schlamm mit 3 Gewichtsprozent NSK in einer konventionellen Wiederaufschlämmvorrichtung hergestellt. Der NSK-Brei wird sanft raffiniert, und eine 2% Lösung des Trockenfestigkeitsharzes (das ist Acco 514, Acco 711, das von der American Cyanamid Company aus Fairfield, OH vermarktet wird) wird dem NSK-Vorratsrohr mit einer Rate von 0,2 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption des Trockenfestigkeitsharzes auf den NSK-Fasern wird durch einen In-Line-Mischer verbessert. Der NSK-Brei wird auf eine Konsistenz von ungefähr 0,2% an der Flügelpumpe verdünnt. Als drittes wird ein wässriger Brei mit 3 Gewichtsprozent Eukalyptusfasern in einer konventionellen Wiederaufschlämmvorrichtung hergestellt. Eine 1% Lösung der chemischen Weichmachermischung wird dem Eukalyptus-Vorratsrohr vor der Vorratspumpe mit einer Rate von 0,2 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption der chemischen Weichmachermischung auf den Eukalyptusfasern kann durch einen In-Line-Mischer verbessert werden. Der Eukalyptusbrei wird an der Flügelpumpe auf eine Konsistenz von ungefähr 0,2% verdünnt.
Die behandelte Papierrohstoffmischung (30% NSK/70% Eukalyptus) wird im Auflaufkasten gemischt und auf einem Fourdrinier-Drahtgitter abgesetzt, um eine embrionische Bahn auszubilden. Die Entwässerung erfolgt durch das Fourdriner-Drahtgitter und wird durch einen Deflektor und Vakuumkästen unterstützt. Das Fourdrinier-Drahtgitter ist eine 5-lagig Satingewebekonfiguration, die 84 Monofilamente pro Inch in Maschinenrichtung und 76 Monofilamente pro Inch in Quermaschinenrichtung aufweist. Die embrionische Bahn wird vom Fourdrinier-Drahtgitter mit einer Faserkonsistenz von ungefähr 15% am Übergabepunkt auf ein Photopolymersubstrat, das 562 lineare Idaho-Zellen pro Quadratinch, eine Gebiet mit Höckern mit einem Flächenanteil von 40 Prozent und eine Photopolymertiefe von 9 Milliinch aufweist, überführt. Ein weiteres Entwässern wird durch eine durch ein Vakuum unterstützte Entwässerung erreicht, bis die Bahn eine Faserkonsistenz von ungefähr 28% aufweist. Die gemusterte Bahn wird mittels Durchluft auf eine Faserkonsistenz von ungefähr 65 Gewichtsprozent vorgetrocknet. Die Bahn wird dann an der Oberfläche einer Yankee-Trocknungsvorrichtung mit einem aufgesprühten Krepphaftmittel, das eine wässrige 0,25% Lösung Polyvinylalkohol (PVA) enthält, angehaftet. Die Faserkonsistenz wird auf geschätzte 96% vor dem trockenen Kreppen der Bahn mit einer Abstreichklinge erhöht. Die Abstreichklinge weist einen Phasenwinkel von ungefähr 25 Grad auf und wird in Bezug auf die Yankee-Trocknungsvorrichtung so angeordnet, dass sie einen Auftreffwinkel von ungefähr 81 Grad liefert. Die Yankee-Trocknungsvorrichtung wird mit ungefähr 800 Fuß pro Minute (ungefähr 244 Meter pro Minute) betrieben. Die trockene Bahn wird mit einer Geschwindigkeit von 700 Fuß pro Minute (ungefähr 214 Meter pro Minute) zu einer Walze aufgewickelt.
Zwei Lagen der Bahn werden zu Tissuepapierprodukten ausgeformt und unter Verwendung einer Lagenbindungstechnik zusammen laminiert. Das Tissuepapier weist ein Basisgewicht von ungefähr 23 #/3M pro Quadratfuß auf, enthält ungefähr 0,1% des chemischen Weichmachers (DEDMAC) und ungefähr 0,1 % des Trockenfestigkeitsharzes. Es ist wichtig, dass das sich ergebende Tissuepapier weich, absorbierend und für eine Verwendung als Gesichts- und/oder Toilettentücher geeignet ist.
Beispiel 5
Der Zweck dieses Beispiels besteht darin, ein Verfahren zu zeigen, das eine konventionelle Trocknungspapierherstellungstechnik verwendet, um weiches und absorbierendes Toilettenpapier herzustellen, das mit einer quartären Weichmacherverbindung auf Pflanzenölbasis (DEDMAC) und einem Trockenfestigkeitszusatzharz behandelt wird.
Es wird eine Fourdrinier-Papierherstellungsmaschine im Pilotmaßstab bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet. Zuerst wird eine 1% Lösung des chemischen Weichmachers gemäß dem Verfahren in Beispiel 3 hergestellt. Als zweites wird eine wässriger Schlamm mit 3 Gewichtsprozent NSK in einer konventionellen Wiederaufschlämmvorrichtung hergestellt. Der NSK-Brei wird sanft raffiniert, und eine 2% Lösung des Trockenfestigkeitsharzes (das ist Acco 514, Acco 711, die von der American Cyanamid Company aus Wayne, New Jersey vermarktet wird), wird dem NSK-Vorratsrohr mit einer Rate von 0,2 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption des Trockenfestigkeitsharzes auf den NSK-Fasern wird durch einen In-Line-Mischer verbessert. Der NSK-Brei wird auf eine Konsistenz von ungefähr 0,2% an der Flügelpumpe verdünnt. Drittens wird ein wässriger Brei mit 3 Gewichtsprozent Eukalyptusfasern in einer konventionellen Wiederaufschlämmvorrichtung hergestellt. Eine 1% Lösung der chemischen Weichmachermischung wird dem Eukalyptus-Vorratsrohr vor der Vorratspumpe mit einer Rate von 0,2 Gewichtsprozent der trockenen Fasern hinzugegeben. Die Absorption der chemischen Weichmachermischung auf den Eukalyptusfasern kann durch einen In-Line-Mischer verbessert werden. Der Eukalyptusbrei wird durch die Flügelpumpe auf eine Konsistenz von ungefähr 0,2% verdünnt.
Die behandelte Papierrohstoffmischung (30% NSK/70% Eukalyptus) wird im Auflaufkasten gemischt und auf einem Fourdrinier-Drahtgitter abgesetzt, um eine embrionische Bahn auszubilden. Die Entwässerung erfolgt durch das Fourdriner-Drahtgitter und wird durch einen Deflektor und Vakuumkästen unterstützt. Das Fourdrinier-Drahtgitter ist eine 5-lagig Satingewebekonfiguration, die 84 Monofilamente pro Inch in Maschinenrichtung und 76 Monofilamente pro Inch in Quermaschinenrichtung aufweist. Die embrionische nasse Bahn wird vom Fourdrinier-Drahtgitter mit einer Faserkonsistenz von ungefähr 15% am Übergabepunkt auf ein konventionelles Filz überführt. Eine weitere Entwässerung wird durch eine durch ein Vakuum unterstützte Entwässerung erreicht, bis die Bahn eine Faserkonsistenz von ungefähr 35% aufweist. Die Bahn wird dann an der Oberfläche einer Yankee-Trocknungsvorrichtung angehaftet. Die Faserkonsistenz wird auf geschätzte 96% vor dem trockenen Kreppen der Bahn mit einer Abstreichklinge, erhöht. Die Abstreichklinge weist einen Phasenwinkel von ungefähr 25 Grad auf und wird in Bezug auf die Yankee-Trocknungsvorrichtung so angeordnet, dass sie einen Auftreffwinkel von ungefähr 81 Grad liefert. Die Yankee-Trocknungsvorrichtung wird mit unge fähr 800 Fuß pro Minute (ungefähr 244 Meter pro Minute) betrieben. Die trockene Bahn wird mit einer Geschwindigkeit von 700 Fuß pro Minute (ungefähr 214 Meter pro Minute) zu einer Walze aufgewickelt.
Zwei Lagen der Bahn werden in Tissuepapierprodukte geformt und unter Verwendung von Lagenverbindungstechniken zusammen laminiert. Das Tissuepapier weist ein Basisgewicht von ungefähr 23 #/3M pro Quadratfuß auf, enthält ungefähr 0,1% des chemischen Weichmachers (DEDMAC) und ungefähr 0,1 % des Trockenfestigkeitsharzes. Es ist wichtig, dass das sich ergebende Tissuepapier weich, absorbierend und für eine Verwendung als Gesichts- und/oder Toilettentücher geeignet ist.

Claims

Weiches Papier-Produkt umfassend: a) Zellulosepapiermacher-Fasern; und b) mit ungefähr 0,005 bis ungefähr 5,0 Gew.-% der Zellulosepapier-Herstellungsfasern eine quaternäre Ammonium-Weichmacher-Verbindung der Formel: (R)4-m – N+ – [R2] m X- , wobei m von 1 bis 3 reicht; wobei R eine C₁-C₆ Alkylgruppe, Hydroxyalkylgruppe, Hydrocarbylgruppe, substituierte Hydrocarbylgruppe, Benzylgruppe oder Gemische davon ist; wobei R² ein C₁₁- C₂₃ Hydrocarbyl oder ein substituierter Hydrocarbyl-Substituent ist; und X^- jedes beliebige Weichmacher-kompatible Anion ist; dadurch gekennzeichnet, dass der R²-Abschnitt der Weichmacher-Verbindung aus den C₁₈-C₂₄ Fettacylgruppen stammt, die eine Iodzahl von 10 bis weniger als 100 aufweisen, und wobei die Fettacylgruppen von Pflanzenölen stammen.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 1, wobei die Iodzahl der Fettacylgruppen zwischen 10 und 85 liegt.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 2, wobei die Fettacylgruppen ein cis/trans-Isomer-Gewichtsverhältnis von mehr als 50/50 aufweisen.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 3, wobei die Mehrheit von R² Fettacyle mit mindestens 90% C₁₈ aufweist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 2, wobei die Mehrheit von R² Fettacyle mit mindestens 90% C₂₂ aufweist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 1, ferner umfassend ungefähr 0,005 % bis ungefähr 3,0% eines Benetzungsmittels.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 6, wobei das Benetzungsmittel eine wasserlösliche Polyhydroxy-Verbindung ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 6, wobei das Benetzungsmittel ein linearer veretherter Alkohol ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 6, wobei das Benetzungsmittel ein linearer Alkyl-phenoxilierter Alkohol ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 1, wobei jedes R eine C₁-C₃ Alkylgruppe ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 10, wobei jedes R eine Methylgruppe ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 1, wobei in = 2.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 2, wobei der Gehalt mehrfach ungesättigter Verbindungen der Fettacylgruppen kleiner als ungefähr 30 % ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 13, wobei der Gehalt mehrfach ungesättigter Verbindungen der Fettacylgruppen kleiner als ungefähr 10 % ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 10, wobei X- gewählt ist aus der Gruppe umfassend Chlorid, Azetat, Methylsulfat und Gemische davon.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 4, wobei die Mehrheit des auf Fettacylgruppen basierenden pflanzlichen Öls aus Olivenöl stammt.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 5, wobei die Mehrheit des auf Fettacylgruppen basierenden pflanzlichen Öls aus Rübsamenöl stammt.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 4, wobei die Mehrheit des auf Fettacylgruppen basierenden pflanzlichen Öls aus sehr öligem Lacksafloröl stammt.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 5, wobei die Mehrheit des auf Fettacylgruppen basierenden pflanzlichen Öls aus Wiesenschlammkraut stammt.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 1, wobei das Papier-Produkt ein Handtuch aus Papier ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 1, wobei das Papier-Produkt ein Gesichtstuch aus Papier ist.
Papier-Produkt gemäß Anspruch 1, wobei das Papier-Produkt ein Toilettenpapier ist.