RU2795510C2 - Пенное нанесение упрочняющих добавок на бумажные продукты - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к нанесению упрочняющих добавок с использованием пенных технологий на влажные сформированные бумажные полотна. Представлен пенный состав для получения пены с заданным содержанием газа при введении газа в пенный состав, предназначенный для нанесения на влажные только что сформированные бумажные полотна, который включает по меньшей мере один пенообразователь в количестве от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, выбранный из неионного или цвиттерионный или амфотерный или катионного пенообразователя; по меньшей мере одну синтетическую упрочняющую добавку в количестве приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 50% в расчете на общую массу пенного состава, причем по меньшей мере одна синтетическая упрочняющая добавка включает катионную функциональную группу и представляет собой азотсодержащий катионный полимер; воду. В другом воплощении обеспечивается аналогичный пенный состав, в котором концентрация по меньшей мере одного пенообразователя в пенном составе по существу является минимально достаточной для обеспечения заданного содержания газа в пене после включения газа в пенный состав. Также обеспечивается способ включения синтетической катионной упрочняющей добавки в бумажный продукт, включающий: получение пены из пенного состава, описанного выше и нанесение пены на влажное только что сформированное полотно. Группа изобретений обеспечивает улучшения прочностных характеристик бумаги, опосредованных связыванием, таких как предел прочности при растяжении в сухом состоянии. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 20 ил., 18 табл., 18 пр.

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявку

В настоящей заявке испрашивается приоритет в связи с предварительными заявками на выдачу патента США №62/652788, поданной 4 апреля 2018 г., и №62/691125, поданной 28 июня 2018 г., которые полностью включены в настоящее описание в качестве ссылок.

Область техники

Настоящее изобретение относится к области нанесения добавок в только что сформированное бумажное полотно. Более подробно, настоящее изобретение относится к нанесению упрочняющих добавок с использованием пенных технологий в влажные только что сформированные бумажные полотна.

Предпосылки создания настоящего изобретения

В производстве бумаги добавки добавляют в бумагоделательный процесс для улучшения свойств бумаги. Например, известные добавки улучшают прочность бумаги, способность к обезвоживанию, абсорбционные свойства и т.д.

В стандартной бумагоделательной машине бумажную массу очищают в системе подготовки бумажной массы. Химические добавки, красители и наполнители иногда добавляют в бумажную массу в системе подготовки бумажной массы при консистенции 2,5-5%. В контуре массы высокой консистенции в системе подготовки бумажной массы ее разбавляют в смесительном насосе от консистенции приблизительно 2,5-3,5% до приблизительно 0,5-1,0%. В ходе такого разбавления в бумажную массу можно добавлять дополнительные химические добавки. Добавление химических добавок в любом из этих участков можно рассматривать как "добавление в мокрой части", как описано в данном контексте. Бумажную массу при консистенции 0,5-1,0% затем обычно пропускают через машинные очистители, машинные сита и деаэратор (если он присутствует), а затем - в напорный ящик. Из напорного ящика суспензию с консистенцией 0,5-1,0% распределяют на непрерывно движущуюся формующую сетку. Формующую сетку можно использовать в форме тканой сетки. Большая часть воды протекает через формующую сетку, и волоконный материал остается на формующей сетке при прохождении через машину по направлению от напорного ящика в прессовую часть. После вытекания воды содержание воды в только что сформированном листе может снизиться от приблизительно 99-99,5% до приблизительно 70-80%. Дополнительное количество воды можно удалять в прессовой секции, из которой лист может выходить с содержанием твердых веществ 40-50%. Кроме того, вода также удаляется из листа в осушительной секции, из которой лист выходит с содержанием твердых веществ приблизительно 90-94%. Затем лист можно необязательно подвергать каландрованию с последующим сворачиванием в рулон.

Как было описано выше, химические добавки, такие как упрочняющие добавки, можно вводить в бумажную массу в секции подготовки бумажной массы, и такое введение известно под названием "добавление в мокрой части". Упрочняющие добавки обычно вводят для улучшения сцепления волокон в конечном бумажном продукте. Улучшенное сцепление волокон в конечном бумажном продукте улучшает прочностные характеристики (такие как прочность при растяжении в сухом состоянии) бумажного продукта.

Желательными являются дополнительные улучшения прочностных характеристик бумаги, опосредованных связыванием, таких как предел прочности при растяжении в сухом состоянии.

Краткое описание настоящего изобретения

В данном кратком описании представлен выбор концепций в упрощенном виде, которые будут описаны ниже в разделе "Подробное описание настоящего изобретения.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается пенный состав, который может представлять собой раствор, суспензию или эмульсию, включающую: по меньшей мере один пенообразователь в количестве приблизительно от 0,001 мас. % до 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, синтетическую упрочняющую добавку в количестве приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 50% в расчете на общую массу пенного состава, синтетическую упрочняющую добавку, включающую катионную функциональную группу, и воду. По меньшей мере один пенообразователь включает один из неионных пенообразователей, которые выбирают из группы этоксилатов, алкоксилированных жирных кислот, сложных полиэтоксиэфиров, сложных эфиров глицерина, сложных эфиров многоатомных спиртов, сложных эфиров гекситов, жирных спиртов, алкоксилированных спиртов, алкоксилированных алкилфенолов, алкоксилированного глицерина, алкоксилированных аминов, алкоксилированных диаминов, жирного амида, алкилоламида жирной кислоты, алкоксилированных амидов, алкоксилированных имидазолов, оксидов жирных амидов, алканоламинов, алканоламидов, полиэтиленгликоля, этилен- и пропиленоксида, сополимеров ЭО и ПО и их производных, сложного полиэфира, алкилсахаридов, алкила, полисахарида, алкилглюкозидов, алкилполиглюкозидов, простого алкилгликолевого эфира, простых алкиловых эфиров полиоксиалкилена, поливиниловых спиртов и их производных, алкилполисахаридов и их комбинаций; цвиттерионных или амфотерных пенообразователей, которые выбирают из группы лаурилдиметиламиноксида, кокоамфоацетата, кокоамфодиацетата, кокоамфодипропионата, кокоамидопропилбетаина, алкилбетаина, алкиламидобетаина, гидроксисульфобетаина, кокоамидопропилгидроксисултаина, алкилиминодипропионата, аминоксида, производных аминокислот, алкилдиметиламиноксида и их комбинации, или катионных пенообразователей, которые выбирают из группы алкиламина и амида и их производных, соединений алкиламмония, алкоксилированного амина и амида и их производных, жирного амина и жирного амида и их производных, соединений четвертичного аммония, соединений четвертичного алкиламмония и их производных и их солей, производных имидазолина, солей карбиламмония, солей карбилфосфония, полимеров и сополимеров структур, описанных выше, и их комбинаций.

В другом типичном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается пенный состав для получения пены с заданным содержанием газа при введении газа в пенный состав. Пенный состав включает по меньшей мере один пенообразователь в количестве приблизительно от 0,001 мас. % до 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, по меньшей мере одну синтетическую упрочняющую добавку в количестве от приблизительно 0,01 мас. % до приблизительно 50 мас. % в расчете на общее количество пенного состава, по меньшей мере одну синтетическую упрочняющую добавку, включающую катионную функциональную группу, и воду. Концентрация по меньшей мере одного пенообразователя в пенном составе по существу является минимально достаточной для обеспечения заданного содержания газа в пене после включения газа в пенный состав.

В еще одном типичном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается способ включения синтетической упрочняющей добавки в бумажный продукт, при этом синтетическая упрочняющая добавка включает катионную функциональную группу. Способ включает стадию получения пены из пенного состава, включающего по меньшей мере один пенообразователь в количестве от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, синтетическую катионную упрочняющую добавку в количестве приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 50 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, и воду. Способ также включает стадию нанесения пены на влажное только что сформированное бумажное полотно.

Другие желательные признаки станут понятными из приведенного ниже подробного описания и прилагаемых пунктов формулы изобретения в сочетании с прилагаемыми фигурами и данными предпосылками создания изобретения.

Краткое описание фигур

Более полное понимание содержания предмета изобретения можно получить из приведенного ниже подробного описания в сочетании с прилагаемыми фигурами, где числа означают соответствующие элементы и где:

на фиг. 1 представлено схематическое изображение бумагоделательной системы в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения,

на фиг. 2 приведен график относительных количеств упрочняющей добавки и пенообразователя, необходимых для обеспечения определенных заданных содержаний воздушной пены,

на фиг. 3 приведен график результатов испытаний сопротивления на продавливание по Муллену образцов картона с содержанием вторичного волокна в сухом состоянии,

на фиг. 4 приведен другой график результатов испытаний сопротивления на продавливание по Муллену образцов картона с содержанием вторичного волокна в сухом состоянии,

на фиг. 5 приведен график результатов испытаний прочности при растяжении образцов картона с содержанием вторичного волокна, в сухом и влажном состоянии,

на фиг. 6 приведен график результатов энергозатрат на разрыв образцов картона с содержанием вторичного волокна,

на фиг. 7 приведен график результатов испытаний на растяжимость образцов картона с содержанием вторичного волокна в сухом состоянии,

на фиг. 8 приведен график испытаний прочности при растяжении образцов картона с содержанием вторичного волокна в сухом и влажном состоянии,

на фиг. 9 приведен график результатов испытаний прочности при растяжении образцов картона без содержания вторичного волокна в сухом и влажном состоянии,

на фиг. 10 приведен график результатов испытаний на растяжимость образцов картона без содержания вторичного волокна в сухом и влажном состоянии,

на фиг. 11 приведен график результатов энергозатрат на разрыв образцов картона без содержания вторичного волокна в сухом и влажном состоянии,

на фиг. 12 приведен график результатов испытаний сопротивления на продавливание по Муллену и испытаний прочности по разрушению кольца образцов картона без содержания вторичного волокна в сухом состоянии,

на фиг. 13 приведен график результатов испытаний прочности при растяжении образцов картона без содержания вторичного волокна в сухом состоянии,

на фиг. 14 приведен график результатов энергозатрат на разрыв образцов картона без содержания вторичного волокна в сухом состоянии,

на фиг. 15 приведен график результатов испытаний прочности при растяжении образцов картона без содержания вторичного волокна в сухом и влажном состоянии,

на фиг. 16 приведен график результатов энергозатрат на разрыв образцов картона без содержания вторичного волокна в сухом и влажном состоянии,

на фиг. 17 приведен график результатов испытаний прочности при растяжении образцов картона с содержанием вторичного волокна в сухом и влажном состоянии для различных пенообразователей,

на фиг. 18 приведен другой график результатов испытаний прочности при растяжении образцов картона с содержанием вторичного волокна в сухом и влажном состоянии для различных пенообразователей,

на фиг. 19 приведен еще один график результатов испытаний прочности при растяжении картона с содержанием вторичного волокна в сухом и влажном состоянии для различных пенообразователей, и

на фиг. 20 приведен другой график результатов испытаний прочности при растяжении образцов картона с содержанием вторичного волокна в сухом и влажном состоянии для различных пенообразователей.

Подробное описание настоящего изобретения

Приведенное ниже подробное описание является по своей сути только иллюстративным и не предназначено для ограничения вариантов осуществления предмета изобретения или заявки и применения таких вариантов осуществления. Термин "типичный", использованный в данном контексте, означает "служащий в качестве примера, образца или иллюстрации". Таким образом, отсутствует необходимость рассматривать любой вариант осуществления настоящего изобретения, описанный в данном контексте в качестве "типичного", как предпочтительный или обеспечивающий преимущества по сравнению с другими вариантами. Все варианты осуществления настоящего изобретения, описанные в данном контексте, являются типичными вариантами, позволяющими специалистам в данной области техники получать или использовать системы, описанные в прилагаемых пунктах формулы изобретения. Кроме того, нет намерения ограничиваться какой-либо существующей или соответствующей теорией, описанной в представленных выше разделах Область техники, Предпосылки создания настоящего изобретения, Краткое описание настоящего изобретения или в представленном ниже разделе Подробное описание настоящего изобретения. Стандартные методики и композиции для краткости могут быть описаны в настоящем описании без подробностей.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к введению добавок в бумажный субстрат с использованием методики с применением пены.

Схематическое изображение системы для нанесения пенного состава на влажное только что сформированное бумажное полотно представлено на фиг. 1. Система включает секцию 20 подготовки бумажной массы, которая включает контур 21 массы высокой консистенции и контур 22 массы низкой консистенции (каждый контур показан на данной фигуре пунктирными стрелками). На данной фигуре поток бумажной массы представлен сплошными стрелками. В варианте осуществления настоящего изобретения, секция 21 массы высокой консистенции содержит один или более рафинеров 23, предназначенных для улучшения сцепления волокон между собой в массе высокой консистенции за счет придания волокнам массы высокой консистенции больше гибкости и за счет повышения площади их поверхности при механическом воздействии массы высокой консистенции при консистенции приблизительно 2,0-5,0%. В варианте осуществления настоящего изобретения выходящая из рафинеров масса низкой консистенции поступает в смеситель 24. В смесителе 24 бумажную массу необязательно можно смешивать с бумажной массой из других источников 25. Дополнительно, бумажную массу можно смешивать с химическими добавками 26 в смесителе 24. После выхода из смесителя 24 бумажную массу можно разбавлять при добавлении воды 27 для контроля консистенции бумажной массы в пределах предварительно заданного требуемого интервала. Затем бумажная масса поступает в бак бумагоделательной машины 28, где можно добавлять дополнительные химические добавки 29. В варианте осуществления настоящего изобретения при выходе бумажной массы из бака бумагоделательной машины 28, ее разбавляют большим количеством воды 30 для контроля консистенции бумажной массы в интервале приблизительно 0,5-1,0%. Затем бумажная масса с консистенцией приблизительно 0,5-1,0% поступает в контур массы низкой консистенции 22.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения, в контуре 22 массы низкой консистенции бумажная масса может проходить через устройства 32 очистки, сортировки и деаэрации массы низкой консистенции. В типичном варианте в бумажную массу можно добавлять дополнительные химические добавки в процессы, происходящие в ходе обработки в устройствах 32 очистки, сортировки и деаэрации. После процессов очистки, сортировки и деаэрации массы низкой консистенции бумажная масса поступает в секцию формования 33. В типичных вариантах осуществления настоящего изобретения в секции формования 33 напорный ящик 34 распределяет бумажную массу 35 на движущееся тканое полотно ("формующее полотно") 36. В типичных вариантах осуществления настоящего изобретения формующая сетка 36 транспортирует бумажную массу над одним или более ящиками с гидропланками 37, предназначенными для удаления воды из бумажной массы и, как следствие, для повышения консистенции бумажной массы для получения только что сформированного бумажного полотна 54. В типичных вариантах осуществления настоящего изобретения, если консистенция бумажного полотна 54 составляет приблизительно от 2 до 3%, то тогда бумажное полотно 54 проходит над одним или более ящиками с низким вакуумом 38, которые предназначены для действия на бумажное полотно 54 "низкого" вакуума для удаления из полотна 54 дополнительной воды. После прохождения бумажного полотна 54 над одним или более ящиков 38 с низким вакуумом в типичных вариантах осуществления настоящего изобретения, бумажное полотно 54 может последовательно проходить над одним или более ящиков с "высоким" вакуумом 39, 40, где под действием высокого вакуума удаляется дополнительная вода до тех пор, пока консистенция бумажного полотна 54 не достигнет приблизительно 10-20%. В типичных вариантах осуществления настоящего изобретения дополнительную воду затем удаляют в вакууме с использованием конечного вала, гаучвала 41. После гаучвала 41 влажное бумажное полотно 54 поступает в секцию прессования 42 при консистенции приблизительно 20-25%, где прессовые валы удаляют дополнительную воду из влажного бумажного полотна 54. Бумажное полотно 54 выходит из секции прессования с консистенцией приблизительно 40-50% и поступает в сушильную секцию 43, где нагреваемые осушительные цилиндры нагревают бумажное полотно 54 и испаряют дополнительную воду из бумажного полотна 54. После сушильной секции 43 бумажное полотно 54 превращается в бумагу с консистенцией приблизительно 93-95%. После сушильной секции 43 сухую бумагу можно смягчить в каландре 44 и намотать в рулон 45.

В типичных вариантах осуществления настоящего изобретения в бумажное полотно 54 можно добавлять добавки, такие как упрочняющие добавки с использованием пенообразователей. Прежде всего, в типичном варианте осуществления настоящего изобретения пенообразователь 46 и химическую упрочняющую добавку 47 смешивают в пеногенераторе 48 для получения пенного состава 50. Газ 49 вводят в пенный состав 50 для получения пены 51. В другом варианте пенообразователь 46 и упрочняющую добавку 47 смешивают в другом устройстве, при этом получают пенный состав 50, и газ 49 последовательно вводят в пенный состав 50, при этом получают пену 51. В типичном варианте осуществления настоящего изобретения, после включения газа в пенный состав 50 полученную пену 51 переносят через шланг 52 в распределитель пены 53, где пену наносят на только что сформированное бумажное полотно 54. В типичном варианте осуществления пену 51 наносят между первым ящиком высокого вакуума 39 и вторым ящиком высокого вакуума 40. Вакуум, создаваемый в ящике высокого вакуума 40, после нанесения пены способствует распределению пены 51 на влажном только что сформированном бумажном полотне.

Как будет более подробно описано ниже, неожиданно было установлено, что применение определенных упрочняющих добавок с использованием пенной технологии в комбинации с определенными пенообразователями приводит к улучшению (или, в некоторых случаях, по меньшей мере к аналогичной эффективности) опосредованных связыванием прочностных характеристик бумаги по сравнению с бумажными продуктами, при получении которых такие же химические упрочняющие добавки добавляли в мокрой части. Ранее было известно, что пенообразователи снижают прочностные свойства бумаги, поскольку пенообразователи нарушают сцепление между целлюлозными волокнами бумаги.

Термин "пенообразователь", использованный в данном контексте, означает вещество, которое снижает поверхностное натяжение жидкой среды, в которой оно растворено, и/или межфазное натяжение между другими фазами, на которых оно абсорбировано на межфазной границе жидкость/пар (или на других аналогичных межфазных границах). Пенообразователи обычно используют для формирования или стабилизации пен.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения пенные добавки можно наносить на влажное только что сформированное бумажное волоконное полотно 54 при прохождении такого полотна 54 над вакуумными ящиками 38, 39, 40. При удалении воды из влажного только что сформированного бумажного волоконного полотна 54 упрочняющая добавка 47 наносится на бумажное полотно 54 и удерживается внутри полотна за счет комбинации электростатических и физических взаимодействий.

Упрочняющие добавки обычно действуют за счет увеличения общей площади связывания волокон между собой, и не приводят к упрочнению индивидуальных волокон бумажного полотна. Увеличенную площадь связывания волокон и улучшенные в результате этого опосредованные связыванием прочностные свойства листа можно оценить с использованием других методик. Например, для повышения площади связывания волокон можно использовать улучшенную очистку волокон, сушку бумажной массы прессованием в мокрой части и улучшенное формование. В некоторых случаях было установлено, что улучшение опосредованных связыванием прочностных свойств бумаги, обеспеченное за счет пенного применения упрочняющих добавок, значительно увеличивается по сравнению с добавлением аналогичных упрочняющих добавок в мокрую часть. Более подробно, одно преимущество, связанное с пенным применением упрочняющих добавок, заключается в том, что во влажный сформированный лист можно ввести большую концентрацию упрочняющих добавок, в то время как на практике интервал дозировок упрочняющих добавок ограничивает концентрацию добавок в мокрой части до очень низкого уровня традиционных добавок в мокрой части. При традиционном добавлении в мокрую часть ограничение дозировки упрочняющих добавок приводит к "выходу на плато" кривой зависимости опосредованной связыванием прочности от величины дозировки при относительно низких дозировках, в то время как пенное добавление упрочняющих добавок приводит к непрерывному отклику на дозу, при этом увеличение концентрации упрочняющих добавок, наносимых на влажный лист, приводит к увеличению прочностных свойств конечного бумажного продукта, даже при дозе, намного превышающей нормальную дозу.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения упрочняющей добавкой является синтетическая упрочняющая добавка, включающая катионную функциональную группу, например, катионная упрочняющая добавка или амфотерная упрочняющая добавка. Как будет объяснено более подробно ниже, следует отметить, что синтетические упрочняющие добавки, содержащие катионную функциональную группу, улучшают опосредованные связыванием прочностные свойства конечного бумажного листа.

Не ограничиваясь какой-либо теорией, улучшение опосредованных связыванием прочностных свойств бумаги, обеспечиваемое при пенном нанесении определенных упрочняющих добавок, по сравнению с добавлением тех же добавок в мокрую часть, может быть связано с лучшим удерживанием добавок при пенном нанесении. Более подробно, поскольку пенное нанесение добавок осуществляют, когда лист характеризуется максимальной консистенцией волокон в воде (при содержании воды обычно приблизительно 70-90%) по сравнению с добавлением упрочняющих добавок в бумажную массу в мокрой части в секциях подготовки бумажной массы (где содержание воды обычно составляет приблизительно 95-99% или более), то наблюдается меньшая потеря упрочняющей добавки при прохождении бумажной массы через последовательные секции удаления воды. В типичных вариантах осуществления настоящего изобретения стадию нанесения пены на влажное только что сформированное бумажное полотно осуществляют, когда оно характеризуется консистенцией волокон целлюлозы приблизительно от 5% до приблизительно 45%, например, приблизительно от 5% до приблизительно 30%.

Не ограничиваясь какой-либо теорией, считается, что улучшение прочностных характеристик бумаги за счет пенного нанесения определенных упрочняющих добавок по сравнению с нанесением аналогичных добавок в мокрой части, обеспечивается вследствие того, что загрязняющие вещества/загрязнители, которые ухудшают адсорбцию упрочняющих добавок на волокнах, могут присутствовать в большем количестве в секции подготовки бумажной массы, как будет описано более подробно ниже.

Не ограничиваясь какой-либо теорией, считается, что улучшение прочностных характеристик бумаги за счет пенного нанесения определенных упрочняющих добавок по сравнению с нанесением аналогичных добавок в мокрой части, обеспечивается вследствие того, что упрочняющие добавки встраиваются в лист по меньшей мере частично за счет физических сил, а не только сил поверхностного заряда, и недостаток оставшихся заряженных доступных участков в образующемся бумажном полотне не ограничивает количество упрочняющей добавки, которое может встроиться в лист. Недостаток оставшихся заряженных доступных связывающих участков в образующемся бумажном полотне, такой как недостаток оставшихся доступных анионных заряженных участков, может наблюдаться при введении добавок в мокрой части, прежде всего при введении таким способом большого количества добавок.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения пенное нанесение упрочняющих добавок на лист осуществляют с использованием пены с содержанием воздуха в интервале приблизительно от 40% до приблизительно 95%, например, в интервале от приблизительно 60% до приблизительно 80%. Пену можно формировать при введении газа в пенный состав, при сдвиговом воздействии пенного состава в присутствии достаточного количества газа, при впрыскивании пенного состава в поток газа или другими пригодными способами.

Не ограничиваясь какой-либо теорией, было установлено, что небольшая часть пенного состава вспенивается при введении воздуха в жидкость с использованием высокоскоростного гомогенизатора в контейнере, а количество газа, который диспергируется в виде мелких пузырьков с диаметром в интервале 10-300 мкм, ограничивается свойствами и концентрацией пенообразователя и его взаимодействием с упрочняющей добавкой. Для данного типа и концентрации пенообразователя максимальное содержание газа обычно достигается менее чем за 1 минуту. Дополнительная гомогенизация не приводит к включению большего количества газа в виде пузырьков с диаметром 10-300 мкм, а любой дополнительный газ, добавленный в вихревую воронку, диспергируется в виде значительно более крупных пузырьков с диаметром в интервале от 2 до 20 мм. Пузырьки такого размера быстро сливаются друг с другом и всплывают к верхней части пены, где они обычно лопаются и газ покидает пену. В случае избытка газа, за исключением случаев, когда пенообразователь данного типа и концентрации в пенном составе может диспергироваться в виде пузырьков с диаметром 10-300 мкм, в пеногенераторе с механическим сдвигом под давлением, избыточный газ удаляется (с пеной) в виде очень больших пузырьков с диаметром 2-20 мм, диспергированных в пене. Размер пузырьков 2-20 мм значительно превышает стандартную толщину влажного только что сформированного листа. Поскольку упрочняющие добавки обнаруживаются только в жидкой пленке и в пространстве между пузырьками пены, пузырьки с очень большим диаметром не могут доставлять упрочняющую добавку в поперечное сечение волокна, если большая площадь листа содержит только пленку поверх отдельного пузырька, наносимого на лист. Пузырьки с диаметром менее толщины слоя пены, прежде всего пузырьки с диаметром менее толщины только что сформированного полотна являются предпочтительными для более равномерного распределения упрочняющих добавок. В этом случае пузырьки с диаметром 20-300 мкм, особенно пузырьки с диаметром 50-150 мкм, являются предпочтительными, поскольку пузырьки такого размера могут переносить упрочняющую добавку в только что сформированное полотно без его разрушения и, следовательно, могут более эффективно распределять упрочняющую добавку. Содержащиеся в пене пузырьки с диаметром 50-150 мкм и с содержанием воздуха приблизительно от 70% до приблизительно 80% являются пригодными, поскольку их легко наносить из контейнера с открытым верхом или доставлять под давлением через шланг в пенный дистрибьютор или из него на только что формированное бумажное полотно, предназначенное для нанесения.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения пенное нанесение упрочняющих добавок осуществляют с использованием пенного состава, включающего по меньшей мере один пенообразователь в количестве приблизительно от 0,001 мас. % до приблизительно 10 мас. % в расчете на общую массу пенного раствора, например, приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 1 мас. % в расчете на общую массу пенного состава. В типичном варианте осуществления настоящего изобретения пенное нанесение осуществляют с использованием пенного состава, включающего по меньшей мере одну упрочняющую добавку в количестве приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 50 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, например, приблизительно от 0,1 мас. % до 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава.

Прежде всего, как описано выше, пенообразователи в основном снижают опосредованные связыванием прочностные свойства бумаги за счет разрушения связывания между волокнами бумажной массы. Было установлено, что использование пенного состава, содержащего приблизительно минимальное количество пенообразователя, достаточного для образования пены, таким образом сводит к минимуму снижение опосредованных связыванием прочностных свойств бумаги. Прежде всего, было установлено, что дозировка пенообразователя, требуемая для эффективного диспергирования определенного количества упрочняющей добавки, в пену с пузырьками газа с диаметром предпочтительно 50-150 мкм и содержанием газа от 70% до 80%, может изменяться в зависимости от типа и дозировки упрочняющей добавки, температуры и рН пенного состава. Это количество пенообразователя определяется в данном контексте как "минимально достаточная" доза пенообразователя, и является желательным для снижения отрицательных эффектов многих пенообразователей на связывание волокон, а также для снижения стоимости и последующих потенциальных проблем пенообразования в контуре оборотной воды в бумагоделательной машине.

На фиг. 2 показан график, на котором подробно представлены различия в концентрации пенообразователя, требующегося для получения пен с содержанием газа 70% и 80% при особых дозировках упрочняющих добавок в пенном составе. Во всех случаях определяемая концентрация пенообразователя составляла концентрацию, при которой образуются пузырьки газа, все с диаметром приблизительно в интервале от 50 до 150 мкм. Добавление пенообразователя в избытке от приблизительно минимально достаточной дозы пенообразователя, требуемой для получения пены с заданным содержанием газа, повышает вероятность ухудшения опосредованных связыванием прочностных свойств и, следовательно, вероятность увеличения степени ухудшения прочностных параметров. Применение избытка пенообразователя за пределами требуемого количества для получения пены, например, использование избыточного количества пенообразователя более, чем приблизительно 10 мас. % пенного раствора, также увеличивает общую стоимость обработки.

Было установлено, что некоторые комбинации пенообразователей и упрочняющих добавок обеспечивают еще большее улучшение опосредованных связыванием прочностных свойств бумаги по сравнению с другими комбинациями пенообразователя и упрочняющих добавок при нанесении в качестве пенного состава на только что сформированное бумажное полотно. Не ограничиваясь какой-либо теорией, можно предположить, что такие отличия в степени улучшении связаны с различными количествами различных пенообразователей, требующимися для достижения заданного содержания газа в пене, и которые вносят различный вклад в конечную прочность листа бумаги. В типичном варианте осуществления настоящего изобретения заданное содержание газа для пены, полученной после введения газа в пенный состав, составляет приблизительно от 40% газа до приблизительно 95% газа в расчете на общий объем пены, например, приблизительно от 60% газа до приблизительно 80% газа в расчете на общий объем пены.

Прежде всего, авторы настоящего изобретения установили, что во всех случаях не все типы пенообразователей были удовлетворительными. Некоторые пенообразующие агенты, такие как анионный пенообразователь, додецилсульфат натрия (SDS), могут приводить к уменьшению опосредованных связыванием прочностных параметров конечного бумажного листа. SDS является стандартным предпочтительным пенообразователем вследствие его низкой стоимости и низкой дозы, обычно требующейся для достижения заданного содержания газа в пене. Однако, авторами настоящего изобретения было установлено, что анионный заряд SDS может взаимодействовать с предпочтительными синтетическими упрочняющими добавками, которые содержат катионную функциональную группу, в результате образуют гели. Такое образование геля создает проблемы при обращении с пеной и ингибирует миграцию вспененной упрочняющей добавки в только что сформированное бумажное полотно. Даже в идеальных условиях (в отсутствии зарядового взаимодействия между SDS и содержащей катионную группу упрочняющей добавкой), SDS по прежнему приводит к снижению прочности за счет влияния на связывание волокон. Авторами изобретения было также установлено, что некоторые другие виды пенообразователей не способны образовывать пену с заданным интервалом содержания газа, если не используются недопустимые по стоимости концентрации пенообразователя.

Было проведено исследование, в ходе которого из пенообразователей получали пены с требуемыми характеристиками содержания газа и интервалом размеров пузырьков для пенного нанесения определенных упрочняющих добавок описанным выше способом.

Было установлено, что улучшенные физические свойства исследуемых образцов листов бумаги были получены при содержании газа в нанесенных пенах приблизительно от 40% до приблизительно 95%, например, приблизительно от 60% до 80%. В типичном варианте осуществления изобретения газом является воздух. В различных типичных вариантах осуществления настоящего изобретения пены получают при сдвиге пенного состава в присутствии достаточного количества газа или при впрыске газа в пенный раствор, или при впрыске пенного раствора в поток газа.

Было установлено также, что улучшенные физические свойства образцов бумажного листа были получены, если пенные составы включали один или более пенообразователей в количестве приблизительно от 0,001 мас. % до приблизительно 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, например, приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 1 мас. % в расчете на общую массу пенного состава. Кроме того, было установлено, что улучшенные физические свойства образцов бумажного листа были получены, если количество пенного агента было сведено к минимуму до только достаточного количества для получения пены с заданным содержанием газа.

Было показано также, что улучшенные физические свойства образцов бумажного листа были получены, если одна или более упрочняющих добавок присутствовали в количестве приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 50 мас. % в пенном составе, например, приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава. В типичных вариантах осуществления настоящего изобретения упрочняющие добавки включают синтетические упрочняющие добавки, содержащие катионную функциональную группу. В типичном варианте осуществления настоящего изобретения синтетическая упрочняющая добавка включает привитой сополимер винилового мономера и функционализированного виниламина, виниламинсодержащий полимер или акриламидсодержащий полимер. Следует отметить, что использованный в данном контексте термин "синтетическая" упрочняющая добавка исключает природные упрочняющие добавки, такие как крахмальные упрочняющие добавки. В типичном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одну синтетическую упрочняющую добавку, содержащую функциональную группу, выбирают из группы: сополимеры акриамида и диаллилдиметиламмоний хлорида, сополимеры глиоксилированного акриламида и диаллилдиметиламмоний хлорида, виниламинсодержащие полимеры и сополимеры, сополимеры амидоамина и эпихлоргидрина, глиоксилированные полимеры акриламида, полиэтиленимин, акрилоилоксиэтилтриметиламмоний хлорид. Типичной синтетической упрочняющей добавкой, включающей привитой сополимер винилового мономера и функционализированного виниламина, представляет собой коммерческий продукт фирмы Solenis LLC (Wilmington, Delaware) под торговым названием Hercobond™ 7700.

В другом типичном варианте или в дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одну синтетическую упрочняющую добавку, содержащую функциональную катионную группу, выбирают из группы сополимеров DADMAC и акриламида, с последующим глиоксилированием или без него, полимеров и сополимеров акриламида с катионными группами, включающими АЕТАС, AETAS, МЕТАС, METAS, АРТАС, МАРТАС, DMAEMA, или их комбинации, с последующим глиоксилированием или без него, виниламинсодержащих полимеров и сополимеров, полимеров РАЕ, полиэтилениминов, поли-DADMAC, полиаминов и полимеров на основе диметиламинометилзамещенного акриламида, где: DADMAC означает диаллилдиметиламмоний хлорид, DMAEMA означает диметиламиноэтилметакрилат, АЕТАС означает акрилоилоксиэтилтриметил хлорид, AETAS означает акрилоилоксиэтилтриметилсульфат, МЕТАС означает метакрилоилоксиэтилтриметилхлорид, METAS означает метакрилоилоксиэтилтриметилсульфат, АРТАС означает акрилоиламидопропилтриметиламмоний хлорид, МАРТАС означает акрилоиламидопропилтриметиламмоний хлорид и РАЕ означает сополимеры амидоамина и эпихлоргидрина.

Было установлено, что предпочтительными пенообразователями для применения в пенном нанесении синтетических упрочняющих добавок с катионной функциональной группой являются пенообразователи, которые выбирают из следующих подгрупп: неионные, цвиттерионные, амфотерные или катионные типы пенообразователей, или комбинации одного типа или более типов таких пенообразователей. Прежде всего, предпочтительные пенообразователи выбирают из группы неионных пенообразователей, цвиттерионных пенообразователей, амфотерных пенообразователей и их комбинаций.

Не ограничиваясь какой-либо теорией, следует отметить, что улучшенные результаты по прочностным свойствам, полученные с использованием неионных и цвиттерионных или амфотерных пенообразователей, связаны с недостатком электростатического взаимодействия между пенообразователями такого типа и волокнами бумажной массы и синтетическими катионными упрочняющими добавками. Прежде всего, улучшенные результаты были получены при использовании неионных пенообразователей, которые выбирают из группы этоксилатов, этоксилированных жирных кислот, сложных полиэтоксиэфиров, эфиров глицерина, сложных эфиров многоатомных спиртов, сложных эфиров гекситов, жирных спиртов, алкоксилированных спиртов, алкоксилированных алкилфенолов, алкоксилированного глицерина, алкоксилированных аминов, алкоксилированных диаминов, жирного амида, алкилоламида жирной кислоты, алкоксилированных амидов, алкоксилированных имидазолов, жирных амидоксидов, алканоламинов, алканоламидов, полиэтиленгликоля, этилен- и пропиленоксидов, сополимеров ЭО/ПО и их производных, сложного полиэфира, алкилсахаридов, алкила, полисахарида, алкилглюкозидов, алкилполиглюкозидов, простого эфира алкилгликоля, простых алкиловых эфиров полиоксиалкилена, поливиниловых спиртов, алкилполисахаридов, их производных и комбинаций.

Улучшенные результаты по прочностным свойствам были также получены при использовании цвиттерионных или амфотерных пенообразователей, которые выбирают из группы лаурилдиметиламиноксида, кокоамфоацетата, кокоамфодиацетата, кокоамфодипропионата, кокамидопропилбетаина, алкилбетаина, алкиламидобетаина, гидроксисульфобетаина, кокамидопропилгидроксисултаина, алкилиминодипропионата, аминоксида, производных аминокислот, алкилдиметиламиноксида и неионных ПАВ, таких как алкилполиглюкозиды и полиалкилсахариды и их комбинации.

Было также установлено, что анионные пенообразователи могут также приводить к улучшенным результатам по прочностным свойствам при комбинировании их с синтетическими упрочняющими добавками с катионной функциональной группой и с относительно низким катионным зарядом, например, с молярной концентрацией катионных функциональных групп менее приблизительно 16%. Предпочтительными анионными пенообразователями являются анионные пенообразователи, которые выбирают из группы алкилсульфатов и их производных, алкилсульфонатов и производных сульфоновой кислоты, сульфорицинатов щелочных металлов, сульфонированных глицериловых эфиров жирных кислот, сульфонированных сложных эфиров спиртов, солей и производных жирных кислот, алкиаминокислот, амидов аминосульфокислот, нитрилов сульфонированных жирных кислот, сульфатов эфиров, диэтиловых эфиров, алкилнафтилсульфоновой кислоты, сульфосукцинатов и производных сульфоянтарной кислоты, фосфатов и производных фосфоновой кислоты, алкилэфирфосфата и сложных эфиров фосфорной кислоты, и их комбинации.

Было также установлено, что анионные пенообразователи могут также приводить к улучшенным результатам по прочностным свойствам при комбинировании их с синтетическими упрочняющими добавками с катионной функциональной группой и с относительно низким катионным зарядом, например, с молярной концентрацией катионных функциональных групп менее приблизительно 16%. Предпочтительными анионными пенообразователи являются пенообразователи, которые выбирают из группы алкиламина и амида и их производных, алкиламмониевых оснований, алкоксилированного амина и амида и их производных, жирного амина и жирного амида и их производных, четвертичных аммониевых оснований, алкилчетвертичных аммониевых оснований и их производных и их солей, производных имидазолинов, солей карбиламмония, солей карбилфосфония, полимеров и сополимеров структур, описанных выше, и их комбинаций.

В данном описании также описаны комбинации описанных выше пенообразователей. Комбинирование различных пенообразователей определенного типа обеспечивает комбинацию различных преимуществ. Например, анионные пенообразователи обычно являются менее дорогостоящими по сравнению с другими пенообразователями и в основном более эффективными при формировании пены, но могут не проявлять такую эффективность в отношении улучшения опосредованных связыванием прочностных свойств бумаги. Неионные, цвиттерионные или амфотерные пенообразователи обычно являются более дорогостоящими по сравнению с анионными пенообразователями, но обычно они являются более эффективными по приданию прочностных характеристик в сочетании с синтетическими упрочняющими добавками с катионной функциональной группой. Поэтому комбинация анионного и неионного, цвиттерионного и/или амфотерного пенообразователей может обеспечить двойные преимущества в отношении экономической эффективности и улучшения прочностных свойств бумажного листа, или по меньшей мере обеспечить компромисс между этими двумя свойствами. Пенообразователи можно также комбинировать для обеспечения преимущества, при сочетании высокой пенообразующей способности пенообразователя одного типа с улучшенными свойствами связывающих свойств пенообразователя другого типа. При использовании некоторых определенных комбинаций наблюдается синергетическое улучшение опосредованных связыванием прочностных свойств при использовании определенных пенообразователей и определенных упрочняющих добавок с катионной функциональной группой, например, катионных или амфотерных упрочняющих добавок. Для анионных или неионных упрочняющих добавок также наблюдается такой синергизм с определенными пенообразующими агентами или их комбинациями.

В типичном варианте осуществления настоящего изобретения пенообразователем является поливиниловый спирт, называемый также PVA, PVOH или PVA1 и его производные. Было установлено, что комбинация пенообразователя PVOH и упрочняющей добавки с катионной функциональной группой обеспечивает улучшенные прочностные свойства образцов по сравнению со свойствами, полученными при добавлении аналогичной синтетической катионной упрочняющей добавки в мокрой части. Пенообразователи на основе поливинилового спирта с более высокой молекулярной массой, меньшей степенью гидролиза и отсутствием пеногасителей обычно обеспечивают хорошие прочностные свойства вследствие пенного нанесения упрочняющих добавок. В типичном варианте осуществления настоящего изобретения степень гидролиза поливинилового спирта составляла приблизительно от 70 до 99,9%, например, приблизительно от 86 до приблизительно 90%. В типичном варианте осуществления настоящего изобретения пенообразователь на основе поливинилового спирта характеризуется среднечисловой молекулярной массой от приблизительно 5000 до приблизительно 400000, что приводит к вязкости в интервале приблизительно от 3 до 75 сП при содержании твердых веществ 4% и 20°С. В варианте осуществления настоящего изобретения пенообразователь на основе поливинилового спирта характеризуется среднечисловой молекулярной массой от приблизительно 70000 до приблизительно 100000, что приводит к вязкости в интервале приблизительно от 45 до 55 сП при содержании твердых веществ 4% и 20°С. Следует также отметить, что пенообразователи на основе поливинилового спирта обеспечивают преимущество, которое заключается в том, что они предпочтительно не ухудшают прочностные свойства бумаги за счет разрушения связывания между волокнами бумажной массы в бумажном полотне. Комбинация неионного, цвиттерионного или амфотерного пенообразователя с пенообразователем на основе поливинилового спирта (или его производных) с другими молекулярными массами и степенями гидролиза также приводит к получению пены хорошего качества и улучшению прочности в комбинации с катионными упрочняющими добавками.

Было также установлено, что улучшенные физические параметры образцов были получены при использовании пенообразователей с гидрофильно-липофильным балансом (HLB), равным приблизительно 8. Баланс HLB, превышающий приблизительно 8, способствует пенообразованию в водных композициях.

Было также установлено, что синтетические упрочняющие добавки с катионной функциональной группой, кроме того, содержащие функциональные первичные аминогруппы, в форме звеньев поливиниламина, являются эффективными при улучшении прочностных параметров по сравнению с синтетическими упрочняющими добавками, не содержащими функциональные первичные аминогруппы. В типичном варианте осуществления настоящего изобретения включенная в пенный состав синтетическая упрочняющая добавка с катионной функциональной группой содержит функциональную первичную аминогруппу в количестве приблизительно от 1% до приблизительно 100%.

Пенное введение определенных видов упрочняющих добавок на субстраты различного типа более подробно будет описано ниже.

Первичный облицовочный картон

Первичным облицовочным картоном является картон, полученный с использованием композиции из беленой или небеленой древесноволокнистой массы из первичного сырья или из обоих типов массы (то есть масса, которую не перерабатывали в бумажные продукты или картон, и она была введена в эксплуатацию как таковая). Массу из первичного сырья иногда называют «никогда не высушиваемой», если ее получают на комбинате получения бумаги или картона. Ее также можно получать из тюкованной товарной целлюлозы, которая была сформирована в листы необработанной целлюлозы и высушена до содержания твердых веществ 50%-80% для упрощения транспортировки и хранения, когда целлюлозу получают на удаленном от комбината участке, где предполагается получать первичный облицовочный картон. Облицовочный картон можно, например, использовать для получения гофрокартона и ящиков, включая ящики с белыми лицевыми сторонами.

Благодаря применению такой массы для получения гофрокартона, прочность и другие структурные характеристики первичного картона имеют первостепенное значение. Однако улучшение прочности и других структурных свойств первичного облицовочного картона при добавлении упрочняющих добавок в секцию массы высокой консистенции в системе подготовки массы или в мокрую часть бумагоделательной машины часто ограничивается из-за проблем, вызываемых органическими и неорганическими загрязнителями, перенесенными из процесса варки целлюлозы. Такое ограничение обычно наблюдается из-за неидеальной промывки в системе промывки небеленой массы или на установке отбеливания, в случае беленой первичной массы или в обоих случаях. Для достижения желаемых характеристик прочности сцепления конечного первичного облицовочного картона производители бумаги могут увеличить базовую массу облицовочного картона. Однако этот подход характеризуется недостатком, который заключается в том, что производительность бумагоделательной машины соответственно снижается по мере увеличения базовой массы облицовочного картона. Стоимость облицовочного картона на единицу площади может стать непомерно высокой, когда базовая масса увеличивается для соответствия техническим требованиям прочности.

При использовании пенного нанесения синтетических упрочняющих катионных добавок, увеличение или улучшение связанных со сцеплением прочностных свойств облицовочного картона можно в значительной степени повысить по сравнению с увеличением, которое можно достигнуть при добавлении в мокрую часть тех же синтетических упрочняющих катионных добавок.

Типичные результаты, полученные при обработке субстратов облицовочного картона из первичных волокон, приведены ниже в примерах 2А-2Н.

Облицовочный картон с содержанием вторичного волокна

Облицовочный картон с содержанием вторичного волокна представляет собой картон, который получают с использованием волокон массы (целлюлозы), восстановленных из ранее произведенных и использованных, переработанных бумаги и картона. Картон с содержанием вторичного волокна можно использовать для получения гофрированных картонов и коробок, включая получение коробок с белыми лицевыми сторонами. Картон с содержанием вторичного волокна иногда также называют многослойным картоном. Множество целлюлозно-бумажных комбинатов (ЦБК), прежде всего в Северной Америке, производят картон с содержанием вторичного волокна из смеси первичных волокон целлюлозы и вторичных волокон целлюлозы.

Опосредованные связыванием прочностные и другие структурные характеристики картона с содержанием вторичного волокна являются чрезвычайно важными, поскольку их используют при получении коробок из гофрированного картона. Однако, улучшение прочностных и других структурных свойств картона с содержанием вторичных волокон при добавлении упрочняющих добавок в мокрой части (в секции высокой консистенции системы получения бумаги или в мокрой части бумагоделательной машины) часто ограничено за счет действия загрязняющих веществ, которые могут включать как органический материал, такой как лигнин, который переносится из процесса варки целлюлозы при получении картона из первичных волокон, так и добавки, накапливающиеся из предыдущих циклов бумагоделательного процесса. Прежде всего было установлено, что системы картона с содержанием вторичного волокна, в которых используют относительно небольшие количества пресной воды (которые иногда называют "замкнутыми" водными системами), характеризуются недостатками, связанными с закупоркой неорганическими и/или органическими загрязнителям, такими как лигнин и добавки, добавленные в мокрой части в предыдущих циклах бумагоделательного процесса. Такие загрязнения отрицательно влияют на способность упрочняющих добавок к функционированию при введении их в бумажную массу в мокрой части (в секции массы с высокой консистенцией в системе подготовки бумажной массы или в мокрой части бумагоделательной машины). Обычно считается, что анионный заряженный накопившийся материал, иногда называемый "анионными загрязнениями", обычно захватывает часть положительно заряженных упрочняющих добавок, что приводит снижению эффективности таких катионно-заряженных упрочняющих добавок, поскольку они не полностью связаны с волокнами. Для обеспечения требуемых физических свойств конечного картона с содержанием вторичных волокон изготовители бумаги могут стремиться увеличивать сухую массу картона. Однако недостаток такого подхода заключается в том, что продуктивность бумагоделательной машины соответственно снижается в связи с возрастанием сухой массы и также приводит к значительному увеличению стоимости волокон на ЦБК в расчете на площадь продукта.

С использованием пенного нанесения катионных упрочняющих добавок можно обеспечить соответствующее увеличение или улучшение прочностных свойств картона без соответствующего увеличения сухой массы картона по сравнению добавлением аналогичных катионных упрочняющих добавок в мокрой части.

Типичные результаты, полученные с субстратами картона с содержанием вторичных волокон, приведены ниже в примерах 1А-1F. Следует отметить также, что пенное нанесение синтетических упрочняющих добавок с катионной функциональной группой приводит к получению улучшенных результатов при производстве бумажной и мешочной тары.

Примеры

Пример 1А

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² ("гкм") получали с использованием бумажной массы степени помола 500 по канадскому стандарту (CSF) с содержанием вторичного волокна (RLB) для тестирования улучшения прочности при пенном добавлении синтетических упрочняющих добавок по сравнению с контрольным листом. Влажные сформированные бумажные полотна получали с использованием оборудования для отливки бумажных листов Noble Wood по стандартным методикам. Для получения листов бумаги ручного отлива не использовали циркуляционные оборотные воды. Затем сформированные влажные листы переносили в устройство для нанесения пены, обеспечивающее подачу вакуума к влажным листам. Пены получали с использованием 2-10% растворов синтетической катионной упрочняющей добавки (сухая упрочняющая добавка Hercobond™ 7700 фирмы Solenis LLC (величины в процентах означают массовый процент продукта в пенном составе). Несколько пен получали с использованием воздуха в качестве газа в присутствии различных пенообразователей, включая продукты Macat® АО-12, Triton™ BG-10, пенообразователь на основе поливинилового спирта (продукт Selvol™ 540) и анионный пенообразователь, додецилсульфат натрия (SDS), перед нанесением пенных составов на влажные сформированные листы. Концентрации пенообразователей подбирали относительно концентраций Hercobond™ 7700 с целью поддержания содержания воздуха в пене на постоянном уровне приблизительно 70%. Дозировки пенообразователей составляли 2-15 г/л. Пены получали смешением пенообразователей и упрочняющей добавки при требуемых концентрациях в воде. Получали партии по 25 г в пластиковых стаканах объемом по 250 мл, по одному на каждый лист, и смешивали до полного растворения. Затем использовали ручной электрический гомогенизатор с роторным/неподвижным зондом в течение приблизительно 30 с при 10000 об./мин для получения пены. Пены наносили на листы при отключении перемешивания в течение 15 с.

Пены наносили на влажные сформированные бумажные полотна с использованием устройства для прокатки. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 3, описаны ниже в табл. 1.

Типичный пенообразователь I включает аминоксид, который является амфотерным и выпускается фирмой Pilot Chemical под торговым названием Macat® АО-12.

Типичный пенообразователь II включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ BG-10.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Пенообразователь сравнения I включает додецилсульфат натрия, который является анионным и выпускается различными фирмами.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Прочность на разрыв полученных образцов оценивали по сопротивлению на продавливание по Муллену. Результаты показаны на фиг. 3. При установке высоты пены, наносимой на лист, было установлено, что 1% пенный раствор продукта Hercobond™ 7700 является эквивалентным нанесению 4-5 фунт/тонна продукта Hercobond™ 7700 на лист при нанесении в мокрой части. Эти результаты были последовательно подтверждены калибровочными экспериментами, в ходе которых определяли содержание азота в известных количествах нанесенных добавок и рассчитывали реальное содержание синтетической упрочняющей добавки в листе.

Как показано на фиг. 3, пенное нанесение продукта Hercobond™ 7700 оказывает отчетливый эффект на прочность при растяжении по сравнению с контрольным листом. Прежде всего, было установлено, что пенное нанесение продукта Hercobond™ 7700 одновременно с пенообразователем Macat® АО-12, с пенообразователем Triton™ BG-10 и с пенообразователем Selvol™ 540 приводит к увеличению прочности при растяжении по сравнению с необработанным контрольным листом.

Как также показано на фиг. 3, использование пенообразователя, анионного ПАВ додецилсульфата натрия (SDS), приводит к лучшему пренебрежимо малому увеличению прочности при растяжении и к худшему снижению прочности при растяжении по сравнению с контролем. Как описано выше, не ограничиваясь какой-либо теорией, предполагается, что использование SDS приводит к ухудшению прочностных характеристик образца листа за счет увеличенных электростатических и гидрофобных взаимодействий между SDS и волокнами бумажной массы во влажных листах. Предполагается также, что такие увеличенные электростатические и гидрофобные взаимодействия препятствуют связыванию волокон бумажной массы и нарушают действие упрочняющих добавок.

В связи с этим было установлено, что использование амфотерных, неионных и/или полимерных пенообразователей обеспечивает хорошие вспенивание и стабильность, а также оказывает минимальное влияние на катионную упрочняюшую добавку, и, следовательно, приводит к улучшению опосредованных связыванием прочностных характеристик образцов, в то время как анионный пенообразователь SDS оказался менее эффективным в улучшении прочностных свойств образцов. Прежде всего, было установлено, что амфотерные ПАВ на основе диметиламиноксида, ПАВ на основе алкилполиглюкозидов и ПАВ на основе поливинилового спирта, все приводят к улучшению прочностных характеристик образцов.

Как также показано на фиг. 3, максимальное увеличение прочности при растяжении достигается с использованием продукта Selvol™ 540. Было установлено, что пенообразователи на основе поливинилового спирта проявляют синергетическое действие с упрочняющими добавками в отношении улучшения прочностных свойств.

Как также было показано на фиг. 3, для каждого из пенообразователей Macat® АО-12, Triton™ BG-10 и Selvol™ 540, прочность при растяжении преимущественно увеличивалась в соответствии с увеличением концентрации продукта Hercobond™ 7700.

Пример 1В

Для подтверждения результатов, полученных в примере 1А, аналогичное экспериментальное испытание проводили с использованием листов бумаги ручной отливки, полученных с использованием бумажной массы степени помола 340 по канадскому стандарту (CSF) с содержанием вторичного волокна. Пены получали согласно процессу получения пен, как описано в примере 1А. Результаты, полученные в примере 1В, показаны на фиг. 4. Бумажные листы ручной отливки, охарактеризованные на фиг. 4, показаны в табл. II.

Типичный пенообразователь I включает аминоксид, который является амфотерным и выпускается фирмой Pilot Chemical под торговым названием Macat® АО-12.

Типичный пенообразователь II включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ BG-10.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Пенообразователь сравнения I включает додецилсульфат натрия и выпускается различными фирмами.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализированного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как показано на фиг. 4, пенное нанесение продукта Hercobond™ 7700 оказывает отчетливое действие на прочность при растяжении бумажных листов ручной отливки 340 CSF. Прежде всего, было установлено, что, аналогично примеру 1А, нанесение продукта Hercobond™ 7700 одновременно с пенообразователем Macat® АО-12, с пенообразователем Triton™ BG-10 и с пенообразователем Selvol™ 540, приводит к увеличению прочности при растяжении по сравнению с необработанным контрольным листом.

В связи с этим, пример 1В подтверждает, что улучшения, связанные с пенным нанесением, достигаются для различных составов бумажной массы.

Пример 1С

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали с использованием бумажной массы степени помола 370 по канадскому стандарту (CSF) с содержанием вторичного волокна (RLB). Влажные сформированные бумажные полотна получали с использованием оборудования для отливки бумажных листов Noble Wood по стандартным методикам без использования рециркуляционных оборотных вод. Пены, полученные с использованием 1% синтетической катионной упрочняющей добавки (продукт Hercobond™ 7700), в виде массы продукта в пенном составе, получали в присутствии различных пенообразователей перед нанесением на влажный сформированный лист. Пенообразователи, использованные в данном примере, включали продукты Triton™ BG-10, Glucopon ® 425N, Crodateric™ CAS 50, Selvol™ 540, Multitrope™ 1620, Macat® AO-12, NatSurf™ 265, Triton™ X-100, Mona™ AT-1200, Tween ® 80, Tween ® 20, Crodasinic™ LS30, Diversaclean™ и Forestall™. Пены получали согласно процессу получения пен, описанных в примере 1А. Затем измеряли прочность при растяжении в сухом и влажном (повторно увлажненном) состоянии и сравнивали с прочностью при растяжении в сухом и влажном (повторно увлажненном) состоянии необработанного контрольного листа и с прочностью при растяжении в сухом и влажном (повторно увлажненном) виде листа, на который наносили продукт Hercobond™ 7700 в количестве 4 фунта/тонна в мокрой части. Результаты, полученные в примере 1С, показаны на фиг. 5. Бумажные листы ручной отливки, охарактеризованные на фиг. 5, описаны ниже в табл. III.

Типичный пенообразователь I включает аминоксид, который является амфотерным и выпускается фирмой Pilot Chemical под торговым названием Macat® АО-12.

Типичный пенообразователь II включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ BG-10.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Типичный пенообразователь IV включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой BASF под торговым названием Glucopon ® 425N.

Типичный пенообразователь V включает кокамидопропил - гидроксисультаин, который является цвиттерионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Crodateric™ CAS 50.

Типичный пенообразователь VI включает полисахарид, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Multitrope™ 1620.

Типичный пенообразователь VII включает этоксилированный спирт, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием NatSurf™ 265.

Типичный пенообразователь VIII включает полиэтиленгликоль, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ Х-100.

Типичный пенообразователь IX включает бетаин, который является цвиттерионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Mona™ АТ-1200.

Типичный пенообразователь X включает сложный эфир гексита, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Tween ® 80.

Типичный пенообразователь XI включает сложный эфир гексита, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым название Tween ® 20.

Типичный пенообразователь XII включает смесь алкилполиглюкозида и алкоксилированного спирта, которые являются неионными и выпускаются фирмой Croda под торговым названием Diversaclean™.

Типичный пенообразователь XIII включает четвертичный алкиламмоний, который является катионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Forestall™.

Пенообразователь сравнения II включает лауроилсаркозинат, который является анионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Crodasinic™ LS30.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как показано на фиг. 5, выбор пенообразователя оказывает влияние на прочность при растяжении в сухом и влажном (повторно увлажненном) состоянии. Все пены, которые наносили на бумажные листы ручной отливки, содержали равное количество синтетической катионной упрочняющей добавки Hercobond™ 7700. Некоторые пенообразователи (такие как продукты Tween ® 80 и Tween ® 20) снижали прочность при растяжении бумажного листа ручной отливки в сухом состоянии в большей степени по сравнению с контрольным листом, в то время как другие (такие как продукт Selvol™ 540) улучшали прочность при растяжении в большей степени по сравнению с добавлением образца в мокрой части.

Как показано на фиг. 5, добавление 4 фунтов/тонна продукта Hercobond™ 7700 в мокрой части приводит к более высокой прочности при растяжении в сухом состоянии по сравнению с пенным нанесением продукта Hercobond™ 7700 одновременно с большинством пенообразователей. Считается, что поскольку бумажные листы ручной отливки, использованные в данном примере, были получены без использования рециркулирующих оборотных сточных вод, загрязнители (такие как лигнин), которые в других случаях снижают эффективность упрочняющих добавок, добавляемых в мокрой части, по-видимому не присутствуют в данном случае в таком количестве, в котором их обычно используют в промышленности. В связи с этим, увеличение прочности при растяжении, демонстрируемое при добавлении в мокрой части в данном примере, оказывается выше по сравнению с тем, которое действительно реализуется в промышленности при использовании рециркулирующих оборотных сточных вод.

В любом случае, результаты, представленные на фиг. 5, свидетельствуют о том, что наблюдается отчетливое улучшение прочности при растяжении в сухом состоянии, связанное с пенным добавлением упрочняющих добавок.

Кроме того, на фиг. 5 показано также, что пенное добавление упрочняющих добавок улучшает прочность при растяжении бумажных листов ручной отливки во влажном (повторно увлажненном) состоянии по сравнению с контролем. Более того, большинство пенообразователей, использованных при пенном добавлении продукта Hercobond™ 7700, приводят к улучшению прочности при растяжении во влажном (повторно увлажненном) состоянии по сравнению с добавлением продукта Hercobond™ 7700 в мокрой части.

Пример 1D

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали с использованием бумажной массы степени помола 370 по канадскому стандарту (CSF) с содержанием вторичного волокна (RLB) с использованием аналогичных устройств и методик, описанных в предыдущих примерах. Синтетическую упрочняющую добавку (торговое название Hercobond™ 7700) наносили на листы с использованием пенообразователя Selvol™ 540. Пены получали согласно процессу получения пены, описанному в примере 1А. Затем оценивали энергозатраты на разрыв (TEA) в сухом состоянии. Результаты показаны на фиг. 6. Бумажные листы ручной отливки, охарактеризованные на фиг. 6, описаны ниже в табл. IV.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как показано на фиг. 6, улучшение по данным TEA в сухом состоянии наблюдали при пенном добавлении продукта Hercobond™ 7700 по сравнению с добавлением в мокрой части. Как видно на фиг. 6, отклик на дозу по данным TEA в сухом состоянии наблюдали при пенном добавлении продукта Hercobond™ 7700, в то время как при добавлении в мокрой части отклик на дозу по данным TEA в сухом состоянии отсутствовал. Кроме того, значительное улучшение приблизительно 70% по сравнению с контрольным листом наблюдали при добавлении в пенный раствор 2% Hercobond™ 7700. По данным TEA в сухом состоянии при введении 2 фунт/тонна Hercobond™ 7700 в мокрой части наблюдалось лишь незначительное улучшение.

Пример 1Е

Бумажные листы ручной отливки в сухом состоянии, полученные, как описано в примере 1D, тестировали при растяжении (в процентах). Пены получали согласно процессу получения пены, описанному в примере 1А. Результаты показаны на фиг. 7. Бумажные листы ручной отливки, охарактеризованные на фиг. 7, описаны ниже в табл. V.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как показано на фиг. 7, улучшение прочности при растяжении в сухом состоянии наблюдали при пенном добавлении продукта Hercobond™ 7700 по сравнению с добавлением в мокрой части. Как также показано на фиг. 7, при пенном добавлении Hercobond™ 7700 наблюдается небольшой отклик на дозу при растяжении в сухом состоянии, в то время как при добавлении в мокрой части отклик на дозу отсутствует. Прежде всего, добавление Hercobond™ 7700 в мокрой части свидетельствует об улучшении приблизительно на 10% по сравнению с контролем, в то время как пенное введение Hercobond™ 7700 приводит к увеличению прочности при растяжении бумажного листа ручного отлива в сухом состоянии приблизительно на 30%.

Примеры 1D и 1Е свидетельствуют о том, что в случаях применения, когда требуются достаточно высокие свойства растяжения и TEA, которые обычно связаны с производством крафт-бумаги для пакетов и мешков, пенное введение упрочняющих добавок приводит к улучшению по сравнению с добавлением аналогичных упрочняющих добавок в мокрой части.

Пример 1F

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали с использованием "чистой" бумажной массы степени помола 370 по канадскому стандарту (CSF) с содержанием вторичного волокна с использованием аналогичных устройств и методик, описанных выше в примере 1Е. Сначала получали контрольный лист и лист, содержащий 5 фунт/тонна синтетической катионной упрочняющей добавки (торговое название Hercobond™ 7700), которую добавляли в мокрой части. Затем растворимый лигнин, стандартный загрязнитель, который может образовывать отложения в замкнутых водных системах для производства картона с содержанием вторичных волокон, растворяли в мокрой части в количестве 18 фунтов/тонна в качестве приблизительной имитации органических загрязнителей в промышленных условиях. С использованием такой "грязной" бумажной массы получали 2 одинаковых бумажных листа. Третий бумажный лист получали аналогичным образом и затем его обрабатывали 1% пеной Hercobond™ 7700 с использованием в качестве пенообразователя Selvol™ 540. Пены получали согласно процессу получения пены, описанному в примере 1А. Затем измеряли прочность при растяжении в сухом и влажном состоянии каждого бумажного листа. Результаты измерения прочностей показаны на фиг. 8. Бумажные листы ручной отливки, охарактеризованные на фиг. 8, описаны ниже в табл. VI.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает добавку, которая является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Прочность при растяжении бумажного листа в сухом состоянии, полученного с добавлением Hercobond™ 7700 в мокрой части и "чистой" композиции бумаги с содержанием вторичного волокна свидетельствует об улучшении прочности при растяжении в сухом состоянии приблизительно на 10% по сравнению с контролем. Однако, улучшение при добавлении Hercobond™ 7700 в мокрой части уменьшается только приблизительно на 5% по сравнению с контролем в случае "грязной" композиции бумаги с содержанием вторичного волокна. Данный результат указывает на то, что растворимый загрязнитель лигнин снижает действие упрочняющих добавок, добавленных в мокрой части.

Для листов бумаги, полученных при пенном нанесении упрочняющих добавок, как для "чистых", так и для "грязных" бумажных композиций с содержанием вторичного волокна, наблюдается значительное увеличение прочности при растяжении в сухом состоянии по сравнению с добавлением в мокрой части. Такой эффект в значительной степени проявляется для "грязной" системы. В связи с этим следует иметь в виду, что пенное добавление упрочняющих добавок является пригодным при получении картона с содержанием вторичных волокон на ЦБК с сильно замкнутыми системами водоснабжения, поскольку отложение растворимого лигнина не оказывает отрицательного влияния на пенное введение в такой же степени, как и введение в мокрой части. Прежде всего, поскольку пену добавляют в предварительно сформированное влажное бумажное полотно, то влияние остаточных химических реагентов из мокрой части (таких, как растворимый лигнин) снижается, что приводит к более высокой эффективности сухой упрочняющей добавки.

Пример 2А

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали с использованием небеленой невысушеной первичной крафт-целлюлозы степени помола 750 по канадскому стандарту (CSF) для тестирования улучшения прочности при пенном добавлении синтетических упрочняющих добавок по сравнению с добавлением аналогичных упрочняющих добавок в мокрой части. Влажные сформированные бумажные полотна получали с использованием оборудования для отливки бумажных листов Noble Wood по стандартным методикам без использования рециркуляционных оборотных вод. Затем сформированные влажные листы переносили в устройство для нанесения пены, обеспечивающее подачу вакуума к листам. Количество нанесенной пены можно оценить по высоте пены, нанесенной на лист, что затем было подтверждено в ходе калибровочных экспериментов при мониторинге уровня азота в известных количествах в использованных упрочняющих добавках.

Пены получали с использованием 1-5% растворов катионной упрочняющей добавки (сухая упрочняющая добавка Hercobond™ 7700 фирмы Solenis LLC) - величины в процентах означают массу продукта в пенном составе - в присутствии поливиниламин-содержащей упрочняющей добавки (Selvol™ 540). Концентрации пенообразователей подбирали таким образом, чтобы содержание воздуха в пене составляло приблизительно 70%. В качестве примера такого подбора при 1% концентрации Hercobond™ 7700 использовали 0,6% концентрацию Selvol™ 540. Такие пены затем наносили на некоторые из влажных сформированных листов. Другие бумажные листы ручной отливки обрабатывали при добавлении в мокрой части Hercobond™ 7700 в дозировках от 1 до 4 фунт/тонна. Следует отметить, что пены, полученные из 1% раствора упрочняющей добавки, являются приблизительно эквивалентными добавлению приблизительно 4 фунт/тонна раствора упрочняющей добавки в мокрой части с учетом удерживающих характеристик упрочняющей добавки.

Затем измеряли прочность при растяжении в сухом и влажном (повторно увлажненном) состоянии полученных образцов. Результаты показаны на фиг. 9. Бумажные листы ручной отливки, охарактеризованные на фиг. 9, описаны ниже в табл. VII.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как видно на фиг. 9, пенное нанесение Hercobond™ 7700 оказывает отчетливый положительный эффект как на прочность при растяжении в сухом, так и во влажном (повторно увлаженном) состоянии. Прежде всего было установлено, что при нанесении Hercobond™ 7700 одновременно с пенообразователем Selvol™ 540 прочность при растяжении образцов в сухом и влажном (повторно увлажненном) состоянии увеличивается по сравнению с контролем и с добавлением Hercobond™ 7700 в мокрой части.

Как также видно на фиг. 9, добавление катионной упрочняющей добавки в мокрой части не приводит к улучшению прочности при растяжении по сравнению с контролем. Не ограничиваясь какой-либо теорией, можно предположить, что добавление катионной упрочняющей добавки оказалось неэффективным в отношении улучшения прочности при растяжении полученных образцов за счет влияния загрязнителей, оставшихся в композиции бумажной массы после варки целлюлозы. Поскольку пенное добавление Hercobond™ 7700 снижает возможность такого влияния за счет снижения вероятности взаимодействия между Hercobond™ 7700 и оказывающими отрицательное влияние веществами, то пенное добавление Hercobond™ 7700 является более эффективным для улучшения прочности при растяжении образцов в сухом и влажном состоянии.

Как также показано на фиг. 9, пенное добавление Hercobond™ 7700 характеризуется так называемым дозозависимым эффектом, т.е. увеличение концентрации Hercobond™ 7700, которую добавляют в образец, приводит к соответствующему увеличению прочности при растяжении образцов как в сухом, так и во влажном (повторно увлажненном) состоянии. При добавлении Hercobond™ 7700 в мокрой части такого дозозависимого эффекта не наблюдается.

Пример 2В

Бумажные листы ручной отливки получали по методикам, описанным выше в примере 2А. Пены получали согласно процессу формирования пены, описанному в примере 2А. Затем измеряли растяжение каждого из образцов в сухом и влажном (повторно увлажненном) состоянии. Результаты показаны на фиг. 10. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 10, описаны ниже в табл. VIII.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как видно на фиг. 10, добавление Hercobond™ 7700 в мокрой части приводит к снижению прочности при растяжении образцов в сухом и влажном (повторно увлаженном состоянии) по сравнению с контролем. И снова, не ограничиваясь какой-либо теорией, можно предположить, что добавление Hercobond™ 7700 оказалось неэффективным в отношении улучшения прочности при растяжении полученных образцов за счет влияния загрязнителей, оставшихся в композиции бумажной массы после ее получения.

Как также видно из фиг. 10, пенное нанесение Hercobond™ 7700 оказывает отчетливый положительный эффект как на прочность при растяжении в сухом состоянии, так и во влажном (повторно увлаженном). Прежде всего было установлено, что при нанесении Hercobond™ 7700 одновременно с пенообразователем Selvol™ 540 прочность при растяжении образцов с сухом и влажном состоянии увеличивается по сравнению с контролем и с добавлением Hercobond™ 7700 в мокрой части.

Как также показано на фиг. 10, пенное введение Hercobond™ 7700 характеризуется так называемым дозозависимым эффектом на прочность при растяжении в сухом и влажном (повторно увлаженном) состоянии, т.е. увеличение концентрации Hercobond™ 7700, которую добавляют в образец, приводит к соответствующему увеличению прочности при растяжении образцов как в сухом, так и во влажном (повторно увлажненном) состоянии. При добавлении Hercobond™ 7700 в мокрой части такого дозозависимого эффекта не наблюдается.

Пример 2С

Бумажные листы ручной отливки получали по методикам, описанным выше в примере 2А. Пены получали согласно процессу получения пены, описанному в примере 2А. Затем измеряли энергозатраты на разрыв (TEA) каждого из образцов в сухом и влажном состоянии. Результаты показаны на фиг. 11. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 11, описаны ниже в табл. IX.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как видно на фиг. 11, добавление Hercobond™ 7700 в мокрой части приводит к снижению свойств TEA образцов в сухом и влажном (повторно увлаженном состоянии) по сравнению с контролем. И снова, не ограничиваясь какой-либо теорией, можно предположить, что добавление Hercobond™ 7700 оказалось неэффективным в отношении улучшения свойств TEA полученных образцов за счет влияния загрязнителей, оставшихся в бумажной массе после ее получения.

Как также видно на фиг. 11, пенное нанесение Hercobond™ 7700 оказывает отчетливый положительный эффект как на свойства TEA в сухом состоянии, так и во влажном (повторно увлаженном) состоянии. Прежде всего было установлено, что при нанесении Hercobond™ 7700 одновременно с пенообразователем Selvol™ 540 прочность TEA образцов с сухом и влажном состоянии увеличивается по сравнению с контролем и с добавлением Hercobond™ 7700 в мокрой части.

Как также показано на фиг. 11, пенное добавление Hercobond™ 7700 характеризуется так называемым дозозависимым эффектом в отношении свойств TEA в сухом и влажном (повторно увлаженном) состоянии, т.е. увеличение концентрации Hercobond™ 7700, которую добавляют в образец, приводит к соответствующему увеличению прочности TEA образцов как в сухом, так и во влажном (повторно увлажненном) состоянии. При добавлении Hercobond™ 7700 в мокрой части такого дозозависимого эффекта не наблюдается.

Пример 2D

Бумажные листы ручной отливки получали по методикам, описанным выше в примере 2А. Пены получали согласно процессу получения пены, описанному в примере 2А. Затем измеряли прочность при растяжении и предел прочности по разрушению кольца каждого из образцов в сухом состоянии. Результаты показаны на фиг. 12. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 12, описаны ниже в табл. X.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как видно на фиг. 12, добавление синтетической катионной упрочняющей добавки в мокрой части приводит к снижению прочности по разрушению кольца каждого из образцов, а также к снижению или очень незначительному улучшению прочности при растяжении по сравнению с контролем. И снова, не ограничиваясь какой-либо теорией, можно предположить, что добавление синтетической катионной упрочняющей добавки оказалось неэффективным в отношении улучшения прочности по разрушению кольца и оказало только минимальный эффект на прочность при растяжении полученных образцов за счет действия загрязнителей, оставшихся в бумажной массе после ее получения.

Как также видно из фиг. 12, пенное нанесение Hercobond™ 7700 оказывает отчетливый положительный эффект как на прочность при растяжении, так и на прочность по разрушению кольца. Прежде всего было установлено, что при нанесении Hercobond™ 7700 одновременно с пенообразователем Selvol™ 540 прочность при растяжении и прочность по разрушению кольца образцов увеличиваются по сравнению с контролем и с добавлением Hercobond™ 7700 в мокрой части.

Как также показано на фиг. 12, пенное введение Hercobond™ 7700 характеризуется так называемым дозозависимым эффектом как на прочность при растяжении, так и на прочность по разрушению кольца, т.е. увеличение концентрации Hercobond™ 7700, которую добавляют в образец, приводит к соответствующему увеличению прочности при растяжении, так и прочности по разрушению кольца образцов. При добавлении Hercobond™ 7700 в мокрой части такого дозозависимого эффекта не наблюдается.

Пример 2Е

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 150 г/м² получали с использованием небеленой невысушеной первичной крафт-целлюлозы. Способы получения бумажных листов ручной отливки аналогичны способам, описанным в примере 2А. Пены получали с использованием 1-5% растворов поливиниламин-содержащей синтетической катионной упрочняющей добавки (Hercobond™ 7700). Пены предварительно получали в присутствии либо амфотерного ПАВ на основе диметиламиноксида (Macat® АО-12) либо поливинилового спирта (Selvol™ 540) перед нанесением на влажное сформированное бумажное полотно. Для каждого из образцов измеряли прочность при растяжении, а также для контрольного образца пены, контрольного образца при добавлении в мокрой части (каждый контроль без обработки) и образцов, полученных при добавлении в мокрой части 1 фунт/тонна Hercobond™ 7700 и 2 фунт/тонна Hercobond™ 7700. Результаты измерения прочности при растяжении в сухом состоянии представлены на фиг. 13. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 13, описаны ниже в табл. XI.

Типичный пенообразователь I включает аминоксид, который является амфотерным и выпускается фирмой Pilot Chemical под торговым названием Macat® АО-12.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Texas, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как показано на фиг. 13, добавление Hercobond™ 7700 в мокрой части при концентрации 1-2 фунт/тонна приводит только к незначительным улучшениям прочности при растяжении по сравнению с контрольным образцом, добавленным в мокрой части. Пенное добавление Hercobond™ 7700 приводит к 30% улучшению в присутствии амфотерного пенообразователя Macat® АО-12. В присутствии пенообразователя на основе поливинилового спирта Selvol™ 540 наблюдалось 40% улучшение прочности при растяжении. Поливиниловый спирт сам по себе является сухой упрочняющей добавкой. Применение пенообразователя на основе поливинилового спирта одновременно с сухими упрочняющими добавками приводит к синергетическому эффекту в отношении улучшения прочности при растяжении образцов в сухом состоянии.

Пример 2F

Бумажные листы ручной отливки получали по методикам, описанным выше в примере 2Е. Пены получали согласно процессу получения пены, описанному в примере 2А. Затем измеряли энергозатраты на разрыв (TEA) каждого из исследованных образцов в сухом состоянии. Результаты показаны на фиг. 14. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 14, описаны ниже в табл. XII.

Типичный пенообразователь I включает аминоксид, который является амфотерным и выпускается фирмой Pilot Chemical под торговым названием Macat® АО-12.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как показано на фиг. 14, добавление Hercobond™ 7700 в мокрой части приводит к небольшому улучшению прочности TEA по сравнению с добавлением необработанного контроля в мокрой части. Пенное добавление сухих упрочняющих добавок приводит к значительному улучшению прочности TEA по сравнению с необработанным пеной контрольным образцом. Как видно на фиг. 14, пенное добавление приводит к 65% улучшению прочности TEA при использовании амфотерного пенообразователя Macat® АО-12, и к 120% улучшению прочности TEA при использовании пенообразователя на основе поливинилового спирта Selvol™ 540.

Пример 2G

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали с использованием оборудования и методик, использованных в примере 2А, с использованием небеленой невысушеной первичной крафт-целлюлозы 750 CSF. Пены, предназначенные для нанесения приблизительно эквивалентных количеств определенных добавок, повышающих прочность в сухом состоянии, по сравнению с дозировкой в мокрой части, наносили на влажные сформированные листы. Пены получали согласно процессу получения пены, описанному в примере 2А. С целью определения улучшений прочности различными типами упрочняющих добавок в пену включали упрочняющие добавки различных типов. Использованные упрочняющие добавки включали Hercobond™ 7700, Hercobond™ 6950 и Hercobond™ 6350, каждая из которых содержала функциональные первичные аминогруппы в виде звеньев поливиниламина. Другие использованные упрочняющие добавки включали Hercobond™ 1630 и Hercobond™ 1307, которые не содержали звеньев поливиниламина. В качестве пенообразователя использовали алкилполиглюкозид (Dow™ BG-10). Затем определяли прочность при растяжении каждого из образцов в сухом и влажном (повторно увлажненном) состоянии. Результаты измерения прочности при растяжении представлены на фиг. 15. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 15, описаны ниже в табл. XIII.

Типичный пенообразователь II включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ BG-10.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функциализованного виниламина, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Синтетическая упрочняющая добавка II включает виниламинсодержащие полимеры и сополимеры, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 6950.

Синтетическая упрочняющая добавка III включает виниламинсодержащие полимеры и сополимеры, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 6350.

Синтетическая упрочняющая добавка IV включает диметиламиноэтилметакрилат, является амфотерной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 1630.

Синтетическая упрочняющая добавка V включает сополимеры глиоксилированного акриламида и диаллилдиметиламмоний хлорида, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 1307.

Как видно на рис. 15, для образцов, полученных с использованием синтетических катионных упрочняющих добавок, содержащих функциональные звенья первичных аминогрупп, наблюдалось улучшение прочности при растяжении по сравнению с образцами, полученными с использованием упрочняющих добавок, не содержащих функциональные первичные аминогруппы. Кроме того, для бумажных листов, полученных при пенном нанесении упрочняющих добавок, содержащих функциональные первичные аминогруппы, наблюдалось улучшение прочности при растяжении по сравнению с бумажными листами, полученными в присутствии эквивалентных количеств упрочняющей добавки при нанесении в мокрой части.

Пример 2Н

Бумажные листы ручной отливки получали по методикам, описанным выше в примере 2G. Пены получали согласно процессу получения пены, описанному в примере 2А. Затем измеряли энергозатраты на разрыв (TEA) каждого из образцов. Результаты энергозатрат на разрыв показаны на фиг. 16. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 16, описаны ниже в табл. XIV.

Типичный пенообразователь II включает алкилполигликозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ BG-10.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функциализованного виниламина, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Синтетическая упрочняющая добавка II включает виниламинсодержащие полимеры и сополимеры, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 6950.

Синтетическая упрочняющая добавка III включает виниламинсодержащие полимеры и сополимеры, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 6350.

Синтетическая упрочняющая добавка IV включает диметиламиноэтилметакрилат, является амфотерной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 1630.

Синтетическая упрочняющая добавка V включает сополимеры глиоксилированного акриламида и диаллилдиметиламмоний хлорида, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 1307.

Как видно на рис. 16, для образцов, полученных с использованием синтетических катионных упрочняющих добавок, содержащих функциональные звенья первичных аминогрупп, наблюдалось улучшение прочности TEA в значительной степени по сравнению с образцами, полученными с использованием упрочняющих добавок, не содержащи функциональные звенья первичных аминогрупп. Кроме того, для бумажных листов, полученных при пенном нанесении упрочняющих добавок, содержащих функциональные звенья первичных аминогрупп, наблюдалось улучшение прочности TEA в значительной степени по сравнению с бумажными листами, полученными с использованием эквивалентного количества упрочняющей добавки при нанесении в мокрой части.

Пример 3А

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали с использованием небеленой невысушеной первичной крафт-целлюлозы степени помола по канадскому стандарту 370 CSF. Пены без упрочняющих добавок получали в присутствии различных пенообразователей (включая анионные, цвиттерионные и неионные). Такие пены наносили на влажные сформированные листы.

Пенообразователи, использованные в примере 3А, включали SDS фирмы Sigma Aldrich, Crodateric™ CAS 50, Crodateric™ CAB 30 и Multitrope™ 1620 фирмы Croda Inc., Macat® АО-12 фирмы Pilot Chemical Co., Glucopon ® 425N фирмы BASF Corp., Triton™ BG-10 и Triton™ CG-110 фирмы Dow Chemical Co. Концентрацию каждого пенообразователя доводили таким образом, чтобы каждая пена содержала приблизительно 70% воздуха.

Влажные сформированные бумажные полотна получали с использованием оборудования для отливки бумажных листов Noble и Wood. Затем сформированные влажные листы переносили в устройство для нанесения пены, обеспечивающего подачу вакуума после нанесения пены. Затем пены наносили с использованием вытяжного устройства. Количество наносимой пены тщательно контролировали. Количество нанесенной пены можно оценить по высоте пены, нанесенной на лист, что затем было подтверждено в ходе калибровочных экспериментов при мониторинге уровня азота в известных количествах в нанесенных упрочняющих добавках.

Определяли прочность при растяжении для каждого образца в каждых условиях по сравнению с контролем (без пены или химических добавок). Результаты измерения прочности показаны на фиг. 17. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 17, описаны ниже в табл. XV.

Типичный пенообразователь I включает аминоксид, который является амфотерным и выпускается фирмой Pilot Chemical под торговым названием Macat® АО-12.

Типичный пенообразователь II включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ BG-10.

Типичный пенообразователь IV включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой BASF под торговым названием Glucopon ® 425N.

Типичный пенообразователь V включает кокамидопропил - гидроксисультаин, который является цвиттерионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Crodateric™ CAS 50.

Типичный пенообразователь VI включает полисахарид, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Multitrope™ 1620.

Типичный пенообразователь XIV включает кокамидопропилбетаин, который является амфотерным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Crodateric™ CAB 30.

Типичный пенообразователь XV включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ CG-110.

Пенообразователь сравнения I включает додецилсульфат натрия, является анионным и выпускается различными фирмами.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, является катионной и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как видно на фиг. 17, различные пенообразователи (полученные без упрочняющих добавок) оказывают различное влияние на прочностные характеристики образцов. SDS, анионный ПАВ, снижает прочность при растяжении в сухом состоянии примерно на 15% по сравнению с контролем. Среди цвиттерионных ПАВ, Crodateric™ CAS 50 фирмы Croda Inc., ПАВ на основе кокамидопропилгидроксисультаина, характеризуется прочностью при растяжении в сухом состоянии, сопоставимой с контролем. При использовании неионных ПАВ, Triton™ BG-10 фирмы Dow Chemical Co., пенообразователь на основе алкилполиглюкозида, также приводит к прочности при растяжении, сопоставимой с контролем. Другие пенообразователи приводят к незначительно сниженным прочностям при растяжении в сухом состоянии по сравнению с контролем. Как видно на данной фигуре, аналогичные результаты были получены при исследовании прочности при растяжении образцов во влажном (повторно увлажненном) состоянии.

Пример 3В

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали с использованием бумажной массы 370 CSF с содержанием вторичных волокон без использования рециркуляционной оборотной воды. Пены получали с использованием 1 мас. % (в виде продукта в пенном растворе) Hercobond™ 7700, синтетической сухой катионной упрочняющей добавки фирмы Solenis LLC, с использованием различных пенообразователей перед нанесением пен на влажный сформированный лист.

Пенообразователи, использованные в данном примере, включали Triton™ BG-10 и Triton™ Х-100 фирмы Dow Chemical Co., Glucopon ® 425N фирмы BASF Corp., Macat® AO-12 фирмы Pilot Chemical Co., Mona™ AT-1200, NatSurf™ 265, Tween ® 20, Tween ® 80, Multitrope™ 1620, Crodateric™ CAS 50, Crodasinic™ LS30, Diversaclean™ и Forestall™ фирмы Croda Inc. В случае контрольного листа при его получении не добавляли ни пенообразователей, ни сухих упрочняющих добавок. Для сравнения с пенным добавлением образцов получали также бумажные листы с добавлением Hercobond™ 7700 в мокрой части при концентрации 4 фунт/тонна стандартным способом. Результаты, полученные в отдельном тесте калибровки дозировки, свидетельствуют о том, что пенное добавление из 1% пенного раствора Hercobond™ 7700 (в качестве продукта) обеспечивает дозировку, эквивалентную уровню добавления 4 фунта/тонна Hercobond™ 7700 в мокрой части (в качестве продукта).

Затем исследовали прочность при растяжении каждого образца. Результаты определения прочности при растяжении показаны на фиг. 18. Бумажные листы ручной отливки, охарактеризованные на фиг. 18, описаны ниже в табл. XVI.

Типичный пенообразователь I включает аминоксид, который является амфотерным и выпускается фирмой Pilot Chemical под торговым названием Macat® АО-12.

Типичный пенообразователь II включает алкилполигликозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ BG-10.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Типичный пенообразователь IV включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой BASF под торговым названием Glucopon ® 425N.

Типичный пенообразователь V включает кокамидопропил - гидроксисультан, который является цвиттерионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Crodateric™ CAS 50.

Типичный пенообразователь VI включает полисахарид, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Multitrope™ 1620.

Типичный пенообразователь VII включает этоксилированный спирт, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием NatSurf™ 265.

Типичный пенообразователь VIII включает полиэтиленгликоль, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ Х-100.

Типичный пенообразователь IX включает бетаин, который является цвиттерионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Mona™ АТ-1200.

Типичный пенообразователь X включает сложный эфир гексита, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Tween ® 80.

Типичный пенообразователь XI включает сложный эфир гексита, который является неионным и выпускается фирмой Croda под торговым название Tween ® 20.

Типичный пенообразователь XII включает смесь алкилполиглюкозида и алкоксилированного спирта, которые являются неионными и выпускаются фирмой Croda под торговым названием Diversaclean™.

Типичный пенообразователь XIII включает четвертичный алкиламмоний, который является катионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Forestall™.

Пенообразователь сравнения II включает лауроилсаркозинат, который является анионным и выпускается фирмой Croda под торговым названием Crodasinic™ LS30.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Выбор пенообразователя, использованного в комбинации с Hercobond™ 7700, оказывает значительное влияние на прочность при растяжении бумажного листа как в сухом, так и во влажном (повторно увлажненном) состоянии. Все пены, нанесенные на бумажные листы с использованием различных пенообразователей, содержали одинаковое количество сухой упрочняющей добавки. Некоторые пенообразователи, такие как Mona™ AT-1200, использованные в комбинации с сухой упрочняющей добавкой, снижали прочность бумажного листа при растяжении в меньшей степени по сравнению с контрольным листом. Некоторые пенообразователи (например, Triton™ BG-10, Macat® АО-12), при использовании в комбинации с сухой упрочняющей добавкой, улучшали прочность при растяжении в сухом состоянии до уровня, равного уровню при добавлении в мокрой части. Результаты свидетельствуют о том, что большинство пенообразователей (Forestall™, Macat® АО-12, Crodateric™ CAS 50, Triton™ BG-10, Glucopon ® 425N, Multitrope™ 1620, NatSurf™ 265, Triton™ X-100, Tween ® 20, Tween ® 80 и Diversaclean™), при использовании в комбинации с сухой упрочняющей добавкой, приводят к более высоким прочностям при растяжении во влажном (повторно увлажненном) состоянии по сравнению с добавлением в мокрой части.

Пример 3С

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали на таком же оборудовании и по методике, как описано в примере 3А, с использованием бумажной массы 370 CSF с содержанием вторичных волокон. Пенное нанесение катионной синтетической упрочняющей добавки Hercobond™ 7700 фирмы Solenis LLC осуществляли на некоторые из образцов бумажных листов ручной отливки. В качестве пенообразователя использовали Selvol™ 540 фирмы Sekisui Chemical Co., пенообразователь на основе поливинилового спирта. Selvol™ 540 характеризуется степенью гидролиза приблизительно 88% (в расчете на моли) и вязкость 4% раствора составляла приблизительно 50±5 сП (по данным фирмы-изготовителя). Пены получали с использованием 1 мас. % (в качестве продукта в пенном составе) Hercobond™ 7700 в присутствии Selvol™ 540 перед нанесением на влажные сформированные листы. Получали также листы, обработанные пеной, с использованием Macat® АО-12 и Triton™ BG-10, и получали также образец при добавлении упрочняющей добавки в мокрой части. Измеряли прочности листов при растяжении в сухом и влажном (повторно увлаженном состоянии). Результаты измерения прочностей при растяжении для образцов листов с использованием Selvol™ 540 и 1% Hercobond™ 7700 показаны на фиг. 19. Листы, охарактеризованные на фиг. 19, описаны ниже в табл. XVII.

Типичный пенообразователь I включает аминоксид, который является амфотерным и выпускается фирмой Pilot Chemical под торговым названием Macat® АО-12.

Типичный пенообразователь II включает алкилполиглюкозид, который является неионным и выпускается фирмой Dow Chemical под торговым названием Triton™ BG-10.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Результаты свидетельствуют о том, что использование полимерного пенообразователя Selvol™ 540 в комбинации с сухой упрочняющей добавкой Hercobond™ 7700 приводит к значительному улучшению прочности по сравнению с необработанным контролем. Возрастание прочности при растяжении бумажного листа в сухом состоянии, обработанного пеной Selvol™ 540, превышает контроль на 22%, в то время как для листов, обработанных пеной с использованием Macat® АО-12 и Triton™ BG-10, наблюдаются аналогичные прочностные свойства, как и для образца, полученного при добавлении в мокрой части, для которого наблюдается 10% улучшение по сравнению с необработанным контролем.

Пример 3D

Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали на таком же оборудовании и по методике, как описано в примере 3А, с использованием бумажной массы 370 CSF с содержанием вторичных волокон. Для подтверждения того, что дозозависимый отклик и аналогичные улучшения прочностных свойств не могут наблюдаться при добавлении упрочняющих добавок Selvol™ 540 и Hercobond™ 7700 при введении в мокрой части, использовали идентичные условия обработки бумажных листов для получения образцов бумажных листов при добавлении в мокрой части 4 фунт/тонна Hercobond™ 7700 и 20 фунт/тонна Selvol™ 540, при пенном добавлении 1% Hercobond™ 7700 с использованием пенообразователя Selvol™ 540, и при пенном добавлении 5% Hercobond™ 7700 с использованием Selvol™ 540. Листы бумаги ручного отлива массой приблизительно 100 г/м² получали на таком же оборудовании и по методике, как описано в примере 3А, с использованием бумажной массы 370 CSF с содержанием вторичных волокон. Затем измеряли прочность при растяжении этих образцов по сравнению с контролем. Результаты сравнения прочностей при растяжении таких бумажных листов представлены на фиг. 20. Бумажные листы, охарактеризованные на фиг. 20, описаны ниже в табл. XVIII.

Типичный пенообразователь III включает поливиниловый спирт, который является неионным и выпускается фирмой Solenis LLC, Wilmington, Delaware, под торговым названием DeTac™ и фирмой Sekisui Specialty Chemicals of Dallas, Техас, под торговым названием Selvol™ 540.

Синтетическая упрочняющая добавка I включает привитой сополимер винилового мономера и функционализованного виниламина, который является катионным и выпускается фирмой Solenis LLC of Wilmington, Delaware, под торговым названием Hercobond™ 7700.

Как видно на фиг. 20, прочность при растяжении листа, обработанного пеной 1% Hercobond™ 7700 с использованием Selvol™ 540 в качестве пенообразователя, возрастает более чем в 2 раза по сравнению с добавлением в мокрой части, что указывает на то, что использование пены обеспечивает преимущество, которое заключается в том, что использование пены приводит к увеличению прочности при растяжении как во влажном (повторно увлаженном), так и в сухом состоянии. Кроме того, дозозависимый отклик наблюдали для пенного добавления образцов с использованием 5% пены Hercobond™ 7700 (с использованием в качестве пенообразователя Selvol™ 540), свидетельствующий о еще большем возрастании прочности при растяжении в сухом и влажном (повторно увлажненном) состоянии по сравнению с необработанным контрольным листом.

Несмотря на то, что по меньшей мере один типичный вариант осуществления настоящего изобретения был описан в приведенном выше подробном описании, следует понимать, что существует множество таких вариантов. Следует понимать также, что типичный вариант осуществления настоящего изобретения или примеры вариантов осуществления настоящего изобретения являются только примерами, и они никоим образом не предназначены для ограничения объема, применимости или конфигурации раскрытия изобретения. Скорее, приведенное выше подробное описание может обеспечить специалистов в данной области техники удобной дорожной картой для выполнения типичного варианта осуществления настоящего изобретения или примеров вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что можно осуществлять различные изменения в функционировании и порядке расположения элементов, не выходя при этом за пределы объема настоящего изобретения, как описано в прилагаемых пунктах формулы изобретения и их юридических эквивалентах.

Claims (46)

1. Пенный состав для получения пены с заданным содержанием газа при введении газа в пенный состав, предназначенный для нанесения на влажные только что сформированные бумажные полотна, причем пенный состав включает:

по меньшей мере один пенообразователь в количестве от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, где по меньшей мере один пенообразователь включает по меньшей мере один из следующих компонентов:

(а) неионный пенообразователь, выбранный из группы этоксилатов, алкоксилированных жирных кислот, сложных полиэтоксиэфиров, сложных эфиров глицерина, сложных эфиров многоатомных спиртов, сложных эфиров гекситов, жирных спиртов, алкоксилированных спиртов, алкоксилированных алкилфенолов, алкоксилированного глицерина, алкоксилированных аминов, алкоксилированных диаминов, жирного амида, алкилоламида жирной кислоты, алкоксилированных амидов, алкоксилированных имидазолов, оксидов жирных амидов, алканоламинов, алканоламидов, полиэтиленгликоля, этилен- и пропиленоксида, сополимеров ЭО и ПО и их производных, сложного полиэфира, алкилсахаридов, алкила, полисахарида, алкилглюкозидов, алкилполиглюкозидов, простого алкилгликолевого эфира, простых алкиловых эфиров полиоксиалкилена, поливиниловых спиртов и их производных, алкилполисахаридов и их комбинаций,

(б) цвиттерионный или амфотерный пенообразователь, выбранный из группы лаурилдиметиламиноксида, кокоамфоацетата, кокоамфодиацетата, кокоамфодипропионата, кокоамидопропилбетаина, алкилбетаина, алкиламидобетаина, гидроксисульфобетаина, кокоамидопропилгидрокси-султаина, алкилиминодипропионата, аминоксида, производных аминокислот, алкилдиметиламиноксида и их комбинаций,

(в) катионный пенообразователь, выбранный из группы алкиламина и амида и их производных, соединений алкиламмония, алкоксилированного амида и их производных, жирного амина и жирного амида и их производных, соединений четвертичного аммония, соединений четвертичного алкиламмония и их производных и их солей, производных имидазолина, солей алкиламмония, солей алкилфосфония, полимеров и сополимеров структур, описанных выше, и их комбинаций, или

комбинацию одного типа или более типов таких пенообразователей,

по меньшей мере одну синтетическую упрочняющую добавку в количестве приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 50% в расчете на общую массу пенного состава, причем по меньшей мере одна синтетическая упрочняющая добавка включает катионную функциональную группу, причем по меньшей мере одна синтетическая упрочняющая добавка представляет собой азотсодержащий катионный полимер, и при этом по меньшей мере одна синтетическая упрочняющая добавка, включающая катионную функциональную группу, выбрана из группы:

сополимеров DADMAC и акриламида, с последующим глиоксилированием или без него,

полимеров и сополимеров акриламида с катионными группами, включающими АЕТАС, AETAS, МЕТАС, METAS, АРТАС, МАРТАС, DMAEMA, или их комбинации, с последующим глиоксилированием или без него,

виниламинсодержащих полимеров и сополимеров,

полимеров РАЕ,

полиэтилениминов,

поли-DADMAC,

полимеров на основе диметиламинометилзамещенного акриламида и их комбинаций, и

где: DADMAC означает диаллилдиметиламмоний хлорид, DMAEMA означает диметиламиноэтилметакрилат, АЕТАС означает акрилоилоксиэтилтриметил хлорид, AETAS означает акрилоилоксиэтилтриметилсульфат, МЕТАС означает метакрилоилоксиэтилтриметилхлорид, METAS означает метакрилоилоксиэтилтриметилсульфат, АРТАС означает акрилоиламидопропилтриметиламмоний хлорид, МАРТАС означает акрилоиламидопропилтриметиламмоний хлорид и РАЕ означает сополимеры амидоамина и эпихлоргидрина, и

воду.

2. Пенный состав по п. 1, где по меньшей мере один пенообразователь включает поливиниловый спирт или производное поливинилового спирта.

3. Пенный состав по п. 2, где степень гидролиза поливинилового спирта или производного поливинилового спирта составляет приблизительно от 70% до 99,9%, а молекулярная масса поливинилового спирта или производного поливинилового спирта составляет приблизительно от 5000 до 400000.

4. Пенный состав по п. 1, где по меньшей мере одна синтетическая упрочняющая добавка, включающая катионную функциональную группу, содержит первичную аминную функциональную группу в количестве приблизительно от 1 мол.% до 100 мол.%.

5. Пенный состав для получения пены с заданным содержанием газа при введении газа в пенный состав, предназначенный для нанесения на влажные только что сформированные бумажные полотна, причем пенный состав включает:

по меньшей мере один пенообразователь в количестве от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, где по меньшей мере один пенообразователь включает по меньшей мере один из следующих компонентов:

(а) неионный пенообразователь, выбранный из группы этоксилатов, алкоксилированных жирных кислот, сложных полиэтоксиэфиров, сложных эфиров глицерина, сложных эфиров многоатомных спиртов, сложных эфиров гекситов, жирных спиртов, алкоксилированных спиртов, алкоксилированных алкилфенолов, алкоксилированного глицерина, алкоксилированных аминов, алкоксилированных диаминов, жирного амида, алкилоламида жирной кислоты, алкоксилированных амидов, алкоксилированных имидазолов, оксидов жирных амидов, алканоламинов, алканоламидов, полиэтиленгликоля, этилен- и пропиленоксида, сополимеров ЭО и ПО и их производных, сложного полиэфира, алкилсахаридов, алкила, полисахарида, алкилглюкозидов,

алкилполиглюкозидов, простого алкилгликолевого эфира, простых алкиловых эфиров полиоксиалкилена, поливиниловых спиртов и их производных, алкилполисахаридов и их комбинаций,

(б) цвиттерионный или амфотерный пенообразователь, выбранный из группы лаурилдиметиламиноксида, кокоамфоацетата, кокоамфодиацетата, кокоамфодипропионата, кокоамидопропилбетаина, алкилбетаина, алкиламидобетаина, гидроксисульфобетаина, кокоамидопропилгидрокси-султаина, алкилиминодипропионата, аминоксида, производных аминокислот, алкилдиметиламиноксида и их комбинаций,

(в) катионный пенообразователь, выбранный из группы алкиламина и амида и их производных, соединений алкиламмония, алкоксилированного амида и их производных, жирного амина и жирного амида и их производных, соединений четвертичного аммония, соединений четвертичного алкиламмония и их производных и их солей, производных имидазолина, солей алкиламмония, солей алкилфосфония, полимеров и сополимеров структур, описанных выше, и их комбинаций, или

комбинацию одного типа или более типов таких пенообразователей,

по меньшей мере одну синтетическую упрочняющую добавку в количестве приблизительно от 0,01 мас. % до приблизительно 50 мас. % в расчете на общее количество пенного состава, по меньшей мере одну синтетическую упрочняющую добавку, содержащую катионную функциональную группу, причем по меньшей мере одна синтетическая упрочняющая добавка представляет собой азотсодержащий катионный полимер, и при этом по меньшей мере одна синтетическая упрочняющая добавка, включающая катионную функциональную группу, выбрана из группы:

сополимеров DADMAC и акриламида, с последующим глиоксилированием или без него,

полимеров и сополимеров акриламида с катионными группами, включающими АЕТАС, AETAS, МЕТАС, METAS, АРТАС, МАРТАС, DMAEMA, или их комбинации, с последующим глиоксилированием или без него,

виниламинсодержащих полимеров и сополимеров,

полимеров РАЕ,

полиэтилениминов,

поли-DADMAC,

полимеров на основе диметиламинометилзамещенного акриламида и их комбинаций, и

где: DADMAC означает диаллилдиметиламмоний хлорид, DMAEMA означает диметиламиноэтилметакрилат, АЕТАС означает акрилоилоксиэтилтриметил хлорид, AETAS означает акрилоилоксиэтилтриметилсульфат, МЕТАС означает метакрилоилоксиэтилтриметилхлорид, METAS означает метакрилоилоксиэтилтриметилсульфат, АРТАС означает акрилоиламидопропилтриметиламмоний хлорид, МАРТАС означает акрилоиламидопропилтриметиламмоний хлорид и РАЕ означает сополимеры амидоамина и эпихлоргидрина, и

воду,

где концентрация по меньшей мере одного пенообразователя в пенном составе по существу является минимально достаточной для обеспечения заданного содержания газа в пене после включения газа в пенный состав.

6. Пенный состав по п. 5, где заданное содержание газа в пене, полученной после введения газа в пенный состав, составляет от приблизительно 40% газа до приблизительно 95% газа в расчете на общий объем пены.

7. Способ включения синтетической катионной упрочняющей добавки в бумажный продукт, включающий:

получение пены из пенного состава по любому из пп. 1-6, где пенный состав включает:

по меньшей мере один пенообразователь в количестве от приблизительно 0,001 мас. % до приблизительно 10 мас. % в расчете на общую массу пенного состава,

синтетическую упрочняющую добавку в количестве от приблизительно 0,01 мас. % до приблизительно 50 мас. % в расчете на общую массу пенного состава, причем синтетическая упрочняющая добавка содержит катионную функциональную группу, и

воду, и

нанесение пены на влажное только что сформированное полотно.

8. Способ по п. 7, где бумажный продукт выбирают из облицовочного картона из первичных волокон, облицовочного картона с содержанием вторичного волокна или бумаги для получения пакетной или мешочной тары.

9. Способ по п. 7, где стадия получения пены из пенного раствора включает по меньшей мере один из следующих этапов: сдвиг пенного раствора в присутствии газа, введение газа в пенный раствор или впрыскивание пенного раствора в поток газа.

Images