TWI810235B - 紙類製品之強度添加劑之泡沫輔助應用 - Google Patents
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Abstract
本文中提供一種發泡調配物。該發泡調配物包括至少一種發泡劑，其按該發泡溶液之總重量計，呈約0.001重量%至約10重量%之量。該發泡調配物進一步包括具有陽離子性官能基之合成強度添加劑，其按該發泡溶液之總重量計，呈約0.01重量%至約50重量%之量。該發泡調配物進一步包括水。
Description
本發明係關於將添加劑應用於胚形紙幅之領域。更具體而言，本發明係關於使用發泡技術將強度添加劑應用於濕式最新成形胚形幅材。
在製造紙時，將添加劑引入造紙製程中以改良紙類特性。舉例而言，已知添加劑改良了紙強度、濾水特性、截留特性等。
在習知造紙機器中，在紙料製備系統中精製紙漿。有時將化學添加劑、染料及填充劑添加至紙料製備系統中之紙料中，該紙料製備系統以2.5-5%稠度操作。在紙料製備系統之稀紙料環路中，紙漿在風扇泵中自約2.5-3.5%稠度稀釋至約0.5-1.0%稠度。在此稀釋期間，可將額外化學添加劑添加至紙漿。在紙料製備系統中之此等位置中之任一者處添加化學添加劑將被視為如本文中所使用之「濕端添加」。接著，0.5-1.0%稠度紙料通常經由機器清潔器、機器篩及除氣器(若存在)泵抽至流漿箱。自流漿箱，0.5-1.0%稠度漿料散佈於移動之連續成形織物上。成形織物可具有編織網之形式。大部分水經由成形織物排出，且當纖維沿著加工方向(machine direction)自流漿箱行進至壓榨部時，纖維保留在成形織物上。隨著水排出，胚形片材之含水量可自約99-99.5%水降至約70-80%水。另外的水可在壓榨部中移除，片材可以約40-50%固體之稠度自壓榨部離開。另外的水通常自乾燥器部中之片材移除，片材可以約90-94%固體自乾燥器部離開。接著可視情況對片材進行軋光，且接著將其收集在卷軸上。
如上文所解釋，化學添加劑(諸如強度添加劑)可在紙料製備部處引入紙漿中，即所謂的「濕端添加」。通常添加強度添加劑以改良最終紙類製品之纖維黏合。最終紙類製品中之經改良纖維黏合改良了紙類製品之強度參數(諸如乾抗張強度)。
期望進一步改良黏合相關之紙類強度參數，諸如乾抗張強度。
提供此概述以按簡化形式介紹下文在實施方式部分中進一步描述之概念選擇。
在一例示性實施例中，此處提供一種發泡調配物，其可為溶液、懸浮液或乳液，其包含：至少一種發泡劑，其按發泡調配物之總重量計，呈約0.001重量%至約10重量%之量；合成的強度添加劑，其按發泡調配物之總重量計，呈約0.01重量%至約50重量%之量，該合成的強度添加劑包含陽離子性官能基；以及水。至少一種發泡劑包含以下中之至少一者：非離子性發泡劑，其選自以下之群：乙氧基化物、烷氧基化脂肪酸、聚乙氧基酯、甘油酯、多元醇酯、己醣醇酯、脂肪醇、烷氧基化醇、烷氧基化烷基苯酚、烷氧基化甘油、烷氧基化胺、烷氧基化二胺、脂肪醯胺、脂肪酸醇醯胺、烷氧基化醯胺、烷氧基化咪唑、脂肪醯胺氧化物、烷醇胺、烷醇醯胺、聚乙二醇、環氧乙烷及環氧丙烷、EO/PO共聚物及其衍生物、聚酯、烷基醣類、烷基、多醣、烷基葡糖苷、烷基聚葡糖苷、烷基二醇醚、聚環氧烷烷基醚、聚乙烯醇及其衍生物、烷基多糖及其組合；兩性離子性或兩性發泡劑，其選自以下之群：十二烷基二甲胺氧化物、椰油兩性乙酸鹽、椰油兩性二乙酸鹽、椰油兩性二丙酸鹽、椰油醯胺基丙基甜菜鹼、烷基甜菜鹼、烷基醯胺基甜菜鹼、羥基磺基甜菜鹼、椰油醯胺丙基羥基磺基甜菜鹼、烷基亞胺基二丙酸鹽、胺氧化物、胺基酸衍生物、烷基二甲胺氧化物及其組合；或陽離子性發泡劑，其選自以下之群：烷基胺及醯胺及其衍生物、烷基銨、烷氧基化胺化物及醯胺及其衍生物、脂肪胺及脂肪醯胺及其衍生物、四級銨、烷基四級銨及其衍生物及其鹽、咪唑啉衍生物、碳基銨鹽、碳基鏻鹽、上文所描述之結構的聚合物及共聚物，以及其組合。
在另一例示性實施例中，此處提供一種發泡調配物，其用於在將氣體併入發泡調配物後產生具有目標氣體含量之泡沫。發泡調配物包括：至少一種發泡劑，其按發泡調配物之總重量計，呈約0.001%至約10%之量；至少一種合成的強度添加劑，其呈發泡調配物之總量的約0.01%至約50%之量，該至少一種合成的強度添加劑包含陽離子性官能基；以及水。在將氣體併入發泡調配物中之後，發泡調配物中之至少一種發泡劑之濃度實質上最低足以產生目標氣體含量之泡沫。
在另一例示性實施例中，此處提供一種將合成的強度添加劑引入紙類製品之方法，該合成的強度添加劑包含陽離子性官能基。該方法包括由發泡調配物產生泡沫之步驟，該發泡調配物包含：至少一種發泡劑，其按發泡調配物之總重量計，呈約0.001重量%至約10重量%之量；合成的陽離子性強度添加劑，其按發泡調配物之總重量計，呈約0.01重量%至約50重量%之量。該方法亦包括將泡沫施加至濕式成形胚形幅材之步驟。
其他期望的特徵將結合隨附圖式及此先前技術自以下實施方式及所附申請專利範圍變得顯而易見。
本申請案主張2018年4月4日申請之美國臨時申請案第62/652,788號及2018年6月28日申請申請之美國臨時申請案第62/691,125號的權益，該等申請案特此以其全文引用之方式併入。
以下實施方式在本質上僅為說明性的且不意欲限制主題之實施例或此類實施例之應用及使用。如本文中所使用，字語「例示性」意謂「充當實例、例項或示例」。因此，本文中描述為「例示性」之任何實施例未必被認作比其他實施例更佳或有利。本文中所描述之所有實施例為例示性實施例，其經提供以使得熟習此項技術者能夠製備或使用由申請專利範圍定義之系統及方法。另外，並不意欲受前述技術領域、先前技術、發明內容或以下實施方式中存在的任何明確或暗示之理論束縛。出於簡潔起見，可不在本文中詳細描述習知技術及組合物。
本發明之實施例係關於經由泡沫輔助應用技術將添加劑引入紙類基板。
用於將發泡調配物施加至濕潤胚形幅材的系統之示意圖展示於圖1中。系統包括紙料製備部20，其包括稠紙料環路21及稀紙料環路22 (各環路在此圖中使用虛線箭頭說明)。在此圖中，紙料之流動使用實線箭頭說明。在一實施例中，稠紙料部21包含一或多個精製機23，其經組態以藉由使稠紙料之纖維更加可撓且藉由增加其表面積經由呈約2.0-5.0%稠度之稠紙料之機械作用來改良稠紙料中之纖維-纖維黏合。在一實施例中，在精製機之後，稠紙料進入混合箱24。在混合箱24中，紙料可視情況與來自其他來源25之紙料摻混。另外，紙料可與混合箱24中之化學添加劑26摻混。在自混合箱24離開之後，紙料可經由添加水27進行稀釋，以便將紙料之稠度控制在預定目標範圍內。接著，紙料進入造紙機箱28，其中可添加額外的化學添加劑29。在一實施例中，當紙料自造紙機箱28離開時，紙料用大量水30稀釋以將紙料之稠度控制在約0.5-1.0%。具有約0.5-1.0%之稠度的紙料接著進入稀紙料環路22。
在一例示性實施例中，在稀紙料環路22內，紙料可通過低稠度清潔、篩檢及除氣裝置32。在例示性實施例中，可在此等清潔、篩檢及除氣裝置32內進行之製程期間將額外的化學添加劑添加至紙料。在稀紙料清潔、篩檢及除氣製程之後，紙料進入成形部33。在例示性實施例中，在成形部33中，流漿箱34將紙料35分配於移動編織物(「成形織物」) 36上。在例示性實施例中，成形織物36在一或多個水翼箱37上輸送紙料，其用於將水自紙料中排出且藉此增加紙料之稠度以形成胚形幅材54。在例示性實施例中，當幅材54為約2至3%稠度時，幅材54接著經過一或多個低真空箱38，其經組態以向幅材54施加「低」真空以便將額外的水自幅材54移除。在例示性實施例中，在幅材54經過一或多個低真空箱38之後，幅材54可隨後穿過一或多個「高」真空箱39、40，其中高真空力移除額外的水直至幅材54具有約10-20%稠度。在例示性實施例中，接著藉由終端輥(伏輥41)在真空下移除額外的水。在伏輥41之後，濕幅材54以約20-25%稠度進入壓榨部42，其中壓榨輥壓榨來自濕幅材54之額外的水。幅材54以約40-50%稠度離開壓榨部且進入乾燥部43，其中經加熱乾燥器缸將幅材54加熱且蒸發來自幅材54之額外的水。在乾燥部43之後，將幅材54轉化成具有約93-95%稠度之紙類。在乾燥部43之後，現在乾燥的紙類可藉由壓延機44平滑化及藉由卷軸45捲起。
在例示性實施例中，諸如強度添加劑之添加劑可經由泡沫輔助應用添加至幅材54。特定而言，在一例示性實施例中，將發泡劑46及化學強度添加劑47摻混於泡沫生成器48中以形成發泡調配物50。將氣體49併入發泡調配物50中以形成泡沫51。在一替代性實施例中，將發泡劑46及強度添加劑47摻合混於另一裝置中以形成發泡調配物50，且隨後將氣體49併入發泡調配物50中以形成泡沫51。在一例示性實施例中，在將氣體併入發泡調配物50中之後，所得泡沫51經由軟管52運送至泡沫分配器53，其中將泡沫施加於胚形幅材54。在一例示性實施例中，將泡沫51施加於第一高真空箱39與第二高真空箱40之間。在泡沫施加之後，由高真空箱40產生的真空將泡沫51抽吸至濕潤胚形幅材54中。
如在下文將更詳細地解釋，出人意料地觀測到，與經由濕端添加來添加相同化學強度添加劑之紙類製品相比，經由泡沫輔助添加技術與某些發泡劑組合應用某些強度添加劑產生紙類製品之黏合相關紙類強度特性的改良(或在一些情形中，至少等效效能)。先前，已知發泡劑減少紙類強度特性，此係由於發泡劑破壞紙類之紙漿纖維之間的黏合。
如本文中所使用，術語「發泡劑」定義一種物質，其降低溶解於其中之液體介質之表面張力及/或與其他相之界面張力，以藉此在液態/蒸氣界面(或其他此類介面)處被吸收。發泡劑通常用於產生泡沫或使泡沫穩定。
在一例示性實施例中，當此濕式成形幅材54經過真空箱38、39、40時，可將發泡添加劑施加至纖維之濕潤胚形幅材54。當自纖維之濕潤胚形幅材54移除水時，強度添加劑47藉由靜電及物理方法之組合抽吸至幅材54中且保留在該幅材內。
強度添加劑通常藉由增加纖維-纖維黏合之總黏合面積，而非藉由使幅材之個別纖維更堅固來起作用。增加的纖維黏合面積及隨後增加的黏合相關片材強度特性亦可經由其他技術實現。舉例而言，增加的纖維精製、片材濕壓及經改良成形可用於增加纖維黏合面積。在某些情況下，經由強度添加劑之泡沫輔助應用實現的纖維黏合相關紙類強度特性之改良經展示比相同強度添加劑之濕端添加更大。特定而言，與強度添加劑之泡沫輔助應用相關聯之一個優點為，可將更高濃度之強度添加劑引入濕式成形片材中，然而強度添加劑之實際劑量範圍限制濕端添加劑在傳統濕端添加之極低稠度環境中之濃度。在傳統濕端添加中，強度添加劑之劑量限制致使在相對低劑量下劑量-反應曲線之黏合相關片材強度特性「平穩」，然而強度添加劑之泡沫輔助添加致使持續的劑量反應，其中施加至濕片材的強度添加劑之濃度之增加引起所得紙類製品之強度特性增加，甚至比正常劑量應用高得多。
在一例示性實施例中，強度添加劑為包含陽離子性官能基之合成的強度添加劑，例如陽離子性強度添加劑或兩性強度添加劑。如在下文更詳細地解釋，注意到具有陽離子性官能基之合成的強度添加劑改良了最終紙類片材之黏合相關強度特性。
在不受理論束縛之情況下，與相同添加劑之濕端添加相比，經由某些強度添加劑之泡沫輔助應用實現的紙類黏合相關強度特性之改良可為藉由泡沫輔助應用更佳的留添加劑。特定而言，與將強度添加劑濕端添加至在紙料製備部(其中含水量為通常約95-99%或更多)中之紙漿相比，由於在片材對水具有更高纖維濃度(其中含水量通常為約70-90%)時執行添加劑之發泡應用，當紙漿穿過隨後的除水部時，發生少量強度添加劑損失。在例示性實施例中，當濕式成形胚形幅材具有在約5%與約45%之間，例如在約5%與約30%之間的紙漿纖維稠度時，執行將泡沫施加至濕式成形胚形幅材之步驟。
在不受理論束縛之情況下，咸信與相同添加劑之濕端添加相比，由某些強度添加劑之泡沫輔助應用引起的紙類強度參數之改良係由於干擾強度添加劑在纖維上之添加劑吸收的污染物質/污染物可以較大量存在於紙料製備部中，如將在下文更詳細地解釋。
在不受理論束縛之情況下，咸信與相同添加劑之濕端添加相比，由某些強度添加劑之泡沫輔助應用引起的紙類參數之改良係由於強度添加劑藉由物理手段而非僅藉由表面充電手段至少部分地併入片材中，成形幅材中剩餘的可用帶電位點之缺少不限制可併入片材中之強度添加劑之量。當藉由濕端添加引入添加劑時，尤其當以此方式引入大量添加劑時，可發生成形幅材中剩餘的可用帶電黏合位點之缺少，諸如剩餘的可用陰離子性帶電位點之缺少。
在一例示性實施例中，將強度添加劑之泡沫輔助應用應用於具有泡沫之片材，該泡沫之空氣含量在約40%與約95%之間，例如在約60%與約80%之間。泡沫可藉由將氣體注射至發泡調配物中，藉由在充足氣體之存在下剪切發泡調配物，藉由將發泡調配物注射至氣體流或藉由其他適合方法形成。
在不受理論限制的情況下，應注意，當小批量發泡調配物藉助於容器中之高速均質機將空氣併入液體中發泡時，分散為10-300微米範圍內直徑之微小氣泡的氣體量受發泡劑之特性及濃度以及其與強度添加劑之相互作用限制。對於給定類型及濃度之發泡劑，最大氣體含量通常在少於一分鐘內實現。進一步均質化不能夾帶更多氣體，如10-300微米直徑氣泡；抽吸至渦流之任何額外氣體分散為2-20 mm範圍內直徑之更大氣泡。此大小之氣泡快速聚結且漂浮至泡沫頂部，在泡沫頂部其通常破裂，且氣體離開泡沫。當超出發泡調配物中之發泡劑之類型及濃度的過量氣體可分散為10-300微米氣泡時，在經加壓機械剪切型泡沫生成器裝置中，過量氣體作為極大2-20 mm直徑氣泡排出(與泡沫一起)，分散於泡沫內。2-20 mm直徑之氣泡的直徑遠大於濕胚形片材之典型厚度。由於強度添加劑僅發現於泡沫中氣泡之液膜及空隙區域中，若大面積之片材僅具有施加至片材之單個氣泡上的膜，則極大直徑的氣泡不能將強度添加劑遞送至纖維交叉區域。小於泡沫層厚度之氣泡，尤其小於胚形幅材厚度之氣泡對於強度添加劑之均勻分配較佳。對於此應用，20-300微米直徑之氣泡，尤其50-150微米直徑之氣泡為較佳的，此係因為此大小之氣泡可將強度添加劑攜載至胚形幅材中而不破壞幅材，且因此可更有效地分配強度添加劑。含有50-150微米直徑之氣泡及約70%至約80%空氣之泡沫為適宜的，此係因為其可容易地自開口頂部容器傾倒或藉由壓力經由軟管運送至泡沫分配器及自泡沫分配器運送至胚形幅材以供施用。
在一例示性實施例中，強度添加劑之泡沫輔助應用使用包括至少一種發泡劑之發泡調配物執行，該至少一種發泡劑按發泡溶液之總重量計，呈約0.001重量%至約10重量%之量，例如按發泡調配物之總重量計，約0.01重量%至約1重量%。在一例示性實施例中，泡沫輔助應用使用包括至少一種強度添加劑之發泡調配物執行，該至少一種強度添加劑按發泡調配物之總重量計，呈約0.01重量%至約50重量%之量，例如按發泡調配物之總重量計，約0.1重量%至約10重量%。
特定而言，如上文所解釋，發泡劑通常藉由破壞紙漿纖維之間的黏合來減小黏合相關紙類強度參數。觀測到使用具有足以產生泡沫之約最小量發泡劑的發泡調配物以此方式最小化黏合相關紙類強度參數之減小。特定而言，觀測到有效地將一定量之強度添加劑分散於具有主要50-150微米直徑之氣泡及70%與80%之間的氣體含量的泡沫中所要之發泡劑的劑量可想對於強度添加劑之類型及劑量以及發泡調配物溫度及pH變化。此量之發泡劑在本文中定義為「最小充足」發泡劑劑量，且期望減少許多發泡劑具有的對纖維黏合的消極影響，且亦減少成本且減少造紙機白水環路中其他地方的潛在後續發泡問題。
圖2展示詳述在特定強度添加劑劑量下在發泡調配物內產生70%及80%氣體含量之泡沫所需的發泡劑濃度之差異的圖式。在所有情況下，所測定發泡劑濃度為使得約所有氣泡在50-150微米之較佳直徑範圍內的濃度。添加超過產生具有目標氣體含量之泡沫所需的約最小充足劑量之發泡劑的發泡劑增加了損失黏合相關強度特性之可能性且因此增加了強度參數損失之幅值。使用超出產生泡沫所需的過量發泡劑，例如使用大於約10重量%之發泡溶液的過量發泡劑亦增加了處理之總成本。
當作為發泡調配物應用於胚形幅材時，觀測到一些發泡劑及強度添加劑組合引起比其他發泡劑及強度添加劑組合更大的紙類之黏合相關強度特性之改良。在不受理論束縛之情況下，改良之此等差異可由於達成泡沫中之目標氣體含量所需的不同發泡劑之量不同，且此對最終紙類強度可具有不同影響。在一例示性實施例中，在將氣體併入發泡調配物之後產生的泡沫之目標氣體含量按泡沫之總體積計，約40%氣體至約95%氣體，例如按泡沫之總體積計，約60%氣體至約80%氣體。
特定而言，本發明者認識到，並非所有類型之發泡劑在所有情況下均令人滿意。一些發泡劑(諸如陰離子性發泡劑十二烷基硫酸鈉(SDS))傾向於引起最終紙類片材之黏合相關強度參數減小。SDS習知地被稱作較佳發泡劑，此係因為其低成本及通常為實現泡沫中之目標氣體含量所需之小劑量。然而，本發明者發現，SDS之陰離子性電荷趨向於干擾具有陽離子性官能基之較佳合成強度添加劑且引起凝膠之形成。此凝膠形成產生泡沫處置問題且抑制發泡強度添加劑移轉至胚形幅材。即使在理想情形下(在在SDS與含有陽離子性基團之強度添加劑之間未發生電荷干擾之情況下)，SDS仍將由於黏合干擾而降低強度。本發明者進一步確定，某些其他類型之發泡劑不能產生目標氣體含量範圍之泡沫，除非使用成本過高的發泡劑濃度。
進行研究，其中發泡劑產生具有所要氣體含量質量及氣泡大小範圍的泡沫，以上文所描述之方式用於某些強度添加劑之泡沫輔助應用。
觀測到，當施加至樣本之泡沫具有約40%與約95%之間，例如約60%與約80%之間的氣體含量時，獲得研究性紙類樣本之經改良物理參數。在一例示性實施例中，氣體為空氣。在各種例示性實施例中，泡沫藉由在充足氣體之存在下剪切發泡調配物，或藉由將氣體注射至發泡溶液中，或藉由將發泡溶液注射至氣流中形成。
亦觀測到，當發泡調配物按發泡調配物之總重量計包括呈約0.001重量%至約10重量%之量，例如按發泡調配物之總重量計，約0.01重量%至約1重量%的一或多種發泡劑時，獲得紙類樣本之經改良物理特性。又另外，觀測到，當將發泡劑之量最小化至僅大約足以產生具有目標氣體含量之泡沫時，產生紙類樣本之經改良物理特性。
亦觀測到，當一或多種強度添加劑以發泡調配物之約0.01重量%至約50重量%之量，例如按發泡調配物之總重量計，約0.1重量%至約10重量%存在時，獲得紙類樣本之經改良物理參數。在例示性實施例中，強度添加劑包含具有陽離子性官能基之合成強度添加劑。在一例示性實施例中，合成強度添加劑包含乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物、含有乙烯胺之聚合物或含有丙烯醯胺之聚合物。應注意，如本文中所使用，術語「合成」強度添加劑不包括天然強度添加劑，諸如澱粉強度添加劑。在一例示性實施例中，具有陽離子性官能基之至少一種合成強度添加劑選自以下之群：丙烯醯胺-二烯丙基二甲基氯化銨共聚物、乙醛酸化丙烯醯胺-二烯丙基二甲基氯化銨共聚物、含有乙烯胺之聚合物及共聚物、聚醯胺基胺-環氧氯丙烷聚合物、乙醛酸化丙烯醯胺聚合物、聚乙烯亞胺、丙烯醯氧基氯化銨。包括乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物的例示性合成強度添加劑可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓(Wilmington, Delaware)之Solenis LLC。
另外或替代地，在一例示性實施例中，具有陽離子性官能基之至少一種合成強度添加劑選自以下之群：DADMAC-丙烯醯胺共聚物，具有或不具有後續乙醛酸化；具有陽離子性基團之丙烯醯胺的聚合物及共聚物，包含AETAC、AETAS、METAC、METAS、APTAC、MAPTAC、DMAEMA或其組合，具有或不具有後續乙醛酸化；含有乙烯胺之聚合物及共聚物；PAE聚合物；聚乙烯亞胺；聚DADMAC；多元胺；及基於經二甲胺基甲基取代之丙烯醯胺的聚合物，其中：DADMAC為二烯丙基二甲基氯化銨；DMAEMA為二甲基胺基乙基甲基丙烯酸鹽；AETAC為丙烯醯氧基乙基三甲基氯化物；AETAS為丙烯醯氧基乙基三甲基硫酸鹽；METAC為甲基丙烯醯氧基乙基三甲基氯化物；METAS為甲基丙烯醯氧基乙基三甲基硫酸鹽；APTAC為丙烯醯胺丙基三甲基氯化銨；MAPTAC為甲基丙烯醯胺丙基三甲基氯化銨；且PAE為聚醯胺基胺-環氧氯丙烷聚合物。
觀測到，用於具有陽離子性官能基之合成強度添加劑之泡沫輔助應用的較佳發泡劑為選自非離子性、兩性離子性、兩性或陽離子性發泡劑之群之子集或相同類型或超過一種類型之此等發泡劑之組合的發泡劑。特定而言，較佳發泡劑係選自以下之群：非離子性發泡劑、兩性離子性發泡劑、兩性發泡劑及其組合。
在不受理論束縛之情況下，咸信由非離子性及兩性離子性或兩性發泡劑獲得的強度參數之經改良結果係由於在此等類型之發泡劑及紙漿纖維與合成陽離子性強度添加劑之間缺少靜電相互作用。特定而言，經改良結果經由使用選自以下之群的非離子性發泡劑獲得：乙氧基化物、烷氧基化脂肪酸、聚乙氧基酯、甘油酯、多元醇酯、己醣醇酯、脂肪醇、烷氧基化醇、烷氧基化烷基苯酚、烷氧基化甘油、烷氧基化胺、烷氧基化二胺、脂肪醯胺、脂肪酸醇醯胺、烷氧基化醯胺、烷氧基化咪唑、脂肪醯胺氧化物、烷醇胺、烷醇醯胺、聚乙二醇、環氧乙烷及環氧丙烷、EO/PO共聚物及其衍生物、聚酯、烷基醣類、烷基、多醣、烷基葡糖苷、烷基聚葡糖苷、烷基二醇醚、聚環氧烷烷基醚、聚乙烯醇、烷基多醣、其衍生物及其組合。
強度參數之經改良結果亦經由使用選自以下之群的兩性離子性或兩性發泡劑獲得：十二烷基二甲胺氧化物、椰油兩性乙酸鹽、椰油兩性二乙酸鹽、椰油兩性二丙酸鹽、椰油醯胺基丙基甜菜鹼、烷基甜菜鹼、烷基醯胺基甜菜鹼、羥基磺基甜菜鹼、椰油醯胺丙基羥基磺基甜菜鹼、烷基亞胺基二丙酸鹽、胺氧化物、胺基酸衍生物、烷基二甲胺氧化物及非離子性界面活性劑(諸如烷基多葡糖苷及聚烷基多醣)及其組合。
觀測到，當與具有陽離子性官能基之合成強度添加劑組合時，陰離子性發泡劑亦可產生強度參數之經改良結果，該陽離子性官能基具有相對低的陽離子電荷，例如低於約16%之陽離子性官能基之莫耳濃度。較佳陰離子性發泡劑為選自以下之群的發泡劑：烷基硫酸鹽及其衍生物、烷基磺酸鹽及磺酸衍生物、鹼金屬磺酸鹽、磺化脂肪酸甘油酯、磺化醇酯、脂肪酸鹽及衍生物、烷胺基酸、胺基磺酸之醯胺、磺化脂肪酸腈、醚硫酸鹽、硫酸鹽、烷基萘酸及鹽、磺基丁二酸鹽及磺基琥珀酸衍生物、磷酸鹽及膦酸衍生物、烷基醚磷酸鹽及磷酸鹽及其組合。
觀測到，當與具有陽離子性官能基之合成強度添加劑組合時，陽離子性發泡劑亦可產生強度參數之經改良結果，該陽離子性官能基具有相對低的陽離子性電荷，例如低於約16%之陽離子性官能基之莫耳濃度。較佳陽離子性發泡劑為選自以下之群的發泡劑：烷基胺及醯胺及其衍生物、烷基銨、烷氧基化胺化物及醯胺及其衍生物、脂肪胺及脂肪醯胺及其衍生物、四級銨、烷基四級銨及其衍生物及其鹽、咪唑啉衍生物、碳基銨鹽、碳基鏻鹽、上文所描述之結構之聚合物及共聚物，及其組合。
本文中亦揭示上文所描述之發泡劑之組合。組合某些不同類型之發泡劑允許組合不同益處。舉例而言，陰離子性發泡劑通常比其他發泡劑更便宜，且通常有效地產生泡沫，但在改良紙類之黏合相關強度特性方面可不那麼有效。非離子性、兩性離子性或兩性發泡劑通常比陰離子性發泡劑更昂貴，但在改良強度特性方面通常與具有陽離子性官能基之合成強度添加劑結合更有效。因此，陰離子性及非離子性、兩性離子性及/或兩性發泡劑之組合可提供成本效益同時亦改良紙類之強度特性的雙重益處，或至少在此兩種特性之間提供折衷。發泡劑亦可經組合以利用一種類型之發泡劑之高發泡能力及另一種類型之發泡劑之較佳黏合改良特性。在某些組合之情況下，在使用具有陽離子性官能基之某些發泡劑及某些強度添加劑，例如陽離子性或兩性強度添加劑之情況下存在黏合相關強度特性方面之協同改良。陰離子性或非離子性強度添加劑亦可與某些發泡劑或其組合展現此類協同作用。
在一例示性實施例中，發泡劑為聚(乙烯醇) (亦被稱作聚乙烯醇)、PVA、PVOH或PVAl及其衍生物。與由相同合成陽離子性強度添加劑之濕端添加產生的彼等強度特性相比，觀測到PVOH發泡劑及具有陽離子性官能基之強度添加劑的組合對樣本提供經改良強度特性。具有更高分子量、更低水解度及不存在消泡劑的聚乙烯醇發泡劑通常經由強度添加劑之泡沫輔助應用提供良好強度特性。在一例示性實施例中，聚乙烯醇具有約70%與99.9%之間，例如約86%與約90%之間的水解度。在一例示性實施例中，聚乙烯醇發泡劑具有約5000-約400,000之間的數目平均分子量，在4%固體及20℃下產生約3與75 cP之間的黏度。在一例示性實施例中，聚乙烯醇發泡劑具有約70,000-約100,000之間的數目平均分子量，在4%固體及20℃下產生45及55 cP的黏度。亦應注意，基於聚乙烯醇之發泡劑有利地不藉由破壞幅材之紙漿纖維之間的黏合來削弱紙類強度參數。非離子性、兩性離子性或兩性發泡劑與其呈他分子量及水解度之聚乙烯醇發泡劑(或其衍生物)的組合亦與陽離子性強度添加劑結合提供良好泡沫質量及良好強度改良。
亦觀測到，當所使用之發泡劑具有高於約8之親水性親脂性平衡(hydrophilic-lipophilic balance，HLB)時，獲得樣本之經改良物理參數。高於約8之HLB平衡促進在水性組合物中產生泡沫之能力。
亦觀測到，與不含一級胺功能單元之合成強度添加劑相比，呈聚乙烯胺聚合物單元形式的具有陽離子性官能基且亦含有一級胺功能單元的合成強度添加劑有效改良強度參數。在一例示性實施例中，包括於發泡調配物中的具有陽離子性官能基之合成強度添加劑具有約1%與約100%之間的一級胺官能度。
現將在下文更詳細地描述將某些類型之強度添加劑於不同類型基板的泡沫輔助應用。原始掛面紙板
原始掛面紙板為使用來自原始經漂白紙漿或未經漂白之紙漿或兩者之組合(亦即，未製成紙類或紙板製品且按原樣投入使用的紙漿)的配料產生的掛面紙板。若原始紙漿產生於製造紙類或紙板的位點處，則其有時被稱作「從未乾燥」紙漿。其亦可由打包市場紙漿生產，當紙漿遠離製造原始掛面紙板之位置生產時，為裝運及儲存方便起見，該打包市場紙漿形成粗糙紙漿片材且乾燥為50%-80%固體。原始掛面紙板可例如用於生產波紋板材及箱，包括白面箱。
由於其用於生產波紋紙箱，原始掛面紙板之強度及其他結構特性至關重要。然而，藉由在紙料製備系統之稠紙料部分中或在造紙機之濕端中添加強度添加劑來改良原始掛面紙板之強度及其他結構特性通常由於由製漿製程所攜載之有機及無機污染物所造成的干擾而受限制。此通常係由於在棕色紙料洗滌系統或在漂白設備中，在經漂白原始紙漿的情況下或在兩者中，洗滌不夠完美。為實現最終原始掛面紙板之所要黏合強度特性，紙類製造商可增加掛面紙板之基礎重量。然而，此方法具有以下缺點：相對於掛面紙板之基礎重量增加，造紙機之產率相應地減少。當增加基礎重量以滿足強度規範時，每單位面積之製品掛面紙板之成本可變得非常昂貴。
藉由合成陽離子性強度添加劑之泡沫輔助應用，掛面紙板之黏合相關強度特性之增強或改良可超出相同合成陽離子性強度添加劑之濕端添加實現。
使用原始掛面紙板基板獲得的實例結果在以下實例2A至2H中進行陳述。再循環掛面紙板
再循環掛面紙板係使用自先前製造及使用之再循環紙類及紙板再生的紙漿纖維生產的掛面紙板。再循環掛面紙板可用於生產波紋板材及箱，包括白面箱。再循環紙板有時亦被稱作測試襯裡。尤其在北美之許多紙廠自原始紙漿纖維及再循環紙漿纖維的摻混物生產掛面紙板。
由於其用於生產波紋紙箱，再循環掛面紙板之黏合相關強度及其他結構特性至關重要。然而，藉由濕端添加強度添加劑(在紙料製備系統之稠紙料部分中或在造紙機濕端中)來改良再循環掛面紙板之強度及其他結構特性通常由於由污染物質造成的干擾而受限制，該等污染物質可包括有機材料，諸如當製造初始原始掛面紙板時自製漿製程攜載之木質素，以及來自先前紙類製造循環之所積聚添加劑。特定而言，觀測到，使用相對少量淡水(有時被稱作「封閉」水系統)之再循環掛面紙板系統傾向於遭受無機及/或有機污染物之積聚，諸如木質素及在先前紙類製造循環之濕端中添加的添加劑。當經由濕端添加(在紙料製備系統之稠紙料部分中或在造紙機濕端中)將此等污染物引入紙漿紙料中時，此等污染物負面地影響強度添加劑之性能。典型地陰離子性帶電積聚材料(有時被稱作「陰離子性垃圾」)被認為吸收一些典型地陽離子性帶電強度添加劑，使得陽離子性帶電強度添加劑由於此等強度添加劑不與纖維完全締合而效果較差。為實現最終再循環掛面紙板之所要物理特性，紙類製造商可選擇增加掛面紙板的基礎重量。然而，此方法具有以下缺點：相對於基礎重量之增加，造紙機之產率相應地減少，且亦造成造紙廠每單位面積製品之纖維銷售更昂貴，極大地增加了成本。
與相同陽離子性強度添加劑之濕端添加相比，藉由陽離子性強度添加劑之泡沫輔助應用，可在無掛面紙板之基礎重量之相應增加的情況下實現掛面紙板之強度特性之相應增加或改良。
使用再循環掛面紙板基板獲得的實例結果在以下實例1A至1F中進行陳述。亦應注意，已觀測到包含陽離子性官能基之合成強度添加劑之泡沫輔助應用在包袋或麻袋紙類製品中產生經改良結果。實例 實例 1A
約100公克/平方公尺(「gsm」)之手抄紙使用500加拿大標準物游離度(Canadian standard freeness，CSF)再循環掛面紙板(RLB)紙漿生產，以與對照片材相比，測試合成強度添加劑之泡沫添加劑添加的強度改良。濕式成形幅材使用Noble及Wood手抄紙設備且使用標準程序生產。在手抄紙生產中未使用白水再循環。接著將所形成的濕片材傳送至允許向濕片材施加真空的泡沫應用裝置。泡沫係使用可以Solenis LLC乾燥強度添加劑HercobondTM
7700商購的2%-10%合成陽離子性強度添加劑溶液製備(百分比值為發泡調配物中製品之重量百分比)。在將發泡調配物施加於濕式成形片材上之前，若干種泡沫係在多種發泡劑(包括Macat® AO-12、TritonTM
BG-10及基於聚乙烯醇之發泡劑(可以SelvolTM
540商購)及陰離子性發泡劑十二烷基硫酸鈉(SDS))之存在下使用空氣作為氣體形成。相對於HercobondTM
7700濃度量調整發泡劑濃度，以便將泡沫空氣含量常數保持在約70%之目標空氣含量處。發泡劑之劑量在2-15 g/L之間。泡沫藉由以所要濃度將發泡劑及強度助劑混合至水中形成。在250 mL塑膠燒杯中形成25 g批料-針對各片材之一種-且混合直至完全溶解。接著以10000 RPM使用具有轉子/定子尖端之手持型電動均質機約30秒以產生泡沫。泡沫在停止混合之15秒內施加至片材。
泡沫使用下引裝置施加至濕式成形幅材。圖3中評估之手抄紙描述於下表I中。
表I
例示性發泡劑I包括兩性胺氧化物且可以商標名Macat® AO-12購自Pilot Chemical。
例示性發泡劑II包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
BG-10購自Dow Chemical。
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC及以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯(Dallas, Texas)之Sekisui Specialty Chemicals。
比較性發泡劑I包括陰離子性十二烷基硫酸鈉且可購自多種來源。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
所得樣本之爆裂強度接著使用馬倫爆裂測試進行測試。結果展示於圖3中。藉由設定施加至片材之泡沫高度，估計1% HercobondTM
7700經發泡溶液係等效於經由濕端添加將4-5磅/公噸HercobondTM
7700施加至片材。此隨後藉由校準實驗確認，在校準實驗中測定已知量之所施加強度添加劑之氮含量且計算片材中之合成強度添加劑之實際含量。
如圖3中可見，與對照片材相比，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用對爆裂強度具有明顯影響。特定而言，觀測到與未經處理之對照片材相比，HercobondTM
7700藉由Macat® AO-12發泡劑、藉由TritonTM
BG-10發泡劑及藉由SelvolTM
540發泡劑之泡沫輔助應用增加了紙張樣本之爆裂強度。
如亦可見於圖3中，觀測到，與對照相比，使用陰離子性界面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)發泡劑最佳引起可忽略的爆裂強度增加，且最壞為爆裂強度之減少。如上文所解釋，在不受理論束縛之情況下，由於增加的SDS與濕片材之紙漿纖維之間的靜電及疏水相互作用，懷疑使用SDS引起片材樣本之強度特性劣化。咸信此等增加的靜電及疏水相互作用中斷紙漿纖維黏合且干擾強度添加劑之作用
因此，觀測到，使用兩性、非離子性及/或聚合物發泡劑提供了良好發泡性及穩定性特性且對陽離子性強度添加劑具有最小干擾，且因此引起樣本之黏合相關強度特性之改良，同時使用陰離子性發泡劑SDS在改良樣本之強度特性方面較不成功。特定而言，觀測到，基於二甲胺氧化物之兩性界面活性劑、基於烷基多葡糖苷之界面活性劑及基於聚乙烯醇之界面活性劑均引起樣本之強度特性改良。
如亦可見於圖3中，爆裂強度之最大增加使用SelvolTM
540實現。觀測到，就強度改良特性而言，基於聚乙烯醇之發泡劑與強度添加劑展現協同效應。
如亦可見於圖3中，對於Macat® AO-12發泡劑、TritonTM
BG-10發泡劑及SelvolTM
540發泡劑中之每一者，爆裂強度改良相對於HercobondTM
7700濃度之增加而有利地增加。實例 1B
為確認實例1A之結果，使用手抄紙執行相同實驗性試驗，該等手抄紙係使用340加拿大標準游離度(CSF)再循環掛面紙板紙漿生產。根據實例1A中所描述之泡沫形式製備泡沫。實例1B之結果展示於圖4中。圖4中評估之手抄紙描述於下表II中。
表II
例示性發泡劑I包括兩性胺氧化物且可以商標名Macat® AO-12購自Pilot Chemical。
例示性發泡劑II包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
BG-10購自Dow Chemical。
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
比較性發泡劑I包括陰離子性十二烷基硫酸鈉且可購自多種來源。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖4中可見，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用對340 CSF手抄紙之爆裂強度具有明顯影響。特定而言，觀測到類似於實例1A，與未經處理之對照片材相比，對於HercobondTM
7700藉由Macat® AO-12發泡劑、藉由TritonTM
BG-10發泡劑及藉由SelvolTM
540發泡劑之應用，片材樣本之爆裂強度增加。
因此，實例1B證實，與泡沫輔助應用相關聯之改良可適用於多種配料條件。實例 1C
約100 gsm之手抄紙係使用再循環掛面紙板紙漿手抄紙生產，該等手抄紙使用370 CSF再循環掛面紙板紙漿生產。濕式成形片材使用Noble及Wood手抄紙設備使用標準程序且在無白水再循環之情況下生產。使用1%陽離子性合成強度添加劑(可以HercobondTM
7700商購) (作為發泡調配物中之製品重量)製備的泡沫在施加至濕式成形片材之前由各種發泡劑形成。用於此實例之發泡劑包括TritonTM
BG-10、Glucopon ® 425N、CrodatericTM
CAS 50、SelvolTM
540、MultitropeTM
1620、Macat ® AO-12、NatSurfTM
265、TritonTM
X-100、MonaTM
AT-1200、Tween ® 80、Tween ® 20、CrodasinicTM
LS30、DiversacleanTM
及ForestallTM
。根據實例1A中所描述之泡沫形式製備泡沫。接著測試發泡劑中之每一者之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度且與未經處理之對照片材之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度進行比較且亦與其中HercobondTM
7700經由濕端添加以4磅/公噸添加的樣本片材進行比較。實例1C之結果展示於圖5中。圖5中評估之手抄紙描述於下表III中。
表III
例示性發泡劑I包括兩性胺氧化物且可以商標名Macat® AO-12購自Pilot Chemical。
例示性發泡劑II包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
BG-10購自Dow Chemical。
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
例示性發泡劑IV包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名Glucopon ® 425N購自BASF。
例示性發泡劑V包括兩性離子性椰油醯胺丙基羥基磺基甜菜鹼且可以商標名CrodatericTM
CAS 50購自Croda。
例示性發泡劑VI包括非離子性多醣且可以商標名MultitropeTM
1620購自Croda。
例示性發泡劑VII包括非離子性乙氧基化醇且可以商標名NatSurfTM 265購自Croda。
例示性發泡劑VIII包括非離子性聚乙二醇且可以商標名TritonTM
X-100購自Dow Chemical。
例示性發泡劑IX包括兩性離子性甜菜鹼且可以商標名MonaTM
AT-1200購自Croda。
例示性發泡劑X包括非離子性己醣醇酯且可以商標名Tween ® 80購自Croda。
例示性發泡劑XI包括非離子性己醣醇酯且可以商標名Tween ® 20購自Croda。
例示性發泡劑XII包括非離子性的烷基多葡萄糖苷及烷氧基化醇之混合物且可以商標名DiversacleanTM
購自Croda。
例示性發泡劑XIII包括陽離子性烷基第四銨且可以商標名ForestallTM
購自Croda。
比較性發泡劑II包括陰離子性月桂基肌胺酸鹽且可以商標名CrodasinicTM
LS30購自Croda。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖5中可見，發泡劑之選擇對手抄紙之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度兩者具有影響。施加至手抄紙之所有泡沫含有相同量之合成陽離子性強度添加劑HercobondTM
7700。一些發泡劑(諸如Tween ® 80及Tween ® 20)將手抄紙之乾燥拉伸強度減少至低於對照片材之乾燥拉伸強度，而其他發泡劑(諸如SelvolTM
540)將乾燥拉伸強度改良至大於濕端添加樣本之乾燥拉伸強度的水準。
在圖5中觀測到，與藉由大多數發泡劑之HercobondTM
7700之泡沫輔助應用相比，4磅/公噸HercobondTM
7700之濕端添加產生更高乾燥拉伸強度。咸信，由於此實例中所使用之手抄紙係在無白水再循環之情況下製備，將以其他方式降低強度添加劑之濕添加之有效性的污染物(諸如木質素)可不以工業應用中將通常預期之量存在。因此，在此實例中經由濕端添加展示之拉伸強度增加可高於在工業應用中(在使用白水再循環時)可實際上實現的拉伸強度增加。
在任何情況下，圖5中所展示之結果顯示，存在與強度添加劑之泡沫輔助添加相關聯的明顯乾燥拉伸強度改良。
又另外，圖5亦展示，與對照相比，強度添加劑之泡沫輔助添加改良了手抄紙之濕潤(再濕潤)拉伸強度。另外，與HercobondTM
7700之濕端添加相比，用於HercobondTM
7700之泡沫輔助應用中之大部分發泡劑引起濕潤(再濕潤)拉伸強度之改良。實例 1D
約100 gsm之手抄紙係使用再循環掛面紙板使用370 CSF再循環掛面紙板紙漿及使用先前實例中描述之相同設備及程序生產。使用發泡劑SelvolTM
540將合成陽離子性強度添加劑(可以HercobondTM
7700商購)施加至片材。根據實例1A中所描述之泡沫形式製備泡沫。接著測試手抄紙之乾燥拉伸能量吸收率(TEA)。結果展示於圖6中。圖6中評估之手抄紙描述於下表IV中。
表IV
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖6中所展示，與使用濕端添加相比，當經由泡沫輔助添加來添加HercobondTM
7700時，觀測到無水TEA中之改良。如圖6中可見，藉由HercobondTM
7700之泡沫輔助添加觀測到無水TEA中之劑量反應，同時針對濕端添加未觀測到之無水TEA中之劑量反應。另外，經由與含2% HercobondTM
7700之發泡溶液一起使用泡沫添加，觀測到相對於對照片材的近70%顯著改良。經由濕端添加自2磅/公噸HercobondTM
7700見到之無水TEA中之改良極小。實例 1E
針對乾燥拉伸百分比以與實例1D相同之方式測試所生產之手抄紙。根據實例1A中所描述之泡沫形式製備泡沫。結果展示於圖7中。圖7中評估之手抄紙描述於下表V中。
表V
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖7中所展示，與使用濕端添加相比，當經由泡沫輔助添加來添加HercobondTM
7700時，觀測到乾燥拉伸之改良。如亦可見於圖7中，藉由HercobondTM
7700之泡沫輔助添加觀測到乾燥拉伸之小劑量反應，而針對濕端添加未觀測到乾燥拉伸之劑量反應。特定而言，HercobondTM
7700之濕端添加展示相對於對照之約10%改良，而HercobondTM
7700之泡沫輔助添加將手抄紙之乾燥拉伸增加約30%。
實例1D及1E顯示，對於需要良好拉伸及TEA特性之應用(其為傳統上與生產牛皮紙包袋或麻袋紙張相關聯的特性)，強度添加劑之泡沫輔助添加引起相對於相同強度添加劑之濕端添加之改良。實例 1F
使用370 CSF 「清潔的」再循環掛面紙板紙漿之約100 gsm手抄紙係相對於實例1E使用上文所描述之相同設備及程序生產。首先製造經由濕端添加添加的對照片材及具有5磅/公噸合成陽離子性強度添加劑(可以HercobondTM
7700商購得)之片材。接著，可溶木質素(一種可堆積在封閉再循環掛面紙板水系統中之普通污染物)以18磅/公噸之水準溶解於濕端中，作為工業條件下有機污染物之近似模擬。使用此「髒」紙漿，重複兩種手抄紙。第三種手抄紙使用相同方法生產，且接著使用SelvolTM
540作為發泡劑用1% HercobondTM
7700泡沫處理。根據實例1A中所描述之泡沫形式製備泡沫。接著測試各手抄紙之乾燥及濕潤拉伸強度。拉伸測試之結果展示於圖8中。圖8中評估之手抄紙描述於下表VI中。
表VI
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I係陽離子性的乾燥強度添加劑且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
與對照相比，藉由HercobondTM
7700及「清潔的」再循環掛面紙板配料之濕端添加製備的手抄紙之乾燥拉伸展示乾燥拉伸強度之約10%改良。然而，藉由HercobondTM
7700之濕端添加之改良相對於「髒的」再循環掛面紙板配料之對照下降至僅約5%。此結果指示可溶木質素污染物減小藉由濕端添加所添加的強度添加劑之影響。
在藉由強度添加劑之泡沫輔助添加製備的手抄紙中，與濕端添加相比，「清潔的」及「髒的」再循環掛面紙板配料系統兩者展示乾燥拉伸強度之較大改良。此在「髒的」系統中尤其顯著。因此，可設想，強度添加劑之泡沫輔助添加將可用於具有高度封閉水系統之再循環掛面紙板廠，此係因為可溶木質素之積聚不會像濕端添加那樣負面地影響泡沫輔助添加。特定而言，由於將泡沫添加至預先成形之濕片材，來自濕端殘留化學製品(諸如可溶木質素)之干擾減少，藉此產生乾燥強度試劑之更高有效性。實例 2A
約100 gsm之手抄紙係使用從未乾燥的未經漂白的原生牛皮紙薄殼紙漿使用750 CSF原始掛面紙板紙漿生產，以與相同強度添加劑之濕端添加相比，測試藉由強度添加劑之泡沫輔助添加的強度改良。濕式成形片材係使用Noble及Wood手抄紙設備根據標準程序且在無白水再循環之情況下生產。接著將濕式成形片材傳送至允許向片材施加真空的泡沫應用裝置。所施加泡沫之量可藉由施加至片材之泡沫高度估計且隨後藉由監測已知所施加強度添加劑之量的氮含量的校準實驗來確認。
使用1%-5%之陽離子性強度添加劑(可以Solenis LLC乾燥強度添加劑HercobondTM
7700商購)之溶液來製備泡沫-其中百分比為發泡調配物中製品之重量-在發泡劑(SelvolTM
540)存在下含有聚乙烯胺之強度添加劑。調節發泡劑濃度以使得泡沫具有約70%之空氣含量。作為此調節之一實例，在1% HercobondTM
7700濃度下，使用0.6% SelvolTM
540之濃度。接著將此等泡沫施加至一些濕式成形片材上。其他手抄紙用HercobondTM
7700之濕端添加以1至4磅/公噸之劑量處理。應注意，基於強度添加劑之保留特性，由1%強度添加劑溶液製備之泡沫大約等效於強度添加劑溶液之約4磅/公噸濕端添加之添加。
接著測試所得樣本之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度。結果展示於圖9中。圖9中評估之手抄紙描述於下表VII中。
表VII
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖9中可見，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用對乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度兩者具有明顯有益的影響。特定而言，觀測到，藉由使用SelvolTM
540發泡劑之HercobondTM
7700應用，樣本之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度與對照相比且與HercobondTM
7700之濕端添加相比增加。
如亦可見於圖9中，濕端添加陽離子性強度添加劑拉伸強度與未經處理之對照相比並未改良。在不受理論束縛之情況下，由於來自製漿製程之紙漿配料中剩餘的污染物之干擾，陽離子性強度添加劑之添加有可能在改良所製備樣本之拉伸強度方面無效。由於HercobondTM
7700之發泡添加藉由降低HercobondTM
7700與干擾物質之間的相互作用的可能性減少了此類干擾之可能性，HercobondTM
7700之泡沫輔助添加在改良樣本之濕潤及乾燥拉伸強度方面更有效。
圖9中亦展示，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用展示了所謂的「劑量反應」，亦即添加至樣本之HercobondTM
7700之濃度的增加引起樣本之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度兩者之相應增加。藉由HercobondTM
7700之濕端添加未觀測到此類劑量反應。實例 2B
手抄紙使用如上文實例2A所概述之相同技術製備。根據實例2A中所描述之泡沫形式製備泡沫。接著測試樣本中之每一者的乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸。結果展示於圖10中。圖10中評估之手抄紙描述於下表VIII中。
表VIII
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖10中可見，HercobondTM
7700之濕端添加與對照相比降低了樣本之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸。同樣，在不受理論束縛之情況下，由於來自製漿製程之紙漿配料中剩餘的污染物之干擾，HercobondTM
7700之添加有可能在改良所製備樣本之拉伸強度方面無效。
如亦可見於圖10中，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用對乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸兩者具有明顯有益的影響。特定而言，觀測到，藉由使用SelvolTM
540發泡劑之HercobondTM
7700應用，樣本之乾燥及濕潤拉伸與對照相比且與HercobondTM
7700之濕端添加相比增加。
圖10中亦展示，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用展示了乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸之所謂的「劑量反應」，亦即添加至樣本之HercobondTM
7700之濃度的增加引起樣本之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸兩者的相應增加。在HercobondTM
7700之濕端添加之結果中未觀測到此類劑量反應。實例 2C
手抄紙使用如上文實例2A所概述之相同技術製備。根據實例2A中所描述之泡沫形式製備泡沫。接著測試樣本中之每一者之乾燥及濕潤拉伸能量吸收(TEA)。結果展示於圖11中。圖11中評估之手抄紙描述於下表IX中。
表IX
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖11中可見，HercobondTM
7700之濕端添加與對照相比降低了樣本之乾燥及濕潤(再濕潤) TEA。同樣，在不受理論束縛之情況下，由於來自製漿製程之紙漿配料中剩餘的物質之干擾，HercobondTM
7700之添加有可能在改良所製備樣本之TEA方面無效。
如亦可見於圖11中，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用對乾燥及濕潤(再濕潤) TEA兩者具有明顯有益的影響。特定而言，觀測到，藉由使用SelvolTM
540發泡劑之HercobondTM
7700應用，樣本之乾燥及濕潤(再濕潤) TEA與對照相比且與HercobondTM
7700之濕端添加相比增加。
圖11中亦展示，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用展示了乾燥及濕潤(再濕潤) TEA之所謂的「劑量反應」，亦即添加至樣本之HercobondTM
7700之濃度的增加引起樣本之乾燥及濕潤(再濕潤) TEA兩者的相應增加。藉由HercobondTM
7700之濕端添加之結果未觀測到此類劑量反應。實例 2D
手抄紙使用如上文實例2A所概述之相同技術製備。根據實例2A中所描述之泡沫形式製備泡沫。接著測試樣本中之每一者之乾燥爆裂強度及環壓強度。結果展示於圖12中。圖12中評估之手抄紙描述於下表X中。
表X
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖12中可見，合成陽離子性強度添加劑之濕端添加與對照相比降低了樣本中之每一者的環壓強度，且降低或僅略改良爆裂強度。再次，在不受理論束縛之情況下，由於來自製漿製程之紙漿配料中剩餘的物質之干擾，合成陽離子性強度添加劑之添加有可能在改良環壓強度方面無效且對所製備樣本之爆裂強度僅具有最小影響。
如亦可見於圖12中，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用對爆裂強度及環壓強度兩者具有明顯有益的影響。特定而言，觀測到藉由使用SelvolTM
540發泡劑之HercobondTM
7700應用，樣本之爆裂強度及環壓強度與對照相比且與HercobondTM
7700之濕端添加相比增加。
圖12中亦展示，HercobondTM
7700之泡沫輔助應用展示了爆裂強度及環壓強度之所謂的「劑量反應」，亦即添加至樣本之HercobondTM
7700之濃度的增加引起樣本之爆裂強度及環壓強度兩者的相應增加。藉由HercobondTM
7700之濕端添加未觀測到此類劑量反應。實例 2E
約150 gsm之手抄紙係使用從未乾燥的未經漂白的原始牛皮紙薄殼紙漿生產。手抄紙之製備方法與實例2A相同。泡沫係使用含有1%-5%聚乙烯胺溶液之合成陽離子性乾燥強度添加劑(可以HercobondTM
7700商購)製備。在施加至濕式成形幅材之前，在基於兩性二甲胺氧化物之界面活性劑(Macat® AO-12)或聚乙烯醇(SelvolTM
540)之存在下預先形成泡沫。與泡沫對照樣本、濕端對照樣本(未經處理之各對照)及用1磅/公噸HercobondTM
7700及2磅/公噸HercobondTM
7700之濕端添加製備的樣本一起，測試樣本中之每一者的乾燥拉伸強度。所測試乾燥拉伸強度之結果展示於圖13中。圖13中評估之手抄紙描述於下表XI中。
表XI
例示性發泡劑I包括兩性胺氧化物且可以商標名Macat® AO-12購自Pilot Chemical。
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖13中所展示，以1-2磅/公噸濕端添加之HercobondTM
7700與濕端對照樣本相比展示乾燥拉伸強度之僅輕微改良。HercobondTM
7700之泡沫輔助添加顯示在兩性發泡劑Macat® AO-12之存在下高達30%改良。在聚乙烯醇發泡劑SelvolTM
540之存在下，觀測到乾燥拉伸強度之改良高達40%。聚乙烯醇單獨被稱作乾燥強度添加劑。就改良樣本之乾燥拉伸強度而言，使用基於聚乙烯醇之發泡劑產生與乾燥強度添加劑之協同效應。實例 2F
手抄紙使用如上文實例2E所概述之相同技術製備。根據實例2A中所描述之泡沫形式製備泡沫。接著測試樣本中之每一者之拉伸能量吸收率(TEA)。結果展示於圖14中。圖14中評估之手抄紙描述於下表XII中。
表XII
例示性發泡劑I包括兩性胺氧化物且可以商標名Macat® AO-12購自Pilot Chemical。
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖14中可見，HercobondTM
7700之濕端添加相對於未經處理之濕端對照引起TEA之較小改良。乾燥強度添加劑之泡沫輔助添加與未經處理之泡沫對照樣本相比在TEA方面提供顯著改良。如圖14中可見，泡沫添加經由使用基於兩性之發泡劑Macat® AO-12在TEA方面提供高達65%改良，且經由使用基於聚乙烯醇之發泡劑SelvolTM
540在TEA方面提供高達120%改良。實例 2G
約100 gsm之手抄紙係使用實例2A中使用之相同設備及程序，使用750 CSF從未乾燥的未經漂白的原始牛皮紙薄殼紙漿生產。將設計成施加大約當量之某些乾燥強度添加劑(如濕端劑量)的泡沫施加至濕式成形片材上。根據實例2A中所描述之泡沫形式製備泡沫。為測定不同類型之強度添加劑之強度改良，將不同乾燥強度添加劑併入泡沫中。所使用之強度添加劑為HercobondTM
7700、HercobondTM
6950及HercobondTM
6350，其皆含有呈聚乙烯胺聚合物單元形式之一級胺功能單元。所使用之其他強度添加劑為HercobondTM
1630及HercobondTM
1307，其不含有聚乙烯胺聚合物單元。所使用之發泡劑為烷基多葡萄糖苷(DowTM
BG-10)。接著測試樣本中之每一者的乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度。拉伸測試之結果展示於圖15中。圖15中評估之手抄紙描述於下表XIII中。
表XIII
例示性發泡劑II包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
BG-10購自Dow Chemical。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
合成強度添加劑II包括陽離子性的含有乙烯胺之聚合物及共聚物且可以商標名HercobondTM
6950購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
合成強度添加劑III包括陽離子性的含有乙烯胺之聚合物及共聚物且可以商標名HercobondTM
6350購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
合成強度添加劑IV包括兩性二甲基胺基乙基甲基丙烯酸鹽且可以商標名HercobondTM
1630購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
合成強度添加劑V包括陽離子性的乙醛酸化之丙烯醯胺-二烯丙基二甲基氯化銨共聚物且可以商標名HercobondTM
1307購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖15中可見，使用含有一級胺功能單元之合成陽離子性強度添加劑製備的樣本展示比用不含一級胺功能單元之強度添加劑製備的樣本更佳的拉伸強度效能。另外，由含有一級胺功能單元之強度添加劑之泡沫輔助應用製備的手抄紙展示比使用當量強度添加劑藉由濕端添加製備的手抄紙更加的拉伸強度效能。實例 2H
手抄紙係使用與實例2G相同之方法製備。根據實例2A中所描述之泡沫形式製備泡沫。接著測試各樣本之拉伸能量吸收率(TEA)。拉伸能量吸收之結果展示於圖16中。圖16中評估之手抄紙描述於下表XIV中。
表XIV
例示性發泡劑II包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
BG-10購自Dow Chemical。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
合成強度添加劑II包括陽離子性的含有乙烯胺之聚合物及共聚物且可以商標名HercobondTM
6950購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
合成強度添加劑III包括陽離子性的含有乙烯胺之聚合物及共聚物且可以商標名HercobondTM
6350購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
合成強度添加劑IV包括兩性二甲基胺基乙基甲基丙烯酸鹽且可以商標名HercobondTM
1630購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
合成強度添加劑V包括陽離子性的乙醛酸化之丙烯醯胺-二烯丙基二甲基氯化銨共聚物且可以商標名HercobondTM
1307購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖16中可見，使用含有一級胺功能單元之強度添加劑製備的樣本展示比使用不含一級胺功能單元之強度添加劑製備的樣本更佳的TEA效能。另外，由含有一級胺功能單元之強度添加劑之泡沫輔助應用製備的手抄紙樣本展示比經由當量相同強度添加劑之濕端添加製備的手抄紙樣本更佳的TEA效能。實例 3A
約100 gsm之手抄紙係使用370加拿大標準游離度(CSF)再循環掛面紙板紙漿生產。在多種發泡劑(包括陰離子性、兩性離子性及非離子性)之存在下形成不具有任何強度添加劑之泡沫。將此等泡沫施加至濕式成形片材上。
實例3A中所使用之發泡劑包括來自Sigma Aldrich之SDS，來自Croda Inc.之CrodatericTM
CAS 50、CrodatericTM
CAB 30及MultitropeTM
1620，來自Pilot Chemical Co.之Macat® AO-12，來自BASF Corp.之Glucopon ® 425N，來自Dow Chemical Co.之TritonTM
BG-10及TritonTM
CG-110。調節各發泡劑之濃度以使得每種泡沫含有約70%空氣含量。
濕式成形片材使用Noble及Wood手抄紙設備生產。將形成之濕片材傳送至允許在泡沫添加之後施加真空的泡沫應用裝置。接著使用下引裝置施加泡沫。小心地控制所施加泡沫之量。所施加泡沫之量可藉由施加至片材之泡沫高度估計且隨後藉由監測已知所施加強度添加劑之量的氮含量的校準實驗來確認。
針對對照(不具有任何泡沫或化學添加劑)，針對各條件測試各樣本片材之拉伸強度。拉伸測試之結果展示於圖17中。圖17中評估之手抄紙描述於下表XV中。
表XV
例示性發泡劑I包括兩性胺氧化物且可以商標名Macat® AO-12購自Pilot Chemical。
例示性發泡劑II包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
BG-10購自Dow Chemical。
例示性發泡劑IV包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名Glucopon ® 425N購自BASF。
例示性發泡劑V包括兩性離子性椰油醯胺丙基羥基磺基甜菜鹼且可以商標名CrodatericTM
CAS 50購自Croda。
例示性發泡劑VI包括非離子性多醣且可以商標名MultitropeTM
1620購自Croda。
例示性發泡劑XIV包括兩性椰油醯胺基丙基甜菜鹼且可以商標名CrodatericTM
CAB 30購自Croda。
例示性發泡劑XV包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
CG-110購自Dow Chemical。
比較性發泡劑I包括陰離子性十二烷基硫酸鈉且可購自多種來源。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖17中可見，不同發泡劑(不使用強度添加劑製備)對樣本之強度特性具有不同影響。SDS (一種陰離子性界面活性劑)與對照相比將乾燥拉伸強度降低約15%。在兩性離子性界面活性劑(來自Croda Inc.之CrodatericTM
CAS 50)中，基於椰油醯胺丙基羥基磺基甜菜鹼之界面活性劑具有與對照相當的乾燥拉伸強度。對於非離子性界面活性劑(來自Dow Chemical Co.之TritonTM
BG-10)，基於烷基多葡萄糖苷之發泡劑與對照相比亦產生相當的乾燥拉伸強度。其他發泡劑與對照相比產生略微低的乾燥強度。如此圖中可見，藉由樣本之濕潤(再濕潤)拉伸測試獲得類似結果。實例 3B
約100 gsm之手抄紙係使用370 CSF再循環掛面紙板紙漿在無白水再循環之情況下生產。泡沫係在將泡沫施加至濕式成形片材之前使用1重量% (作為發泡溶液中之製品)之HercobondTM
7700 (一種來自Solenis LLC之合成陽離子性乾燥強度添加劑)使用多種不同發泡劑製備。
此實例中所使用之發泡劑包括來自Dow Chemical Co.之TritonTM
BG-10及TritonTM
X-100，來自BASF Corp.之Glucopon ® 425N，來自Pilot Chemical Co.之Macat® AO-12，來自Croda Inc.之MonaTM
AT-1200、NatSurfTM
265、Tween ® 20、Tween ® 80、MultitropeTM
1620、CrodatericTM
CAS 50、CrodasinicTM
LS30、DiversacleanTM
及ForestallTM
。在對照片材中，在片材形成期間不添加發泡劑或乾燥強度添加劑。亦製備經由傳統濕端添加添加的4磅/公噸之HercobondTM
7700之手抄紙以與泡沫添加樣本比較。在單獨的劑量校準測試中，結果表明，來自1% HercobondTM
7700 (作為製品)發泡溶液的泡沫添加提供了與4磅/公噸HercobondTM
7700 (作為製品)之濕端添加水準相當的劑量。
接著測試樣本中之每一者的拉伸強度。拉伸測試之結果展示於圖18中。圖18中評估之手抄紙描述於下表XVI中。
表XVI
例示性發泡劑I包括兩性胺氧化物且可以商標名Macat® AO-12購自Pilot Chemical。
例示性發泡劑II包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
BG-10購自Dow Chemical。
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
例示性發泡劑IV包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名Glucopon ® 425N購自BASF。
例示性發泡劑V包括兩性離子性椰油醯胺丙基羥基磺基甜菜鹼且可以商標名CrodatericTM
CAS 50購自Croda。
例示性發泡劑VI包括非離子性多醣且可以商標名MultitropeTM
1620購自Croda。
例示性發泡劑VII包括非離子性乙氧基化醇且可以商標名NatSurfTM
265購自Croda。
例示性發泡劑VIII包括非離子性聚乙二醇且可以商標名TritonTM
X-100購自Dow Chemical。
例示性發泡劑IX包括兩性離子性甜菜鹼且可以商標名MonaTM
AT-1200購自Croda。
例示性發泡劑X包括非離子性己醣醇酯且可以商標名Tween ® 80購自Croda。
例示性發泡劑XI包括非離子性己醣醇酯且可以商標名Tween ® 20購自Croda。
例示性發泡劑XII包括非離子性的烷基多葡萄糖苷及烷氧基化醇之混合物且可以商標名DiversacleanTM
購自Croda。
例示性發泡劑XIII包括陽離子性烷基第四銨且可以商標名ForestallTM
購自Croda。
比較性發泡劑II包括陰離子性月桂基肌胺酸鹽且可以商標名CrodasinicTM
LS30購自Croda。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
與HercobondTM
7700組合使用的發泡劑之選擇對手抄紙之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度兩者具有較大影響。藉由多種不同發泡劑施加至手抄紙的所有泡沫含有相同量之乾燥強度添加劑。與乾燥強度添加劑組合使用的一些發泡劑(諸如MonaTM
AT-1200)將手抄紙樣本之拉伸強度降低至低於對照片材之拉伸強度。當與乾燥強度添加劑組合使用時，一些發泡劑(例如，TritonTM
BG-10、Macat® AO-12)將乾燥拉伸強度改良至等於濕端添加之乾燥拉伸強度的水準。結果表明，當與乾燥強度添加劑組合使用時，大多數發泡劑(ForestallTM
、Macat® AO-12、CrodatericTM
CAS 50、TritonTM
BG-10、Glucopon ® 425N、MultitropeTM
1620、NatSurfTM
265、TritonTM
X-100、Tween ® 20、Tween ® 80及DiversacleanTM
)與使用濕端添加製造之彼等相比提供更高濕潤(再濕潤)拉伸強度。實例 3C
約100 gsm之手抄紙係使用上文實例3A中所描述之相同設備及程序，使用370 CSF再循環掛面紙板紙漿生產。對一些樣本手抄紙執行來自Solenis LLC之合成陽離子性強度添加劑Hercobond™ 7700之泡沫輔助應用。所使用之發泡劑為來自Sekisui Chemical Co.之SelvolTM
540(基於聚乙烯醇之發泡劑)。SelvolTM
540具有約88%水解度(莫耳基礎)，且4%溶液具有約50±5 cP之黏度(根據製造商規範)。在施加至濕式成形片材之前，在SelvolTM
540之存在下使用1重量% (作為發泡調配物之製品)之Hercobond™ 7700製備泡沫。亦製備使用Macat® AO-12及Triton™ BG-10之泡沫經處理片材，且亦使用強度添加劑之濕端添加來製備樣本。量測片材之乾燥及濕潤(再濕潤)拉伸強度。SelvolTM
540及1% Hercobond™ 7700手抄紙樣本之拉伸強度測試結果展示於圖19中。圖19中評估之手抄紙描述於下表XVII中。
表XVII
例示性發泡劑I包括兩性胺氧化物且可以商標名Macat® AO-12購自Pilot Chemical。
例示性發泡劑II包括非離子性烷基多葡萄糖苷且可以商標名TritonTM
BG-10購自Dow Chemical。
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
結果表明，與未經處理之對照相比，使用聚合物發泡劑Selvol™ 540與乾燥強度添加劑Hercobond™ 7700共同引起顯著的強度改良。SelvolTM
540泡沫經處理之片材的乾燥拉伸強度增益相對於對照之乾燥拉伸強度增益之為22%，而使用Macat® AO-12及Triton™ BG-10之泡沫經處理之片材展示與經由濕端添加製備之樣本等效的效能且展示相對於未經處理之對照之彼等的10%改良。實例 3D
約100 gsm之手抄紙係使用上文實例3A中所描述之相同設備及程序，使用370 CSF再循環掛面紙板紙漿生產。為確認劑量反應及強度特性之類似改良不可藉由經由濕端添加添加SelvolTM
540及Hercobond™ 7700強度添加劑觀測，相同手抄紙條件用於藉由4磅/公噸Hercobond™ 7700及20磅/公噸SelvolTM
540之濕端添加，藉由使用發泡劑SelvolTM
540生產的1% Hercobond™ 7700泡沫之泡沫輔助添加及藉由使用SelvolTM
540之5% Hercobond™ 7700泡沫之泡沫輔助添加來產生手抄紙樣本。約100 gsm之手抄紙相對於使用370 CSF再循環掛面紙板紙漿之實例3A係使用上文所描述之相同設備及程序生產。接著與對照一起量測此等樣本之拉伸強度。此等手抄紙之拉伸強度比較結果展示於圖20中。圖20中評估之手抄紙描述於下表XVIII中。
表XVIII
例示性發泡劑III包括非離子性聚乙烯醇且可以商標名DeTacTM
購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC且以商標名SelvolTM
540購自德克薩斯州達拉斯之Sekisui Specialty Chemicals。
合成強度添加劑I包括陽離子性的乙烯基單體及官能化乙烯胺之接枝共聚物且可以商標名HercobondTM
7700購自特拉華州威爾明頓之Solenis LLC。
如圖20中可見，使用SelvolTM
540作為發泡劑之1% Hercobond™7700泡沫經處理之片材的拉伸強度增益超過濕端添加之拉伸強度增益兩倍，從而指示泡沫應用有利地產生較大濕潤(再濕潤)拉伸強度及乾燥拉伸強度增益。另外，藉由泡沫輔助添加樣本觀測到劑量反應，其中與未經處理之對照片材相比，5% Hercobond™ 7700泡沫(其中SelvolTM
540用作發泡劑)展示乾燥拉伸強度及濕潤(再濕潤)拉伸強度之較大增加。
儘管前述實施方式中已呈現至少一個例示性實施例，但應瞭解存在大量變型。亦應瞭解該或該等例示性實施例僅為實例，且並不意欲以任何方式限制本發明之範疇、適用性或組態。實際上，前文實施方式將為熟習此項技術者提供實施該或該等例示性實施例的方便道路圖。應理解，在不脫離所附申請專利範圍及其法定等效物中所闡述的本發明之範疇的情況下，可對元件之功能及配置進行各種改變。
20‧‧‧紙料製備部
21‧‧‧稠紙料環路/稠紙料部
22‧‧‧稀紙料環路
23‧‧‧精製機
24‧‧‧混合箱
25‧‧‧其他來源
26‧‧‧化學添加劑
27‧‧‧水
28‧‧‧造紙機箱
29‧‧‧化學添加劑
30‧‧‧水
32‧‧‧除氣裝置
33‧‧‧成形部
34‧‧‧高位調流漿箱
35‧‧‧紙料
36‧‧‧編織物/成形織物
37‧‧‧水翼箱
38‧‧‧真空箱
39‧‧‧真空箱
40‧‧‧真空箱
41‧‧‧伏輥
42‧‧‧壓榨部
43‧‧‧乾燥部
44‧‧‧壓延機
45‧‧‧卷軸
46‧‧‧發泡劑
47‧‧‧強度添加劑
48‧‧‧泡沫生成器
49‧‧‧氣體
50‧‧‧發泡調配物
51‧‧‧泡沫
52‧‧‧軟管
53‧‧‧泡沫分配器
54‧‧‧幅材
可自結合隨附圖式之以下實施方式得到對主題之更完整理解，其中相同的附圖標號表示相同的元件，且其中：
圖1展示根據各種實施例之紙類製造系統之示意圖；
圖2展示實現某些目標泡沫空氣含量所需的強度添加劑及發泡劑之相對量的圖式；
圖3展示關於再循環掛面紙板樣本之乾燥馬倫爆裂(Mullen Burst)結果的圖式；
圖4展示關於再循環掛面紙板樣本之乾燥馬倫爆裂結果的另一圖式；
圖5展示關於再循環掛面紙板樣本之乾燥及濕潤抗張強度結果的圖式；
圖6展示關於再循環掛面紙板樣本之拉伸能量吸收率的圖式；
圖7展示關於再循環掛面紙板樣本之乾燥拉伸結果的圖式；
圖8展示關於再循環掛面紙板樣本之乾燥及濕潤抗張強度結果的圖式；
圖9展示關於原始掛面紙板樣本之乾燥及濕潤抗張強度結果的圖式；
圖10展示關於原始掛面紙板樣本之乾燥及濕潤拉伸結果的圖式；
圖11展示關於原始掛面紙板樣本之乾燥及濕潤拉伸能量吸收率結果的圖式；
圖12展示關於原始掛面紙板樣本之乾燥馬倫及環擠壓結果的圖式；
圖13展示關於原始掛面紙板之乾抗張強度結果的圖式；
圖14展示關於原始掛面紙板樣本之乾拉伸能量吸收率結果的圖式；
圖15展示關於原始掛面紙板樣本之乾燥及濕潤抗張強度結果的圖式；
圖16展示關於原始掛面紙板樣本之乾燥及濕潤拉伸能量吸收率結果的圖式；
圖17展示關於再循環掛面紙板樣本之不同發泡劑之乾燥及濕潤抗張強度結果的圖式；
圖18展示關於再循環掛面紙板樣本之不同發泡劑之乾燥及濕潤抗張強度結果的另一圖式；
圖19展示關於再循環掛面紙板樣本之不同發泡劑之乾燥及濕潤抗張強度結果的另一圖式；以及
圖20展示關於再循環掛面紙板樣本之不同發泡劑之乾燥及濕潤抗張強度結果的另一圖式。
20‧‧‧紙料製備部
21‧‧‧稠紙料環路/稠紙料部
22‧‧‧稀紙料環路
23‧‧‧精製機
24‧‧‧混合箱
25‧‧‧其他來源
26‧‧‧化學添加劑
27‧‧‧水
28‧‧‧造紙機箱
29‧‧‧化學添加劑
30‧‧‧水
32‧‧‧除氣裝置
33‧‧‧成形部
34‧‧‧高位調流漿箱
35‧‧‧紙料
36‧‧‧編織物/成形織物
37‧‧‧水翼箱
38‧‧‧真空箱
39‧‧‧真空箱
40‧‧‧真空箱
41‧‧‧伏輥
42‧‧‧壓榨部
43‧‧‧乾燥部
44‧‧‧壓延機
45‧‧‧卷軸
46‧‧‧發泡劑
47‧‧‧強度添加劑
48‧‧‧泡沫生成器
49‧‧‧氣體
50‧‧‧發泡調配物
51‧‧‧泡沫
52‧‧‧軟管
53‧‧‧泡沫分配器
54‧‧‧幅材
Claims (18)
- 一種用於在將氣體併入發泡調配物中後產生具有氣體含量之泡沫的發泡調配物，該發泡調配物包含：至少一種發泡劑，其按該發泡調配物之總重量計，呈約0.001%至約10%之量，其中該至少一種發泡劑包含以下中之至少一者：(a)非離子性發泡劑，其選自以下之群：乙氧基化物、烷氧基化脂肪酸、聚乙氧基酯、甘油酯、多元醇酯、己醣醇酯、脂肪醇、烷氧基化醇、烷氧基化烷基苯酚、烷氧基化甘油、烷氧基化胺、烷氧基化二胺、脂肪醯胺、脂肪酸醇醯胺、烷氧基化醯胺、烷氧基化咪唑、脂肪醯胺氧化物、烷醇胺、烷醇醯胺、聚乙二醇、環氧乙烷及環氧丙烷、EO/PO共聚物及其衍生物、聚酯、烷基醣類、烷基、多醣、烷基葡糖苷、烷基聚葡糖苷、烷基二醇醚、聚環氧烷烷基醚、聚乙烯醇及其衍生物、烷基多醣及其組合；(b)兩性離子性或兩性發泡劑，其選自以下之群：十二烷基二甲胺氧化物、椰油兩性乙酸鹽、椰油兩性二乙酸鹽、椰油兩性二丙酸鹽、椰油醯胺基丙基甜菜鹼、烷基甜菜鹼、烷基醯胺基甜菜鹼、羥基磺基甜菜鹼、椰油醯胺丙基羥基磺基甜菜鹼、烷基亞胺基二丙酸鹽、胺氧化物、胺基酸衍生物、烷基二甲胺氧化物及其組合；(c)陽離子性發泡劑，其選自以下之群：烷基胺及醯胺及其衍生物、烷基銨、烷氧基化醯胺及其衍生物、脂肪胺及脂肪醯胺及其衍生物、四級銨、烷基四級銨及其衍生物及其鹽、咪唑啉衍生物、烷基銨鹽、烷基鏻鹽、以上描述之結構的聚合物及共聚物，及其組 合；或相同類型或超過一種類型之此等發泡劑之組合；至少一種合成強度添加劑，其呈基於該發泡調配物總重量的約0.01%至約50%之量，其中該至少一種合成強度添加劑包含陽離子性官能基，其中該至少一種合成強度添加劑為含氮陽離子聚合物，且其中該至少一種合成強度添加劑包含陽離子性官能基，其係選自以下之群：DADMAC-丙烯醯胺共聚物，其具有或不具有後續乙醛酸化，具有陽離子性基團之丙烯醯胺之聚合物及共聚物，其包含AETAC、AETAS、METAC、METAS、APTAC、MAPTAC、DMAEMA或其組合，其具有或不具有後續乙醛酸化，含有乙烯胺之聚合物及共聚物，PAE聚合物，聚乙烯亞胺，聚DADMAC，多元胺，基於經二甲胺基甲基取代之丙烯醯胺的聚合物，及其組合；且其中DADMAC為二烯丙基二甲基氯化銨，DMAEMA為二甲基胺基乙基甲基丙烯酸鹽，AETAC為丙烯醯氧基乙基三甲基氯化物，AETAS為丙烯醯氧基乙基三甲基硫酸鹽，METAC為甲基丙烯醯氧基乙基三甲基氯化物，METAS為甲基丙烯醯氧基乙基三甲基硫酸鹽，APTAC為丙烯醯胺丙基三甲基氯化銨，MAPTAC為甲基丙烯醯胺丙基三甲基氯化銨，且PAE為聚醯胺基胺-環氧氯丙烷聚合物；及 水。
- 如請求項1之發泡調配物，其中該至少一種發泡劑包含聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物。
- 如請求項2之發泡調配物，其中該聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物具有在約70%與99.9%之間的水解度。
- 如請求項2之發泡調配物，其中該聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物具有在約5000與400,000之間的分子量。
- 如請求項2之發泡調配物，其中該聚乙烯醇或聚乙烯醇衍生物在4%固體及20℃下具有在約3與75cP之間的黏度。
- 如請求項1之發泡調配物，其中包含陽離子性官能基之該至少一種合成強度添加劑在莫耳基礎上具有約1至100%之一級胺官能度。
- 如請求項1之發泡調配物，其中該發泡調配物之親水性親脂性平衡大於約8。
- 如請求項1至7中任一項之發泡調配物，其中該發泡調配物中之該至少一種發泡劑之濃度為在將氣體併入該發泡調配物中之後足以產生該氣體含量之該泡沫的實質上最低濃度。
- 如請求項8之發泡調配物，其中在將氣體併入該發泡調配物中之後產生的該泡沫之該氣體含量按該泡沫之總體積計係約40%氣體至約95%氣體。
- 如請求項8之發泡調配物，其中在將氣體併入該發泡調配物之後產生的該泡沫之該氣體含量按該泡沫之總體積計係約60%氣體至約80%氣體。
- 如請求項8之發泡調配物，其中該發泡調配物之親水性親脂性平衡大於約8。
- 如請求項8之發泡調配物，其中包含陽離子性官能基之該至少一種合成強度添加劑在莫耳基礎上具有約1至100%之一級胺官能度。
- 一種將合成陽離子性強度添加劑引入紙類製品之方法，其包含：由如請求項1至7中任一項發泡調配物產生泡沫，且將該泡沫施加至濕式成形胚形幅材。
- 如請求項13之方法，其中該紙類製品為原始掛面紙板。
- 如請求項13之方法，其中該紙類製品為再循環掛面紙板。
- 如請求項13之方法，其中該紙類製品為包袋或麻袋紙張。
- 如請求項13之方法，其中由該發泡溶液產生該泡沫之步驟包含以下中之至少一者：在氣體之存在下剪切該發泡溶液；將氣體注射至該發泡溶液中；或將該發泡溶液注射至氣流中。
- 如請求項13之方法，其中當該濕式成形胚形幅材具有約5%至約30%之紙漿纖維稠度時，執行將泡沫施加至該濕式成形胚形幅材之步驟。
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