專(zhuān)利名稱(chēng)：制造含有微細(xì)顆粒填料的光滑無(wú)皺薄紙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說(shuō)，本發(fā)明涉及不經(jīng)干法起皺制造的薄紙制品。具體地說(shuō)，涉及從纖維素漿粕和非纖維素不溶于水的顆粒填料、不經(jīng)干法起皺制造薄紙制品的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)已廣泛使用衛(wèi)生薄紙制品。已可大量提供種種專(zhuān)門(mén)用途的這類(lèi)制品，以便滿(mǎn)足包括面巾紙、衛(wèi)生紙和吸水性紙巾等種種應(yīng)用。這些產(chǎn)品的諸如單位重量、厚度、強(qiáng)度、紙張尺寸和配料介質(zhì)等規(guī)格常常大不相同。它們主要共用所謂起皺造紙方法的制造方法。然而，也能采用本申請(qǐng)公開(kāi)的方法，以另外的方式不經(jīng)起皺生產(chǎn)這類(lèi)產(chǎn)品。
起皺是在機(jī)器方向以機(jī)械方式壓實(shí)紙的一種手段。其結(jié)果是單位重量(每單位面積的質(zhì)量)增加，以及許多物理性能的顯著變化，特別是當(dāng)在機(jī)器方向進(jìn)行測(cè)定時(shí)。一般，采用所謂刮漿刀的柔性刮刀，抵著機(jī)器操作中或其后的單烘缸實(shí)現(xiàn)起皺。
單烘缸是大直徑的一般為8～20英尺的鼓，將其設(shè)計(jì)成用蒸汽加壓，以便提供用于在造紙過(guò)程的末端完成造紙紙幅干燥的熱表面。首先，在諸如Fourdrinier金屬絲網(wǎng)之類(lèi)的有小孔的成形載體上形成紙幅，在此分離出分散纖維淤漿所需要的大量水；一般說(shuō)，將紙幅輸送到所謂加壓工序中的毛毯或織物上，在此或者采用機(jī)械方式將紙壓實(shí)或采用諸如熱空氣穿透干燥的某些其他脫水方法繼續(xù)脫水；最終以半干狀態(tài)將其輸送至單烘缸的表面上，以便完成干燥。
為不經(jīng)起皺生產(chǎn)類(lèi)似的薄紙紙幅，將胚紙幅從鋪置它的有小孔的成形載體上轉(zhuǎn)移到較緩運(yùn)動(dòng)著的高纖維含量支撐輸送織物載體上。再將紙幅輸送到干燥毛毯上，以干燥至最終干燥度。與起皺紙紙幅相比，這類(lèi)紙幅能夠在表面光滑性方向呈現(xiàn)一些優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)中已知以這種方式生產(chǎn)未起皺薄紙的方法。例如在1995年10月18日發(fā)表的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)0677612A2中，Wend等人敘述了不經(jīng)起皺制備柔軟薄紙制品的方法，在此引入作為參考。另外，在1994年9月28日發(fā)表的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)0617164A1中，Hyland等人敘述了制造光滑未起皺穿透干燥的紙張的方法。在此引入作為參考。
柔軟性是，在消費(fèi)者拿著具體產(chǎn)品時(shí)，在其皮膚上擦來(lái)擦去，或者在其手中將它揉皺時(shí)，消費(fèi)者所感受到的觸感。這種觸感是幾種物理性能的組合結(jié)果。本領(lǐng)域的技術(shù)人員一般認(rèn)為，與柔軟性有關(guān)的最重要的物理性能之一是制造這些產(chǎn)品的紙紙幅的挺度。而通常認(rèn)為挺度直接取決于紙幅的強(qiáng)度。
強(qiáng)度是產(chǎn)品和其成分紙幅在使用條件下保持物理完整性和抗撕裂、破裂和破碎的能力。
掉毛和掉粉指的是，在加工或使用期間釋出未結(jié)合的或松散結(jié)合的纖維或粒子填料的傾向。
一般說(shuō)薄紙紙幅基本上由造紙纖維組成。經(jīng)常加入少量功能性化學(xué)劑，如濕強(qiáng)度或干強(qiáng)度粘合劑、助留劑、表面活性劑、膠料、化學(xué)柔軟劑、助皺組合物，但是，一般僅使用微量的這些藥劑。在薄紙中最經(jīng)常使用的造紙纖維是新化學(xué)木漿。
隨著世界上天然資源的供應(yīng)正受到與日俱增的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的審查，要求減少在衛(wèi)生紙之類(lèi)的產(chǎn)品中使用諸如新化學(xué)木漿之類(lèi)的森林產(chǎn)品消耗的壓力也益增加。擴(kuò)大木漿既定來(lái)源而不犧牲產(chǎn)品物質(zhì)量(mass)的一個(gè)途徑是用機(jī)械或化學(xué)機(jī)械漿粕之類(lèi)的高產(chǎn)率纖維代替新化學(xué)漿粕纖維，或者使用回收的纖維。不幸的是，伴隨著這些變化，性能通常產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的惡化。這些纖維往往具有高粗度，這樣使因?yàn)樗绍洸胚x用的上等纖維所賦予的柔軟手感受到損失。在機(jī)械和化學(xué)機(jī)械釋放出的纖維的情況下，粗度高是由于保持了原來(lái)木材中的非纖維素組分，這些組分包括木質(zhì)素和所謂的半纖維素。這使每根纖維的重量更高而不是增加其長(zhǎng)度?；厥占堃簿哂袡C(jī)械漿粕含量高的趨勢(shì)，但是，即使為了減少這種影響，在選擇廢紙級(jí)別時(shí)，履行了所有應(yīng)有的注意事項(xiàng)，仍然常常發(fā)生粗度高的情況。認(rèn)為這是由于，當(dāng)將許多來(lái)源的紙共混制造回收漿粕時(shí)，天生存在的纖維形態(tài)的不純混合物所致。例如，某些廢紙因?yàn)槠湫再|(zhì)上主要是北美硬木而被選擇，然而，人們常會(huì)發(fā)現(xiàn)來(lái)自較粗的針葉木纖維的大量雜質(zhì)，甚至是非常有害的樹(shù)種，例如種種美國(guó)南方松。1981年11月17日授予Carstens的美國(guó)專(zhuān)利4300981解釋了上等纖維賦予的結(jié)構(gòu)和表面質(zhì)量；在此引入作為參考。1993年7月20日授予Vinson的美國(guó)專(zhuān)利5228954和1995年4月11日授予Vinson的美國(guó)專(zhuān)利5405499公開(kāi)了使這些纖維源升級(jí)而使其有害影響較少的方法，但是代替的量仍然受到限制，新纖維來(lái)源本身供應(yīng)量有限，這樣常常限制其應(yīng)用；在此引入上述兩年專(zhuān)利，作為參考。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，在衛(wèi)生薄棉紙中限制木漿應(yīng)用的另一種方法，該方法是用較低成本的易得的填充材料，例如高嶺土粘土或碳酸鈣代替其一部分。雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人會(huì)認(rèn)識(shí)到，多年來(lái)在造紙工業(yè)的某些部門(mén)中這已是普通的做法，但是他們還會(huì)理解，將這種方法推廣到衛(wèi)生紙產(chǎn)品中至今還存在著阻礙其實(shí)施的一些特殊的困難。
一個(gè)主要的障礙是在造紙過(guò)程中保持填充劑的問(wèn)題。在紙制品中，衛(wèi)生紙屬低單位重量的極端情況。薄紙紙幅從造紙機(jī)纏繞到卷軸上時(shí)，其單位重量能夠低達(dá)約10g/m2，以及，因?yàn)橛捎谠摲椒ㄋ逃械陌赐敢暦s小的效應(yīng)，在機(jī)器的成形工位中的干纖維單位重量能夠降低約10％至高達(dá)80％。使起因于低單位重量的保持方面的困難變得更加復(fù)雜的是，薄紙紙幅屬低密度的極端情況，卷繞在卷軸上的表觀(guān)密度常常僅為約0.1g/cm3或者更低。雖然已認(rèn)識(shí)到，此種蓬松在一定程度上是在透視縮小期間引起的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，薄紙紙幅一般是由相對(duì)游離狀漿形成的，該相對(duì)游離狀紙漿所包含的纖維沒(méi)有因打漿而變得松軟。薄紙機(jī)需要高速運(yùn)行才有實(shí)用價(jià)值；這樣，游離紙漿對(duì)防止過(guò)高的成形壓力和干燥負(fù)荷是必要的。包含相對(duì)硬性纖維的游離狀漿保持著其維持形成胚紙幅的疏松狀態(tài)的能力。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會(huì)認(rèn)識(shí)到，這種輕量、低密度結(jié)構(gòu)在紙幅成形期間沒(méi)有截留微細(xì)顆粒的顯著機(jī)會(huì)。沒(méi)有牢靠地固定在纖維表面上的填料顆粒被高速涌來(lái)的流動(dòng)系統(tǒng)的激流卷走，而投擲到液相中，被沖過(guò)胚紙幅而進(jìn)入從成形紙幅排出的水中。只有使用于形成紙幅的水反復(fù)循環(huán)，才能使顆粒濃度積聚到填料開(kāi)始隨著紙離去的程度。在廢水中如此的固體濃度是不實(shí)際的。
第二個(gè)主要限制是顆粒填料一般無(wú)法隨著成形紙幅的干燥像造紙纖維趨于彼此粘合那樣，自然地粘結(jié)到造紙纖維上。這使得產(chǎn)品強(qiáng)度下降。夾雜填料使強(qiáng)度下降，如果保持這種情況而不糾正，那末就嚴(yán)重地限制已經(jīng)相當(dāng)不牢的產(chǎn)品。提高強(qiáng)度所需要的措施，如增加纖維打漿或使用化學(xué)增強(qiáng)劑，也經(jīng)常受到限制。
填料對(duì)紙張完整性的惡劣影響也常常因堵塞機(jī)器毛毯或因在機(jī)器各段之間的輸送性能差而產(chǎn)生衛(wèi)生方面的問(wèn)題。
最后，含有填料的薄紙易于掉毛或掉粉。這不僅是因?yàn)樘盍媳旧碓诩埛斜徊都貌焕?，而且還因?yàn)槠渚哂猩鲜鲆种普澈系淖饔?，這使纖維錨固在結(jié)構(gòu)上的作用局部變?nèi)?。這種傾向在造紙過(guò)程中和隨后的加工操作中將引起運(yùn)轉(zhuǎn)困難，因?yàn)樵谔幚砑垥r(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的灰塵。另外認(rèn)為，填充薄紙制造的衛(wèi)生紙制品的消費(fèi)者要求這些產(chǎn)品相對(duì)無(wú)纖維屑和灰塵。
所以，在衛(wèi)生紙中使用填料一直受到嚴(yán)格限制。1940年10月1日授予Thiele的美國(guó)專(zhuān)利2,216,143詳述了單烘缸對(duì)使用填料的限制，并公開(kāi)了克服這些限制的綜合方法。不幸的是，該法需要麻煩的單元操作，即在和單烘缸接觸時(shí)，將粘合劑粘結(jié)的粒子層涂在片材的毛毯一側(cè)。對(duì)于現(xiàn)代高速機(jī)器，不能實(shí)施這樣的操作，沒(méi)能意識(shí)到不用單烘缸的生產(chǎn)衛(wèi)生紙產(chǎn)品的手段，最后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到Thiele方法生產(chǎn)的薄紙制品是涂層的而不是填充的?！疤畛浔〖垺迸c“涂層薄紙”的根本區(qū)別在于生產(chǎn)它們使用的方法，即，“填充薄紙”是在纖維組合成為紙幅之前將顆粒物加到纖維中者，而“涂層薄紙”是在基本上組合成紙幅之后加入顆粒物者。作為這種差異的結(jié)果，能夠?qū)⑻畛涞谋〖堉破访枋鰹檩^低重量的密度低的含有填料的薄紙，其中，填料分散在多層薄紙的至少一層的整個(gè)厚度中，或者分散在單層薄紙的整個(gè)厚度中。術(shù)語(yǔ)“分散在整個(gè)”意指填充的薄紙制品的特定層的所有部分都含有填料粒子，但是，具體地說(shuō)，并不一定意味著這種分散體必在該層中是均勻的。事實(shí)上，能夠通過(guò)使得薄紙?zhí)畛鋵拥奶盍蠞舛炔町愌仄浜穸茸兓瘉?lái)獲得某種預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)。
所以，本發(fā)明的目的是提供含有克服現(xiàn)有技術(shù)上述限制的微細(xì)顆粒填料的薄紙。本發(fā)明的方法不經(jīng)起皺生產(chǎn)含有保持性的填料的柔軟薄紙。薄紙具有的拉伸強(qiáng)度高，而掉粉少的特點(diǎn)。
采用按照下述公開(kāi)的本發(fā)明可達(dá)到該目的和其他目的。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種生產(chǎn)結(jié)實(shí)、柔軟、充填的、掉毛和掉粉低的未起皺薄紙的方法。所述薄紙包含造紙纖維和非纖維素顆粒填料，所述填料占所述薄紙的至少約1％，至多約50％，但是，更優(yōu)選約8％～約20％(重量)。通過(guò)采用上述含量的顆粒填料填充未起皺的薄紙，意想不到地實(shí)現(xiàn)了柔軟性、強(qiáng)度和抗掉粉的組合。
在其優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的填充薄紙的定量為約10g/m2～約50g/m2，更優(yōu)選為約10g/m2～約30g/m2。其密度為約0.03g/cm3～約0.6g/cm3，更優(yōu)選為約0.05g/cm3～約0.2g/cm3。
優(yōu)選的實(shí)施方案還包括，硬木和針葉木類(lèi)造紙纖維，其中至少約50％的造紙纖維是硬木，而至少約10％是針葉木。最優(yōu)選的是，通過(guò)將硬木和針葉木纖維分別歸入分開(kāi)的層以將二者隔離開(kāi)，其中該薄紙包含一個(gè)內(nèi)層和至少一個(gè)外層。
本發(fā)明的未起皺薄紙不經(jīng)壓縮干燥，最優(yōu)選采用穿透干燥的方法。所得穿透干燥紙幅經(jīng)花紋式致密，這樣，較高密度的區(qū)域分布在高膨松區(qū)，其包括花紋式致密的薄紙，其中，較高密度區(qū)是連續(xù)的，而高膨松區(qū)是不連續(xù)的。
本發(fā)明提供包含造紙纖維和顆粒填料的未起皺薄紙。在其優(yōu)選實(shí)施方案中，顆粒填料選自粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石、硅酸鋁、硅酸鈣、氧化鋁三水合物、活性炭、珍珠淀粉、硫酸鈣、玻璃微球體、硅藻土及其混合物。當(dāng)從上述選擇填料時(shí)，需要對(duì)幾個(gè)因素進(jìn)行評(píng)估，包括成本、可得性、保持在薄紙中的難易程度、色澤、散射能力、折射率、以及與所選擇的造紙環(huán)境的化學(xué)相容性。
特別適用的填料是高嶺土粘土。最優(yōu)選的是，與經(jīng)過(guò)煅燒進(jìn)一步加工的高嶺土大不相同，優(yōu)選所謂的高嶺土粘土的“水合硅酸鋁”形式。
高嶺土的形態(tài)是在自然界中的板狀或塊狀的，而優(yōu)選使用未經(jīng)機(jī)械脫層處理的粘土，因?yàn)檫@樣有降低平均粒度的趨勢(shì)。一般平均粒度是就球形當(dāng)量直徑而論。在本發(fā)明實(shí)踐中，優(yōu)選平均球形當(dāng)量直徑大于約0.2微米，更優(yōu)選大于約0.5微米。最優(yōu)選的是球形當(dāng)量直徑大于約1.0微米。
本文所有百分?jǐn)?shù)、比率和比例除非另有規(guī)定均以重量計(jì)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1A示意說(shuō)明本發(fā)明關(guān)于生產(chǎn)結(jié)實(shí)、柔軟且掉毛少、未起皺、包含造紙纖維和顆粒填料的薄紙的造紙方法。
圖1B以圖解展示了采用本發(fā)明的造紙方法制備的薄紙紙幅的層狀結(jié)構(gòu)。
圖2示意說(shuō)明按照以淀粉為基礎(chǔ)的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案制備造紙工藝用的含水造紙配料的步驟。
圖3示意說(shuō)明按照以陰離子聚電解質(zhì)聚合物為基礎(chǔ)的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案制備造紙工藝用的含水造紙配料的步驟。
發(fā)明詳述雖然本詳述以特別指出的和對(duì)本發(fā)明所研究的要點(diǎn)提出清楚要求的權(quán)利要求為結(jié)束，但是確信，閱讀以下詳述能更好地理解本發(fā)明。
本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“包含”意指各種組分、成分或步驟能夠在實(shí)施本發(fā)明中被共同使用。所以，術(shù)語(yǔ)“包含”包括更具限定性的術(shù)語(yǔ)“基本由……組成”和“由……組成”。
本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“水溶性的”指的是在25℃下，可溶于水中至少3％的材料。
本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“薄紙紙幅、紙紙幅、紙幅、紙張和紙制品”均指按包括下述步驟的方法所制造的紙張，即，制備含水造紙配料；將該配料置于諸如Fourdrinier金屬絲網(wǎng)之類(lèi)的有多孔表面上，通過(guò)重力或真空輔助排水從配料中除去水，形成胚紙幅；將胚紙幅從成形表面轉(zhuǎn)移到以比成形表面低的速度運(yùn)行的轉(zhuǎn)移表面上。然后將紙幅轉(zhuǎn)移到織物上，紙幅在該織物上受到穿透干燥，直至最終干燥的程度，此后將紙幅繞在卷軸上。
本文所使用的術(shù)語(yǔ)“填充薄紙”意指一種如下所述的紙制品，即，較輕量的、低密度未起皺的、含有的填料遍布分散在多層薄紙的至少一層的整個(gè)厚度范圍內(nèi)或在單層薄紙的整個(gè)厚度范圍內(nèi)的薄紙。術(shù)語(yǔ)“遍布分散”意指填充薄紙的特定層的基本上所有部分均含有填料顆粒，但是，更準(zhǔn)確地說(shuō)，這不意味著所述的分散在該層必須是均勻的。事實(shí)上，通過(guò)得到在薄紙?zhí)畛鋵又刑盍蠞舛入S其厚度的一定變化，能夠預(yù)期獲得某些優(yōu)越之處。
術(shù)語(yǔ)“多層薄紙紙幅、多層紙紙幅、多層紙幅、多層紙張和多層紙制品”均可互換使用，在本領(lǐng)域中指的是以?xún)蓪踊蚋鄬拥暮旒埮淞现苽涞募垙?，?yōu)選造紙配料包含不同類(lèi)型的纖維，一般纖維是在造紙中使用的較長(zhǎng)的針葉木和較短的硬木纖維。優(yōu)選各層是由稀纖維淤漿的各分開(kāi)的物料流沉積在一個(gè)或多個(gè)無(wú)接頭多孔表面上制得的。如果最初在單獨(dú)的有孔表面上形成各單獨(dú)層，那么隨后可將各層在濕的狀態(tài)時(shí)合在一起，從而形成多層薄紙紙幅。
本文所使用的術(shù)語(yǔ)“單層薄紙制品”意指其由一層未起皺的薄紙構(gòu)成；該層在實(shí)質(zhì)上基本上可以是均勻的，或者其可以是多層薄紙紙幅。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“多層紙制品”意指其由一層以上未起皺的薄紙構(gòu)成。多層紙制品的各層在實(shí)質(zhì)上可以基本上是均勻的，或者它們可以是多層薄紙紙幅。
最概括地說(shuō)，本發(fā)明是一種將非纖維素顆粒填料混入薄紙中的方法。該方法包括下述步驟(a)提供包含造紙纖維和非纖維素顆粒填料的造紙配料的水懸浮體；(b)將所述造紙配料的水懸浮體沉積在無(wú)接頭行進(jìn)的多孔成形織物的表面上，從而形成濕的胚造紙紙幅；(c)將所述濕胚造紙紙幅從成形織物轉(zhuǎn)移到第一轉(zhuǎn)移織物上，后者以比成形織物慢約5％～約75％的速度行進(jìn)；和(d)將濕胚造紙紙幅從第一轉(zhuǎn)移織物經(jīng)過(guò)至少一臺(tái)另外的輸送器轉(zhuǎn)移到干燥織物上，所述濕胚造紙紙幅在其上受到無(wú)壓縮干燥。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種將微細(xì)非纖維素顆粒填料混入多層薄紙中的方法，所述方法包括如下步驟(a)提供包含造紙纖維和非纖維素顆粒填料的造紙配料的水懸浮體；(b)提供至少一種另外的造紙配料；(c)將所述造紙配料沉積在行進(jìn)著的多孔成形織物表面上，從而由含有填料的含水造紙配料和另外的造紙配料形成濕胚造紙紙幅，結(jié)果以一定方式生成多層紙紙幅，其中至少一層由含有填料的含水造紙配料構(gòu)成，并且至少一層由所述另外的造紙配料構(gòu)成；(d)將所述濕胚造紙紙幅從成形表面轉(zhuǎn)移到第一轉(zhuǎn)移織物上，后者以比成形織物慢約5％～約75％的速度行進(jìn)；和
(e)將濕胚造紙紙幅從第一轉(zhuǎn)移織物經(jīng)過(guò)至少一臺(tái)另外的輸送器輸送到干燥織物上，所述濕胚造紙紙幅在其上受到無(wú)壓縮干燥、優(yōu)選的顆粒填料占薄紙總重量的約1％～約50％，這些顆粒填料選自粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石、硅酸鋁、硅酸鈣、氧化鋁三水合物、活性炭、珍珠淀粉、硫酸鈣、玻璃微球體、硅藻土及其混合物。
在本發(fā)明中使用的最優(yōu)選的顆粒填料是高嶺土粘土，所優(yōu)選的其粒度等于約0.5μ～約5μ平均球當(dāng)量直徑。
在本發(fā)明中使用的優(yōu)選的非壓縮干燥工藝采用穿透干燥對(duì)濕胚造紙紙幅進(jìn)行干燥。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，有許多能夠用來(lái)提供包含用于本發(fā)明的造紙纖維和非纖維素顆粒填料的造紙配料的水懸浮體的方法。本發(fā)明包括兩種用于提供這種含水懸浮體的方法。第一種方法包括以下步驟(a)使非纖維素顆粒填料的水分散體與淀粉的水分散體接觸；(b)將接觸淀粉的填料的水分散體與造紙纖維混合，形成造紙纖維和接觸淀粉的填料的混合物；和(c)使所述的造紙纖維和接觸淀粉的填料的混合物與絮凝劑接觸，從而形成所述的造紙配料的水懸浮體。
另一種實(shí)施方案包括以下步驟(a)使非纖維素顆粒填料的水分散體與陰離子聚電解質(zhì)聚合物的的水分散體接觸；(b)使接觸陰離子聚電解質(zhì)聚合物的填料的水分散體與造紙纖維混合，形成造紙纖維和接觸聚合物的填料的混合物；和(c)使所述造紙纖維和接觸聚合物的填料的混合物與陽(yáng)離子助留劑接觸，從而形成所述的造紙配料的水懸浮體。
如下內(nèi)容更詳細(xì)地分別討論本發(fā)明的這些實(shí)施方案的要素。不同的實(shí)施方案利用共用的某些優(yōu)選原料。茲將這些敘述如下顆粒填料在其優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明混合了非纖維素顆粒填料，所述填料占所述紙的重量的至少約1％，最高約50％，但是更優(yōu)選約8％～約20％。通過(guò)按照本發(fā)明的方法，采用上述含量的顆粒填料填充未起皺的薄紙，意想不到地實(shí)現(xiàn)了柔軟性、強(qiáng)度和抗釋粉塵的組合。
本發(fā)明提供了含有造紙纖維和顆粒填料的未起皺薄紙。優(yōu)選顆粒填料選自粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石、硅酸鋁、硅酸鈣、氧化鋁三水合物、活性炭、珍珠淀粉、硫酸鈣、玻璃微球體、硅藻土及其混合物。當(dāng)從上述選擇填料時(shí)，需要對(duì)幾個(gè)因素進(jìn)行評(píng)估。這包括成本、可得性、保持在薄紙中的難易程度、色澤、散射能力、折射率、以及與所選擇的造紙環(huán)境的化學(xué)相容性。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，特別適用的顆粒填料是高嶺土粘土。高嶺土粘土是為作為顆粒而精選的天然產(chǎn)的一類(lèi)硅酸鋁礦物的通用名。
關(guān)于專(zhuān)門(mén)名詞，應(yīng)注意，它是工業(yè)上以及現(xiàn)有技術(shù)專(zhuān)利文獻(xiàn)中通用的，當(dāng)提及高嶺土產(chǎn)品或加工時(shí)，使用術(shù)語(yǔ)“水合”指的是未經(jīng)煅燒的高嶺土。煅燒是使粘土經(jīng)受高于450℃的溫度，這樣的溫度足以改變高嶺土的基本結(jié)晶結(jié)構(gòu)。所謂的“水合”高嶺土可為自經(jīng)過(guò)精選的粗高嶺土生產(chǎn)的，例如經(jīng)泡沫浮選、磁力分離、機(jī)械層離、研磨和類(lèi)似的粉碎，但是未經(jīng)所述的會(huì)損壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)的加熱。
在技術(shù)意義上準(zhǔn)確地說(shuō)，將這些材料描述為水合的是不合適的。更具體地說(shuō)，在高嶺石結(jié)構(gòu)中實(shí)際上不存在分子水。因此，雖然能將并且經(jīng)常將組合物主觀(guān)地寫(xiě)成2H2O·Al2O3·2SiO2的形式，但是早就知道高嶺石是一種組成近似于A(yíng)l2(OH)4Si2O5的硅酸氫氧化鋁，該式可看作剛列出的水合式。一旦高嶺土經(jīng)過(guò)煅燒，對(duì)于本說(shuō)明書(shū)來(lái)說(shuō)，煅燒指的是使高嶺土經(jīng)受450℃以上的溫度，并經(jīng)足以失去羥基的時(shí)間，則原來(lái)的高嶺石的結(jié)晶結(jié)構(gòu)就被破壞了。所以，雖然在技術(shù)上這類(lèi)煅燒的粘土不再是“高嶺土”，在工業(yè)上通常稱(chēng)其為煅燒高嶺土，而對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，當(dāng)列舉材料類(lèi)別“高嶺土”時(shí)，包括煅燒材料。所以，術(shù)語(yǔ)“水合硅酸鋁”指的是天然的未經(jīng)煅燒的高嶺土。
水合硅酸鋁是在實(shí)施本發(fā)明中最優(yōu)選的高嶺土形式。所以其特征是，當(dāng)溫度超過(guò)450℃時(shí)，如上所述以水蒸汽的形式失去約13％(重量)。
高嶺土的形態(tài)天生就是片狀或塊狀，因?yàn)槠涮焐鸵哉澈显谝黄鹦纬啥哑鰻罨颉皶?shū)本狀”的薄層的形式存在。在加工過(guò)程中，堆砌物分離到某種程度形成單獨(dú)的薄層，但是優(yōu)選使用未經(jīng)高度機(jī)械層離處理的粘土，因?yàn)檫@種處理有降低平均粒徑的傾向。通常平均粒徑指的是球當(dāng)量直徑。在實(shí)施本發(fā)明中，優(yōu)選平均球當(dāng)量直徑大于約0.2μ，更優(yōu)選大于約0.5μ。最優(yōu)選球當(dāng)量直徑大于約1μ而小于約5μ。
大多數(shù)采得的粘土經(jīng)過(guò)濕加工。粗粘土的水懸浮處理使得粗大雜質(zhì)借助離心分離作用被除去，并提供化學(xué)漂白介質(zhì)。有時(shí)將聚丙烯酸類(lèi)聚合物或磷酸鹽加到這種淤漿中以降低粘度并減緩沉降。所得粘土一般不經(jīng)干燥就以含約70％固體的懸浮體的形式裝運(yùn)，或者經(jīng)噴霧干燥。
對(duì)粘土進(jìn)行如下處理一般是可以接受的，例如風(fēng)選、泡沫浮選、水洗、漂白、噴霧干燥、加入諸如淤漿穩(wěn)定劑和粘度改進(jìn)劑之類(lèi)的試劑；此等處理應(yīng)以特定環(huán)境下的現(xiàn)有具體商業(yè)考慮因素為基礎(chǔ)進(jìn)行選擇。
粘土每個(gè)薄層本身就是多層聚硅酸鋁結(jié)構(gòu)。氧原子的陣列形成每個(gè)基層的一個(gè)面。這些氧原子將聚硅酸鹽片狀結(jié)構(gòu)的邊緣結(jié)合在一起。結(jié)合的八面體氧化鋁結(jié)構(gòu)的羥基陣列形成了另一個(gè)面，從而形成二維聚氧化鋁結(jié)構(gòu)。共用四面體和八面體結(jié)構(gòu)的氧原子將鋁原子結(jié)合到硅原子上。
該組合體中的缺陷是導(dǎo)致天然粘土粒子在懸浮體中具有陰離子電荷主要因素。產(chǎn)生這種情況是因?yàn)槠渌?、三-和四價(jià)陰離子代替了鋁。結(jié)果是在表面上的一些氧原子成為陰離子和成為弱的易分離的羥基。
天然粘土也具有陽(yáng)離子特性，能夠把它們的陰離子換成其他的優(yōu)選的陰離子。發(fā)生這種情況是因?yàn)閮r(jià)鍵未完全滿(mǎn)足鋁原子以某頻率出現(xiàn)在薄片的周邊附近。它們必須通過(guò)吸引它們所占據(jù)的水懸浮體中的陰離子使其剩余價(jià)得到滿(mǎn)足，如果這些陽(yáng)離子位置沒(méi)有被來(lái)自溶液的陰離子滿(mǎn)足，那末粘土能夠通過(guò)使自身的邊緣朝表面取向來(lái)滿(mǎn)足其電荷平衡，結(jié)果組合成“卡片箱”(card house)結(jié)構(gòu)，形成了稠的分散體。聚丙烯酸鹽分散劑離子與陽(yáng)離子位置互換，形成了對(duì)粘土的排斥性，從而防止了這種組合的發(fā)生并簡(jiǎn)化了粘土的生產(chǎn)、裝運(yùn)和使用。
高嶺土級(jí)WWFil是佐治亞州Dry Branch的Dry Branch Kaolin公司出品的高嶺土，其適于制造本發(fā)明的薄紙紙幅。其能夠以噴霧干燥或淤漿(70％固體)的形式供應(yīng)。
淀粉本發(fā)明的實(shí)施方案在制備包含造紙纖維和非纖維素顆粒填料的造紙配料的水懸浮體中，優(yōu)選利用淀粉。本發(fā)明最優(yōu)選的淀粉的形式是所謂的“陽(yáng)離子淀粉”。
本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“陽(yáng)離子淀粉”的定義是天然衍生的，以后又經(jīng)化學(xué)改性而賦予陽(yáng)離子組分部分的淀粉。優(yōu)選淀粉衍生自玉米或馬鈴薯，但是也可衍生自其他來(lái)源，如大米、小麥或木薯。衍生自蠟玉米的在工業(yè)上稱(chēng)為amioca淀粉的淀粉是特別優(yōu)選的。amioca淀粉與普通齒玉米淀粉不同，因?yàn)樗耆侵ф湹矸郏胀ㄓ衩椎矸郯ф湹矸酆椭辨湹矸?。amioca淀粉的各種獨(dú)特性能還敘述在“Amioca-來(lái)自蠟玉米的淀粉”(Amioca-The Starch from Waxy Corn),H.H.Schopmeyer，食品工業(yè)(Food Industries),1945年12月，第106～108頁(yè)。
可以將陽(yáng)離子淀粉分成如下幾大類(lèi)(1)叔氨烷基醚，(2)包括季銨類(lèi)、術(shù)、和锍衍生物的或淀粉醚，(3)伯和仲氨烷基淀粉，和(4)其他(如亞氨基淀粉)。雖然仍有待繼續(xù)開(kāi)發(fā)新陽(yáng)離子產(chǎn)品，然而叔氨烷基醚和季銨烷基醚仍是主要市售類(lèi)型。優(yōu)選，陽(yáng)離子淀粉的取代度范圍為，每個(gè)淀粉葡糖酐單元約0.01～約0.1陽(yáng)離子取代基，取代基優(yōu)選自上述類(lèi)型。適用的淀粉產(chǎn)自National Starch andChemical公司(Bridgewater,New Jersey)，商品名為RediBOND。只帶有陽(yáng)離子部分牌號(hào)，例如RediBOND5320和RediBOND5327是適用的，但另外具有陰離子官能基的牌號(hào)，如RediBOND2005也是適用的。
陰離子聚電解質(zhì)聚合物本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施方案均使用“陰離子聚電解質(zhì)聚合物”，有利的是，其作為本文所使用的術(shù)語(yǔ)指的是含有陰離子側(cè)基的高分子量聚合物。
陰離子聚合物常常含有羧酸(-COOH)部分。其能夠直接附屬在聚合物主鏈上，或者，通過(guò)一般是亞烷基，特別是含有幾個(gè)碳原子的亞烷基，接在聚合物主鏈的側(cè)面。在水介質(zhì)中，除了在低pH值之下以外，這些羧酸基電離使聚合物帶有負(fù)電荷。
適用于陰離子絮凝劑的陰離子聚合物并不是完全或者基本上由易于產(chǎn)生羧酸基的單體單元聚合而成的，而是由產(chǎn)生非離子和陰離子的官能基的單體組合而成的。產(chǎn)生非離子官能基的，特別是如果具有極性的單體常常顯示與離子官能基相同的絮凝趨勢(shì)。因此，常常將這類(lèi)單體結(jié)合進(jìn)去。常常使用的非離子單元是(甲基)丙烯酰胺。
具有較高分子量的陰離子聚丙烯酰胺是滿(mǎn)意的絮凝劑。這類(lèi)陰離子聚丙烯酰胺包含(甲基)丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸的組合，后者可通過(guò)在聚合工序中加入(甲基)丙烯酸單體衍生得到，或者通過(guò)，在聚合之后，使某些(甲基)丙烯酰胺水解得到，或采用組合方法得到。
與陰離子淀粉的球狀結(jié)構(gòu)比較，優(yōu)選該聚合物基本上是線(xiàn)型的。
在很寬的范圍上的電荷密度對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)都是令人滿(mǎn)意的，但是優(yōu)選中等密度。用于生產(chǎn)本發(fā)明的產(chǎn)品的聚合物所包含的陽(yáng)離子官能基的頻率范圍為，每克聚合物低約0.2至高約7或更高毫克當(dāng)量，但是更優(yōu)選約2至約4毫克當(dāng)量。
用于按照本發(fā)明的方法的聚合物的分子量至少應(yīng)當(dāng)為約500,000，優(yōu)選分子量為約1,000,000以上，可以有利地為約5,000,000以上。
可接受的陰離子聚電解質(zhì)聚合物的實(shí)例為RETEN 235，其以固體顆粒供應(yīng)，為Hercules公司(特拉華州，威爾明頓)的產(chǎn)品。其他可接受的陰離子聚電解質(zhì)是Accurac 62和Accurac 171RS,Cytec公司(Stamford,CT.)的產(chǎn)品。所有這些產(chǎn)品都是聚丙烯酰胺，具體地說(shuō)，是丙烯酰胺和丙烯酸的共聚物。
造紙纖維預(yù)期，所有木漿品種通常均包含本發(fā)明使用的造紙纖維。然而，其他纖維素纖維漿粕，如棉短絨、甘蔗渣、人造絲等，也能使用，沒(méi)有一個(gè)在所要求的專(zhuān)利保護(hù)之外。用于本發(fā)明的木漿包括諸如亞硫酸鹽和硫酸鹽(有時(shí)稱(chēng)為Kraft)漿粕之類(lèi)的化學(xué)漿粕，以及包括諸如磨木漿、熱機(jī)械漿粕(TMP)和化學(xué)-熱機(jī)械漿粕(CTMP)的機(jī)械漿粕。衍生自闊葉樹(shù)和針葉樹(shù)的漿粕均可使用。
硬木漿粕和針葉木漿粕兩者以及兩者的組合均可以用作本發(fā)明的薄紙的造紙纖維。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“硬木漿粕”指的是衍生自闊葉樹(shù)(被子植物)的木質(zhì)物質(zhì)的纖維漿粕，而“針葉木漿粕”是衍生自針葉樹(shù)(裸子植物)的木質(zhì)物質(zhì)的纖維漿粕。硬木Kraft漿粕，特別是由桉樹(shù)的木材制成的，與北方針葉木Kraft(NSK)漿粕的共混物，特別適于制造本發(fā)明的薄紙紙幅。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案包括制造層合薄紙紙幅，其中，最優(yōu)選諸如桉樹(shù)的硬木漿粕用于外層，而北方針葉木kraft漿粕用于內(nèi)層。也適用于本發(fā)明的是由回收紙轉(zhuǎn)化的纖維，可以包含上述任何或所有種類(lèi)的纖維。
首先通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)充分?jǐn)⑹龅娜魏纹胀ㄖ茲{法將各個(gè)纖維釋放到水淤漿中制備造紙纖維。如果需要的話(huà)，然后對(duì)所選擇的造紙配料部分進(jìn)行精制?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果將以后用于吸附顆粒填料的造紙纖維的水淤漿精制至加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(Canadian Standard Freeness)為約600ml，但是更優(yōu)選為約550ml或以下，那么對(duì)改善保持性和掉毛減少方面是有利的。
在利用多種造紙配料的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，含有將要與顆粒填料接觸的造紙纖維的配料以硬木類(lèi)型為主，優(yōu)選硬木含量至少為約80％。
使用淀粉將微細(xì)顆粒填料包含到薄紙中去的方法如下討論具體地說(shuō)明本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案，用以提供包含造紙纖維和非纖維素顆粒填料的造紙配料的水懸浮體。該實(shí)施方案包括以下步驟(a)使非纖維素顆粒填料的水分散體與淀粉的水分散體接觸；(b)使接觸淀粉的填料的水分散體與造紙纖維混合，形成造紙纖維和接觸淀粉的填料的混合物；(c)使造紙纖維和接觸淀粉的填料的所述混合物與絮凝劑相接觸，借此形成造紙配料的所述水懸浮體。
使顆粒填料與淀粉接觸首先，也是將顆粒填料分散在水淤漿中制備所選擇的顆粒填料。稀釋一般有利于聚合物和助留劑被吸收在固體表面上。所以，在制備中此時(shí)的顆粒填料的淤漿，優(yōu)選固體含量不大于約10％，更優(yōu)選為約1～5％(重量)。
同樣，淀粉在與顆粒填料接觸之前，也優(yōu)選先將其適當(dāng)分散在水中。在本步驟中所使用的淀粉原料能夠是各種類(lèi)型的。優(yōu)選在非纖維素顆粒填料的懸浮體中具有有限水溶性的淀粉。最優(yōu)選本文前述的陽(yáng)離子淀粉。
本發(fā)明的下述實(shí)施方案所使用的淀粉可以是顆粒狀的、預(yù)膠凝顆粒狀的或分散形式的；雖然為便于使用而優(yōu)選分散形式的，但是任何形態(tài)的原料淀粉均可應(yīng)用，沒(méi)有一個(gè)被排除在權(quán)利要求之外。如果原料淀粉是顆粒預(yù)膠凝狀的，那么在應(yīng)用其之前，僅僅需要將其分散在冷水中，唯一的預(yù)防措施是在制備分散體時(shí)使用克服了任何產(chǎn)生凝膠塊傾向的設(shè)備。稱(chēng)為噴射器的適用分散器在工業(yè)中是常見(jiàn)的。如果淀粉是顆粒狀的并且沒(méi)有預(yù)膠凝化，那么必須將淀粉蒸煮，以便使顆粒發(fā)生溶脹。優(yōu)選恰恰在淀粉顆粒分散之前的時(shí)刻再采用諸如蒸煮使這類(lèi)淀粉顆粒溶脹。這種高溶脹淀粉顆粒應(yīng)稱(chēng)為是“完全蒸熟的”。一般分散條件可根據(jù)淀粉顆粒的大小、顆粒的結(jié)晶程度和所存在的直鏈淀粉的量而變化。完全蒸熟的amioca淀粉能夠通過(guò)，例如在約190°F(約88℃)下，將淀粉顆粒的稠度約4％的水淤漿加熱約30～約40分鐘制備。
在得到適當(dāng)水分散的淀粉之后，只需再稀釋到適當(dāng)?shù)氖褂贸矶?。所?yōu)選的稀釋度為約10％固體以下，但是大于約0.1％固體。最優(yōu)選的稀釋度為約1％固體。
當(dāng)顆粒填料和淀粉均達(dá)到這種條件時(shí)，可將兩種分散體混合。對(duì)于陽(yáng)離子淀粉和陰離子填料來(lái)說(shuō)，淀粉和顆粒填料之間的反應(yīng)相當(dāng)快，充分將兩者混合所需要的最短時(shí)間也就是材料之間發(fā)生反應(yīng)的足夠時(shí)間。
優(yōu)選淀粉的加入量為約0.1％至約5％，但是最優(yōu)選約0.25％至約0.75％，以顆粒填料重量為基礎(chǔ)計(jì)。
雖不想受理論的束縛，但據(jù)信，最初溶解在水中的陽(yáng)離子淀粉在填料存在下成為不溶解的，這是因?yàn)槠鋵?duì)填料表面的陰離子位置的吸引所致。這使填料濃密的淀粉分子覆蓋上，從而提供了對(duì)更多填料顆粒的吸引表面，最終導(dǎo)致填料發(fā)生附聚。雖然淀粉的電荷特性對(duì)形成附聚物有重要的幫助，但是認(rèn)為淀粉的基本特性與淀粉分子的大小和形狀有關(guān)，而不是其整個(gè)電荷特性。例如通過(guò)諸如合成線(xiàn)形聚電解質(zhì)的電荷偏置作用的化學(xué)種代替陽(yáng)離子淀粉，應(yīng)預(yù)料到會(huì)產(chǎn)生低劣的結(jié)果。
將淀粉和填料與造紙纖維混合一般說(shuō)，稀釋有助于聚合物和助留劑的吸收，所以，本發(fā)明在制備中優(yōu)選此刻的造紙纖維淤漿的固體含量不大于約3～5％(重量)。
在本發(fā)明所使用的制備中，僅須在常用碎漿機(jī)中制備造紙纖維的水淤漿來(lái)制備造紙纖維。在該制備中，最方便的是使纖維在水中的淤漿的含量小于約15％，更優(yōu)選為約3％至約5％。
在形成造紙纖維的水淤漿之后，它們可通過(guò)任何常規(guī)間歇工藝或連續(xù)工藝與先形成的結(jié)合了淀粉和顆粒填料的組合物混合。
此時(shí)所得造紙含水配料便可與陽(yáng)離子絮凝劑接觸。
使含水造紙配料與絮凝劑接觸絮凝劑絮凝劑在本文用來(lái)表示用以在造紙工藝中增加微細(xì)配料固體在紙幅中的保持性而使用的添加劑。微細(xì)固體沒(méi)有適當(dāng)?shù)乇３中?，它們就?huì)或者隨工藝廢水損失掉，或者在循環(huán)白水回路中聚集過(guò)高的濃度，而引起生產(chǎn)方面的困難，包括沉積增多和損壞排水系統(tǒng)。J.E.Unbehend和K.W.Britt編“漿粕和紙，化學(xué)和化學(xué)工藝學(xué)”(Pulp and Paper,Chemistry and Chemical Technology)(第三版，第3卷，A WileyInterscience出版社)的第17章“保持化學(xué)”(Retention Chemistry)提供了聚合物助留劑的類(lèi)型和作用機(jī)理的基本概念，在此引入作為參考。絮凝劑一般通過(guò)架橋機(jī)理使懸浮的粒子附聚。雖然某些多價(jià)陽(yáng)離子被認(rèn)為是普通的絮凝劑，但是在實(shí)踐中它們通常由優(yōu)良的在聚合物鏈上帶有許多電荷的活性聚合物所代替。
本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案使用帶有許多或者陰離子或者陽(yáng)離子類(lèi)型的或者兩者組合的電荷的化學(xué)物質(zhì)作絮凝劑，因此其能夠?qū)⒃谒畱腋◇w中的帶電顆粒橋接在一起。在造紙領(lǐng)域中眾所周知，剪切步驟破壞由絮凝劑形成的絮凝物，因此，所優(yōu)選的實(shí)施方法是，在造紙水淤漿經(jīng)過(guò)實(shí)際可行的盡可能多的剪切步驟之后，再加入絮凝劑。
用于本發(fā)明的可接受的一種絮凝劑是“陰離子聚電解質(zhì)聚合物”，這是上文所述的一種材料。用于本發(fā)明的一種更優(yōu)選的絮凝劑是“陽(yáng)離子聚電解質(zhì)聚合物”，作為在本文中所使用的術(shù)語(yǔ)，它指的是具有陽(yáng)離子側(cè)基的高分子量聚合物。
“陽(yáng)離子絮凝劑”，作為本文使用的術(shù)語(yǔ)，所指的是聚電解質(zhì)類(lèi)，其一般源于一種或多種烯鍵不飽和單體的共聚，一般說(shuō)是丙烯酸類(lèi)單體，其由陽(yáng)離子單體組成，或包含這種單體。
適宜的陽(yáng)離子單體是二烷基氨基烷基-(甲基)丙烯酸鹽或-(甲基)丙烯酰胺，或者以酸式鹽或者以季銨鹽的形式。適宜的烷基包括二烷基氨乙基(甲基)丙烯酸鹽、二烷基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺和二烷基氨甲基(甲基)丙烯酰胺和二烷基氨基-1,3-丙基(甲基)丙烯酰胺。優(yōu)選使這些陽(yáng)離子單體與非離子單體共聚，優(yōu)選與丙烯酰胺。其他適用的聚合物是聚乙烯亞胺、聚酰胺表氯醇聚合物、和諸如氯化二烯丙基二甲基銨之類(lèi)的單體的均聚物或共聚物，一般是與丙烯酰胺。
與，例如陽(yáng)離子化淀粉的球形結(jié)構(gòu)比較，優(yōu)選絮凝劑基本是線(xiàn)型聚合物。
可使用的電荷密度范圍很寬，但是優(yōu)選中等密度。用于制造本發(fā)明產(chǎn)品的聚合物含有的陽(yáng)離子官能基的頻率范圍為每克聚合物低達(dá)約0.2至高達(dá)2.5毫克當(dāng)量，但是更優(yōu)選為約1～約1.5毫克當(dāng)量。
制造按照本發(fā)明的薄紙所使用的聚合物的分子量應(yīng)至少約500,000，優(yōu)選分子量約1,000,000以上，而分子量高于約5,000,000是有利的。
可接受的材料的例子是RETEN 1232和Microform 2321，兩者都是乳液聚合陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，以及RETEN 157，其以固體顆粒的形式供貨；以上均為Hercules公司(特拉華州，威爾明頓)的產(chǎn)品。另外的可接受的陽(yáng)離子絮凝劑是Accurac 91，為Cytec公司(Stamford,CT)的產(chǎn)品。
使含水配料和絮凝劑接觸將絮凝劑加到包含造紙纖維和淀粉處理的顆粒填料組合物的混合物的含水造紙配料之中。能夠?qū)⑵湓谠旒堖^(guò)程的漿料制造系統(tǒng)的送料流中的任何適當(dāng)?shù)牡胤郊尤搿Ｌ貏e優(yōu)選在風(fēng)扇式泵后加入陽(yáng)離子絮凝劑，即在以自制造過(guò)程返回的循環(huán)網(wǎng)下白水進(jìn)行最后的稀釋的部位。在造紙領(lǐng)域中眾所周知，剪切階段破壞了由絮凝劑形成的橋，因此所優(yōu)選的實(shí)施方法是，在含水造紙淤漿經(jīng)過(guò)實(shí)際可行盡可能多的剪切階段之后，再將絮凝劑加入。
在風(fēng)扇式泵所進(jìn)行的稀釋?zhuān)瑑?yōu)選將稠度降低至固體含量約在0.5％以下，最優(yōu)選為約0.05％～0.2％。
以含水分散體的形式輸送絮凝劑。因?yàn)樾跄齽┑姆肿恿枯^高，所以需要水分散體的固體含量低。優(yōu)選，陽(yáng)離子絮凝劑的水分散體的固體含量小于約0.3％固體。
不管為此應(yīng)用而選擇的聚合物是陰離子還是陽(yáng)離子類(lèi)型的，它們總是以類(lèi)似的濃度和總用量比的含水溶液的形式提供。優(yōu)選，在將這些聚合物與含水造紙配料相接觸之前，這些聚合物含量為小于約0.3％固體，更優(yōu)選為約0.1％以下。本領(lǐng)域的技術(shù)人員懂得，這些聚合物的所要求的用量比變化范圍很大。以聚合物干重和薄紙成品干重為基礎(chǔ)計(jì)，聚合物的量低達(dá)約0.005％將提供有用的結(jié)果，但是通常預(yù)料用量比較高；與通常實(shí)施中所使用的這些材料相比，對(duì)于本發(fā)明說(shuō)，用量比甚至更高?？梢允褂玫牧扛哌_(dá)約0.5％，但是通常最佳為約0.1％。
在本發(fā)明中，能夠使用多種造紙水淤漿，能夠使用一種或多種淤漿吸收按照本發(fā)明的顆粒纖維。即使一種或多種造紙工藝中的造紙纖維的水淤漿在達(dá)到風(fēng)扇式泵之前相對(duì)而言維持為不含顆粒填料，也優(yōu)選在這些淤漿的風(fēng)扇式泵之后加入絮凝劑。這是因?yàn)樵陲L(fēng)扇式泵中所使用的循環(huán)水含有在先前的循環(huán)中未能被截留在多孔篩網(wǎng)上的填料附聚物。當(dāng)將多種稀釋纖維淤漿用于起皺造紙過(guò)程中時(shí)，優(yōu)選將陽(yáng)離子或陰離子絮凝劑物流加到所有稀釋的纖維淤漿中，其加入方式應(yīng)當(dāng)為，使其同每種稀釋纖維淤漿的含水造紙配料中的固體物流的比例相近似。
參照?qǐng)D2和圖3能夠進(jìn)一步了解含水造紙配料的制備方法，圖2示意說(shuō)明制備按照本發(fā)明一方面以淀粉為基礎(chǔ)的產(chǎn)品的造紙操作中含水造紙配料的生產(chǎn)過(guò)程，圖3示意說(shuō)明制備按照本發(fā)明另一方面以陰離子絮凝劑為基礎(chǔ)的產(chǎn)品的造紙操作中含水造紙配料的生產(chǎn)過(guò)程。下述討論請(qǐng)參考圖2。
貯存容器1為實(shí)施較長(zhǎng)的造紙纖維的含水淤漿而設(shè)置。借助泵2輸送淤漿，并且任選通過(guò)磨漿機(jī)3，以便充分提高長(zhǎng)的造紙纖維的潛在強(qiáng)度。添加劑管4輸送樹(shù)脂以提供成品所需要的濕強(qiáng)度或干強(qiáng)度。然后在混合器5中使淤漿進(jìn)一步調(diào)整，以利于樹(shù)脂吸收。然后用白水7借風(fēng)扇式泵6稀釋適當(dāng)調(diào)整淤漿，形成稀釋的長(zhǎng)造紙纖維15。經(jīng)管20把陽(yáng)離子絮凝劑加到淤漿15中，得到絮凝的長(zhǎng)纖維淤漿22。
還參見(jiàn)圖2，貯存容器8是貯存微細(xì)顆粒填料淤漿的容器。添加劑管9輸送陽(yáng)離子淀粉添加劑的水分散體。泵10起著輸送微細(xì)顆粒淤漿和供應(yīng)淀粉分散體的作用。淤漿在混合器12中進(jìn)行調(diào)整，以便有助于添加劑吸收。將所得淤漿13輸送到與精制短纖維造紙纖維的水分散體混合的地方。
仍然參見(jiàn)圖2，短的造紙纖維淤漿從貯存容器11經(jīng)管49通過(guò)泵14經(jīng)磨漿機(jī)15成為精制的短的造紙纖維的淤漿16。在與微細(xì)顆粒填料13的調(diào)整的淤漿混合之后，其成為了以短纖維為基礎(chǔ)的造紙水淤漿17。白水7與淤漿17在風(fēng)扇式泵18內(nèi)混合，在此淤漿成為了稀釋的造紙水淤漿19。管21將陽(yáng)離子絮凝劑引入淤漿19中，此后，淤漿成為了絮凝的造紙水淤漿23。
優(yōu)選，將以絮凝的短纖維為基礎(chǔ)的造紙水淤漿23引至圖1所示的造紙流程之中，并分成二股近于同樣的液流，然后將其引入網(wǎng)前箱81和83，最終轉(zhuǎn)變成分別為結(jié)實(shí)的、柔軟的、低掉粉的、未起皺填充薄紙71的網(wǎng)側(cè)層73和非網(wǎng)側(cè)層72。類(lèi)似地，絮凝的長(zhǎng)造紙纖維水淤漿22，參見(jiàn)圖2，優(yōu)選引入圖1中的網(wǎng)前箱82，最終轉(zhuǎn)變成結(jié)實(shí)的、柔軟的、低掉粉的、填充未起皺的薄紙71的中心層74。
關(guān)于使用陰離子聚電解質(zhì)聚合物將微細(xì)顆粒填料包含到薄紙中去的方法下文具體敘述本發(fā)明的第二實(shí)施方案，提供包含造紙纖維和非纖維素顆粒填料的造紙配料的水懸浮體。該實(shí)施方案包括以下步驟(a)使非纖維素顆粒填料的水分散體與陰離子聚電解質(zhì)聚合物的水分散體接觸；(b)將陰離子聚電解質(zhì)聚合物接觸的填料的水分散體與造紙纖維混合，形成造紙纖維和聚合物接觸的填料的混合物；和(c)使所述的造紙纖維和聚合物接觸的填料的混合物與陽(yáng)離子助留劑相接觸，借此形成所述的造紙配料水懸浮體。
使顆粒填料與陰離子聚電解質(zhì)聚合物相接觸本發(fā)明優(yōu)選使用的非纖維素顆粒填料和陰離子聚電解質(zhì)聚合物的特性已在上文進(jìn)行了充分討論。
為了使顆粒填料與陰離子聚電解質(zhì)聚合物相接觸，首先形成填料的水分散體。優(yōu)選該分散體的濃度為方便地用可得的泵送和輸送設(shè)備進(jìn)行處理允許的最高濃度。一般說(shuō)，提供含顆粒填料70％(重量)的淤漿，如WWFil淤漿。
然后在間歇混合槽中使該淤漿與陰離子聚電解質(zhì)相接觸，或者借助于，例如，在線(xiàn)混合器連續(xù)進(jìn)行。
所需要的陰離子聚電解質(zhì)聚合物的用量比可在寬范圍變化。聚合物的量低達(dá)約0.05％(重量)將能得到有用的結(jié)果，以顆粒填料的干重為基礎(chǔ)計(jì)，但是通常所預(yù)期的最佳用量比應(yīng)當(dāng)較高，可以使用的聚合物的量高達(dá)約2％(重量)，以顆粒填料的干重為基礎(chǔ)計(jì)，但是通常為約0.2％～約1％是最佳的。
將陰離子聚電解質(zhì)和填料與造紙纖維相混合在本發(fā)明所使用的制備中，唯一需要的是，在常規(guī)碎漿機(jī)中采用造紙纖維形成水淤漿的方法制備造紙纖維。在該制備中，最方便的是將纖維制成為約1 5％以下的水淤漿，更優(yōu)選為約3％～約5％。
在形成造紙纖維的水淤漿之后，能夠采用任何方便的間歇或連續(xù)方法使其與已制得的陰離子聚電解質(zhì)聚合物接觸的顆粒填料組合物相混合。
此刻，所得的含水造紙配料便可與陽(yáng)離子助留劑接觸了。
使含水造紙配料與陽(yáng)離子助留劑接觸陽(yáng)離子助留劑本文所使用的術(shù)語(yǔ)“陽(yáng)離子助留劑”指的是任何具有能夠與本發(fā)明的陰離子聚電解質(zhì)形成離子對(duì)，從而減少其在水中溶解性的多個(gè)陽(yáng)離子電荷的添加劑。
有許多適宜材料的實(shí)例雖然某些多價(jià)陽(yáng)離子，特別是自明礬的鋁，是適宜的，但是更優(yōu)選沿著聚合物鏈帶有許多電荷的聚合物。適宜的合成制造的一類(lèi)聚合物是從由陽(yáng)離子單體組成的或者包含該單體的一種或多種烯鍵不飽和單體共聚制得的，一般為丙烯酸類(lèi)單體。
適宜的陽(yáng)離子單體是二烷基氨基烷基-(甲基)丙烯酸鹽或-(甲基)丙烯酰胺，或者以酸式鹽或者以季銨鹽的形式。適宜的烷基包括二烷基氨乙基(甲基)丙烯酸鹽、二烷基氨基乙基(甲基)丙烯酰胺和二烷基氨甲基(甲基)丙烯酰胺和二烷基氨基-1,3-丙基(甲基)丙烯酰胺。優(yōu)選使這些陽(yáng)離子單體與非離子單體共聚，優(yōu)選丙烯酰胺。其他適用的聚合物是聚乙烯亞胺、聚酰胺表氯醇聚合物、和諸如氯化二烯丙基二甲基銨之類(lèi)的單體的均聚物或一般是其與丙烯酰胺的共聚物。
優(yōu)選這些是分子量較低的陽(yáng)離子合成聚合物，優(yōu)選其分子量不高于約500,000，更優(yōu)選不高于約200,000，或者甚至約100,000。這些低分子量陽(yáng)離子合成聚合物的電荷密度是較高的。其電荷密度范圍為每千克聚合物約4～約8克當(dāng)量陽(yáng)離子氮。一種適宜的材料是Cypro514,Cytec公司(Stamford,CT)的產(chǎn)品。
本發(fā)明使用的最優(yōu)選的陽(yáng)離子助留劑是陽(yáng)離子淀粉。本發(fā)明優(yōu)選使用陽(yáng)離子淀粉，加入量為約0.05％～約2％，但是最優(yōu)選約0.2％～約1％(重量)，以薄紙的重量為基礎(chǔ)計(jì)。上文已充分?jǐn)⑹隽岁?yáng)離子淀粉。
使含水配料和陽(yáng)離子助留劑接觸將陽(yáng)離子助留劑加到包含造紙纖維和陰離子聚電解質(zhì)聚合物接觸的顆粒填料組合物的混合物的含水造紙配料中。陽(yáng)離子助留劑，優(yōu)選陽(yáng)離子淀粉，能夠在任何適當(dāng)?shù)牡胤郊尤氲皆旒堖^(guò)程的漿料制備系統(tǒng)的送料流中。特別優(yōu)選在風(fēng)扇式泵之前加入陽(yáng)離子助留劑，在風(fēng)扇式泵中采用自流程回收的循環(huán)網(wǎng)下白水進(jìn)行最后的稀釋。暫且不論由于稀釋而使有效性下降，網(wǎng)前白水含有大量能夠優(yōu)選吸引助留劑的微細(xì)材料，從而降低了助留劑的有效性。優(yōu)選，在加入陽(yáng)離子助留劑的地方含水造紙配料的稠度大于約1％，最優(yōu)選大于約3％。
陽(yáng)離子助留劑以水分散體的形式供應(yīng)。優(yōu)選陽(yáng)離子助留劑的水分散體的固體含量小于約10％。更優(yōu)選其為約0.1％～約2％。
以下詳述參見(jiàn)圖3貯存容器24為實(shí)施較長(zhǎng)造紙纖維的水淤漿而設(shè)置。借助泵25輸送淤漿，并且任選通過(guò)磨漿機(jī)26，以便充分發(fā)揮出長(zhǎng)的造紙纖維的潛在強(qiáng)度。添加劑管27輸送樹(shù)脂以提供成品所需要的濕強(qiáng)度或干強(qiáng)度。然后在混合器28中使淤漿進(jìn)一步調(diào)整，以利于樹(shù)脂吸收。然后用白水29在風(fēng)扇式泵30稀釋適當(dāng)調(diào)整的淤漿，形成稀釋的長(zhǎng)造紙纖維淤漿31。任選地，管32輸送絮凝劑以便與淤漿31混合，形成絮凝的長(zhǎng)纖維造紙水淤漿33。
還參見(jiàn)圖3，貯存容器34是貯存微細(xì)顆粒填料淤漿的容器。添加劑管35輸送陰離子聚電解質(zhì)聚合物的水淤漿。泵36起著輸送微細(xì)顆粒淤漿和供聚合物分散體的作用。淤漿在混合器37中進(jìn)行調(diào)整，以便有助于添加劑吸收。將所得淤漿38輸送到與短的造紙纖維水分散體混合的地方。
仍然參見(jiàn)圖3，短的造紙纖維淤漿從貯存容器39經(jīng)管48通過(guò)泵40輸送到與達(dá)到調(diào)整后的微細(xì)填料淤漿38混合的地方，成為以短纖維為基礎(chǔ)的造紙水淤漿41。管46輸送陽(yáng)離子淀粉水分散體與淤漿41混合，借助于在線(xiàn)混合器50，形成絮凝的淤漿47。將白水29引入絮凝的淤漿，在風(fēng)扇式泵42中混合，成為稀釋的絮凝的以短纖維為基礎(chǔ)的造紙水淤漿43。任選地，經(jīng)管44輸送添加的絮凝劑，以便提高稀釋淤漿43的絮凝水平，形成淤漿45。
優(yōu)選將自圖3的短造紙纖維淤漿45引入到圖1中所示的優(yōu)選造紙流程中，并分成兩股近于同樣的液流，然后引入到網(wǎng)前箱83和81，最終分別發(fā)展或結(jié)實(shí)的、柔軟的、低掉粉的、未起皺填充薄紙71的網(wǎng)側(cè)層73和非網(wǎng)側(cè)層72。類(lèi)似地，將長(zhǎng)造紙纖維淤漿33，參見(jiàn)圖3，優(yōu)選引入圖1的網(wǎng)前箱82，最終轉(zhuǎn)變成結(jié)實(shí)的、柔軟的、低掉粉的、未起皺填充薄紙71的中心層74。
另外的配料在本發(fā)明上述2種方案的任何一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選提供多種造紙配料。在這種情況下，可取的是用來(lái)接觸微細(xì)顆粒填料的造紙纖維是硬木類(lèi)的，優(yōu)選至少約80％硬木。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)提供至少一種另外的配料，優(yōu)選主要是較長(zhǎng)的并且粗的纖維針葉木類(lèi)，優(yōu)選針葉木含量大于80％。這后一種配料，優(yōu)選相對(duì)而言不含微細(xì)顆粒填料。
在本發(fā)明最優(yōu)選的情況下，應(yīng)當(dāng)將這些配料排在有孔的造紙布上，其方式應(yīng)在通過(guò)造紙流程中這些配料仍保持在彼此分開(kāi)的層中。一種特別可取的方法是，把顆粒填料接觸的造紙纖維移至多層薄紙紙幅，在其中形成三層。這三層包括由顆粒填料接觸的造紙纖維形成的二個(gè)外層，它們包裹著由相對(duì)而言不含微細(xì)顆粒填料的配料形成的內(nèi)層。
任選化學(xué)添加劑可將其他材料加到含水造紙配料或胚紙幅中，以便賦予產(chǎn)品其他特性或改進(jìn)造紙工藝，只要它們與所選擇的顆粒填料在化學(xué)上相容，并且對(duì)本發(fā)明的柔軟性、強(qiáng)度和低掉粉特性沒(méi)有大的和有害的影響。在此，明確將下列材料包括在內(nèi)，但是這種“包括”不是作為窮盡的方式提出的。也能包括其他材料，只要它們不干擾或抵消本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)即可。
通常把陽(yáng)離子電荷偏移物質(zhì)加入到造紙過(guò)程中，以便控制輸送到造紙過(guò)程中的含水造紙配料的ζ電勢(shì)。使用這些材料是因?yàn)榇蠖鄶?shù)固體在本質(zhì)上帶有負(fù)的表面電荷，包括纖維素纖維和微細(xì)粉末和大多數(shù)無(wú)機(jī)填料的表面。本領(lǐng)域的許多專(zhuān)家認(rèn)為，陽(yáng)離子電荷偏移物質(zhì)是可取的，因?yàn)槠洳糠值刂泻瓦@些固體，這樣使它們更易于被諸如前述的陽(yáng)離子淀粉和陽(yáng)離子聚電解質(zhì)之類(lèi)的陽(yáng)離子絮凝劑絮凝。明礬是一種常用的陽(yáng)離子電荷偏移物質(zhì)。本領(lǐng)域近來(lái)使用較低分子量的陽(yáng)離子合成聚合物進(jìn)行電荷偏移，優(yōu)選其分子量不高于約500,000，更優(yōu)選不高于約200,000，或者甚至約100,000。這些低分子量陽(yáng)離子合成聚合物的電荷密度較高。其電荷密度范圍為每千克聚合物約4至約8克當(dāng)量陽(yáng)離子氮。一種適宜的材料是Cypro514，為Cytec公司(Stamford,CT)的產(chǎn)品?？擅鞔_地說(shuō)將這些材料應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)踐中。然而在使用它們時(shí)應(yīng)當(dāng)小心。眾所周知，雖然少量這類(lèi)試劑通過(guò)中和較大的絮凝劑分子不能接近的陰離子中心，從而使顆粒斥力降低，能夠有利于保持，但是，因?yàn)檫@些材料能夠和陽(yáng)離子絮凝劑爭(zhēng)奪陰離子固定位置，實(shí)際上，當(dāng)陰離子位置有限時(shí)，它們通過(guò)對(duì)保持的負(fù)面影響而具有與預(yù)期相反的作用。
為了改善形成、排水、強(qiáng)度和保持而使用高表面積、高陰離子電荷微細(xì)顆粒，在本領(lǐng)域中已有充分詳述，參見(jiàn)，例如，1993年6月22日授予Smith的美國(guó)專(zhuān)利5221435，在此引入作為參考。為此目的而使用的普通材料是二氧化硅膠體或膨潤(rùn)土?；烊脒@些材料明確地包括在本發(fā)明范圍之中。
如果需要永久濕強(qiáng)度，那么可以把下述化學(xué)品加入到造紙配料或胚紙幅中，這些物質(zhì)包括聚酰胺表氯醇、聚丙烯酰胺、苯乙烯-丁二烯膠乳；不溶化的聚乙烯醇；脲-甲醛；聚乙烯亞胺；脫乙酰殼多糖聚合物及其混合物。聚酰胺-表氯醇樹(shù)脂是陽(yáng)離子濕強(qiáng)度樹(shù)脂，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)其是特別有效的。這類(lèi)樹(shù)脂的適宜類(lèi)型敘述在1972年10月24日授予的美國(guó)專(zhuān)利3700623和1973年11月13日授予的美國(guó)專(zhuān)利3772076中，兩者均授予Keim，在此引入作為參考。有效的聚酰胺-表氯醇樹(shù)脂的一個(gè)市售廠(chǎng)家是Hercules公司(特拉華州，威爾明頓)，其商標(biāo)名為Kymene557H。
許多起皺紙制品在濕的時(shí)候必須具有有限的強(qiáng)度，因?yàn)樾枰顾鼈兘?jīng)衛(wèi)生間進(jìn)入化糞池或污水系統(tǒng)得到處理。如果賦予這些產(chǎn)品濕強(qiáng)度，那么優(yōu)選是暫時(shí)濕強(qiáng)度，其特征是在水中浸泡后其強(qiáng)度部分或全部喪失。如果需要暫時(shí)濕強(qiáng)度，那么粘結(jié)劑材料能選自雙醛淀粉或其他具有醛官能基的樹(shù)脂，例如，National Starch and Chemical公司提供的Co-Bond1000、Cytec公司(Stamford,CT)提供的Parez750和1991年1月1日授予Bjorkquist的美國(guó)專(zhuān)利4981557所述的樹(shù)脂，在此引入作為參考。
如果需要提高吸收性能，那么可以使用表面活性劑處理本發(fā)明的薄紙紙幅。如果使用表面活性劑，那么其用量?jī)?yōu)選為約0.01％～約2.0％(重量)，以薄紙的干纖維重量為基礎(chǔ)計(jì)。優(yōu)選表面活性劑包含有8個(gè)或更多碳原子的烷基鏈。典型的陰離子表面活性劑是線(xiàn)型烷基磺酸鹽，和烷基苯磺酸鹽。典型的非離子表面活性劑是烷基苷，包括烷基苷酯，例如Croda公司(紐約州，紐約)出品的Crodesta SL-40,1977年3月8日授予W.K.Langdon等人的美國(guó)專(zhuān)利4011389中所述的烷基苷醚，以及包括烷基多乙氧基酯，例如Glyco Chemicals公司(Greenwich,CT)出品的Pegosperse 200ML和Rhone Poulenc公司(新澤西州，Cranbury)出品的IGEPAL RC-520。
明確地說(shuō)，可以包括作為任選組分的化學(xué)柔軟劑?？山邮艿幕瘜W(xué)柔軟劑包括眾所周知的二烷基二甲基銨鹽，例如，氯化二牛脂二甲基銨、硫酸二牛脂二甲基銨甲酯、氯化二氫化牛脂二甲基銨；所優(yōu)選的是硫酸二氫化牛脂二甲基銨甲酯。這種特殊的材料是由WitcoChemical公司(俄亥俄州，都柏林)出品并銷(xiāo)售的，其商品名為Varisoft137。可生物降解的季銨化合物的單和雙酯也能使用，并且包括在本發(fā)明范圍中。
上述任選化學(xué)添加劑清單僅僅在性質(zhì)上是典型者，并不意味著限制本發(fā)明的范圍。
未起皺薄紙制造方法圖1A示意說(shuō)明生產(chǎn)結(jié)實(shí)、柔軟、低掉粉未起皺填充薄紙的起皺造紙方法。下文，參見(jiàn)圖1A，詳述了這些優(yōu)選實(shí)施方案。
圖1A是制造按照本發(fā)明制造未起皺薄紙紙幅的優(yōu)選造紙機(jī)的側(cè)視圖。參見(jiàn)圖1A，造紙機(jī)包括分層網(wǎng)前箱80，其包括項(xiàng)室81、中心室82和底室83，薄片頂板84和有孔的成形織物(例如Fourdrinier金屬絲網(wǎng))85，該織物在中心輥88和許多轉(zhuǎn)向輥上面圍繞著沿環(huán)狀軌跡運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向輥圖中已示出但為簡(jiǎn)化起見(jiàn)未標(biāo)出數(shù)字代號(hào)。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，泵送一種造紙配料直達(dá)頂室81，泵送第二種造紙配料直達(dá)中心室82，而第三種材料泵送直達(dá)底室83，其后從薄片頂板84以上下關(guān)系到Fourdrinier金屬絲網(wǎng)85上，在其上形成多層胚紙幅98。經(jīng)Fourdrinier金屬絲網(wǎng)85進(jìn)行脫水，還可以輔以折轉(zhuǎn)板或真空箱，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，圖中未示出。在Fourdrinier金屬絲網(wǎng)折返的途中，在圖中未示出的噴淋器對(duì)其進(jìn)行清洗，然后再次繞過(guò)中心輥88以開(kāi)始其另一次行程，由Fourdrinier金屬絲網(wǎng)85支撐的胚紙幅經(jīng)真空轉(zhuǎn)移箱87的作用被轉(zhuǎn)移到有孔的轉(zhuǎn)移織物(即載體)86上。載體織物86以比Fourdrinier金屬絲網(wǎng)85低的速度行進(jìn)。所以載體織物86的作用是，相對(duì)于胚紙幅98在Fourdrinier金屬絲網(wǎng)85上的長(zhǎng)度而言，縮短胚紙幅98的長(zhǎng)度。載體織物86的另一個(gè)作用是將胚紙幅轉(zhuǎn)移到穿透空氣干燥器織物90。在其行進(jìn)期間，能夠任選借助于圖中未示出的真空箱任選使胚紙幅進(jìn)一步脫水。載體織物86的路徑由許多轉(zhuǎn)向輥進(jìn)行控制，其已在圖中示出，但為簡(jiǎn)化起見(jiàn)并未以數(shù)字示出。向穿透空氣干燥器織物90的輸送借助于真空箱91完成。優(yōu)選載體織物86在其返回到由真空箱87推動(dòng)的紙幅轉(zhuǎn)移區(qū)之前采用設(shè)備進(jìn)行噴淋。在輸送到穿透空氣干燥器織物90以后，將濕紙幅輸送通過(guò)穿透空氣干燥器92，在其上由圖中未示出的設(shè)備產(chǎn)生的熱空氣通過(guò)干燥器織物，隨后通過(guò)呆在其上的胚紙幅。在預(yù)干燥器的出口，干燥的紙幅93脫離干燥器織物90。在此，可任選將干燥紙幅93引入兩個(gè)比較光滑的干燥的終端載體織物，即上面的織物96和下面的織物94之間。干燥織物93被夾牢在織物96和94之間的情況下，它經(jīng)由在相對(duì)對(duì)輥95之間形成的一系列固定間隙的軋光輥隙進(jìn)行軋光。這些輥隙使薄紙的表面變得光滑并控制薄紙的厚度。
仍參見(jiàn)圖1A，軋光的成品紙幅71從相對(duì)的載體織物96和94之間的空間排出，仍支撐在載體織物94上，此后卷繞到卷軸98上。成品紙幅71包括三層，正如所插入的詳1B展現(xiàn)出的那樣。所插入的詳圖1B展現(xiàn)出由金屬網(wǎng)側(cè)層73和非金屬網(wǎng)側(cè)層72所組成的外層73和72，以及在外層73和72之間的內(nèi)層74。層73、72和74的原料分別是網(wǎng)前箱83、81和82的配料。雖然圖1A表示的是適合于制造三層紙幅的網(wǎng)前箱80的造紙情況，但是能夠替換網(wǎng)前箱80，使之適于制造不分層、二層或其他多層紙幅。
另外，關(guān)于在圖1所示造紙機(jī)上制造實(shí)施本發(fā)明的紙張71，F(xiàn)ourdrinier金屬絲網(wǎng)85必須是間距較小的細(xì)目的，所述間距是相對(duì)于構(gòu)成短纖維配料的纖維的平均長(zhǎng)度而言，如此，才會(huì)進(jìn)行良好的成型。具體到造紙這類(lèi)織物部件86、90、94和96的優(yōu)選特性在本領(lǐng)域中已有詳述。例如1994年9月28日發(fā)表的，Hyland的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)0617164A1詳述了前述織物的優(yōu)選特性，在此引入作為參考。
按照本發(fā)明制造的填充薄紙紙幅的單位重量為10g/m2至約100g/m2。在其優(yōu)選實(shí)施方案中，按照本發(fā)明制造的未起皺填充薄紙的單位重量為約10g/m2至約50g/m2，最優(yōu)選為約10g/m2至約30g/m2。按照本發(fā)明制造的未起皺薄紙紙幅的密度為約0.60g/cm3或更低。在其優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的未起皺填充薄紙的密度為約0.03g/cm3至約0.6g/cm3，最優(yōu)選為約0.05g/cm3至0.2g/cm3。
本發(fā)明還適于生產(chǎn)多層薄紙紙幅。多層薄紙結(jié)構(gòu)和其成形方法敘述在1976年11月30日授予Morgan,Jr等的美國(guó)專(zhuān)利3994771、1981年11月17日授予Carstens的美國(guó)專(zhuān)利4300981、1979年8月28日授予Dunning等人的美國(guó)專(zhuān)利4166001以及1994年9月7日發(fā)表的Edwards等人的歐洲專(zhuān)利公布號(hào)0613979A1，全部在此引入作為參考。優(yōu)選各層包含不同類(lèi)型的纖維，纖維一般是比較長(zhǎng)的針葉木和比較短的硬木纖維，正如在制造多層薄紙所使用的那樣。由本發(fā)明得到的多層薄紙紙幅包含至少兩個(gè)疊加層，即內(nèi)層和至少一層與內(nèi)層相鄰的外層。優(yōu)選的是，多層薄紙包含三層疊加層，即內(nèi)層或中心層和兩層外層，內(nèi)層居于兩個(gè)外層之間。優(yōu)選兩個(gè)外層包含主要纖維成分為較短的造紙纖維，其平均纖維長(zhǎng)度為約0.5～約1.5mm，優(yōu)選小于約1.0mm。這些短的造紙纖維一般包含硬木纖維，優(yōu)選Kraft硬木纖維，并且最優(yōu)選得自桉樹(shù)。優(yōu)選內(nèi)層包含主要纖維成分為較長(zhǎng)的造紙纖維，其平均纖維長(zhǎng)度至少約2.0mm。這些長(zhǎng)的造紙纖維一般是針葉木纖維，優(yōu)選為Kraft北方針葉木纖維。優(yōu)選本發(fā)明的大部分顆粒填料至少包含在本發(fā)明的多層薄紙紙幅的外層之一中。更優(yōu)選，大部分本發(fā)明的顆粒填料含在兩個(gè)外層中。
由單層或多層未起皺薄紙紙幅制造的未起皺的薄紙產(chǎn)品可以是單層薄紙產(chǎn)品或多層薄紙產(chǎn)品。
在實(shí)施本發(fā)明的一般情況下，將低稠度漿粕配料提供到帶壓網(wǎng)前箱中。網(wǎng)前箱有開(kāi)口把漿粕配料薄層沉積物排出到Fourdrinier金屬絲網(wǎng)形成濕紙幅上。然后，利用真空脫水，一般把紙幅脫水至纖維稠度為約7％～約25％(以紙幅總重量為基礎(chǔ)計(jì))。
為制造按照本發(fā)明方法的填充薄紙產(chǎn)品，將含水造紙配料沉積在有小孔的表面上，形成胚紙幅。本發(fā)明的范圍還包括，通過(guò)形成多層紙層生產(chǎn)薄紙產(chǎn)品的方法，在其中，優(yōu)選從諸如多流道網(wǎng)前箱中的纖維稀淤漿的各個(gè)液流的沉積形成兩層或多層配料。優(yōu)選諸層由不同類(lèi)型的纖維組成，一般作為在制造多層薄紙中使用的纖維是較長(zhǎng)的針葉木和較短的硬木纖維。如果各個(gè)層先在各個(gè)絲網(wǎng)上形成，那么隨后在各層濕的時(shí)候使各層結(jié)合形成多層薄紙紙幅。優(yōu)選造紙纖維由不同類(lèi)型的纖維組成，一般說(shuō)，纖維是較長(zhǎng)的針葉木和較短的硬木纖維。更優(yōu)選，硬木纖維至少占所述造紙纖維的約50％，而所述針葉木纖維至少占約10％。
實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括能夠減少生產(chǎn)定量薄紙產(chǎn)品所需要的造紙纖維的量。另外，薄紙產(chǎn)品的光學(xué)性能，特別是不透明性，還得到了改善。以高強(qiáng)度和低掉粉分薄紙紙幅實(shí)現(xiàn)了這些優(yōu)點(diǎn)。
本文所使用的術(shù)語(yǔ)“不透明性”指的是薄紙紙幅阻止波長(zhǎng)相當(dāng)于電磁光譜可見(jiàn)區(qū)的光透射的能力。“比不透光性”是每1g/m2單位重量的薄紙紙幅所賦予的不透光度的計(jì)量。測(cè)定不透光性和計(jì)算比不透光性的方法詳述于本說(shuō)明書(shū)下文中。優(yōu)選按照本發(fā)明的薄紙紙幅的比不透光性大于約5％，更優(yōu)選大于約5.5％，最優(yōu)選大于約6％。
本文所使用的術(shù)語(yǔ)“強(qiáng)度”指的是比總拉伸強(qiáng)力，該度量的測(cè)定方法敘述在本說(shuō)明書(shū)下文中。按照本發(fā)明的薄紙紙幅是結(jié)實(shí)的。一般意指其比總拉伸強(qiáng)力至少約0.25米，更優(yōu)選為約0.40米以上。
術(shù)語(yǔ)“掉毛”和“掉粉”在本文中可互換使用，指的是薄紙紙幅脫落纖維或顆粒填料的傾向，以控制磨損試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)定方法詳述在本說(shuō)明書(shū)下文中。掉毛和掉粉與強(qiáng)度有關(guān)，因?yàn)槊撀淅w維或顆粒的傾向和這些纖維或顆粒錨定在結(jié)構(gòu)中的程度有直接關(guān)系。強(qiáng)度隨錨固的總程度的增加而增加。然而，具有被認(rèn)為是可接受的強(qiáng)度數(shù)值卻具有不可接受的掉毛或粉塵量的情況也是可能的。這是因?yàn)榈裘虻舴劭赡軙?huì)集中在某一區(qū)域。例如，盡管表面下的結(jié)合程度足以能將總強(qiáng)度水平提高到完全可接受的程度，但是薄紙紙幅的表面可能是容易掉毛或掉粉的。在另一種情況下，盡管纖維細(xì)屑或顆粒填料未能足夠地粘合在結(jié)構(gòu)之中，但是強(qiáng)度能夠得自較長(zhǎng)造紙纖維的骨架。按照本發(fā)明制造的填充薄紙紙幅掉毛較少。優(yōu)選掉毛量低于約12，更優(yōu)選低于約10，最優(yōu)選低于約8。
按照本發(fā)明制造的多層薄紙紙幅能夠使用在任何需要柔軟、吸濕多層薄紙紙幅的用途中。本發(fā)明的多層薄紙紙幅的特別可取的用途是衛(wèi)生紙和面巾紙制品。單層和多層薄紙制品都能用本發(fā)明的紙幅生產(chǎn)。
分析和測(cè)試步驟A．密度作為本文所使用的術(shù)語(yǔ)，多層薄紙的密度是由紙的單位重量除以厚度并輔以適當(dāng)?shù)谋疚乃褂玫膯挝粨Q算計(jì)算得的平均密度。本文所使用的多層薄紙的厚度是當(dāng)紙經(jīng)壓縮負(fù)荷95g/in2(15.5g/cm2)時(shí)的厚度。
B．分子量測(cè)定區(qū)別聚合物材料的基本特性是其分子大小。使聚合物能夠應(yīng)用于各種用途的性能幾乎完全由其大分子本性派生而來(lái)。為了充分地表征這些材料，必須具有某些定義和測(cè)定其分子量和分子量分布的手段。更恰當(dāng)?shù)氖鞘褂眯g(shù)語(yǔ)相對(duì)分子質(zhì)量，而不是分子量，而更一般地說(shuō)在聚合物工藝學(xué)中應(yīng)用后者。實(shí)際上并不總是有條件做分子量分布測(cè)定。然而，越來(lái)越普遍的作法是使用色譜技術(shù)。更確切地說(shuō)，是求助于術(shù)語(yǔ)分子量平均值表示分子大小。
分子量平均值如果我們研究代表具有相對(duì)分子質(zhì)量(Mi)的分子的重量分?jǐn)?shù)(Wi)的簡(jiǎn)單分子量分布，那么能夠定義幾個(gè)有用的平均值。以特定大小(Mi)的分子數(shù)(Ni)為基礎(chǔ)進(jìn)行平均，則給出數(shù)均分子量Mn=ΣNiMiΣNi]]>該定義的重要推論是，以克為單位的數(shù)均分子量含有阿伏伽德羅數(shù)個(gè)分子。分子量的這個(gè)定義是和單分散分子物質(zhì)相一致的，該物質(zhì)即，具有相同分子量的分子。更重要的是認(rèn)識(shí)，如果能夠以某種方法測(cè)定多分散聚合物的給定分子質(zhì)量的分子的數(shù)目，那么能夠容易地計(jì)算出Mn。這是依數(shù)性性能測(cè)定的基礎(chǔ)。
在給定質(zhì)量(Mi)的分子的重量分?jǐn)?shù)Wi的基礎(chǔ)上進(jìn)行平均，得到重均分子量的定義Mw=ΣWiNiΣWi=ΣNiMi2ΣNiMi]]>Mw是比Mn更有用的表示聚合物分子量的平均值，因?yàn)槠涓鼫?zhǔn)確地反映聚合物的諸如熔體粘度和機(jī)械性能的性能，所以在本發(fā)明中使用。
C．填料粒度測(cè)定粒度是填料性能的重要決定因素，具體地說(shuō)，其與將填料保持在紙張中的可能性有關(guān)。特別是，粘土顆粒是片狀或塊狀的而不球狀的，但是能夠使用稱(chēng)作當(dāng)量球徑的度量方法作不規(guī)則形狀顆粒的相對(duì)度量方法，這是工業(yè)上用來(lái)計(jì)量粘土和其他顆粒填料的粒度的主要方法之一。填料當(dāng)量球徑測(cè)定能夠采用以Sedigraph分析為基礎(chǔ)的TAPPIUseful方法655進(jìn)行，即，采用Micrometritics Instrument公司(佐治亞州，Norcross)出品的這種類(lèi)型的儀器。該儀器應(yīng)用軟X射線(xiàn)測(cè)定顆粒填料分散淤漿的重力沉積速率，并使斯托克斯定律計(jì)算當(dāng)量球徑。
D．紙中的填料的定量分析本領(lǐng)域的技術(shù)人員均知道有許多對(duì)紙中的非纖維素填料的定量分析方法?，F(xiàn)將詳述兩種適用于最優(yōu)選的無(wú)機(jī)類(lèi)填料的方法，為實(shí)施本發(fā)明使用。第一種方法，灰化，一般說(shuō)適用于無(wú)機(jī)填料。第二種方法，采用XRF(X射線(xiàn)熒光光譜分析法)測(cè)定高嶺土，特別適合于已發(fā)現(xiàn)的特別適用于實(shí)施本發(fā)明的填料，即，高嶺土。
灰化采用馬福爐進(jìn)行灰化。在該方法中，首先清潔、標(biāo)定和配衡四位天平。其次，在四位天平盤(pán)上稱(chēng)量清潔的空白金杯。記錄以克為單位的空白金杯的重量至千分之十位。不再對(duì)天平進(jìn)行配衡。將約10克填充薄紙樣品仔細(xì)折疊到白金杯中，以克為單位記錄鉑盤(pán)和紙的重量至千分之十位。
然后，采用本生燈火焰在低溫下予灰化白金杯中的紙。必須小心地緩慢地進(jìn)行這步，以避免形成氣夾帶灰。如果發(fā)現(xiàn)氣夾帶灰，就必須制備新樣品。在該予灰化步驟的火焰退去之后，將樣品置于馬福爐中。馬福爐應(yīng)為575℃。在馬福爐中放置約4小時(shí)使樣品完全灰化。此后，用鉗子取出樣品，并置于清潔的阻燃表面上。使樣品冷卻30分鐘。在冷卻之后，稱(chēng)量白金杯/灰的總重量，在克為單位至千分之十位。記錄該重量。
從白金杯/灰的總重中減去清潔的空白金杯的重量算出填充薄紙中的灰分含量。以克為單位至千分之十位記錄該灰分重量。
通過(guò)填料灰化失重的知識(shí)(例如，由于在高嶺土中水蒸汽損失)，可以將灰分重量換算成填料重量。為了求出該值，首先在四位天平盤(pán)上稱(chēng)量清潔空白金杯的重量。以克為單位，至千分之十位，記錄空白金杯的重量。不再對(duì)天平進(jìn)行配衡，將約3克填料小心倒入白金杯中。以克為單位至千分之十位記錄白金杯/灰的總重量。
然后，把該樣品小心置在575℃馬福爐中。使樣品在馬福爐中經(jīng)約4小時(shí)，至完全灰化。此后，用鉗子取出樣品，并置于清潔阻燃表面上。使樣品冷卻30分鐘。在冷卻之后，稱(chēng)量白金杯/灰的總重量，以克為單位至千分之十位。記錄該重量。
采用下式計(jì)算原填料樣品的灰化失重百分?jǐn)?shù)

高嶺土灰化失重百分?jǐn)?shù)為10～15％。然后采用下式能夠?qū)⒁钥藶閱挝坏脑曳值闹亓繐Q算為以克為單位的填料重量。

然后按下式能夠計(jì)算出原填充薄紙中填料百分?jǐn)?shù)

采用XRF測(cè)定高嶺土粘土XRF技術(shù)與馬福爐灰化技術(shù)相比，主要優(yōu)點(diǎn)是快速，但是該技術(shù)并不象后者那樣可以普遍采用。XRF分光計(jì)能夠在5分鐘內(nèi)定量在紙樣中的高嶺土粘土含量，而在馬福爐灰化法中卻要花費(fèi)數(shù)小時(shí)。
X射線(xiàn)熒光技術(shù)以用X-射線(xiàn)管源發(fā)出的X射線(xiàn)光子撞擊目的樣品為基礎(chǔ)。高能光子的這種撞擊導(dǎo)致樣品中存在的元素光發(fā)射出芯級(jí)電子。然后，外層電子填充這些空的芯級(jí)位。外層電子的這種填充導(dǎo)致熒光現(xiàn)象，如此，在樣品中存在的元素發(fā)射另外的X射線(xiàn)光子。對(duì)于這些X射線(xiàn)熒光躍遷來(lái)說(shuō)，各種元素都有各不相同的“指紋”能量。這些發(fā)射X射線(xiàn)熒光光子的有關(guān)元素的能量以及因此其本性采用摻鋰的硅半導(dǎo)體檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定。這種檢測(cè)器能夠測(cè)定撞擊光子的能量，因此能夠鑒別樣品中存在的元素?？梢澡b別大多數(shù)樣品基體中的從鈉到鈾的元素。
在粘土填料的情況下，所檢測(cè)的元素是硅和鋁兩者。應(yīng)用于該粘土分析的具體X-射線(xiàn)熒光儀是Baker-Hughes公司(加利福尼亞州，芒延維尤)制造的Spectrace 5000。定量分析粘土的第一步是采用一套已知的粘土填充薄紙標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定儀器，例如采用內(nèi)含粘土8％～20％的標(biāo)樣。
這些標(biāo)準(zhǔn)紙樣品中的準(zhǔn)確粘土含量采用上述馬福爐灰化技術(shù)測(cè)定。還包括空白紙樣，作為標(biāo)準(zhǔn)樣之一。應(yīng)該使用具有所需目的粘土含量的至少5個(gè)標(biāo)樣標(biāo)定儀器。
在實(shí)際標(biāo)定過(guò)程之前，X-射線(xiàn)管的功率調(diào)到13千伏、0.2毫安的一檔。還將儀器調(diào)整到能對(duì)粘土中含有的硅和鋁的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行積分。紙樣制備方法包括，首先切出2″×4″的條，然后將該條折疊成2″×2″，讓從單烘缸上剝下的一面朝外。將該樣品置于樣品杯的上面，并用固定環(huán)固定在適當(dāng)位置。在制備樣品期間，必須小心保持樣品在樣品杯上面平展。然后用這套已知標(biāo)樣標(biāo)定儀器。
在用該套已知標(biāo)樣標(biāo)定儀器之后，將線(xiàn)性標(biāo)定曲線(xiàn)貯存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。該線(xiàn)形標(biāo)定曲線(xiàn)用來(lái)計(jì)算未知的粘土含量。為保證X-射線(xiàn)熒光系統(tǒng)穩(wěn)定工作正常，將已知粘土含量的標(biāo)定樣品與每套未知樣一起操作。如果樣驗(yàn)樣品的分析結(jié)果不準(zhǔn)確(與其已知粘土含量相差10～15％)，則需尋找儀器故障和/或再進(jìn)行標(biāo)定。
對(duì)于每組造紙條件，檢測(cè)至少3個(gè)樣品的粘土含量。求出這3個(gè)樣品的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。如果懷疑或有意調(diào)整粘土應(yīng)用步驟改變紙的橫向(CD)或機(jī)器方向(MD)的粘土含量，應(yīng)在這些CD和MD方向測(cè)定更多樣品。
E．薄紙纖維屑的測(cè)定薄紙產(chǎn)品產(chǎn)生的纖維屑量，采用Sutherland摩擦試驗(yàn)儀進(jìn)行測(cè)定。該試驗(yàn)儀采用馬達(dá)使已稱(chēng)重的毛毯墊在靜止的衛(wèi)生紙上摩擦5次。在摩擦試驗(yàn)前后測(cè)定亨特色度值L。計(jì)算這兩個(gè)亨特色度值L的差，作為纖維屑的測(cè)定值。
樣品制備在纖維屑摩擦試驗(yàn)前，應(yīng)按照Tappi方法#T402 OM-88讓測(cè)試紙樣接受平衡處理。此時(shí)將樣品在相對(duì)濕度10～35％、溫度22～40℃下預(yù)平衡24小時(shí)。在該預(yù)平衡步驟之后，應(yīng)將樣品在相對(duì)濕度48～52％、溫度22～24℃下平衡24小時(shí)。該摩擦試驗(yàn)也應(yīng)在該恒溫、恒濕室之內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。
Sutherland摩擦試驗(yàn)儀可得自Testing Machines公司(Amityville,NY,11701)。首先，切除并廢棄任何諸如搬運(yùn)時(shí)在輥外側(cè)磨損的產(chǎn)品以準(zhǔn)備好薄紙作為樣品。對(duì)于多層成品而言，切割出三個(gè)片段，每段均包含兩片多層產(chǎn)品，并將其置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上面。對(duì)單層成品而言，切割出六個(gè)片段，每段均包含兩片單層產(chǎn)品，并將其置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上面。然后將每個(gè)樣品對(duì)折，使折痕沿著薄紙樣品的橫向(CD)。對(duì)于多層產(chǎn)品，應(yīng)確保，在將樣面折迭之后面向外的側(cè)面之一是面向外的相同的那面。換句話(huà)說(shuō)，不使各層彼此分離，并且摩擦檢驗(yàn)在產(chǎn)品內(nèi)側(cè)上彼此相對(duì)的面。對(duì)于單層產(chǎn)品，制備3個(gè)網(wǎng)側(cè)朝外的樣品，和3個(gè)非網(wǎng)側(cè)朝外的樣品。跟蹤哪些是網(wǎng)側(cè)朝外的樣品和哪些是非網(wǎng)側(cè)朝外的樣品。
自Cordage公司(俄亥俄州，辛辛那提，800E,Ross Road,45217)購(gòu)置30″×40″的Crescent #300卡片紙板。采用切紙機(jī)，切成六塊尺寸為2.5″×6″的卡片紙板。通過(guò)迫使卡片壓向Sutherland Rub試驗(yàn)儀的定位針上，在六塊卡片上各打穿2個(gè)孔。
如果處理的是單層成品，請(qǐng)將2.5″×6″的每一塊卡片均對(duì)中地小心放在先前折疊的六個(gè)樣品上面。應(yīng)確?？ㄆ?″尺寸平行于每個(gè)薄紙樣品的機(jī)器方向(MD)。如果處理的是多層成品，那么僅僅需要三塊2.5″×6″的卡片。每塊卡片均應(yīng)對(duì)中地小心放在先前折疊的三個(gè)樣品上面。同樣應(yīng)確保卡片的6″尺寸平行于每個(gè)薄紙樣品的機(jī)器方向(MD)。
將薄紙樣品暴露部分的一個(gè)邊折到卡片的背面。用3M公司(明尼蘇達(dá)州，St.Faul)出品的粘結(jié)帶(3/4″寬，Scotch牌)把這個(gè)邊固定在卡片上。小心握緊另一長(zhǎng)出而懸空的薄紙邊，將其整齊地折到卡片背面。在維持紙整齊貼合到板上的同時(shí)，用膠帶將第二個(gè)邊貼在卡片背面。對(duì)每個(gè)樣品均重復(fù)這一步驟。
翻轉(zhuǎn)每個(gè)樣品，將薄紙的橫向邊用膠帶粘貼在卡片上。一半粘結(jié)帶應(yīng)接觸薄紙，而另一半則粘貼到卡片上。對(duì)每個(gè)樣品均重復(fù)這一步驟。如果在制備某樣品的步驟中的任何時(shí)候，發(fā)生樣品破裂，撕裂或者擦傷，那么則將其扔掉，并用新的薄紙樣品條補(bǔ)作新樣品。
如果處理的是多層產(chǎn)品，那么就有了三個(gè)在卡片上的樣品。對(duì)于單層成品來(lái)說(shuō)，則有了3個(gè)在卡片上的網(wǎng)側(cè)朝外的樣品和3個(gè)在卡片上的非網(wǎng)側(cè)朝外的樣品。
制毛毯自Cordage公司(俄亥俄州，辛辛那提，800E,Ross Road,45217)購(gòu)置30″×40″的Crescent #300卡片紙板。用切紙機(jī)，切成六塊尺寸為2.25″×7.25″的卡片。畫(huà)兩條平行于短尺寸的線(xiàn)，分別距卡片的白的一面上的最上和最下邊緣各1.125″。以直尺作導(dǎo)向器采用剃須刀片仔細(xì)地劃傷該線(xiàn)的全長(zhǎng)。劃痕深度為片材厚度的約一半。這樣劃痕使卡片/毛毯結(jié)合件緊緊地適配在Sugherland Rub試驗(yàn)儀的重物上。在卡片的該劃傷面上，畫(huà)一個(gè)平行于卡片紙長(zhǎng)尺寸的箭頭。
切割六塊黑毛毯(F-55或其等效物，為New England Gasket公司(550 Broad street,Bristol,CT 06010)出品，其尺寸為2.25″×8.5″×0.0625″。將毛毯置于未劃痕的卡片的綠色一面上面，使毛毯和卡片兩者的長(zhǎng)邊平行并且對(duì)準(zhǔn)。應(yīng)確保毛毯的絨毛面向上。同樣讓其最上和最下邊懸出卡片各約0.5″。用Scotch牌膠條將懸著的毛毯邊平整地折疊到卡片的背面。
為了能夠得到良好的再現(xiàn)性，所有樣品都采用同批的毛毯制作。顯然，有單批毛毯完全用盡的時(shí)候。在那種必須使用一批新毛毯的情況下，應(yīng)該求出新批毛毯的校正因子。為了求出校正因子，應(yīng)準(zhǔn)備好有代表性的目的單層薄紙樣品，以及足夠制作24個(gè)卡片/新舊批毛毯樣品的毛毯。
如下所述，在進(jìn)行任何摩擦之前，先測(cè)定24個(gè)卡片/新舊批毛毯樣品每一個(gè)的亨特L讀數(shù)。計(jì)算24個(gè)卡片/舊批毛毯樣品和24個(gè)卡片/新批毛毯樣品各自的平均值。
然后，對(duì)24個(gè)卡片/新批毛毯板和24個(gè)卡片/舊批毛毯板進(jìn)行如下所述的摩擦試驗(yàn)。應(yīng)確保對(duì)于這各24個(gè)新舊批樣品均使用相同批數(shù)的薄紙。此外，在制備卡片/薄紙樣品中必須進(jìn)行紙的抽樣，以便新批毛毯和舊批毛毯受到盡可能有代表性的薄紙樣品的作用。對(duì)于1層薄紙產(chǎn)品的情況，廢棄已被損壞或磨損的任何產(chǎn)物。然后，取48個(gè)薄紙條，每條長(zhǎng)度為兩個(gè)可用單位(也稱(chēng)為紙頁(yè))。把第一個(gè)兩個(gè)可用單位長(zhǎng)度的條置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的最左邊，48個(gè)樣品的最后一個(gè)置于其最右方。在樣品角的1cm×1cm的區(qū)域中將最左邊的樣品標(biāo)上數(shù)字“1”。繼續(xù)按順序標(biāo)記樣品直至48，如此最右邊的最后一個(gè)樣品被標(biāo)為48。
使用24個(gè)奇數(shù)新毛毯樣品，而用24個(gè)偶數(shù)舊毛毯樣品。將奇數(shù)樣品按最低向最高排序。將偶數(shù)樣品按最低向最高排序?，F(xiàn)將每組的最小數(shù)字標(biāo)為字母W。將下一個(gè)較高數(shù)字標(biāo)為字母N。繼續(xù)以這種“W”/“N”交替的方式標(biāo)記樣品。使用“W”樣品進(jìn)行網(wǎng)側(cè)朝外那面的掉毛試驗(yàn)，而使用“N”樣品進(jìn)行非網(wǎng)側(cè)(朝外)的掉毛分析。對(duì)于1層產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有總計(jì)24個(gè)新批毛毯樣品和舊批毛毯樣品。在24個(gè)中，12個(gè)用于進(jìn)行網(wǎng)側(cè)朝外那面的掉毛試驗(yàn)，12個(gè)用于進(jìn)行非網(wǎng)側(cè)(朝外)的掉毛分析。
對(duì)于舊毛毯所有24個(gè)樣品的摩擦和測(cè)定亨特色度L值如下所述。記錄舊毛毯的網(wǎng)側(cè)亨特色度L值12個(gè)。平均這12個(gè)數(shù)值。記錄舊毛毯非網(wǎng)側(cè)的亨特色度L值12個(gè)。平均這12個(gè)數(shù)值。從網(wǎng)側(cè)摩擦樣品的平均亨特色度L讀數(shù)減去毛毯的平均初始未摩擦亨特色度L讀數(shù)。這是網(wǎng)側(cè)樣品的δ平均差。從非網(wǎng)側(cè)摩擦樣品的平均亨特色度L讀數(shù)減去毛毯的平均初始未摩擦亨物色度L讀數(shù)。這是非網(wǎng)側(cè)樣品的δ平均差。計(jì)算網(wǎng)側(cè)δ平均差和非網(wǎng)側(cè)δ平均差之和，并且用2除該和。這是舊毛毯的未校正掉毛值。如果有當(dāng)前毛毯正到舊毛毯的校正因子，那么就將其加到舊毛毯未校正掉毛值之中。得到的這個(gè)值是舊毛毯的校正掉毛值。
如下敘述對(duì)于新毛毯的所有24個(gè)樣品的摩擦和測(cè)定亨特色度L值。記錄新毛毯的12個(gè)網(wǎng)側(cè)亨特色度L值。平均這12個(gè)值。記錄新毛毯的12個(gè)非網(wǎng)側(cè)亨特色度L值。平均這12個(gè)值。從網(wǎng)側(cè)摩擦樣品的平均亨特色度L讀數(shù)減去毛毯的平均初始未摩擦亨特色度L讀數(shù)。這是網(wǎng)側(cè)樣品的δ平均差。從非網(wǎng)側(cè)摩擦樣品的平均亨特色度L讀數(shù)減去毛毯的平均初始未摩擦亨特色度L讀數(shù)。這是非網(wǎng)側(cè)樣品的δ平均差。計(jì)算網(wǎng)側(cè)δ平均差和非網(wǎng)側(cè)δ平均差之和，并用2除該和，這是新毛毯的未校正掉毛值。
求出舊毛毯校正掉毛值和新毛毯未校正掉毛值之差。該差是新批毛毯的毛毯校正因子。
將該毛毯校正因子加上新毛毯的未校正掉毛值應(yīng)該等于舊毛毯的校正掉毛值。
該相同類(lèi)型的步驟實(shí)施于雙層薄紙產(chǎn)品，對(duì)于舊毛毯為24個(gè)樣品，對(duì)于新毛毯也是24個(gè)樣品。但是僅對(duì)消費(fèi)者使用的諸層的外層進(jìn)行摩擦試驗(yàn)。也如上所述，應(yīng)確保所制備的試樣是得自舊毛毯和新毛毯的有代表性的試樣。
四磅重物的維護(hù)四磅重物的有效接觸面積為四平方英寸，從而提供每平方寸一磅的接觸壓力。因?yàn)楦淖儼惭b在重物面上的橡膠墊，會(huì)改變接觸壓力，所以重要的是只用該制造廠(chǎng)(Brown公司，機(jī)械服務(wù)部，明尼蘇達(dá)州，卡拉馬祖)提供的橡膠墊。如果這種墊變硬、磨蝕或者缺損，那么就必須更換。
在不使用時(shí)，重物必須放置得使墊片不支撐重物的全部重量。最好將重物側(cè)放貯存。
摩擦試驗(yàn)儀的標(biāo)定在使用Sutherland摩擦試驗(yàn)儀之前必須先進(jìn)行標(biāo)定。首先，將試驗(yàn)儀開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到“cont”位置，打開(kāi)Sutherland摩擦試驗(yàn)儀。在試驗(yàn)儀臂的位置靠近使用者時(shí)，則轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)儀的開(kāi)關(guān)至“auto”位置。通過(guò)把大刻度盤(pán)上的指針臂轉(zhuǎn)到位置“five”(5)一檔。一次動(dòng)作就是重物完全地往返運(yùn)動(dòng)一次。在每次試驗(yàn)的開(kāi)始和結(jié)束，摩擦塊的盡頭應(yīng)在靠近操作者的位置。
按如上所述制備在卡片上的薄紙樣品。此外，還按如上所述制備在卡片上的毛毯樣。這兩個(gè)樣品用于標(biāo)定儀器，而不用作測(cè)量實(shí)際樣品的數(shù)據(jù)。
通過(guò)將板上的孔從定位針上滑下，將該校正薄紙樣品放置在試驗(yàn)儀的底板上。定位針?lè)乐箻悠吩谠囼?yàn)期間移動(dòng)。將校正毛毯/卡片樣品固定在四磅重物上，使卡片側(cè)與重物的墊相接觸。確?？ㄆ?毛毯組合實(shí)在地?cái)R在重物上。將這個(gè)重物掛在試驗(yàn)儀臂上，將薄紙樣品輕輕地置于重物/毛毯組合件的下面。最靠近操作者重物的盡頭必須在薄紙樣品的卡片的上方，而不是在薄紙樣品本身的上方。毛毯必須平展地置于薄紙樣品上，還必須100％地與薄紙表面接觸。壓下按鈕(“push”button)起動(dòng)試驗(yàn)儀。
數(shù)動(dòng)作的往返次數(shù)，觀(guān)察并默記與樣品相關(guān)的毛毯所覆蓋的重物的開(kāi)始和停止位置。如果往返動(dòng)作的總次數(shù)為5，以及如果靠近操作者的毛毯所覆蓋的重物的盡頭在該試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)在薄紙樣品卡片的上方，那么就校正了試驗(yàn)儀，其可隨時(shí)應(yīng)用。如果動(dòng)作總次數(shù)不是5，或者如果靠近操作者的毛毯所覆蓋的重物的盡頭在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)或結(jié)束時(shí)在實(shí)際的薄紙樣品的上面，那么就重復(fù)該校正步驟，直至動(dòng)作次數(shù)為5，并且靠近操作者的毛毯所覆蓋的重物盡頭在試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)均處于卡片的上方。
在實(shí)測(cè)樣品期間，監(jiān)視并觀(guān)察動(dòng)作次數(shù)和毛毯所覆蓋的重物的起始點(diǎn)和停止點(diǎn)。在必要時(shí)進(jìn)行重新校正。
亨特色差儀的標(biāo)定按照在儀器操作手冊(cè)中所列出的步驟，比照黑和白標(biāo)準(zhǔn)板校正亨特色差儀。如果在過(guò)去的8小時(shí)內(nèi)該儀器沒(méi)有工作，那么還進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化穩(wěn)定性檢查，以及每日色度穩(wěn)定性校正。此外，如果必須，還需要進(jìn)行反射率零點(diǎn)校正并重新調(diào)節(jié)。
將白色標(biāo)準(zhǔn)板置于儀器窗下方的樣品臺(tái)上。放開(kāi)樣品臺(tái)，并使樣品板升高到樣品窗之下。
采用“L-Y”、“a-X”和“b-Z”標(biāo)準(zhǔn)化鈕，調(diào)節(jié)儀器以便在依次按下“L”、“a”和“b”按鈕時(shí)讀取標(biāo)準(zhǔn)白板值“L”、“a”和“b”。
樣品測(cè)定測(cè)定掉毛的第一步是在薄紙上摩擦之前測(cè)定黑色毛毯/卡片樣品的亨特色度值。該測(cè)定的第一步是從亨特色度儀的儀器窗下面降低標(biāo)準(zhǔn)白板。在標(biāo)準(zhǔn)板的上面，使毛毯所覆蓋的卡片對(duì)準(zhǔn)中心，使指針指向色度儀的背面。釋出樣品臺(tái)，使毛毯所覆蓋的卡片提高到樣品窗之下。
因?yàn)槊簩拑H稍大于視野區(qū)直徑，應(yīng)確保毛毯完全覆蓋視野區(qū)。在確認(rèn)完全覆蓋之后，壓下L銨鈕并等待讀數(shù)穩(wěn)定。讀取并記錄該L值至約0.1單位。
如果使用D25D2A頭，那么就降低毛毯所覆蓋的卡片和板，轉(zhuǎn)動(dòng)毛毯所覆蓋的卡片90°，以便使指針指向儀器的右側(cè)。然后，放開(kāi)樣品臺(tái)并再一次檢查，以便確保毛毯完全覆蓋視野區(qū)。壓下L按鈕。讀取并記錄該值至約0.1單位。對(duì)于D25D2M裝置而言，所記錄的值是亨特色度L值。對(duì)于D25D2A頭，還記錄轉(zhuǎn)動(dòng)的樣品讀數(shù)，亨特色度L值是所記錄的兩個(gè)值的平均值。
采用這種方法測(cè)定所有的毛毯覆蓋卡片的亨特色度L值。如果亨特色度L值彼此相差不超出0.3單位范圍，那么就進(jìn)行平均得到初始L讀數(shù)。如果亨特色度L值不在0.3單位范圍之內(nèi)，那么就拋棄這些在范圍之外的毛毯/卡片的組合。再制備新樣并重復(fù)亨特色度L值，直至所有樣品彼此相差不超出0.3單位范圍。
對(duì)于實(shí)際薄紙/卡片組合的測(cè)定，通過(guò)將板上的孔沿定位針滑下，將薄紙樣品/卡片組合放在試驗(yàn)儀的底板上。定位針?lè)乐箻悠吩谠囼?yàn)期間移動(dòng)。將校正毛毯/卡片樣品固定在四磅重物上，使卡片側(cè)接觸重物的墊。確?？ㄆ?毛毯組合實(shí)在地?cái)R在重物上。將該重物掛在試驗(yàn)儀臂上，并將薄紙樣品平整地抵住重物/毛毯組合的下面。靠近操作者的重物的盡頭必須在薄紙樣品卡片的上方，而不是在薄紙樣品本身的上方。毛毯必須平展地置于薄紙樣品上，還必須100％地與薄紙表面接觸。
然后按下“按鈕”起動(dòng)試驗(yàn)儀。在5次動(dòng)作結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)儀自動(dòng)停止。記下毛毯所覆蓋的重物相對(duì)于樣品的停止位置。如果朝著操作者的毛毯所覆蓋的重物的盡頭在卡片的上面，則試驗(yàn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。如果朝著操作者的毛毯所覆蓋的重物的盡頭在樣品上面，則廢棄這次測(cè)定，并按上述Sutherland摩擦試驗(yàn)儀校正段落重新校正。
將重物與毛毯所覆蓋的卡片一起取出。觀(guān)察薄紙樣品。如果撕裂，則廢棄毛毯和薄紙，再次開(kāi)始。如果薄紙樣品無(wú)損傷，則從重物取出毛毯所覆蓋的卡片。象上述黑毛毯那樣測(cè)定毛毯所覆的卡片上的亨特色度L值。在摩擦之后記錄毛毯的亨特色度L讀數(shù)。對(duì)所有其余樣品進(jìn)行摩擦，測(cè)定并記錄亨特色度L值。
在將所有薄紙測(cè)定之后，取出并廢棄所有毛毯。毛毯條不能再使用?？ㄆ梢允褂玫狡鋸澢?、撕裂、柔軟或不再有光滑表面為止。
計(jì)算求出δL值的方法是，從樣品的網(wǎng)側(cè)和非網(wǎng)側(cè)的每一個(gè)測(cè)定值減去未使用毛毯測(cè)得的平均初始L讀數(shù)。記得，多層產(chǎn)品總是僅摩擦紙的一側(cè)。這樣，對(duì)于多層產(chǎn)品總共得到三個(gè)δL值。平均這三個(gè)δL值，并從這個(gè)最后的平均值減去毛毯因子。將該最后結(jié)果稱(chēng)為2-層產(chǎn)品的掉毛。
對(duì)于單層產(chǎn)品，得到網(wǎng)側(cè)和非網(wǎng)側(cè)的測(cè)定值，從三個(gè)網(wǎng)側(cè)每個(gè)L讀數(shù)和三個(gè)非網(wǎng)側(cè)每個(gè)L讀數(shù)減去沒(méi)使用毛毯所測(cè)定的平均初始L讀數(shù)。計(jì)算三個(gè)網(wǎng)側(cè)值的平均δ。計(jì)算三個(gè)非網(wǎng)側(cè)值的平均δ。從每一個(gè)這些平均值減去毛毯因子。最終結(jié)果稱(chēng)為單層產(chǎn)品的非網(wǎng)側(cè)掉毛和網(wǎng)側(cè)掉毛。通過(guò)計(jì)算這兩個(gè)值的平均值，得到整個(gè)單層產(chǎn)品的最終掉毛。
F．測(cè)定薄紙的評(píng)估人柔軟度可取的是，在試驗(yàn)柔軟度之前，應(yīng)將待試驗(yàn)紙樣按照Tappi方法#T402OM-88進(jìn)行平衡。在這里，先將樣品在相對(duì)濕度10～35％、溫度22～40℃下預(yù)平衡24小時(shí)。在這個(gè)預(yù)平衡工序之后，應(yīng)將樣品在相對(duì)濕度48～52％、溫度22～24℃下平衡24小時(shí)。
理想的是，柔軟度評(píng)估人試驗(yàn)應(yīng)在恒溫恒濕室內(nèi)進(jìn)行。如果達(dá)不到這種條件，所有樣品，包括對(duì)照樣品，均應(yīng)在相同狀況的環(huán)境中進(jìn)行相同的暴露。
柔軟度試驗(yàn)按成雙對(duì)比的形式以與“感覺(jué)試驗(yàn)法手冊(cè)”(Manual onSensory Testing Methods)相似的方式進(jìn)行，該手冊(cè)可見(jiàn)于美國(guó)測(cè)試和材料協(xié)會(huì)1968年出版的ASTM Special Technical Publication434，在此引入作為參考。柔軟度是采用稱(chēng)為成雙差異試驗(yàn)(PairedDifference Test)的主觀(guān)試驗(yàn)法進(jìn)行評(píng)價(jià)的。該方法使用了對(duì)于試驗(yàn)材料本身來(lái)說(shuō)的外部標(biāo)準(zhǔn)物。為了觸知柔軟度，提供兩個(gè)樣品，實(shí)驗(yàn)者不得看這些樣品，而需要以觸知的柔軟度為基礎(chǔ)選擇其一。試驗(yàn)結(jié)果以稱(chēng)為評(píng)估人打分單位(PSU)的形式報(bào)告。關(guān)于為得到本文中以PSU為單位報(bào)告的柔軟度數(shù)據(jù)的柔軟度試驗(yàn)，進(jìn)行許多柔軟度評(píng)估人試驗(yàn)。在每個(gè)試驗(yàn)中，要求十位有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的柔軟度鑒定人對(duì)三組成雙樣品的相對(duì)柔軟度進(jìn)行評(píng)估。對(duì)各對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法是每個(gè)鑒定人同時(shí)評(píng)價(jià)一對(duì)，將每對(duì)樣品之一稱(chēng)為X，而另一個(gè)為Y。簡(jiǎn)言之，將每個(gè)X樣品相對(duì)于與其配對(duì)的Y樣品按如下所述定級(jí)1．如果可以評(píng)定X比Y稍軟，那么給予X的等級(jí)為+1，如果可以評(píng)定Y比X稍軟，那么給予X的等級(jí)為-1；2．如果評(píng)定X確實(shí)比Y稍軟，那么給予X的等級(jí)為+2，如果評(píng)定Y確實(shí)比X稍軟，那么給予X的等級(jí)為-2；3．如果評(píng)定X比Y軟得多，那么給予X的等級(jí)為+3，如果評(píng)定Y比X軟得多，那么給予X的等級(jí)為-3；4．如果評(píng)定X比Y軟很多，那么給予X的等級(jí)為+4，如果可以評(píng)定Y比X軟很多，那么給予X的等級(jí)為-4；將所得的等級(jí)平均，所得的值是以PSU為單位的數(shù)值。認(rèn)為所得數(shù)據(jù)是一個(gè)評(píng)估人試驗(yàn)的結(jié)果。如果評(píng)價(jià)一個(gè)以上的樣品時(shí)，那么將所有的樣品對(duì)按照其等級(jí)經(jīng)成對(duì)統(tǒng)計(jì)分析按次序排列。然后，將排列上移或下移所需要的數(shù)值，以便把零PSU值給予那個(gè)選擇為零基線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的樣品。然后，其他樣品加或減通過(guò)其相對(duì)于零基線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)等級(jí)求出的數(shù)值。所進(jìn)行的和平均的評(píng)估人試驗(yàn)的個(gè)數(shù)是使約0.2PSU代表在主觀(guān)上感覺(jué)的柔軟度存在的顯著差異。
G．薄紙不透明性的測(cè)定采用Colorquest DP-9000光譜色度計(jì)測(cè)定不透明性百分?jǐn)?shù)。on/off開(kāi)關(guān)位于處理機(jī)的背后，打開(kāi)它。再等兩小時(shí)以便讓儀器預(yù)熱。如果該系統(tǒng)進(jìn)入備用狀態(tài)，按鍵盤(pán)上的任何鍵，使該儀器再升溫30分鐘。
用黑玻璃和白瓷磚使儀器標(biāo)準(zhǔn)化。確保標(biāo)準(zhǔn)化按照DP 9000儀器手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)化章節(jié)中所給出的規(guī)程以讀出狀態(tài)進(jìn)行。為了使DP-9000標(biāo)準(zhǔn)化，按處理機(jī)的CAL(標(biāo)定)鍵，并遵從熒光屏上所示的提示進(jìn)行操作。然后，將提示你去讀取黑玻璃和白瓷磚的數(shù)值。
DP-9000也必須按照DP-9000儀器手冊(cè)中給出的規(guī)程調(diào)零。按起動(dòng)設(shè)定(setup)鍵，進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)。確定如下參數(shù)UF濾波器OUT顯示器ABSOLUTE讀出間隔SINGLE(單一)樣品ID:ON或OFF(開(kāi)或關(guān))平均OFF(關(guān))統(tǒng)計(jì)SKIP(略去)色標(biāo)XYZ色指數(shù)SKIP色差標(biāo)SKIP色差指數(shù)SKIPCMC比SKIPCMC大生產(chǎn)系數(shù)SKIP觀(guān)察者10度照明DM1第二照明SKIP標(biāo)準(zhǔn)WORKING(工作)目標(biāo)值SKIP
容許偏差SKIP確認(rèn)色標(biāo)已調(diào)至XYZ，觀(guān)察器調(diào)至10度，照明調(diào)到D。將一層樣品置于白色未校正瓷磚上。也能使用白色校正瓷磚。將樣品和瓷磚升到樣品窗下適當(dāng)位置，求出Y值。
降低樣品和瓷磚。不旋轉(zhuǎn)樣品本身，取出白瓷磚，并換成黑玻璃。再提高樣品和黑玻璃，求出Y值。確保1層薄紙樣品在白瓷磚和黑玻璃讀數(shù)之間沒(méi)有被轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)。
通過(guò)計(jì)算黑玻璃上的Y讀數(shù)與白瓷磚上的Y讀數(shù)之比，算出不透明性比值。然后，將上述比乘以100，得到不透明性百分?jǐn)?shù)數(shù)值。
對(duì)于本發(fā)明書(shū)來(lái)說(shuō)，將不透明性的度量換算成“比不透明性”，事實(shí)上，比不透明性是對(duì)不透明所作的變量單位重量方面的校正。下式為將不透明性％變換為比不透明性的公式比不透明性=〔1-(不透明性/100)(1/單位重量)〕×100式中，比不透明性的單位是每g/m2百分?jǐn)?shù)，不透明性以百分?jǐn)?shù)為單位，單位重量以g/m2為單位。
應(yīng)當(dāng)報(bào)告比不透明性至0.01％。
G．薄紙強(qiáng)度的測(cè)定干拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度以1英寸寬的樣品條采用Thwing-Albert Intelect 11標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)機(jī)(Thwing-Albert儀器公司，賓夕法尼亞州費(fèi)城，Dutton大道10960號(hào)19154)進(jìn)行測(cè)定。該方法用作對(duì)成品紙制品、成卷樣品和未轉(zhuǎn)化的漿料進(jìn)行測(cè)定。
樣品平衡及其制備在拉伸試驗(yàn)以前，應(yīng)將試驗(yàn)紙樣品按照Tappi方法#T402OM-88進(jìn)行平衡。在試驗(yàn)之前，必須小心地從紙樣品除去所有塑料和紙板包裝材料。應(yīng)將紙樣品在相對(duì)濕度48～52％，溫度22～24℃下至少平衡2小時(shí)。樣品制備和所有拉伸試驗(yàn)也應(yīng)在恒溫和恒濕室內(nèi)進(jìn)行。
關(guān)于成品，廢棄任何損壞的產(chǎn)品。然后，取出四個(gè)可用單位(也稱(chēng)紙頁(yè))長(zhǎng)的5個(gè)條帶(也稱(chēng)為片材)，將一個(gè)條帶重疊在另一個(gè)的上面，形成在疊合的片材之間穿孔的長(zhǎng)疊。標(biāo)出片材1和3，用于機(jī)器方向拉伸測(cè)定，標(biāo)出片材2和4，用于橫向拉伸測(cè)定。然后，采用切紙機(jī)(JDC-1-10或JDC-1-12，具有安全防護(hù)罩，Thwing-Albert儀器公司出品，賓夕法尼亞州費(fèi)城，Dutton大道10960號(hào)，19154)通過(guò)穿孔線(xiàn)切成4個(gè)單獨(dú)的試料。確保用于機(jī)器方向試驗(yàn)的疊仍然標(biāo)記1和3，用于橫向試驗(yàn)者標(biāo)記2和4。
從疊1和3沿機(jī)器方向切下兩個(gè)1″寬的條。從疊2和4沿橫向切下兩個(gè)1″寬的條?，F(xiàn)在有四個(gè)用于機(jī)器方向拉伸試驗(yàn)的1″寬的條，和四個(gè)用于橫向拉伸試驗(yàn)的1″寬的條。對(duì)于這些成品試樣說(shuō)，所有八個(gè)1″寬的條都是5個(gè)可用單位(也稱(chēng)為紙頁(yè))厚。
對(duì)于未轉(zhuǎn)化的試料和/或卷狀樣品，切下15″×15″的樣品，這是采用切紙機(jī)(JDC-1-10或JDC-1-12，具有安全保護(hù)罩，Thwing-Albert儀器公司出品，賓夕法尼亞州，費(fèi)城，Dutton大道10960號(hào)，19154)從樣品的目標(biāo)區(qū)域切下的，為8層厚。應(yīng)確保一個(gè)15″切邊平行于機(jī)器方向，而另一個(gè)平行于橫向。確保樣品在相對(duì)濕度48～52％、溫度22～24℃下平衡至少2小時(shí)。樣品制備和所有拉伸試驗(yàn)也應(yīng)在恒溫和恒濕室內(nèi)進(jìn)行。
從該經(jīng)預(yù)平衡的15″×15″的8層厚的樣品，切下四個(gè)1″×7″的條，其長(zhǎng)尺寸7″平行于機(jī)器方向。注意，這些樣品作為機(jī)器方向的卷或未轉(zhuǎn)化的試料樣品。另外切下四個(gè)1″×7″的條，其長(zhǎng)尺寸7″平行于橫向。注意，這些樣品作為橫向卷或未轉(zhuǎn)化的試料樣品。確保上述所有切割均應(yīng)使用切紙機(jī)(JDC-1-10或JDC-1-12，具有安全保護(hù)罩，Thwing-Albert儀器公司出品，賓夕法尼亞州，費(fèi)城，Dutton大道10960號(hào)，19154)?，F(xiàn)在總計(jì)有8個(gè)樣品，四個(gè)1″×7″的8層厚的7″尺寸平行于機(jī)器方向的條，四個(gè)1″×7″的8層厚的7″尺寸平行于橫向的條。
拉伸試驗(yàn)機(jī)的操作采用Thwing-Albert intelect Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)機(jī)(Thwing-Albert儀器公司，賓夕法尼亞州，費(fèi)城，Dutton大道10960號(hào)，19154)實(shí)際測(cè)定拉伸強(qiáng)度。將平表面的夾子嵌入裝置，并按照Thwing-Albertintelect Ⅱ操作手冊(cè)的規(guī)程校正試驗(yàn)機(jī)。設(shè)定儀器十字頭速度為4.00in/min，第一和第二隔距長(zhǎng)度2.00英寸。斷裂靈敏度應(yīng)設(shè)定為20.0克，樣品寬度應(yīng)設(shè)定為1.00″，樣品厚度為0.025″。
選擇載荷傳感器，使測(cè)試樣品的預(yù)期拉伸結(jié)果為使用范圍的25％至75％。例如，可以將5000克載荷傳感器用于預(yù)期拉伸范圍1250克(5000克的25％)至3750克(5000克的75％)。也能將拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)設(shè)定在5000克載荷傳感器的10％范圍，這樣就能測(cè)試預(yù)期拉伸為125克至375克的樣品。
取一個(gè)拉伸條，用拉伸試驗(yàn)機(jī)的一個(gè)夾子夾住其一端。用另一個(gè)夾子夾住紙條的另一端。確保帶的長(zhǎng)向尺寸平行于拉伸機(jī)的側(cè)面。還確保條不懸出到兩個(gè)夾子的任何側(cè)之外。另外，每個(gè)夾子的壓力必須完全作用在紙樣上。
在將試驗(yàn)紙條夾入兩個(gè)夾子之后，能夠監(jiān)測(cè)儀器張力。如果其示出的值為5克以上，那么樣品太緊。相反，如果在試驗(yàn)開(kāi)始之后經(jīng)過(guò)了2～3秒的時(shí)間，仍未記錄到任何數(shù)值，那么拉伸條太松。
象拉伸試驗(yàn)機(jī)儀器手冊(cè)所述的那樣，起動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)。在十字頭自動(dòng)回到其初始起動(dòng)位置之后，試驗(yàn)進(jìn)行完畢。從儀器刻度讀出并記錄以克為單位的拉伸負(fù)荷，或從數(shù)字面板計(jì)量至最精確的單位。
如果儀表沒(méi)有自動(dòng)回到原始狀態(tài)，那么就進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)，以便將儀器夾子設(shè)定至其起始起動(dòng)位置。象以上所述那樣，將下一個(gè)紙條夾在兩個(gè)夾子上，得到以克為單位的拉伸讀數(shù)。從所有的試驗(yàn)紙條得到拉伸讀數(shù)。應(yīng)該注意，如果在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)在夾子邊緣中或邊緣處試條出現(xiàn)滑動(dòng)或斷裂，那么應(yīng)該剔除所得讀數(shù)。
計(jì)算對(duì)于四個(gè)機(jī)器方向的1″寬的成品條，將四個(gè)分別記錄的拉伸讀數(shù)相加。該和除以所試驗(yàn)的試條個(gè)數(shù)。該個(gè)數(shù)正常情況下應(yīng)為4。另外，所記錄的伸長(zhǎng)和除以每個(gè)拉伸試條的可用單位數(shù)。通常，對(duì)于1層和2層兩種產(chǎn)品而言，該數(shù)為5。
對(duì)于橫向成品試條，重復(fù)該計(jì)算過(guò)程。
對(duì)于在機(jī)器方向上切取的未加工的試料或成卷樣品，將四個(gè)分別記錄的拉伸讀數(shù)相加。該和除以所試驗(yàn)的試條數(shù)。正常情況下，這個(gè)數(shù)是4。另外，所記錄的拉伸之和除以每個(gè)拉伸試條的可用單位數(shù)。正常情況下，這個(gè)數(shù)是8。
對(duì)于橫向未轉(zhuǎn)化或卷狀紙樣品試條，重復(fù)該計(jì)算過(guò)程。
所有結(jié)果均以克/英寸為單位。
對(duì)于本說(shuō)明書(shū)，應(yīng)將拉伸強(qiáng)度換算為“總比拉伸強(qiáng)度，其定義是機(jī)器方向和機(jī)器橫向測(cè)定的拉伸強(qiáng)度之和除以單位重量，將單位校正為以米為單位的數(shù)值。
權(quán)利要求
1．將非纖維素顆粒填料結(jié)合到薄紙中的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供包含造紙纖維和非纖維素顆粒填料的造紙配料水懸浮體，所述顆粒填料占所述薄紙的總重量的約1％至約50％，所述顆粒填料選自粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石、硅酸鋁、硅酸鈣、氧化鋁三水合物、活性炭、珍珠淀粉、硫酸鈣、玻璃微球體、硅藻土及其混合物。更優(yōu)選，所述顆粒填料是平均球形當(dāng)量直徑為約0.5μ～約5μ的高嶺土粘土；(b)將所述造紙配料水懸浮體沉積在行進(jìn)的多孔成形織物的表面上形成濕胚造紙紙幅；(c)將所述濕胚造紙紙幅從成形織物轉(zhuǎn)移到第一轉(zhuǎn)移織物上，后者以比成形織物慢約5％～約75％的速度行進(jìn)；和(d)將濕胚造紙紙幅從第一轉(zhuǎn)移織物經(jīng)至少一臺(tái)另外的轉(zhuǎn)移器轉(zhuǎn)移到干燥織物上，在其上所述濕胚造紙紙幅受到無(wú)壓縮干燥。
2．按照權(quán)利要求1將非纖維素顆粒填料結(jié)合到多層薄紙中的方法，其中所述方法包括另一個(gè)提供至少一種另外的造紙配料的步驟，如此，在將所述配料沉積以前提供多種造紙配料到所述行進(jìn)的多孔成形織物上，而將所述造紙配料沉積到行進(jìn)的多孔成形織物表面上的所述步驟包括使所述多種配料沉積形成所述濕胚造紙紙幅，該紙幅是由所述含有填料的含水造紙配料和所述多種造紙配料，以形成多層紙紙幅的方式形成的，其中至少一層由所述含有填料的含水造紙配料制成，且至少一層由所述的多種造紙配料構(gòu)成。
3．權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(a)的造紙配料水懸浮體由包括下述步驟的方法提供(a)使非纖維素顆粒填料與淀粉水分散體接觸，優(yōu)選所述淀粉取代度范圍為淀粉的每個(gè)葡糖酐單元約0.01～約0.1陽(yáng)離子取代基；所述陽(yáng)離子取代基選自叔氨烷基醚、季銨烷基醚及基混合物；(b)將接觸淀粉的填料水分散體與造紙纖維混合，其中所述造紙纖維在與所述顆粒填料接觸之前優(yōu)選精制到游離度為約600ml以下加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度，從而形成造紙纖維和接觸淀粉的填料的混合物；和(c)使所述的造紙纖維和接觸淀粉的填料的混合物與絮凝劑接觸，從而形成所述的造紙配料的水懸浮體。
4．權(quán)利要求3的方法，其中所述非纖維素顆粒填料的水分散體含有約0.1％～約5％(重量)顆粒填料，所述淀粉水分散體含有約0.1％～約10％(重量)淀粉，優(yōu)選所述淀粉占約0.1％～約5％(重量)，以所述顆粒填料為基礎(chǔ)計(jì)。
5．權(quán)利要求3或4的方法，其中所述絮凝劑是陽(yáng)離子聚丙烯酰胺聚合物，每克聚合物含有約0.2～約2.5毫克當(dāng)量陽(yáng)離子取代基，聚合物分子量至少約1,000,000。
6．權(quán)利要求1或2的方法，其中步驟(a)的造紙配料的水懸浮體由包括下述步驟的方法提供(a)使非纖維素顆粒填料的水分散體與陰離子聚電解質(zhì)聚合物的水分散體接觸；(b)使接觸陰離子聚電解質(zhì)聚合物的填料的水分散體與造紙纖維混合，形成造紙纖維和聚合物接觸的填料的混合物，所述陰離子聚電解質(zhì)的優(yōu)選加入量為約0.2％～約1％(重量)，以所述顆粒填料的重量為基準(zhǔn)計(jì)；和(c)使所述造紙纖維和聚合物接觸的填料的混合物與陽(yáng)離子助留劑接觸，形成所述的造紙配料的水懸浮體。
7．權(quán)利要求6的方法，其中所述陰離子聚電解質(zhì)聚合物的分子量高于約1,000,000，電荷密度為每克聚合物約1～約4毫克當(dāng)量。
8．權(quán)利要求6或7的方法，其中步驟(c)的陽(yáng)離子助留劑是陽(yáng)離子淀粉，其取代度范圍為每個(gè)淀粉葡糖酐單元約0.01～約0.1陽(yáng)離子取代基，所述陽(yáng)離子取代基選自叔氨烷基醚、季銨烷基醚及其混合物。優(yōu)選所述淀粉加入比率為約0.2％～約1％(重量)，以所述薄紙的重量為基礎(chǔ)計(jì)。
9．權(quán)利要求6、7或8的方法，其中使所述的造紙纖維和聚合物接觸的填料的混合物與陽(yáng)離子助留劑接觸的步驟還包括加入絮凝劑，其中所述絮凝劑在加入所述陽(yáng)離子助留劑之后加入，從而形成所述的造紙配料的水懸浮體，其中在步驟(c)中，在所述陽(yáng)離子助留劑加入之后，但在所述絮凝劑加入之前，將所述含水造紙配料稀釋至0.5％(重量)以下。
10．上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其中，濕胚造紙紙幅采用穿透干燥法進(jìn)行干燥。
全文摘要
公開(kāi)了一種生產(chǎn)用于制造諸如浴巾、面巾紙和吸濕毛巾之類(lèi)的柔軟、吸濕衛(wèi)生制品的未起皺、結(jié)實(shí)、柔軟和低掉粉的薄紙紙幅。薄紙包含諸如木漿粕之類(lèi)的纖維和諸如高嶺土粘土等非纖維素不溶于水的顆粒填料。所述的將非纖維素顆粒填料混入薄紙的方法包括下述步驟(a)提供包含造紙纖維和非纖維素顆粒填料的造紙配料水懸浮體，所述顆粒填料占所述薄紙的總重量的約1%至約50%，所述顆粒填料選自粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石、硅酸鋁、硅酸鈣、氧化鋁三水合物、活性炭、珍珠淀粉、硫酸鈣、玻璃微球體、硅藻土及其混合物。更優(yōu)選，所述顆粒填料是平均球形當(dāng)量直徑為約0.5μ－約5μ的高嶺土粘土；(b)使所述造紙配料水懸浮體沉積在行進(jìn)的多孔成形織物(85)的表面上，形成濕胚造紙紙幅(98)；(c)將所述濕胚造紙紙幅(98)從成形織物(85)轉(zhuǎn)移到第一轉(zhuǎn)移織物(86)上，后者以比成形織物(85)慢約5%－約75%的速度行進(jìn)；和(d)將濕胚造紙紙幅(98)從第一轉(zhuǎn)移織物(86)經(jīng)至少一臺(tái)另外的轉(zhuǎn)移器轉(zhuǎn)移到干燥織物(90)，在其上所述濕胚造紙紙幅(98)受到無(wú)壓縮干燥。
文檔編號(hào)D21H27/30GK1238820SQ97180112
公開(kāi)日1999年12月15日 申請(qǐng)日期1997年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月27日
發(fā)明者K·D·溫森 申請(qǐng)人:普羅格特-甘布爾公司