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用于造纸机织物的功能涂层剂及其涂布方法
    【发明领域】

    本发明涉及用于造纸机的织物，由于使用了一种能持续织物整个寿命的耐用涂层，使织物变得能抗污染，保持良好的渗透性和增强的线缝强度。

    【发明背景】

    现代造纸工使用一种高度复杂的造纸机，它事实上是一台用于从造纸配料中脱除水分的设备。水是成三个阶段或在造纸机的三个段中被顺序脱除的。在第一段或成形段中配料沉积在一层移动的成形织物上，使水通过织物排出，留下一层固体物含量大约为18-25wt％的纸板或纸卷。将成形的卷筒纸送到一个挤压织物段，通过一个或多个压辊在一层移动的挤压织物上进行挤压，以去除足够的水，形成一层固体物含量大约为36-50wt％的纸板。然后将此纸板传送到造纸机的干燥段，由干燥器织物将纸板压在用蒸汽加热的干燥器热筒上，得到大约92-96％的固体物含量。用在造纸机上的造纸用织物根据它们在造纸机中所在位置地不同，即成形段，挤压段或干燥段，必须具有广泛的功能。

    在造纸过程中使用的成形织物是一种在造纸机的成形段中使用的造纸用织物。成形织物通常是由编接在一起的合成纱线制成的，一般是在一个织物结构中编织成的，其特征是在交叉的纱线之间有高度的敞开空间。成形织物必须保持有很高的张开度，以保证能允许水分通过沉积在织物上的纤维浆排除出去。

    由于脱水能力是成形织物的一个关键功能，因此必须保证织物在其寿命期中能保持很高的张开度。

    但是一个织物的张开度在使用过程中不断降低。除纤维浆以外纸浆通常还含有添加剂，例如填充粘土，木沥青和聚合物料，它们能堵塞织物的敞开空间。使用再循环纤维会带入大量呈油墨、胶浆、焦油和聚合物料形式的污染物，它们也会堵塞织物的敞开空间。此外，成形织物设计目前还包括多层织物，它们对污染问题更加敏感。

    因此希望能提供一种抗污染能力得到改善的织物。已提出的一种现有技术解决办法是在织物结构中使用抗污染纱线。这种办法还未证实能完全令人满意，因为由这种纱线提供的抗污染力是暂时和/或低效的。提出的另一种办法要求对造纸用织物进行涂层或处理，以改进它们的抗污染能力。这种方法同样未完全成功，因为由涂层提供的抗污染力也是暂时和/或低效的。

    涂层或处理的一个固有的问题是涂层本身据知会降低织物的渗透性，这是一种不希望的后果，它限制了作为一种成形织物主要功能的脱除水分能力。因此重要的是任何用于成形织物的涂层应尽可能少地降低渗透性。

    还希望能改进造纸用织物的剪切稳定性。剪切稳定性是一种织物的丝在相对的丝将它们固定就位以前能移动的程度。

    美国专利5,207,873公开了一种用于造纸用织物的涂层剂，目的在于通过增加织物的抗粘结性使其变得能抗污染。用有1％固体物的含有聚四氟乙烯，聚氨酯共聚物，聚丙烯酰胺，丙烯酸共聚物，亚甲双丙烯酰胺，聚氮丙啶交联剂，甲基吡咯烷酮，过二硫酸铵溶液，偏硫酸氢钠溶液，过氧化脲溶液，和硝酸银溶液的溶液来处理织物，这些成份以公开内容中所提出的数量和浓度存在于涂层中。这种涂层还未证实对造纸机织物是完全有效和/或持久的。

    发明概述

    本发明的一个目的是提供一种用在造纸机成形、挤压或干燥段中的织物，它在织物的整个使用期中都能显示一种改善的抗污染能力。

    提供一种能增强织物的耐久性的涂层是本发明的又一个目的。

    提供一种能增强织物的剪切稳定性的涂层是本发明的又一个目的。

    提供一种能增强织物的线缝强度的涂层是本发明的又一个目的。

    提供一种不会显著地影响织物渗透性的涂层是本发明的又一个目的。

    提供一种以薄和低重量涂层涂布的涂层剂是本发明的又一个目的。

    为用在造纸机中的织物提供一种能实现上述诸目的的涂层剂是本发明的又一个目的。

    本发明是一种用在造纸机中的涂布织物，它能显著地提高抗污染能力，并能持续织物的整个寿命期。在另一方面，本发明是一种对用于造纸机的织物进行涂布，以增强其抗污染力的方法。已经表明这里所公开的涂层能显著地改善被涂布织物的抗污染性，同时又能不明显地降低织物的渗透性，并且不显著地增加织物的质量。也就是说本发明为造纸机织物提供一种薄和低重量的涂层，它仅为织物增加有限的额外质量。

    在本发明的另一方面已显示涂层能增加织物的线缝强度。

    在本发明的另一方面已显示涂层能增加织物的剪切稳定性。

    这样以薄层涂布的涂层增强了上述特性，改进了织物的性能。

    申请人已发现一种含有一种含氟化合物的聚氨酯基涂层会使织物在其整个使用期中变得抗污染。已经发现荧光增白剂和二氧化钛也能增强织物的外观。

    优选实施方案的详述

    以下介绍适用于本发明涂层的原料。

    几种不同的聚氨酯原料可被用在本发明中。在市场上可买到的产品中适合的聚氨酯包括水基聚氨酯，例如可自Parks公司，Fall River，MA，U.S.A.买到的Carver Tripp的超聚氨酯，Mobay化学公司的Bayhydrol 123，和ICI化学公司的Permuthane。

    适合的含氟化合物包括用氟取代用水分散的聚合物，例如3M的FluoradFC 722或FC 724(全氟化丙烯酸酯)，可自Burlington化学公司，Burlington，N.C.买到的BurcoPEL SRF和BurcoPEL 5556；ZongylFS-300(杜邦的氟代烷基醇取代的聚乙二醇的单醚)，Zonyl8300(氟化丙烯酸酯)，Zonyl中间产物(氟代烷基丙烯酸酯，氟代烷基甲基丙烯酸酯)，聚四氟乙烯的水分散物(杜邦的Teflon错误！未定义书签。ICI的Fluon和Whitford公司，WestChester PA的Xylan300)，聚三氟氯乙烯的水分散物(Allied Signal的Aclar)，氟化乙烯丙烯(FEP)的水分散物(杜邦的Teflon和Whitford公司的Xylan1700系列)，全氟烷氧基化合物的水分散物(可以TeflonPFA和Whitford公司的Xylan1700系列买到的PFA)，氟化聚氨酯如氟化二元醇和二异氰酸酯的中间产物，聚合的含氟表面活性剂如氟化烷基酯(例如3M的Fluorad FC-430，FC-431，FC-740和杜邦的Zonyl)，氟代烷基醇取代的聚乙二醇的单醚(杜邦的ZonylFS-300)，以及丙烯酸或甲基丙烯酸的全氟代烷基酯的共聚物。适合的荧光增白剂包括可按商品名Blankophor自Bayer AG，Leverkusen，德国买到的产品，例如Blankophor SOL(苯并吡喃酮)，Blankophor P167(二苯乙烯二磺酸，钠盐衍生物)，以及可自Eastern化学公司按Eastobrite OB-1买到的2，2′-(1，2-乙烯二基)双(4，1-亚苯基)二苯并氧氮杂茂。荧光增白剂是众所周知的用于热塑性塑料和其它材料的添加剂，它能降低产品泛黄，改善其白度，以及增加其亮度。二氧化钛(TiO2)可自Aldrich买到。

    一种特别适合的涂层组合是Carver Tripp的超聚氨酯，Burco PEL5556，Blankophor P167荧光增白剂和二氧化钛。Burco PEL SRF和BurcoPEL 5556是丙烯酸或甲基丙烯酸全氟代烷基酯在溶液中的共聚物。

    有效的防污染织物已被制得，其中织物涂层不含稀释剂，例如水或其它溶剂。但是如果降低涂层剂的固含量，被涂布织物原有的渗透性可在较大程度上被保留。水是一种优选的稀释剂，因为它便宜，并和水基聚氨酯相容。已经发现用固含量为大约10-15％(w/w)的涂层剂涂布的织物能保留很大程度的原有渗透性，即数量级为原有渗透性的大约90-99％。也就是说涂层的结果仅使渗透性降低大约1-10％。已经发现优选的固含量为大约10-15％。

    可以用任何传统方式进行织物的涂布，包括浸在一个涂层剂浴中，刀片式或杆式涂布技术，滚压涂布，转移涂布，喷雾，轻触辊或涂布辊式涂布，窄缝涂布器，及刷敷涂布器。用一种轻触辊进行涂布是有效的。涂层可以成一次通过涂布，或者成多次通过涂布。后续加工要求除去过量的原料，然后按那种特定原料的制造商所指导地进行涂层剂的干燥或固化。这些方法是本领域技术人员所熟知的。

    以下实例对本发明及其适用范围做了举例说明。

    实1-21

    21种涂层剂组合物被制备，它们包含以下原料的一种或多种：聚氨酯：Carver Tripp′s SuperPoly；含氟化合物：1)Burco PEL SFR，2)Burco PEL 5556；荧光增白剂：1)Eastobrite OB-1；2)BlankophorSOL；3)Blankophor P167；荧光增白增效剂：1)二氧化钛(TiO2)。21种涂层剂的每一种被涂布到织物上的三个相互分离的位置上，被称作为样斑。将织物用在一台高速新闻纸造纸机上，这种造纸机有脱墨配料造成的污染问题。在表1中给出了实例1-21的涂层剂的组成。所有的样斑都显示出具有改进的抗污染能力，其中实例12显示出了最佳结果。在织物运转的84天中样斑在织物的整个使用期中都显示了抗污染能力。

                                            表1  实例  样  斑     聚氨酯    ％    含氟化合物      ％         荧光增白剂        ％  其它原料  ％  1  24  36  61  SuperPoly  90  Burco PEL  SFR    9.5    Eastobrite    OB-1    0.5  2  23  35  37  SuperPoly  90  Burco PEL  SFR    9.5    Blankophor    SOL     0.5  3  9   33  57  SuperPoly  90  Burco PEL  SRF    9.5    Blankophor    P167    0.5  4  5   8   58  SuperPoly  90  Burco PEL  5556   9.5    Eastobrite    OB-1    0.5  5  30  38  63  SuperPoly  90  Burco PEL  5556   9.5    Blankophor    SOL     0.5  6  21  29  55  SuperPoly  90  Burco PEL  5556   9.5    Blankophor    P167    0.5  7  6   31  46  Superpoly  90  Burco PEL  SRF    9      Eastobrite    OB-1    0.5  TiO2   0.5  8  12  13  17  SuperPoly  90  Burco PEL  SRF    9      Blankophor    SOL     0.5  TiO2   0.5  9  14  15  56  SuperPoly  90  Burco PEL  SRF    9      Blankophor    P167    0.5  TiO2   0.5  10 2   39  59  SuperPoly  90  Burco PEL  5556   9      Eastobrite    OB-1    0.5  TiO2   0.5  11 1   20  41  SuperPoly  90  Burco PEL  5556   9      Blankophor    SOL     0.5  TiO2   0.5  12 3   28  48  SuperPoly  90  Burco PEL  5556   9      Blankophor    P167    0.5  TiO2   0.5  13 22  43  44  SuperPoly  95  Burco PEL  SRF    5  14 10  16  49  SuperPoly  91  Burco PEL  SRF    9  15 4   45  51  SuperPoly  87  Burco PEL  SRF    13  16 11  26  42  SuperPoly  83  Burco PEL  SRF    17  17 18  34  50  SuperPoly  95  Burco PEL  5556   5  18 532 40  60  SuperPoly  91  Burco PEL  5556   9  19 25  54  62  SuperPoly  87  Burco PEL  5556   13  20 19  27  53  SuperPoly  83  Burco PEL  5556   17  21 7   47  52  SuperPoly  1

    实例22

    用实例12的组分制备以下涂层剂：

    55加仑Superpoly聚氨酯；

    10加仑Burco PEL 5556含氟化合物；

    20克Blankophor P167荧光增白剂；

    650克TiO2。

    在一个装水的5加仑的小桶中将Blankophor和TiO2混合，然后将其加入到其它组分中。

    接着用25加仑水将25加仑本实例所述的涂层剂稀释到50％浓度，它含有大约14％的固体物。在一个混合设备中将涂层剂和水彻底混合。

    用100％或50％浓度的涂层液在两种试验织物上进行几次涂布，即Sensotex三层织物和Duotex双层织物，这两种织物均可自Albany国际公司，Albany，NY买到。对织物进行分析，以确定它在涂布前和涂布后的渗透性。得到的数据在下面表5中给出。

    用轻触辊式涂布器进行所有涂层剂的涂布。涂布条件为1.75KN/M，4M/min，0.034bar真空。

                             表5

           涂层数    空气渗透率  渗透性降低率  渗透率降低

                     (英尺3/分)    (％)       (英尺3/分)Duotex  处理以前   473，468        0             0

           100％3     410，415       12.3         51.5

           50％2      448，461        3.4          16

           50％3      456，451        3.6          17

           50％4      448，443        5.3          25Sensotex 处理以前  535，537        0             0

          100％3      491，491        8.4          45

          50％2       524，526        2.1          11

          50％3       517，515        3.7          20

          50％4       513，511        4.1          24

    实例23

    制备一种含10％固体物的实例12涂层剂的溶液。对于含10％固体物的涂层剂适合的配料比例为：

    20加仑Carver Tripp的超聚氨酯

    40加仑水

    31/2加仑Burco PEL 5556

    62/3克Eastobrite OB-l

    226克TiO2。

    按以上实例中所述方法进行涂层剂的涂布。对涂布后的织物进行分析，以确定涂层是否增强了线缝强度。结果发现涂布后的织物的线缝强度得到改善，其数值超过未涂布织物大约45pli(每线英寸磅数)，或大约25％。其结果在表6中列出。

                         表6

        用10％固含量的涂层剂多层涂布后的线缝强度(PLI)

        未涂布试样1         181.31

        未涂布试样2         177.48

        未涂布试样平均值    179.4

        处理后试样1         233.15

        处理后试样2         217.71

        处理后试样3         223.66

        处理后试样平均值    224.8

    如表7所示，涂布后织物的剪切也降低到一个几乎测量不到的数值。如在表7中所报告的，在一个测试台上评价织物纱线的剪切稳定性，测试中使一块大小为250mm×250mm的织物试样在机器方向上运动，确定在织物发生皱褶以前所移动的距离。然后使织物在相反方向上运动。将两次测量的总合相加，除以试样的总长度，再乘以100，给出表示为在机器方向上长度百分数的剪切稳定性测定值。将织物旋转，并进行同样的检测，以确定纱线在机器横向的剪切稳定性。

                               表7

                            三层织物

                    机器方向的剪切稳定性  机器横向的剪切稳定性试验    聚氨酯        涂布前 涂布和喷淋后 涂布前 涂布和喷淋后 1   Parks SuperPoly    4％      0％        4％       0％

     Satin-30％固体物 2   Parks SuperPoly    4％      1％        4％       1％

     Satin-15％固体物 3   Parks SuperPoly    4％      0％        4％       0％

     Gloss-30％固体物 4   Parks SuperPoly    4％      1％        4％       1％

     Gloss-15％固体物 5   Parks Sanding      4％      1％        4％       1％

     Sealer-24％固体物

    剪切稳定性是按250mm试样的自由移动测定的。

    喷淋是用0.040″振动针筒喷射器在400psi下进行8小时。

    实例24

    用在实例23中所述的固含量为10％的涂层剂对两种各自在一台双长网成形机的工作位置上的成形织物进行涂布，并在一台高速新闻纸造纸机上进行试运转。配料包括20％的回收和脱墨料。将高压喷射器用于所说织物。传送织物受300-475psi喷射器的喷淋。衬底织物受250-350psi喷射器的喷淋。

    在新闻纸造纸机上运转时织物暴露于木沥青，油墨和各种填料。两种织物一起运转了91天，这是期待的织物平均使用寿命。在显微镜下观察时很明显在织物表面没有木沥青和填料，这表明在织物的整个寿命期中涂层剂都保持在它的表面上，尽管受到高压喷射器的喷淋也未脱除。在各点的绞线处仍可看见涂层剂。

    在这种情况下涂层产生的抗污染能力省去了对在织物上使用清洗化学药剂的需要，使得造纸工的劳动能明显节省。

    图1是一幅从造纸机上取下后的涂层织物(输送织物)的照片。在织物表面上没有污染物。图2是一幅和图1所示的本发明的织物有相同设计的织物的照片。图2的织物未经涂层，在同一台造纸机上运行了84天，并且暴露在同样的使用条件下。在此照片中可以看到织物上存在污染物。

    实例25

    制备一种固含量为30％的含有实例23组分的涂层剂。如以上实例所述，涂层剂成三次单独的操作涂布。每次涂布以后使织物干燥和固化。在第一次涂布操作以前和在完成每个涂布层以后确定空气渗透率，每一涂层所增加的质量，织物在机器方向和机器横向的剪切稳定性。然后用水将涂层剂稀释，使固含量降低到10％，并使其经受同样的检验步骤，以评价前面所述的物理性质。

    从输送带上切下直径2″(0.0508m)的圆形质量试片。发现在用10％固含量的涂层剂进行第一次涂布后平均质量增加为3.62g/m2或0.87％(w/w)。在用30％固含量的涂层剂进行第一次涂布后平均质量增加为9.37g/m2或2.28％(w/w)。其它层也将涂层剂质量加到了织物上。

    实例26

    在一台以100％旧瓦楞纸容器(OCC)组成的纸浆为原料的中间规模造纸机上试运一种成形织物。将四种不同的涂层剂涂布到织物上。它们是：

    A-未涂布的对照物；

    B-Carver Tripp的超聚氨酯和BurcoPEL 5556(10％固体物)；

    C-Carver Tripp的超聚氨酯，BurcoPEL 5556和BlankophorP167荧光增白剂(10％固体物)；

    D-Carver Tripp的超聚氨酯，BurcoPEL 5556，BlankophorP167荧光增白剂和TiO2(10％固体物)。

    使该织物在1500-2200英尺/分的速度范围中运转3天。使用200psi不加化学清洗剂的针筒喷射器。试运结束后将该织物取下来，对每个涂布区作污染分析。图3是放大倍数5x的未涂布织物(A)的照片，而图4是涂层B的照片(放大倍数5x)。对使用涂层C和D的织物也拍了照片。以一种灰色标度将所有照片扫描到一台计算机中。用微软公司的画笔将污染物染成蓝色。从图像中去掉灰色织物，仅留下蓝色部分。然后将此图像装载到另一个程序中，计数蓝色象素并计算被污染面积的百分数。图5和6是使用涂层剂A和B的织物的染色的被污染部分的图像，它被用于进行象素计数。下面列出得到的结果。

            涂层剂        污染百分数％

              A              4.1

              B              0.9

              C              1.1

              D              1.4