在制造湿法铺装的化纸、卫生间用纸、或各种纸巾时,为了使卷筒纸具有所要求的手感特性,例如柔软度和松密度,必须使干纤维网起绉。起绉加工包括将纤维网粘附在旋转的起绉辊上,例如单烘缸纸机(Yankee dryen)上,然后用刮刀将粘附的纤维网取下。使纤维网朝刮刀方向进给会引起网的变形,并破坏网内部某些纤维跟纤维之间的接合。这种起绉作用的剧烈程度取决于许多因素,包括网和起绉辊表面之间粘附力的大小。较紧密的粘附会引起柔软度增加;尽管,一般说来,这同时也会使网的强度有所下降。为了增大这种粘附力,通常将一种起绉工艺用的粘合剂喷洒到起绉辊的表面,以增强自然存在的粘附力,这种自然存在的粘附力可能是当网被施加到起绉辊时,自然存在的粘附力由于网本身所含的水分所引起的。水份变化范围很大,随纤维网在此之前被干燥的程度不同而异。 在本技术领域中已有多种的起绉工艺用粘合剂为人们所知,例如,其中包括有聚乙烯醇、乙烯/醋酸乙烯共聚物、动物胶和聚醋酸乙烯。然而,棉纸制造厂商一直在努力寻求各种新颖、效果更好的起绉用粘合剂。
现在本发明公开一种新的起绉工艺用粘合剂,它包括一种由聚乙烯醇和一种水溶性的、热固化阳离子聚酰胺树脂组成的含水混合物。此粘合剂与上述两种组分单独作粘合剂使用时相比较,可以提供更大的纤维网和起绉辊之间的粘附作用。从而据此可生产出更柔软的产品。它可以用于化纸和纸巾生产。聚乙烯醇组分可具有任何能溶于水、而足以形成粘合膜的分子量。通常,平均分子量以90000到140000左右为佳。属于几种有商标的固体形式的聚乙烯醇可在商业上购得,例如,GELVATOL(Monranto)、VINOL(Air)和POVAL(KURARAY)。商业上可买到的固体聚乙烯醇的级别,以在21℃时其4%浓度的水溶液之粘度约为21~50厘泊为宜。这类级别的聚乙烯醇之水解度约为80~90%。本技术领域的熟练人员知道:降低水解度和分子量可提高水溶性、但是却降低粘附力。因此,就各特定的应用场合来说,必须确定聚乙烯醇各种性质的最佳值。
热固性阳离子聚酰胺树脂组份包括一种水溶性的。由表代醇(最好是3-氯-1.2-环氧丙烷)和水溶性的具有仲胺基的聚酰胺进行聚合反应的产物。而这种水溶性的聚酰胺是从聚(亚烷基)聚酰胺和含3~10个碳原子的饱和脂族二元羧酸中衍生出来的,该水溶性的聚酰胺包含以下通式表示的重复基团:
其中,n和x为2或大于2,R为二元羧酸的二价烃基。商业上可购得的此类树脂其商标为KYMENE( )和CASCAMID(Borden)。这类树脂的一个基本特性是它们可与聚乙烯醇相配伍,即它们在水溶性聚乙烯醇存在时不会发生相的离析。
制备用于本发明的阳离子聚酰胺树脂的方法已被充分公开在属于
的美国专利2926116号(1960年2月23日发布)和
等人的美国专利3058873号(1962年10月16日发布)中,在此编入这两份专利供参考。虽然上述两份专利仅指出将3-氯-1.2-环氧丙烷作为与聚酰胺的共同反应剂,但是任何的表代醇均被认为可用于本发明中,因为当与聚酰胺的仲胺基反应时,在适当的PH值,所有的表代醇将产生具有阳离子活性形式的聚酰胺树脂。
因此,一方面本发明属于一种用作起绉工艺粘合剂的含水混合物。它包括聚乙烯醇和水溶性的、热固性阳离子聚酰胺树脂。如上面所述这种树脂是表代醇和水溶性聚酰胺的反应产物。含水混合物以含有重量约为0.1~4%的固体物较好,更好是含有重量约为0.3%的固体物。在此固体物中聚乙烯醇的重量约为30~90%、较好的约为70~95%、而最佳的约为80%而阳离子聚酰胺树脂的重量约为10~70%、较好的约为5~30%、而最好的约为20%。
而在另一方面,本发明属于一种制造有绉纹的,例如用化枚纸、卫生间用纸、或纸巾的纤维网的方法。该方法包括:(a)将一种由聚乙烯醇和一种水溶性的、热固性阳离子聚酰胺树脂(如上所述,此树脂是表代醇和水溶性聚酰胺的反应产物)组成的混合物敷施到起绉辊表面;(b)将纤维网粘附到已被上述混合物所覆盖的起绉辊表面;和(c)用刮刀从起绉辊取下粘附的纤维网。在起绉工艺中用粘合剂的技术领域的熟练人员明了,在混合物中含有如此高百分比水分的理由部分地是为了仅仅在起绉辊上沉积一非常薄的粘合剂,使用悬臂式喷洒器(Spray boom)就能很容易地形成这样薄的粘合剂。
尽管详细的作用原理未被确切指出,但是据认为使用这种特殊的混合物作为起绉工艺用粘合剂,具有特殊效果,其理由至少有两个。
第一个理由是:聚乙烯醇是一种具有再湿润性的粘合剂,而热固性阳离子聚酰胺树脂基本上具有较小的再湿润性。再湿润性是起绉工艺用粘合剂的一个重要的特性,因为起绉辊每旋转一转只有很少量的粘合剂被加入。在使用时,若先前加入的粘合剂中的某些部分被不可逆地固化,则以后它就不能再起有效的粘合剂作用。另一方面,如果新加入的粘合剂润湿已存在的粘合剂,则起绉辊上的全部粘合剂就都可用来粘合纤维网。由于阳离子聚酰胺组分是热固性的,如果光使用阳离子聚酰胺组分,最终它会交联而不可逆地变硬,从而丧失了作为粘合剂的有效性。然而,通过用聚乙烯醇进行稀释则它的润湿性就大大地提高,使起绉辊上粘合剂的有效期延长。
第二个理由认为:本发明的粘合剂配方成功的原因是由于阳离子聚酰胺树脂组分的阳离子属性,使得它成为一种非常有特效的纤维素纤维的粘合剂,而聚乙烯醇组分年此特效。因此将这两种组分相结合制得一种起绉工艺用粘合剂,在某种意义上说,是由于结合了两组分的特性而形成一种增效效应。即,对纤维素纤维具有润湿性和特效性。
实例1:有关的粘合资料
为了说明本发明配方的增效粘合效应,有关起绉工艺用粘合剂的资料所包括的各种聚乙烯醇和阳离子聚酰胺树脂的量被列在表Ⅰ和表Ⅱ中。聚乙烯醇组分是GELVATL 2060。阳离子聚酰胺组分是KYMENE 557。
表Ⅰ中的资料是使用实验室剥离强度试验法得出的。试样的制备:将试验混合物的水溶液(固体物含量为10%)敷试到一块2吋×5吋的不锈钢板上,用一根26号线绕杆将材料散布到整块板面上,然后使之气干。此不锈钢板被放置在实验室加热板上,加热使表面温度达到200F。将一块含有本身重量三倍水的湿棉布(尺寸为2吋×8吋)覆盖在不锈钢板上,并用2公斤重的滚筒滚压。把不锈钢板在加热板上再放置2分镜,一边使棉布和湿润的粘合剂干燥。棉布/不锈钢板叠被送入带有温度被调整到210F热台板的INSTRUMENTOR滑移/剥离试验机。从不锈钢板上剥离棉布(180剥离,速度6吋/分),每2吋的宽度的克数记录平均剥离力。
表Ⅱ中的资料是使用更直接的方法测出的方法测得的。该法是在生产中按低速为30呎/分的试验条件,对从单烘缸张机的表面上连续地取下纤维网所需要的作用力来进行实际量测的。具体来说,通过按一般方式将造纸纤维浆湿法铺装在一条连续移动的有孔网带上,从而形成基重为15磅/2880呎、宽为15吋的纤维网。然后纤维网被脱水、输送、并籍助加压辊而被压到单烘缸纸机的表面。以每吨干纤维约为5磅固体物的喷洒率将起绉工艺用粘合剂连续地喷洒到纸机与纤维网开始接触点之前的烘缸表面上。离开纸机的纤维网正好在刮刀之前的辊筒位置上被取出,这样就避免了纤维网起绉。干纤维网被卷缸卷轴上。该卷轴安装在一个自由旋转的框架上,以致当需要更大的力从纸机上取出纤维网时,使框架从垂直于纸机位置被进一步移动。框架从垂直位置向纸机位置移动的倾向可以通过一个可变的重物来加以平衡。添加可变重物用的皮带轮装置可以改变所加的重量,直到与从干燥辊表面拉出所需的力相平衡时为止,从而使框架返回到垂直位置。此重量表示纤维网和纸机表面的粘着力(以克数计)。
表Ⅰ
(实验室剥离强度试验)
表Ⅱ
(连续的同轴粘着力测定法)
将表Ⅰ和表Ⅱ的各数据相比较显示出粘着力的不同的绝对值,但是这两种方法得出一致的结果。在每一种情况中,和聚乙烯醇的组合体之粘着力均大于所予期的基于100%和100%聚乙烯醇的粘着力。在配方中每一组分的百分比假设呈线性关系。还有,这二组数据也显示出当聚乙烯醇含量约在70~95%范围时,有一个峰值粘着力,在这个范围内组合体的粘着力大于各别的组分。虽然这并未被图示出来,但其增加的数量通过绘制粘着力-组成曲线可以更清楚地得到证实。
实例2:化妆纸生产
为了进一步说明本发明之起绉工艺用粘合剂的使用,通过湿法铺装具有干的基本重量为7.5磅/2880呎的造纸纤维网来制造化妆纸。将纤维网脱水,并通过加压辊被压在单烘缸纸机的烘缸上。以5磅/每吨干纤维的喷洒率将粘合剂喷洒到烘缸表面正下方靠近正中位置处。除了少量的隔离剂(矿物油)约为0.03%外,起绉工艺用粘合剂配方中固体物的重量约为0.3%。固体物基本上由重量约为80%的聚乙烯醇和重量约为20%的KYMENE(阳离子聚酰胺树脂)组成。用刮刀将干纤维网从烘缸(具有绉纹表面)上移出,并围绕卷在转换卷轴上。制得的纤维网用连续传感操纵板来测定:( )其柔软度为8.5。
与之相比较,使用类似方法但所用的粘合剂基本上是由单一的KYMENE(没有聚乙烯醇)组成,添加量为2磅/每吨干纤维,所制得的纤维网之柔软度为7.8。使用单一的KYMENE在高添加量的情况下,在烘缸表面不可避免地产生不稳定的涂膜,从而给操作造成困难。
因此,使用基本上由聚乙烯醇和一种阳离子聚酰胺组成的起绉工艺用粘合能制得具有可靠的加工性能的改进型制品。应该了解,上述两个例子仅是作为说明本发明的例证,不能被解释为限制本发明的范围。