專利名稱：含有聚硅氧烷和酯官能的季銨化合物的化學柔軟的薄頁紙產品的制作方法
技術領域：
本發明涉及薄頁紙產品。更準確地說，本發明涉及含有雙組分化學柔軟劑成分(酯官能的銨化合物和聚硅氧烷化合物)的薄頁紙產品。也可以使用粘合劑材料(永久或暫時濕強度粘結劑和/或干強度粘結劑)。經處理的薄頁紙幅能用來制造柔軟的、吸水性的和抗掉毛的紙產品，如面巾紙產品或衛生紙產品。
在現代社會中，紙幅或紙頁，有時被稱為薄頁紙或薄頁紙幅或紙頁，找到了廣泛的用途。這樣的產品如面巾紙和衛生紙是商業的主要產品。長期以來，人們一直認為這些產品的四個重要物理特性是它們的強度、它們的柔軟度、它們的吸收能力(包括它們對水系的吸收能力)以及它們的抗掉毛性(包括濕態時的抗掉毛性)。在不嚴重影響其它特性下，對這些特性每一個的改善已作出了研究開發工作，并對同時改善兩個或三個特性也作了研究開發工作。
強度是產物以及其構成紙幅在使用條件下，特別是濕態時保持物理完整性以及抗撕裂、破裂和撕破的能力。
柔軟度是當消費者持一特定的產品，將它在他的/她的皮膚上擦，或在他的/她的手中揉皺時，他/她感覺到的觸覺。該觸覺是由若干物理性能共同提供的。通常，本領域熟練技術人員認為，與柔軟度有關的這些重要物理性能是由它制得產品的紙幅的挺度、表面平滑度和潤滑性。反過來，挺度本身通常被認為直接依賴于紙幅的干抗張強度和制造紙幅的纖維的挺度。
吸收能力是產物以及其構成紙幅吸收液體量、特別是吸收水溶液或分散液能力的量。被消費者感覺到的總吸收能力通常被認為是定量的薄頁紙在飽和時吸收的液體總量以及該薄頁紙吸收液體的速率的組合。
抗掉毛性是纖維產物以及其構成的紙幅在使用條件下、包括在濕態時結合在一起的能力。換句話說，抗掉毛性越高，紙幅掉毛的傾向就越低。
使用濕強度樹脂以增強紙幅的強度是眾所周知的，例如，Westfelt在纖維素化學性(Cellulose Chemistry and Technology)，第13卷，813-825頁(1979)中描述了許多這樣的材料，并討論了它們的化學性質。Freimark等人在1973年8月28日頒發的US 3755220中提到，某些稱作脫膠劑(debonding agent)的化學添加劑將妨礙造紙過程中成紙期間天然纖維-纖維的結合。這種結合的降低將導致較軟或幾乎沒有剛性的紙頁。Freimark等人還繼續提到了與脫膠劑一起使用濕強樹脂以彌補脫膠劑不希望的作用。這些脫膠劑確實降低了干抗張強度，而且還降低了濕抗張強度。
Shaw在1974年6月28日頒發的US 3,821,068中也曾教導，化學脫膠劑能用來降低薄頁紙幅的挺度，并因此增加它們的柔軟性。
在各種參考文獻中，如1971年1月12日授權給Hervey等人的US3,554,862中已披露了化學脫膠劑。這些材料包括季銨鹽類，如椰油烷基三甲基氯化銨、油基三甲基氯化銨、二(氫化)動物脂二甲基氯化銨和硬脂基三甲基氯化銨。
Emanuelsson等人(1979年3月13日頒發的US4,144,122)和Hellsten等人(1984年10月9日頒發的US4,476,323)教導，使用復合的酯官能的季銨化合物，如二(烷氧基(2-羥基)亞丙基)酯官能季銨氯化物以柔軟紙幅。這些作者還試圖通過使用非離子表面活性劑如脂肪醇的環氧乙烷和環氧丙烷加合物來克服由脫膠劑引起的任何吸收能力的下降。
伊利諾斯州芝加哥的Armak公司在他們的公報76-17(1977)中披露了將二甲基二(氫化)動物脂氯化銨和聚乙二醇的脂肪酸酯一起使用以賦予薄頁紙頁柔軟性和吸收能力。
一個有關改善紙幅的研究的舉例性結果描述于1967年1月31日授權于Sanford和Sisson的US 3,301,746中。盡管該專利描述的方法制得了高質量紙幅，并且盡管由這些紙幅形成的產品在商業上取得了成功，但旨在找到改善的產品的研究工作還在繼續進行。
例如，Beeker等人在1979年1月19日頒發的US4,158,594中描述了他們堅決主張的形成高強的、柔軟的纖維紙頁的方法。更準確地說，他們教導，在加工期間，通過用粘接材料(如丙烯酸類膠乳橡膠乳液、水溶性樹脂或彈性粘接材料)將該紙幅的一面粘接至具有精細構圖排列的起皺表面(粘接材料被粘接至紙幅的一面和精細構圖排列的起皺表面上)，并由起皺表面起皺該紙幅以形成一紙頁，能增加薄頁紙幅(它們可以已通過添加化學脫膠劑而被柔軟)的強度。
本發明雙組份化學柔軟組合物包括酯官能的季銨化合物和聚硅氧烷化合物。出人意料的是，現發現，與單獨使用任一組分所獲得的柔軟益處相比，該雙組份化學柔軟組合物改進了經處理的薄頁紙的柔軟度。另外，經處理的薄頁紙的掉毛/柔軟度關系也得到極大的改善。
不幸的是，使用含酯官能的季銨化合物和聚硅氧烷化合物的化學柔軟組合物將降低經處理過紙幅的強度和抗掉毛性。申請人發現，通過使用合適的粘結劑材料如濕強度樹脂和干強度樹脂以及造紙行業中已知的助留樹脂，能同時改善強度和抗掉毛性。
通常，本發明可用于薄頁紙，但特別是可用于如US 3994771(1976年11月30日授權于Morgan等人)和US4300981(1981年11月17日授權于Carstens)中所述的多片、成多層的薄頁紙產品，該兩篇專利在此引入作為參考。
本發明的薄頁紙產品含有有效量的粘結劑物質(永久或暫時的濕強度粘結劑和/或干強度粘結劑)，以便控制掉毛和/或補償抗張強度的損失。掉毛和抗張強度損失即使有也是由使用雙組分化學柔軟組分而產生的。
本發明的目的是提供柔軟的、吸收性的和抗掉毛的薄頁紙產品。
本發明的另一目的是提供制造柔軟的、吸收性的和抗掉毛的薄頁紙產品的方法。
正如通過閱讀下面的內容將容易明白的那樣，利用本發明實現了這些和其它的目的。
本發明提供柔軟的、吸收性的、抗掉毛的薄頁紙產品，該產品包括(a)造紙纖維；(b)約0.01％-約3.0％的酯官能的季銨化合物；(c)約0.01％-約3.0％的聚硅氧烷化合物；和(d)約0.01％-約3.0％的粘結劑物質，其為濕強度粘結劑和/或干強度粘結劑。
適用于本發明的優選酯官能的季銨化合物的例子包括下式的化合物
和
和
和
其中每個R1取代基為C12-C22烴基或取代的烴基或其混合物；每個R2取代基為C1-C6烷基或烴基、芐基或其混合物；每個R3取代基為C11-C21烴基或取代的烴基或其混合物這些化合物認為是熟知的二烷基二甲基銨鹽的單或二酯的變體，如二酯二(牛脂)二甲基氯化銨、二酯二(硬脂基)二甲基氯化銨、單酯二(牛脂)二甲基氯化銨、二酯二(氫化)牛脂二甲基、硫酸甲酯銨、二酯二(氫化)牛脂二甲基氯化銨、單酯二(氫化)牛脂二甲基氯化銨及其混合物，其中優選二(非氫化)牛脂二甲基氯化銨、二(輕度氫化)牛脂二甲基氯化銨(DEDTHTDMAC)和二(氫化)牛脂二甲基氯化銨(DEDHTDMAC)及其混合物的二酯的變體。根據產品的性能要求，二牛脂的飽和度可以從非氫化(軟)到輕度氫化、部分或完全氫化(硬)。
不受理論的約束，據信酯部分使這些化合物具有生物降解性。重要的是，本發明所用的酯官能的季銨化合物比常規二烷基二甲基銨鹽化學軟化劑降解的速度更快。
用于本發明的聚硅氧烷的例子包括氨基官能的聚二甲基硅氧烷，其中聚合物上小于10％(摩爾)的側鏈含有氨基官能團。因為聚硅氧烷的分子量難以確定，所以聚硅氧烷的粘度在此作為分子量的客觀判斷標準。因此，例如，對于粘度為約125厘沲(centistokes)的聚硅氧烷，約2％(摩爾)的取代度是非常有效的。并且對于約5,000,000厘沲或更高的粘度，有或沒有取代均有效。除用氨基官能團取代外，還可以用羧基、羥基、醚、聚醚、醛、酮、酰胺、酯和硫羥基進行有效的取代。在這些有效的取代基中，更優選包括氨基、羧基和羥基的組；最優選氨基官能團。
可以商業得到的聚硅氧烷包括Dow 8075和Dow 200(從Dow Corning公司得到)和Silwet 720和Ucarsil EPS(可以從聯合碳化物公司得到)。
術語粘結劑意指本領域已知的各種濕強度和干強度添加劑以及助留劑。這些材料產生了產品所需的功能強度，改善了本發明薄頁紙幅的抗掉毛性，同時還抵消了由化學柔軟組合物引起的抗張強度的降低。合適的粘結劑材料的例子包括永久性濕強度粘結劑[即，由Hercules Incorporated(Wilmington，DE)銷售的KymeneTM557H]，暫時性濕強度樹脂陽離子雙醛淀粉基樹脂(如Japan Carlet生產的Caldas或National Starch生產的Cobond 1000)和干強度粘結劑[即，由Hercules Incorporated(Wilmington，DE)銷售的羧甲基纖維素和由國家淀粉和化學品公司(Bridgewater，NJ)銷售的Redibond5320]。
本發明的薄頁紙產品優選含約0.01％-約3.0％的粘結劑物質(永久或暫時)和/或約0.01％-約3.0％干強度粘結劑。
不被理論所束縛，據信，酯官能的季銨柔軟劑化合物是起著使薄頁紙中纖維-纖維氫鍵脫開的有效的脫膠劑。脫開的氫鍵與聚硅氧烷柔軟劑以及用濕強度和干強度粘結劑引入的化學鍵的結合，降低了薄頁紙的總鍵密度，而沒有損害強度和抗掉毛性。鍵密度的減少將產生總體更柔軟的紙頁以及改善的表面柔軟度。這些物理性質改變的重要量度是FFE-指數(Carstens)以及松厚韌性(bulk flexibility)、摩擦的滑動-粘著系數和生理表面平滑度(如Ampulski等人在1991國際造紙物理會議會刊(International Paper PhysicsConference Proceedings)，第1冊，第19-30中所述)。
簡而言之，本發明的薄頁紙產品的制造方法包括如下步驟由除聚硅氧烷化合物外的上述組分形成成單層或成多層造紙配料；將造紙配料沉積至多孔表面如長網上；并且從沉積的配料中除去水。聚硅氧烷化合物優選加入到干燥的薄頁紙幅的至少一個表面。將制得的成單層或成多層薄頁紙幅與一頁或多頁其它的薄頁紙幅相結合，形成多片薄頁紙。
在此，所有的百分數、比率、比例除非另有說明均以重量計。
盡管本說明書以特別指出，并明確要求本發明的范圍的權利要求來結束，但通過下面的說明，結合相關附圖，將更好地理解本發明，其中
圖1為根據本發明的雙片、每片為兩層的薄頁紙的示意截面圖。
圖2為根據本發明的三片、每片為單層的薄頁紙的示意截面圖。
圖3為本發明的單片、每片為三層的薄頁紙的示意截面圖。
圖4為用于生產本發明柔軟薄頁紙的造紙機的示意圖。
下面將更詳細地描述本發明。
盡管說明書以特別指出的并清楚地要求本發明主題保護范圍的權利要求來結束，但通過閱讀下述詳細說明以及附加的實施例，將能更好地理解本發明。
在此所用的術語“抗掉毛性”是纖維產品以及其構成紙幅在使用條件下(包括在濕態時)結合在一起的能力。換句話說，抗掉毛性越高，紙幅掉毛的傾向就越低。
在此所用的術語“粘結劑”指的是造紙行業中已知的各種濕強度和干強度樹脂以及助留樹脂。
在此所用的術語“水溶性的”指的是在25℃至少能有3％溶于水的材料。
在此所用的術語“薄頁紙幅、紙幅、紙頁和紙產品”均指通過如下步驟制得的紙頁，這些步驟為形成含水造紙配料；將該配料沉積在帶孔表面如長網上；以及通過重力或真空幫助的脫水(在有或沒有壓榨下)和蒸發從配料中除去水份。
在此所用的“含水造紙配料”是造紙纖維和下文中所述的化學品的含水漿料。
在此所用的術語“成多層的薄頁紙幅、成多層的紙幅、成多層的紙頁和成多層的紙產品”均指由優選包括不同種類纖維組成的兩層或多層含水造紙配料制得的紙頁；這些纖維通常是薄頁紙制造過程中使用的相對較長的軟木纖維和相對較短的硬木纖維。通過將單獨的稀釋纖維漿料沉積至一張或多張無端的帶孔網上而形成所述的這些層。如果一開始在分開的網上形成各層的話，隨后將各層結合(濕態時)以形成成層的復合紙幅。
在此所用的術語“多片薄頁紙產品”指的是由至少兩片組成的薄頁紙。每一獨立的片本身可由成單層或成多層的薄頁紙幅構成。通過如膠合或壓花將兩頁或多頁薄頁紙幅結合在一起而形成多片結構。
可以預料，所有種類的木漿通常將包含于本發明的造紙纖維中。然而，其它的纖維素纖維漿，如棉短絨、蔗渣、人造纖維(rayon)等也能使用，而且都沒被放棄。本發明中所用的木漿包括化學漿，例如牛皮紙漿、硫酸鹽漿和亞硫酸鹽漿，以及機械漿，例如包括磨木漿、熱磨機械漿(thermomechnical pulp)和化學熱磨機械漿(Chemi Thermomechanical pulp)(CTMP)。由落葉樹和針葉樹得到的紙漿也可使用。
合成纖維如人造纖維、聚乙烯和聚丙烯纖維也可與上述天然纖維素纖維一起使用。可使用的聚乙烯纖維的實例是Pulpex[從Hercules，Inc.(Wilmington，Del.)得到]。
可以采用硬木漿和軟木漿以及兩種漿的摻混物。在此使用的術語硬木漿指的是從落葉樹(被子植物)的木質物質得到的纖維漿；軟木漿是從針葉樹(裸子植物)的木質物質得到的纖維漿。硬木漿如桉樹漿特別適用于下文所述的成多層的薄頁紙幅的外層，而北方軟木硫酸鹽漿優選用于內層或內片。由回收廢紙得到的低成本纖維也可用于本發明，這些纖維可包含任何種類或所有上述種類的纖維以及其它非纖維材料，如用來促進原始造紙的填料和粘合劑。雙組分化學柔軟組合物本發明含有作為主要成分的化學柔軟組合物，其包括酯官能的季銨化合物和聚硅氧烷化合物。酯官能的季銨化合物與聚硅氧烷化合物的比率約為3.0比0.01至0.01比3.0；優選其重量比約為1.0比0.3至0.3比1.0；更優選約為1.0比0.7至0.7比1.0。每一類的化合物都將在下面進行詳細描述。A.酯官能的季銨化合物該酯官能化學柔軟組合物含有約0.01％-約3.00％重量、優選約0.01％-約1.00％重量的作為主要成分的酯官能的季銨化合物，優選酯官能季銨化合物具有下述結構式
或
其中每個R1取代基為C12-C22烴基或取代的烴基或其混合物；每個R2取代基為C1-C6烷基或烴基、芐基或其混合物；每個R3取代基為C11-C21烴基或取代的烴基或混合物；Y是-O-C(O)-或-C(O)-O-或-NH-C(O)或-C(O)-NH-或其混合物；n為1-4；且X-是合適的陰離子，例如氯離子、溴離子、硫酸甲酯、硫酸乙酯、硝酸根等。
正如在Swern編輯的Bailey′s Industrial Oil and Fat Products一書，第三版，John Wiley and Sons(紐約1964)中所討論的那樣，動物脂是具有可變成份的天然存在的材料。由Swern編輯的上述參考文獻的表6.13指出，通常78％或更多的動物脂的脂肪酸含16-18個碳原子。通常，存在于動物脂中的一半脂肪酸是不飽和的，主要以油酸的形式存在。合成的以及天然的“動物脂”均落入本發明的范圍。根據產品的性能要求，二牛脂的飽和度可以從非氫化(軟)到輕度氫化、部分或完全氫化(硬)。上述所有飽和度均包括在本發明的范圍內。
應當理解，取代基R1、R2和R3任選地用各種基團如烷氧基、羥基取代或支化，但這些產品在這里不是優選的。優選每個R1取代基為C12-C18烷基和/或鏈烯基，更優選每個R1取代基為直鏈C16-C18烷基和/或鏈烯基。優選每個R2為甲基或羥乙基。優選每個R3取代基為C13-C17烷基和/或鏈烯基，最優選每個R3取代基為直鏈C15-C17烷基和/或鏈烯基。且X-為氯離子或硫酸甲酯。此外，酯官能的季銨化合物可任選地含有至多約10％的單長鏈烷基衍生物如(R2)2-N+-((CH2)2OH)((CH2)2OC(O)R3)X-作為次要成分。這些次要成分可作為乳化劑，在本發明中是有用的。
適用于本發明的具有上述結構的酯官能的季銨化合物的例子包括熟知的二酯二(烷基)二甲基銨鹽，如二酯二牛脂基二甲基氯化銨、單酯二牛脂基二甲基氯化銨、二酯二牛脂基二甲基甲基硫酸銨、二酯二(氫化)牛脂二甲基甲基硫酸銨、二酯二(氫化)牛脂基二甲基氯化銨及其混合物。特別優選二酯二牛脂基二甲基氯化銨和二酯二(氫化)牛脂基二甲基氯化銨。這些特定材料可從俄亥俄州都伯林的Witco公司以商品名“ADOGEN DDMC”購得。
也可使用酯官能的季銨化合物的二季銨變體，并落入本發明的范圍。這些化合物的分子式
在上述結構中，每個R2為C1-C6烷基或羥烷基，R3為C11-C21烴基，n為2-4，且X-為合適的陰離子，如鹵離子(如氯離子或溴離子)或硫酸甲酯。優選每個R3為C13-C17烴基和/或鏈烯基，最優選每個R3為直鏈C15-C17烷基和/或鏈烯基，R2為甲基。B、聚硅氧烷化合物通常，用于本發明合適的聚硅氧烷包括具有下列結構的硅氧烷單體單元的物質
其中每個單獨硅氧烷單體單元上的R1和R2可以獨立地是氫或任何烷基、芳基、鏈烯基、烷芳基、芳烷基、環烷基、鹵代烴或其它基團。這些基團中的任一個都可被取代或未被取代。任何特定單體單元中的R1和R2基團可不同于下一個鄰接單體單元的相應官能團。此外，這些聚硅氧烷可以是直鏈、支鏈或環狀結構。另外，R1和R2基也可以獨立地是其它的含硅官能團如硅氧烷、聚合硅氧烷、硅烷和聚硅烷，但不限于這些。R1和R2基團也可包括各種有機官能團，例如醇、羧酸、醛、酮和胺、酰胺官能團。
烷基的示例為甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、辛基、癸基、十八烷基等。鏈烯基的例子為乙烯基、烯丙基等。芳基的例子有苯基、二苯基、萘基等。烷芳基的例子有甲苯基(toyl)、二甲苯基、乙基苯基等。芳烷基的實例為芐基、α-苯基-乙基、β-苯乙基、α-苯丁基等。環烷基實例有環丁基、環戊基、環己基等。鹵代烴基的實例有氯甲基、溴乙基、四氟乙基、氟乙基、三氟乙基、三氟甲苯基、六氟二甲苯基等。
聚硅氧烷的粘度可以如通常在很大范圍內變化，只要聚硅氧烷是可流動的或能使其流動以用于薄頁紙。優選聚硅氧烷的特性粘度為約100-約1000厘泊。公開聚硅氧烷的文獻包括US 2826551(1958年3月11日授予Geen)、US 3964500(1976年6月22日授與Drakoff)、US 4364837(1982年12月21日授予Pader)、US 5059282(1991年10月22日授予Ampulksi等)和英國專利849433(1960年9月28日公開，Woolston)，所有這些專利引入作為參考。另一文獻為Petrarch系統公司1984年發行的硅氧烷化合物(Silicon Compounds)一書第181-217頁，該文獻包括大量聚硅氧烷及其描述。
聚硅氧烷可以通過濕紙幅或干紙幅涂布到薄頁紙上。紙幅至少一面應與聚硅氧烷接觸。聚硅氧烷優選以純形式的或用合適表面活性劑乳化劑的乳化形式的水溶劑涂布到干紙幅上。乳化的硅氧烷最優選用于簡易涂布，因為純硅氧烷水溶液有快速分離成水相和硅氧烷相的趨勢，從而影響硅氧烷在紙幅上均勻分布。聚硅氧烷優選在紙幅起皺之后涂布到干紙幅上。
將聚硅氧烷化合物涂布到干薄頁紙幅上的優選方法描述在US5246546(1993年9月21日授予Ampulski)和US5215626(1993年6月1日授予Ampulski等人)，這兩篇專利引入作為參考。在US5246546描述的優選的工藝中，聚硅氧烷化合物優選噴涂到壓光輥上。
盡管大多數情況下，作為部分造紙工藝，在聚硅氧烷處理前，干燥的紙幅已經起皺，也可預計到在紙幅干燥和或起皺前，將聚硅氧烷涂布到紙幅上。優選使用盡量少的水將聚硅氧烷涂布到干紙幅上，因為水潤濕干紙頁據信降低了紙頁強度，而這種強度干燥后只能部分恢復。也可以涂布含合適溶劑如己烷的聚硅氧烷溶液。可以料到，聚硅氧烷溶解于溶劑或與其混溶。
優選，將賦予柔軟度觸感的有效量的聚硅氧烷涂布到薄頁紙兩面。當聚硅氧烷應用到薄頁紙一面時，至少部分滲透入薄頁紙內部。當聚硅氧烷以溶液施用時，這一點尤其如此。當聚硅氧烷涂布于濕紙幅上時，用于促進聚硅氧烷滲透于另一面的一種方法是在涂布之后對薄頁紙進行真空脫水。將聚硅氧烷化合物涂布到濕紙幅上的優選方法描述在US 5164046(1992年11月17日授予Ampulski等人)中，引入作為參考。濕強度粘結劑材料本發明含有約從約0.01％-約3.0％、優選約0.01％-約1.0％重量的作為主要成分的濕強度(永久和/或暫時)粘結劑材料。A.永久濕強度粘結劑材料永久濕強度粘結劑材料選自下述的化學品聚酰胺-表氯醇，聚丙烯酰胺，苯乙烯-丁二烯膠乳；不溶聚乙烯醇；脲-甲醛；聚乙烯亞胺；脫乙酰殼多糖聚合物及其混合物。優選的永久濕強度粘結劑材料選自聚酰胺-表氯醇樹脂、聚丙烯酰胺樹脂及其混合物。該永久濕強度粘結劑材料用來控制掉毛并還用來補償抗張強度的損失。即使有，強度損失是由化學柔軟劑組合物引起的。
業已發現，聚酰胺-表氯醇樹脂是特別有用的陽離子濕強度樹脂。合適的這類樹脂描述在US 3700623(1972年10月24日發表)和US 3772076(1973年11月13日發表)中，在此引入作為參考。這兩篇專利均是授于Keim的。有用的聚酰胺-表氯醇樹脂的商業來源是Hercules，Inc.(Wilmington，Delaware)以商標KymeneTM557H銷售的產品。
另外還發現，聚丙烯酰胺樹脂也可用作濕強度樹脂。這些樹脂描述于US 3556932(1971年1月19日授于Williams等人)和US 3556932(1971年1月19日授于Coscia等人)，在此將這兩篇專利引入作為參考。聚丙烯酰胺樹脂的商業來源之一是美國氰氨公司，(Stanford，Connecticut)以商標ParezTM631NC銷售的產品。
發現可用于本發明的另一種水溶性陽離子樹脂是脲甲醛樹脂和蜜胺甲醛樹脂。這些多官能樹脂的較為常用的官能團是含氮基團如氨基和連接氮原子的羥甲基。還發現，聚乙烯亞胺類樹脂也可用于本發明。B.暫時濕強度粘結劑材料上面所提到的濕強度添加劑通常得到具有永久的濕強度的紙張產品，即，當紙放入含水介質中時隨著時間推移，紙保留大部分的起始濕強度。但是，在某些類型的紙張產品中永久濕強度可以是非必需的及不需要的性質。紙張產品，如衛生紙等，當短期使用后通常被處理掉進入化糞系統后。如果紙張制品永久保留其抗水解強度性質，則會導致這些系統的堵塞。最近一段時間以來，生產者已向紙張產品中加入了暫時濕強度添加劑，這些紙張產品的濕強度對于預期應用是充分的，但是它們一旦在水中浸泡則減小。濕強度的減小有助于紙張制品通過化糞系統的流動。
合適的暫時濕強度樹脂的例子包括由國家淀粉及化學品公司(紐約市，紐約州)銷售的改性的淀粉暫時濕強度劑，如National Starch 78-0080。這類濕強度劑可以通過將二甲氧基乙基-N-甲基-氯乙酰胺與陽離子淀粉聚合物反應而制備。改性的淀粉暫時濕強度劑也在1987年6月23日授權于Solarek等人的美國專利號4,675,394中作了描述，引入本文作為參考。優選的暫時濕強度樹脂包括公開在1991年1月1日授權于Bjorkquist的美國專利號4,981,557的那些，引入本文作為參考。
就上面所列舉的永久和暫時濕強度樹脂的種類和具體例子而言，應該理解的是，這些樹脂只是示范性的，并非用來限制本發明的范圍。
相容的濕強度樹脂的混合物也可用在本發明的實施中。干強度粘結劑材料本發明含有約從0.01％-約3.0％、優選約0.01％-約1.0％重量的作為任選成分的干強度粘結劑材料，它們選自下述材料聚丙烯酰胺[如由American Cyanamid(Wayne，N.J.)生產的Cypro 514和Accostrength 711的組合]；購自國家淀粉和化學品公司(Bridgewater，New Jersey)的淀粉(如Redibond5320和2005)；聚乙烯醇[如由Air Products Inc(Allentown，PA)生產的Airvol540]；瓜耳膠或刺槐豆膠；和/或羧甲基纖維素[如得自Hercules，Inc.(Wilmington，DE)的CMC]。優選的干強度粘結劑材料選自羧甲基纖維素樹脂、未改性的淀粉基樹脂及其混合物。該干強度粘結劑材料用來控制掉毛并還用來補償抗張強度的損失。強度損失即使有是由化學柔軟劑組合物引起的。
通常，實施本發明的合適的淀粉的特點是水溶性和親水性。雖然不想由此來限定合適淀粉材料的范圍，但舉例性的淀粉材料包括玉米淀粉和土豆淀粉；特別優選的是工業上稱為amioca淀粉的含蠟玉米淀粉。與普通玉米淀粉不同的是，Amioca淀粉整個都是支鏈淀粉，而普通的玉米淀粉含支鏈淀粉和直鏈淀粉。amioca淀粉的各種獨特的特性還描述于“Amioca-The Starchfrom Waxy Corn”一文[H.H.Schopmeyer，Food Industries，1945年12，第106-108頁(卷頁1476-1478)]中。雖然優選粒狀淀粉，但淀粉可以是粒狀或分散狀的。優選將淀粉充分煮透，以使顆粒淀脹。更優選的是，如通過煮沸使淀粉顆粒溶脹至剛好要變成淀粉顆粒的分散體之前的這種狀態。這種高度溶脹的淀粉顆粒被稱之為“完全煮透”。分散液的條件通常隨淀粉顆粒的大小、顆粒的結晶度以及直鏈淀粉的含量而變化。例如可通過在約190°F(約88℃)將4倍濃度的淀粉顆粒的水懸浮液加熱約30-40分鐘而制得完全煮透的amioca淀粉。可使用的其它舉例性的淀粉材料包括改性的陽離子淀粉如改性成具有含氮基團如氨基和連接至氮的羥甲基的那些改性陽離子淀粉，可從國家淀粉和化學品公司(Bridgewater，New Jersey)得到。這些改性淀粉材料主要是用作紙漿配料的添加劑，以增強濕強度和/或干強度。考慮到這些改性淀粉材料較之未改性淀粉昂貴，因此，常優選未改性的淀粉。
涂布方法包括，與先前所述的其它化學添加劑的涂布相同的方法，如優選通過濕部添加、噴涂；以及不太優選的印刷。該粘結劑材料可以單獨涂布至薄頁紙幅，或與化學柔軟組分同時添加，或在其添加之前或之后添加。至少將有效量的粘結劑物質(永久或暫時濕強度粘結劑和/或干強度粘結劑)，優選如KymeneR557H的永久濕強度樹脂和如CMC的干強度樹脂的混合物添加至紙頁中，以便在干燥時，相對于未用粘結劑處理但其它相同的紙頁而言，控制該紙頁的掉毛和增加強度。以干纖維重量計，保留在干紙頁中的粘結劑材料量優選在約0.01％和約3.0％之間，更優選在約0.1％和約1.0％之間。
本發明方法的第二個步驟是將使用上述化學柔軟劑組合物和粘結劑材料作為添加劑的、成單層或成多層的造紙配料沉積至帶孔表面上。第三個步驟是從這些沉積的配料中除去水。能用來完成這兩個處理步驟的工藝和設備對于造紙行業中的熟練技術人來說是顯而易見的。以干纖維計，本發明優選的成多層的薄頁紙的實施方案中含有約0.01％-約3.0％、更優選約0.1％-1.0％重量的在此所述的化學柔軟組分和粘結劑材料。將得到的成單層或成多層的薄頁紙幅與一頁或多頁其它的紙幅相結合，形成多片薄頁紙。
通常，本發明可用于薄頁紙，它們包括，但并不局限于，常規毛毯壓榨的薄頁紙，高松厚性圖案致密的薄頁紙以及高松厚、未壓實的薄頁紙。由此制得的薄頁紙產品可以是成單層或成多層的結構。由成層的紙幅形成的薄頁紙結構描述于US 3,994,771(Morgan Jr.等人，1976年11月30日頒發)，US4300981(1981年11月17日授與Carstens、US 4166001(Duning等人，1979年8月28日頒發)和歐洲專利公開號0613979A1(Edwards等人，1994年9月7日公開)，在此引入作為參考。通常，濕法成網的復合、柔軟、松厚和吸收性的紙結構是由兩層或多層優選含不同種類纖維的配料制得的。這些層優選是在一個或多個無端帶孔網上，將單獨的稀纖維懸浮液液流進行沉積而形成的；所說的纖維通常是用于成多層的薄頁紙造紙中的相對長的軟木纖維和相對短的硬木纖維。如果首先將各層在獨立的網上成形，那么隨后將各層結合(濕態時)以形成層狀復合紙幅。然后通過對紙幅使用液壓，使層狀紙幅與網狀干燥壓印織物的表面相一致，然后作為低密度紙造紙工藝一部分，在所說織物上熱預干燥。就纖維種類而言，該紙幅可以是分層的，或各層纖維含量基本上是相同的。該成多層的薄頁紙優選具有10g/m2-約65g/m2的定量，密度約0.60g/cm3或更小。優選定量低于約35g/m2或更低；密度約0.30g/cm3或更低。最佳為密度在0.04g/cm3和約0.20g/cm3之間。
在本發明優選的實施方案中，可根據US 4300981(1981年11月17日授于Carstens)中所述的成多層的紙幅來形成薄頁紙結構，該專利在此引入作為參考。根據Carstens的專利，這樣的紙具有主觀上可以感覺到的高柔軟度，這是由于該紙是成多層的；具有至少含約60％、優選約85％或更多短硬木纖維的頂表面層；頂表面層具有HTR(人體組織響應)密度約1.0或更小、更優選約0.7或更小、最佳約0.1或更小；頂表面具有FFE(自由纖維端)指數約60或更高，優選約90或更高。這種紙的制造方法包括如下步驟將確定其頂表面的短硬木纖維之間的鍵斷開至足以提供充分的纖維的自由端部分，從而達到薄頁紙頂表面所需要的FFE指數。由其上已粘附著頂表面(短纖維層)的起皺表面，對薄頁紙的起皺而實現了所述的鍵的斷開，并且起皺應在至少約80％濃度(干度)、優選至少約95％濃度時進行。這種薄頁紙可以通過使用常規的毛毯或帶孔的承載織物而制得。這種薄頁紙可具有(但不是必須是)相對高的松厚密度。
在本發明的薄頁紙產品中包含的各片優選至少含兩個疊加的層，即內層和與內層相連的外層。外層優選主要含有約60％重量或更多的、相對較短的造紙纖維的纖維成分，其平均纖維長度約在0.2mm和約1.5mm之間。這些短的造紙纖維通常是硬木纖維，優選桉樹屬纖維。另外，如果希望的話，可將低成本的短纖維，如亞硫酸鹽纖維、熱磨機械漿、化學熱磨機械(CTMP)纖維、回用纖維以及它們的混合物用于外層中，或摻在內層中。內層優選主要含有約60％重量或更多的、相對較長的造紙纖維的纖維成分，其平均纖維長度至少約2.0mm。這些長的造紙纖維通常是軟木纖維，優選北方針葉木硫酸鹽纖維。
在本發明的優選的實施方案中，通過將至少兩張成多層的薄頁紙幅并置在一起而形成面巾紙產品。例如，可通過將第一張成兩層的薄頁紙幅和第二張成兩層的薄頁紙幅并置而形成兩片、每片成兩層的薄頁紙產品。在該例中，每一片是包含內層和外層的兩層薄頁紙。外層優選含有短硬木纖維，而內層優選含有長的軟木纖維。將這兩片進行結合使得每片含短硬木纖維的外層面向外，而含長軟木纖維的內層向內。換句話說，每片的外層形成薄頁紙的暴露的表面，而所說的每片的內層朝著面巾紙的內部排列。
圖1是根據本發明的雙片、每片成兩層薄頁紙的截面示意圖。參考圖1，該每片成兩層的雙片紙幅10由兩個片15并置構成。每片15由內層19和外層18構成。外層18主要含有短的造紙纖維16；而內層19主要含有長的造紙纖維17。
在本發明的另一個優選實施方案中，通過將三張成單層的薄頁紙幅并置而形成薄頁紙產品。在本例中，每一片是由軟木或硬木纖維制得的成單層的薄頁紙。外片優選含有短硬木纖維，而內片優選含有長軟木纖維。以短硬木纖維面向外的方式將三片結合。圖2是根據本發明的每片成單層的、三片面巾紙的截面示意圖。參考圖2，成單層的、三片紙幅20由并置的三片構成。兩個外片11主要含有短造紙纖維16；而內片12主要含有長造紙纖維17。在本實施方案的變化中(未示出)，兩外片的每一片可由兩個疊加層構成。
在本發明其它的優選實施方案中，將三層薄頁紙幅合并成一單片，形成薄頁紙產品。在本實施例中，單片薄頁紙產品包括三層由軟木和/或硬木纖維制備的薄頁紙。外層優選包括短硬木纖維，而內層優選包括長軟木纖維。將三層成形使短硬木纖維朝外。圖3是本發明單片、三層薄頁紙的示意截面圖。參考圖3，該單片、三層紙幅30由3層并置而成。兩外層18主要包括短造紙纖維16、而內層19主要包括長造紙纖維17。
根據上面的討論，不應該推斷，本發明局限于包括三片(每片成單層)或雙片(每片成兩層)或單片(每片為三層)等的薄頁紙產品。所有成層或均一的，包括酯官能的季銨化合物、聚硅氧烷化合物和粘合劑材料的薄頁紙產品明確包括在本發明的范圍內。
優選大部分的酯官能的季銨化合物和聚硅氧烷化合物包含在本發明薄頁紙的至少一外層(或三片、每片成單層產品的兩外層)中。更優選的是，大部分的酯官能的季銨化合物和聚硅氧烷化合物包含在兩個外層(或三片、每片成單層產品的兩外片)中。業已發現，當將化學柔軟組分添加至薄頁紙產品的外層或外片時，它將是更加有效的。在外層中，季銨化合物和聚硅氧烷化合物的混合物起著增加本發明多片或成多層薄頁紙產品的柔軟度作用。參考圖1、2和3，用黑圈14示意地表示酯官能的季銨化合物，并且用填有S的圓圈22表示聚硅氧烷。在圖1、2和3中可以看出，大部分的季銨化合物14和聚硅氧烷化合物22分別包括在外層18和外片11中。
然而，另外還發現，同時包括季銨化合物和聚硅氧烷化合物將降低成多層的薄頁紙產品的抗掉毛性。因此，粘結劑材料用來控制掉毛，并增加抗張張度。優選粘結劑材料包含在本發明薄頁紙產品的內層(或三片產品的內片)和至少一個外層(或三片單層的產品的外片)中。更優選的是，大部分粘結劑材料包含在薄頁紙產品的內層(或三片產品的內片)中。參考圖1、2和3，由白圈13示意地表示永久和/或暫時濕強度粘結劑材料，由填有十字交叉的菱形21示意地表示干強度粘結劑材料。從圖1、2和3中可以看出，大部分的粘結劑材料13和21分別包含在內層19和內片12中。
將含酯官能的季銨化合物和聚硅氧烷化合物的化學柔軟組分與粘結劑材料相結合，得到的薄頁紙產品具有優異的柔軟度和抗掉毛性。選擇性地將大部分化學柔軟組分添加至薄頁紙的外層(或外片)將增加其效率。粘結劑材料通常分散在整個薄頁紙中以控制掉毛。然而，與化學柔軟組分一樣，粘結劑材料可選擇性地添加至最需要的地方。
常規壓榨的成多層的薄頁紙和這種紙的制造方法在本領域中是已知的。這樣的紙通常是通過將造紙配料沉積在帶孔成形網上而制得的。該成形網在本領域中經常被稱之為長網。一旦該配料沉積在成形網上，它就被稱為紙幅。通過將紙幅傳遞至脫水毛毯、壓榨該紙幅并在高溫干燥將紙幅脫水。根據剛描述的本發明的方法，制造紙幅的特定工藝和典型設備對本領域技術熟練人員是熟知的。在一典型的方法中，在加壓流漿箱中提供低濃度紙漿配料。流漿箱有一個開口，用于輸送一薄層紙漿配料沉積在長網上，以形成濕紙幅。然后借助真空脫水和壓榨操作進一步脫水(其中該紙幅經受相對的機械部件例如圓柱輥產生的壓力)，通常將該紙幅脫水至約7％-約25％(以總紙幅重為準)的纖維濃度。
然后，將脫水的紙幅在傳送過程中進一步壓榨，并通過本領域已知的蒸汽加熱烘缸裝置如楊克式烘缸(Yankee dryer)進行干燥。可通過機械裝置如相對的圓柱輥筒對紙幅加壓，而在楊克式烘缸上產生壓力。當紙幅對著楊克式烘缸壓榨時，還可以給它施加真空。可以使用多重楊克式烘缸輥筒，因此在輥筒之間的輔助壓榨為非強制性的。所形成的成多層的薄頁結構在下文被稱之為常規的、壓榨的、成多層薄頁紙結構。這樣的紙頁被認為是壓實的，這是由于整個紙幅在纖維尚濕時經受了相當大的機械壓榨力，并且隨后在處于壓縮狀態時進行干燥。
圖案致密的薄頁紙的特點在于，對于相對低纖維密度具有相對高松厚區以及對于相對高纖維密度具有致密區的排列。另外，高松厚區也被稱為枕區(pillow regions)。致密區也被稱為關節區(knuckle regions)。致密區可以是在高松厚區內不連續地彼此隔開的，或者可以是在高松厚區內或者是完全地或者是部分地連接的。圖案致密的薄頁紙幅的優選制造方法披露于Sanford和Sisson的US 3,301,746(1967年1月31日頒發)，Peter G.Ayers的US3,974,025(1976年8月10日頒發)，Paul D.Trokhan的US 4,191,609(1980年3月4日頒發)，Paul D.Trokhan的US 4,637,859(1987年1月20日頒發)，Wendt等人的US4942077(1990年7月7日頒發)，Hyland等人的歐洲專利公開號0617164A1(1994年9月28日公開)和Hermans等人的歐洲專利公開號0616074A1(1994年9月21日)中；所有這些文獻均在此引入作為參考。
通常，優選通過在帶孔成形網如長網上沉積造紙配料，以形成濕紙幅；然后將該紙幅相對一排支架并排放置而制得圖案致密的紙幅。將該紙幅相對一排支架進行壓榨，由此，在紙幅中在該排支架和濕紙幅之間相應的接觸點的位置，產生致密區。在該操作中沒被壓縮的紙幅的剩余部分被稱為高松厚區。通過使用液壓，如真空裝置或通風干燥器，該高松厚區還能進一步地被減密。以這樣的方式對該紙幅進行脫水和選擇地預干燥，以便基本上避免高松厚區的壓縮。這可優選地通過液壓，如利用真空裝置或通風干燥器，或另一方面通過將紙幅相對于其中高松厚區不被壓縮的一排支架進行機械壓縮而完成。可以將脫水操作、選擇的預干燥操作和致密區的成形操作結合或部分地結合，以減少所進行的總的加工處理步驟。在形成致密區、脫水和可有可無的預干燥后，將該紙幅完全干燥，優選仍避免機械壓榨。優選約8％-約55％的成多層的薄頁紙表面包含致密壓節(knuckle)，它具有至少為高松厚區密度125％的相對密度。
這排支架優選是具有壓節構圖布置壓印承載織物(imprinting carrierfabric)，該織物起著支架的作用，它將有助于在使用壓力下，形成致密區。壓節的圖案構成了上述所指的支架。壓印承載織物披露于Sanford和Sisson的US 3,301,746(1967年1月31日頒發)，Salvucci，Jr等人的US 3,821,068(1974年5月21日頒發)，Ayers的US 3,974,025(1976年8月10日頒發)，Friedberg等人的US 3,573,164(1971年3月30日頒發)，Amneus的US3,473,576(1969年10月21日頒發)，Trokhan的US4,239,065(1980年12月16日頒發)和Trokhan的US4,528,239(1985年7月9日頒發)中，所有這些在此引入作為參考。
優選將配料首先在帶孔成形載體如長網上形成濕紙幅。將該紙幅脫水并傳送至壓印織物。另一方面，可以一開始就將該配料沉積在還起著壓印織物作用的帶孔支承載體上。一旦成形后，就將該濕紙幅脫水并優選加熱預干燥至選定的纖維濃度，約40％和約80％之間。可用吸水箱或其它真空裝置或用通風干燥器進行脫水。壓印織物的關節壓印是在將紙幅完全干燥前壓印在如上所述的紙幅中。完成該操作的一種方法是通過使用機械壓力。例如，可通過對著干燥輥筒如楊克式烘缸的表面壓下壓料輥(niproll)來完成，壓料輥支撐壓印織物，其中該紙幅置于壓料輥和干燥筒之間。另外優選，在通過使用真空裝置如吸水箱或通風干燥器的液壓將紙幅完全干燥前，將它相對壓印織物進行壓制。可以在起始的脫水期間、在獨立的后來的處理段或它們的組合，使用液壓，以產生致密區的壓痕。
未壓實的無致密圖案的成多層的薄頁紙結構描述于Joseph L.Salvucci，Jr.和Peter N.Yiannos的US 3,812,000(1974年5月21日頒發)，Henry E.Becker，Albert L.McConnell和Richard Schutte的US4,208,459(1980年6月17日頒發)中，這兩篇專利在此引入作為參考。通常，未壓實的、無致密圖案的成多層的薄頁紙結構是通過如下方式制得將造紙配料沉積在帶孔成形網上如長網上以形成濕紙幅；將該紙幅瀝水并在沒有機械壓榨下除去附加的水份直到該紙幅具有至少80％的纖維濃度；以及將該紙幅起皺。借助真空脫水和熱干燥從紙幅中除去水。生成的結構是柔軟的但相對未壓實纖維的強度差的高松厚紙頁。粘結材料優選是在起皺前加至紙幅部分。
本發明的薄頁紙可用于需要柔軟、吸收性的薄頁紙產品的任何場合。本發明薄頁紙的特別有益的用途是衛生紙和面巾紙。
在本發明的方法中的第一步驟是形成含水造紙配料。該配料包含造紙纖維(下文中有時被稱為木漿)和至少一種酯官能的季銨化合物與粘結劑材料(永久或暫時濕強度粘結劑、和或任選的干強度粘結劑)以及一種潤濕劑的混合物，所有這些將在下文中描述。本發明方法的第二步是在薄頁紙起皺后，將聚硅氧烷和表面活性劑的溶液噴涂到干薄頁紙的至少一個表面。
圖4是生產柔軟起皺薄頁紙的本發明造紙工藝優選實施方案的示意圖。以下參考圖4，對這些優選的實施方案進行描述。
圖4是生產本發明紙頁優選的造紙機80的側視圖。參照圖4，造紙機80包括一分層的網前箱81(該網前箱81具有一個上腔室82、中腔室82b和底腔室83)、一個漿板(slice roof)84和長網85。長網繞著中心輥(breast roll)86、導流板(deflector)90、真空吸水箱91、伏輥(couch roll)92和數個轉向輥(turning roll)94組成一個環路。在操作中，一種造紙配料由上腔室82，第二種造紙配料由中腔室82b，第三種配料由底腔室83中泵出，并以上下的位置關系流出漿板84，流到長網85上在那里形成紙胚88(包括88a、88b和88c)。在長網上進行脫水，并借助導流板90和真空吸水箱91。當長網沿箭頭方向運行返回時，在其開始再次經過中心輥86前，由噴水器95對其進行清洗。在紙幅轉移區域93，紙胚88由于真空轉移吸水箱97的作用被轉移至多孔載體織物96上。載體織物96將紙幅轉移從轉移區93經真空脫水箱98，通過通風吹透預干燥器(blow-through predryer)100，并經過兩個轉向輥101，然后借助壓輥(pressure roll)102的作用轉移至楊克烘缸108上。當載體織物96經過另外的轉向輥101、噴啉器103和真空脫水箱105完成一圈時，對其進行清洗和脫水。經預干的紙幅借助由噴涂器109涂布的粘合劑粘合到楊克烘缸108的圓柱形表面。在蒸汽加熱的楊克烘缸108上并借助熱空氣完成干燥。熱空氣由圖中未示出的方法加熱并在干燥罩110中循環。然后紙幅由刮刀111從楊克烘缸上干起皺，起皺后紙幅稱為紙頁70(papersheet)。紙頁70包括烘缸一側的層71、中間層73和遠離烘缸一側的層75。紙頁70經過壓光輥112和113之間和卷軸15的圓周部分，然后在軸118的芯子117上繞成卷116。
將聚硅氧烷涂布到紙頁70上。在圖4的實施方案中，根據聚硅氧烷是涂布在薄頁紙的兩側或一側，將含有乳化的聚硅氧烷化合物的含水混合物由噴涂器124和125噴涂到紙頁70上。盡管圖4表明聚硅氧烷化合物噴涂到壓光輥上，但也可以在壓光輥112和113之后將聚硅氧烷化合物加入到干燥的紙頁70上。
仍參考圖4，紙頁70的烘缸側層71是由網前箱81的底腔室83泵出的配料形成的，并且這種配料直接涂布在長網85上，在長網上，其變成了紙胚88的88c層。紙頁70的中間層73是由從網前箱81的中腔室82b流出的配料形成的，這種配料在88c層上面形成88b層。紙頁70遠離烘缸的一側的層75是由從網前箱81的頂腔室82流出的配料形成的，這種配料在紙胚88的88b層之上形成88a層。雖然圖4表示具有網前箱81的造紙機80可適于制備三層的紙幅，但也可調整網前箱81以制備沒有成層、兩層或其它成多層紙幅。
此外，關于在圖4的造紙機80上制備包括本發明的紙頁70，長網85必須具有較細的篩孔，這些篩孔相對于短纖維配料的纖維的平均長度具有較小的半徑以便得到較好的成形。多孔載體織物96應當具有較細的篩孔，這些篩孔相對于長纖維配料的纖維的平均長度具有較小的孔徑以基本上避免紙胚的織物一側進入織物96的纖維絲間的空間。關于制備紙頁70的工藝條件，紙幅優選在起皺之前干燥至約80％，更優選95％的纖維濃度。
分析和測試方法保留在薄頁紙幅上的化學品量的分析能通過應用技術中任何可接受的方法來進行。例如，薄頁紙留著的酯官能的季銨化合物如二酯二油基二甲基氯化銨、二酯二牛脂二甲基氯化銨的量可通過用有機溶劑如二氯甲烷對酯官能的季銨化合物進行溶劑萃取，隨后用Dimidium Bromide Disulphine Blue混合指示劑進行陰離子/陽離子滴定而測定。該混合指示劑可從Gallard-Schlesinger Industries of Carle Place，NY，以產品#19189得到。聚硅氧烷化合物的含量的測量可通過用有機溶劑對油化合物進行萃取，然后用原子吸收光譜法測定萃取物中油化合物含量來測得。類似地，薄頁紙留著的多羥基化合物的量可以通過用溶劑對多羥基化合物的溶劑萃取而測定。在一些情況下，必需有另外一些步驟以從感興趣的多羥基化合物中除去干擾化合物。例如，Weibull溶劑萃取法使用一種鹽水溶液來掩蔽聚乙二醇中的非離子表面活性劑[Longman，G.F，洗滌劑和洗滌劑產品的分析(The Analysis of Detergentsand Detergent Products)Wiley，Interscience，New York，1975第312頁]。然后用光譜或色譜技術來分析多羥基化合物。例如，一般可以用硫氰鈷銨法(Ammoninm Cobaltothiocyanate method)來光譜分析具有至少6個環氧乙烷單元的化合物(Longman；G.F.，洗滌劑和洗滌劑產品分析，Wiley Interscience，New York，1975第346頁)。也可以使用氣相色譜技術來分離和分析多羥基類化合物。石墨化的聚(2、6-二苯基-對-亞苯基氧化物)氣相色譜柱已用于分離具有3-9個環氧乙烷單元的聚乙二醇(Alltech色譜目錄，第300號，第158頁)。
非離子表面活性劑的量如烷基苷，可以用色譜技術測定。Bruns報導了一種具有光散射檢測器的高效液相色譜法用以分析烷基苷[Bruns，A.，Waldhoff，H.，Winkle，W.，色譜(Chromatographia)，第27卷1989，第340頁]。超臨界液相色譜(SFC)技術也可用于烷基苷和有關物質的分析(Lafosse，M.，Rollin，P，Elfakir，C.，MorinAllory，L.，Martens，M.，Drenx，M.，“色譜雜志”Journal of Chromatography，第505卷，1990第191頁)。陰離子表面活性劑如線性烷基磺酸鹽可以由水萃取，然后滴定萃取物中的陰離子表面活性劑而測定。在某些情況下，在兩相滴定分析前，需要掩蔽線性烷基磺酸鹽中的干擾物質(Cross，J.，陰離子表面活性劑-化學分析，Dekker，New York 1977，第18、222頁)。淀粉的量可通過淀粉酶將淀粉水解成葡萄糖，然后比色分析測定葡萄糖含量而測得。對于這種淀粉分析，應當進行不含淀粉的紙的背景分析以減去由背景物質干擾產生的貢獻。這些方法是示例性的，并不排除其它可用于測定薄頁紙所含特定組分含量的方法。A、專家小組柔軟度理想的是，在柔軟度測試前，將待測的紙樣根據Tappi方法T 402 OM-88進行調節。在此，樣品在10-35％的相對濕度和在22-40℃內預調節24小時。經預調節后，該樣品在48-52％相對濕度和在22-24℃內進行調節24小時。
理想的是，柔軟度專家小組測試在恒定的溫度和濕度的房間中進行。若這不可行的話，所有樣品包括對比樣品應該在相同環境暴露條件下進行。
柔軟度測試是以成對比較的分式進行，這與“Manual on Sensory TestingMethods”(ASTM專家技術出版物434，由ASTM于1968年出版，引入作為參考)中所描述的方法類似。柔軟度是采用稱為成對差別試驗(PairedDifference Test)的主觀測試來評價的。該方法采用測試物質的一個外在標準。對于觸感感覺的柔軟度，放置兩個樣品而使試驗者不能看到樣品，并且要求試驗者根據其觸感的柔軟度從中選擇一個。測試結果以所謂“小組評分單位”(PSU)表示。關于柔軟度測試以得到以PSU表示的柔軟度數據，要進行許多柔軟度專家組測試。在每次測試中，要求10位熟練的柔軟度鑒定人比較評價3組成對樣品的相對柔軟度。每位鑒定人每次鑒定一對樣品每對中一個樣品標為X，另一個樣品為Y。簡而言之，對每個X樣品相對成對的Y樣品進行等級評定如下1、若判斷X可能比Y稍微柔軟，則為+1，若Y可能比X稍微柔軟，則為-1；2、若判斷X一定比Y要稍微柔軟則為+2，若Y肯定比X要稍微柔軟些，則為-2；3、若X比Y要柔軟一些，則為+3，若Y比X要柔軟一些，則為-3；4、若X比Y要柔軟許多，則為+4，若Y比X要柔軟許多，則為-4。
將等級平均，所得的值為PSU單位。所得數據認為是一專家小組的結果。若對多對樣品進行評定，則將所有對樣品對按成對統計分析的等級排序。然后，將等級按要求向上或向下移動一個值從而得到一個零PSU值，選擇該值的樣品為一個零基校準。其它樣品相對零基標準根據它們相對等級得到一個正或負值。所進行和平均的專家小組測試次數應使得0.2PSU代表主觀感覺的柔軟度的顯著差異。B.親水性(吸水能力)通常，薄頁紙的親水性是指薄頁紙用水濕潤的傾向。薄頁紙的親水性多少能通過測定干的薄頁紙被水完全濕潤所需時間而進行定量。該時間周期被稱為“濕潤時間”。為了提供一致和可重復的濕潤時間的測試，可以使用下述步驟測定濕潤時間首先，提供約4-3/8英寸×4-3/4英寸(約11.1cm×12cm)的薄頁紙結構的經調理的紙頁樣品(用于紙樣測試的環境條件為22-24℃和48-52％R.H，如在TAPPI法T402說明的)；其次，將該紙頁折成4個并置的1/4片，然后用手弄皺成直徑約0.75英寸(約1.9cm)至約1英寸(約2.5cm)的球(手或帶上干凈的塑料手套或用去脂洗滌劑如Dawn進行大量清洗)；第三將球狀紙頁置于22-24℃的裝于3升Pyrex玻璃燒杯的3升蒸餾水表面；應當注意的是此技術的所有的紙的測試均應在22-24℃和48-52％相對濕度的控制條件下進行。樣品球應在離水面不到1cm的位置仔細地置于水面。在球接觸水面時，同時打開定時器；第四步，當第一個球完全潤濕后放入第二個球。這可容易地通過紙完全潤濕時從干白色到暗灰色的顏色變化而注意到。當第五個球完全潤濕，關掉定時器，并讀取用時。
對于每個樣應當進行至少5組(每組5個球，共25個球)的測試。最終結果應當是計算的平均值和5組數據的平均偏差。測量單位是秒。進行5組(每組5個球，共25個球)后，必須換水。如果燒杯內壁注意到膜或殘留物，就應當對燒杯進行充分的清洗。
測量水吸收率的另一技術是通過墊沉降測量法(pad sink measurement)。將所要測量和對比的薄頁紙在22-24℃和48-52％相對濕度下(Tappi法T402OM-88)下至少調節24小時后，將一疊5-20張的薄頁紙切割成2.5-3.0英寸的尺寸。可以用模壓切割壓力機(dye cutting press)、常規的切紙機或激光切割技術進行切割。由于樣品的不可重復性，并具有潛在的紙張污染，所以手工剪刀切割并不優選。
紙樣堆切割之后，仔細地將其放在網眼樣品架上。該架的功能是將樣品放在水的表面并且產生最小的擾動。該架為圓環形，直徑約4.2英寸。它有5條相互平行的并且在網周邊與焊接點相接的直的均勻間隔的金屬絲。金屬絲之間的間距為約0.7英寸。該金屬絲網眼篩在將紙放于其表面時應當干凈并且干燥。容量3升的燒杯裝有3升穩定在22-24℃的蒸餾水。確保水面無波動和表面運動后，將裝有紙的篩仔細放在水面頂部上。在樣品浮在表面上后，使篩樣品架連續下降以使樣品架篩手柄鉤柱燒杯的邊。在這種方式下，篩網不干擾紙樣的水的吸收。在紙樣接觸到水面時，啟動定時器。當紙疊完全浸濕后，停止定時器。可容易地通過肉眼觀察這一現象，一旦完全浸濕后，紙從干白色向暗灰色過渡。一旦完全浸濕，立即停止定時器并記錄總的時間。這個總的時間是紙墊完全浸濕所需的時間。
對至少2個另外的薄頁紙墊重復這一步驟。在不換水的情況下，可以對不多于5疊紙進行測量，否則應倒掉水，然后用22-24℃的干凈水清洗燒杯，并裝滿燒杯。而且，若對新的樣品進行測試，應當總是將水換成干凈的起始狀態。對于給定樣品的最終時間值應當是3-5疊樣品測定的平均值和標準誤差。測量單位是秒。
當然，本發明薄頁紙具體例的親水特性可以在制造后立即測定。然而，在薄頁紙制得后的頭兩周內即紙制造后老化兩周，薄頁紙的疏水性將大大增加。于是，優選在兩周結束時測量濕潤時間。因此，在室溫老化兩周測得的濕潤時間被稱為“兩周濕潤時間”。也需要紙樣的任選老化條件以模擬長期貯存條件和/或紙樣品處于可能的苛刻溫度和濕度。例如所研究的紙樣處于49-82℃一小時至一年能模擬紙樣在商業中可能經受的潛在的苛刻暴露條件。另外，紙樣的壓熱處理能模擬紙在商業中可能經受的苛刻的老化條件。應當重申經過任何嚴格溫度試驗后，樣品必須在22-24℃和48-52％的相對濕度下再調節。所有的測試應當在控制的溫度和濕度的房間中進行。C.密度在此使用的術語薄頁紙的密度是由紙的定量除以厚度計算出的平均密度，并進行適當的單位轉換，轉化為g/cc。在此使用薄頁紙的厚度是當經受95g/英寸2(15.5g/cm2)壓縮負荷時紙的厚度。厚度用Thwing-Albert 89-II厚度測量儀(Thwing-Albert公司，Philadelphia，PA)測量。紙的定量一般是在8張厚的4×4英寸的紙墊上進行。該紙墊按照Tappi法T402OM-88進行預調理，然后測量重量，單位為克，精確到百分之一克。進行適當單位轉換所得的定量單位為磅/3000平方英尺。D.掉毛干掉毛使用Sutherland Rub測試儀、一片黑色的毛毯(由羊毛制成，厚2.4mm，密度為約0.2g/cc，可以零售織物商店如Hancock Fabric購得)、四磅的重物和亨特色度儀(Hunter Color meter)可測量干掉毛。Suther land測試儀是電機驅動的儀器，它能使已載重的樣品在靜止固定的試樣上來回運動。將黑色毛毯片附在四磅的重物上。將紙頁安放在薄紙板上(Crescent#300，得自Cordage of Cincinnati，OH.)。然后，測試儀將加重的毛毯在靜止的薄頁紙試樣上來回摩擦或移動5次。摩擦過程中的負荷為33.1克/平方厘米。在摩擦前后測量黑色毛毯的亨特色度L值。這兩個亨特讀數之差構成了干掉毛的量度。當然也可使用其它用于測量干掉毛的現有技術中已知的方法。濕掉毛測量薄頁紙試樣濕掉毛性的合適的方法描述于US 4950545(1990年8月21日授于Walter等人)中，在此引入作為參考。該方法主要包括，將薄頁紙試樣通過兩個鋼輥，鋼輥之一部分浸在水浴中。從薄頁紙試樣上掉的毛被轉移至水浴濕潤的鋼輥上。連續轉動的鋼輥使掉毛沉積于水浴中。回收掉毛然后計算。參見Walter等人的專利第5欄第45行至第6欄第27行。當然也可使用現有技術中其它用于測量濕掉毛的已知方法。
選擇性成分其它常用于造紙中的化學品能加至在此所述的化學柔軟組分或造紙配料中，只要它們不顯著地并相反地影響纖維材料的柔軟性、吸收能力和本發明酯官能的季銨化合物和聚硅氧烷柔軟化合物的柔軟增強作用。潤濕劑本發明可以包括以干纖維重量計約0.005％-約3.0％，優選約0.03％-約1.0％(重量)的作為任選組分的潤濕劑。多羥基化合物化學柔軟組分含有約0.01％-約3.00％重量、優選約0.01％-約1.00％重量的作為任選成分的水溶性多羥基化合物。
用于本發明的多羥基化合物的例子包括甘油、重均分子量約從約150-約800的聚甘油和重均分子量約從約200-約4000、優選約從約200-約1000、最佳約從約200-約600的聚乙二醇和聚丙二醇。特別優選的是重均分子量為約200-約600的聚乙二醇。也可使用上述多羥基化合物的混合物。例如，甘油和重均分子量約從200-1000、更優選約從200-600的聚乙二醇的混合物可用于本發明。優選，甘油與聚乙二醇的重量比從約10∶1至1∶10。
特別優選的多羥基化合物為重均分子量約400的聚乙二醇，該材料可從Connecticut，Danbury的聯合碳化物公司以商品名“PEG-400”購得。非離子表面活性劑(烷氧基化的物質)可以用作本發明的潤濕劑的合適的非離子表面活性劑包括脂肪醇、脂肪酸、脂肪胺等與環氧乙烷及任選地與環氧丙烷的加成產物。
下面描述的任何一種特定類型的烷氧基化的物質可以用作非離子表面活性劑。合適的化合物是有下列通式的基本上水溶性的表面活性劑R2-Y-(C2H4O)z-C2H4OH其中，固態和液態組合物的R2選自伯、仲及支鏈烷基和/或酰基烴基；伯、仲及支鏈的鏈烯烴基；以及伯、仲及支鏈的烷基及烯基取代的酚類烴基；所述的烴基具有約8-約20、優選約10-約18個碳原子的烴鏈長度。更優選的是，用于液態組合物的烴鏈長度約16-約18個碳原子，而用于固態組合物的烴鏈長度約10-約14個碳原子。對于此處的乙氧基化的非離子表面活性劑的通式來說，Y通常是-O-、-C(O)O-、-C(O)N(R)-或-C(O)N(R)R-，其中R2和R(如果存在)具有前面所給的意義，和/或R可以是氫，以及z至少約8、優選至少約10-11。當存在較少的乙氧基化的基團時，軟化劑組合物的性能及穩定性通常降低。
此處的非離子表面活性劑的特征在于約7-約20、優選約8-約15的HLB(親水親油平衡值)。當然，通過定義R2和乙氧基化基團的數目，通常可測定表面活性劑的HLB。然而，應該注意的是，本文所用的非離子型的乙氧基化的表面活性劑，用于濃縮液態組合物，含有相對長鏈的R2基團，并且是相當高度乙氧基化的。盡管短乙氧基化的基團的較短的烷基鏈的表面活性劑具有所希望的HLB，但是它們在本文并非是有效的。
下面列舉了非離子表面活性劑的例子。本發明的非離子表面活性劑并非限于這些實例。在這些實例中，整數定義了分子中乙氧基(EO)基團的數目。
線性烷氧基化的醇a.線性伯醇烷氧基化物具有HLB值在本文所描述的范圍內的正十六醇和止十八醇的癸、十一、十二、十四、十五乙氧基化物是本發明意義上的有用的潤濕劑。作為組合物的粘度/分散性改性劑的用于本發明的乙氧基化伯醇的例子有正-C18EO(10)及正-C10EO(11)。在“油酸”鏈長范圍內的混合的天然或合成的醇的乙氧基化物也可用于本發明中。這類物質的具體例子包括油醇-EO(11)、油醇-EO(18)及油醇-EO(25)。b.線性的仲醇烷氧基化物HLB值位于本文所描述的范圍內的3-十六醇、2-十八醇、4-二十醇和5-二十醇的十、十一、十二、十四、十五、十八及十九乙氧基化物均可用作本發明的潤濕劑。可以用作本發明的潤濕劑的乙氧基化的仲醇的例子是2-C16EO(11)、2C20EO(11)及2-C16EO(14)。線性的烷基苯氧基化的醇對于醇烷氧基化物來說，HLB位于本發明所描述的范圍內的烷氧基化的酚，尤其是一元的烷基酚的六到十八的乙氧基化物可用作本發明的組合物的粘度/分散性改性劑。對-十三烷基苯酚和間-十五烷基苯酚等的六到十八的乙氧基物化可用于本發明中。用作本發明的混合物的潤濕劑的乙氧基化烷基酚的例子是對-十三烷基苯酚EO(11)和對-十五烷基苯酚EO(18)。
本發明所用的且被本領域公知的非離子結構式中的亞苯基是含有2-4個碳原子的亞烷基的等價物。對于本發明的目的，含有亞苯基的非離子表面活性劑被認為含有等效的碳原子數。碳原子數為“將烷基中的碳原子數加上每個亞苯基約3.3個碳原子的和計算而得。
烯屬的烷氧基化物相應于前面所披露的那些的鏈烯醇類(包括伯和仲醇兩類)以及鏈烯基苯酚類可以被乙氧基化使它們的HLB在本文所描述的范圍內，用作本發明的潤濕劑。支鏈的烷氧基化物從公知的“OXO”方法得到的支鏈的伯及仲醇可以被乙氧基化，并可用作本發明的潤濕劑。
上面的乙氧基化的非離子表面活性劑可以單獨或組合地用于本發明的組合物中，“非離子表面活性劑”一詞包括混合的非離子表面活性劑。
表面活性劑的量，如果使用，優選是基于薄頁紙干纖維重量的約0.01％-約2.0％(重量比)。表面活性劑優選具有8個或8個以上碳原子的烷基鏈。陰離子表面活性劑的例子是線性的烷基磺酸鹽和烷基苯磺酸鹽。典型的非離子表面活性劑是包括烷基甙酯類的烷基甙類，如從Croda公司(紐約)買到的Crodesta SL-40；1977年3月8日授權于W.K.Langdon等人的美國專利號4,011,389中描述的烷基甙醚；以及烷基多乙氧基化的酯，如從Glyco化學品公司(格林威治，康涅狄格州)買到的Pegosperse 200 ML以及從RhonePoulenc公司(Cranbury，新澤西州)買到的IGEPAL RC-520。
上述選擇性化學添加劑只是舉例性的，并不意味著限制本發明的范圍。
下述實施例將闡述如何實施本發明，但并不意味著限制本發明。
實施例1本實施例的目的在于說明使用常規干燥和成層的造紙工藝來制備用兩種化學柔軟劑組合物、永久濕強度樹脂和干強度樹脂處理過的、柔軟的、吸收性的和抗掉毛的多片面巾紙的方法。一種化學柔軟體系(下文稱為第一化學柔軟劑)包括二酯二(輕度硬化)牛脂二甲基氯化銨(DEDTHDMAC)和聚乙二醇400(PEG-400)；另一體系(下文稱第二化學柔軟劑)包括氨基官能的、聚二甲基硅氧烷和用來抵消硅氧烷疏水性的合適潤濕劑。
在本發明的實施過程中使用工廠規模的S-wrap雙網成形造紙機。首先，第一種化學柔軟劑組分是固態的DEDTHDMAC和PEG-400的均勻預混物，其在約88℃(190°F)熔化。然后將熔融混合物分散在調節的水罐(66℃)中以形成亞微泡囊的分散體。用光學顯微技術測定泡囊分散體的顆粒大小。該顆粒大小從約0.1-1.0μm。制備第二種化學柔軟劑，先將氨基-聚二甲基硅氧烷(即CM 2266，GE Silicones of Waterford，NY銷售)水乳液與水混合，接著以硅氧烷與潤濕劑的重量比為2∶1的比例將其與潤濕劑(即Acconon，karlshamns USA，Inc.of Columbus，OH)滲混。
接著，在常規的碎漿機(repulper)中制備3％重量的北方軟木硫酸鹽纖維(NSK)的含水漿料。輕輕地精磨該NSK漿液并以總紙頁干纖維重量0.25％的比率將1％的永久性濕強度樹脂[即，Hercules Incorporated(Wilmington，DE)銷售的KymeneTM557LX]液添加至NSK漿管中。通過在線混合器(inline mixer)增強了永久濕強度樹脂在NSK纖維上的吸附作用。在扇形泵(fan pump)前，以總紙頁干纖維重量0.083％的比率將2％的干強度樹脂溶液[即，得自Hercules Incorporated(Wilmington，DE)的CMC]添加至NSK漿中。在扇形泵處將該NSK漿液稀釋至約0.2％的濃度。
第三步是，用常規的碎漿機制備3％重量的桉樹纖維的水懸浮液。在在線混合器之前，以總紙頁干纖維重量0.15％的比率將2％的第一種化學柔軟劑組合物溶液添加至桉樹漿管中。在扇形泵處將桉樹漿液稀釋至約0.2％的濃度。
將各自處理的料流(料流1＝100％NSK/料流2＝100％桉樹漿)分別通過網前箱并沉積至一長網上，從而形成含等量NSK和桉樹漿的兩層紙胚。通過長網脫水。該成形網為Lindsay，系列2164(由Lindsay wire Inc.，Florence，Miss.銷售)或類似設計。在遞紙位置，纖維濃度約8％時，將該濕紙胚從長網遞至常規毛毯上。通過壓榨和真空幫助的脫水進一步脫水，直至纖維濃度至少為35％為止。然后，將該紙幅附著于楊克式烘缸的表面使桉樹纖維層與楊克烘缸接觸。在用刮刀刀片對紙幅進行干起皺前，該纖維的濃度增至約96％。該刮刀刀片具有約16度的斜角，并相對于楊克式烘缸放置，以提供約85度的沖擊角；該楊克式烘缸以約1100mpm(米/分)(約3607英尺/分)的速度進行操作。干紙幅通過橡膠位于鋼之上的壓光區。將18％的第二種化學柔軟劑組合物均勻地噴涂到壓光系統位置較低的鋼輥上，其從鋼輥上以總紙頁千纖維0.15％的比率轉移到紙幅的桉樹層并且水分最少。干紙幅以880mpm(2860英尺/分)速度形成紙卷。
將紙幅制成每片成兩層的、雙片面巾紙，如圖1所示。該多片面巾紙的定量為約18#/3M平方英尺，含有約0.25％的永久濕強度樹脂，約0.083％的干強度樹脂，約0.15％的第一化學柔軟組合物和約0.15％第二化學柔軟組合物。重要的是，得到的多片薄頁紙是柔軟的、吸收性的，具有良好的抗掉毛性并適于用作面巾紙。
實施例2
本實施例的目的在于說明使用常規的干燥技術和成層的造紙技術制備用兩種化學柔軟劑組合物、永久的濕強度樹脂和干強度樹脂處理的、柔軟的、吸收性的和抗掉毛的多片面巾紙的方法。一種化學柔軟體系(下文稱為第一化學柔軟劑)包括二酯二(輕度硬化)牛脂二甲基硫酸甲酯銨(DEDTHTDMAC)和聚乙二醇400(PEG-400)；另一體系(下文稱第二化學柔軟劑)包括氨基官能的、聚二甲基硅氧烷和用來抵消硅氧烷疏水性的合適潤濕劑。
在本發明的實施過程中使用試驗規模的長網造紙機。第一種化學柔軟組分是固態的DEDTHTDMAC和PEG-400的均勻預混物，其在約88℃(190°F)熔化。然后將該熔融混合物分散在調節水罐(66℃)中，以形成亞微泡囊的分散體。使用光學顯微技術測定該泡囊分散體的顆粒大小。該顆粒大小約從0.1-1.0μm。制備第二種化學柔軟組分首先將氨基-聚二甲基硅氧烷(即CM2266，由GE Silicones of Waterfold，NY銷售)水乳液與水混合，然后以硅氧烷與潤濕劑為2∶1的比例將其與潤濕劑(即Neodol 25-12，Shell化學公司，Houston，TX銷售)摻混。
接著，在常規的碎漿機中制備3％重量的NSK含水漿料。輕柔地精磨該NSK漿液并以總紙頁干纖維重量0.2％的比率將1％的永久性濕強度樹脂[即，Hercules Incorporated(Wilmington，DE)銷售的KymeneTM557H]液添加至NSK漿管中。通過在線混合器增強了永久濕強度樹脂在NSK纖維上的吸附作用。在扇形泵前，以總紙頁干纖維重量0.05％的比率將0.25％的干強度樹脂[即，得自Hercules Incorporated(Wilmington，DE)的CMC]液添加至NSK漿中。在扇形泵處將該NSK漿液稀釋至約0.2％的濃度。
第三步是，用常規的碎漿機制備3％重量的桉樹纖維的含水漿料。以總紙頁干纖維重量0.05％的比率將1％的永久濕強度樹脂(即KymeneTM557H)添加至桉樹漿管中，然后，以總紙頁干纖維重量0.025％的比率添加0.25％的CMC溶液。在扇形泵之前，以總紙頁干纖維重量0.15％的比率將2％的第一種化學柔軟混合物溶液添加至桉樹漿管中。在扇形泵處將桉樹漿液稀釋至約0.2％的濃度。
將各自處理的料流(料流1＝100％NSK/料流2＝100％桉樹漿)分別通過網前箱并沉積至一長網上，從而形成含等量NSK和桉樹漿的兩層紙胚。通過長網以及通過導流板和真空吸水箱的幫助而脫水。該長網為分別具有每英寸軸向105根和橫向107根單絲的5-梭口、緞紋組織構型。在遞紙位置纖維濃度約8％時，將該濕紙胚從長網遞至常規的毛毯上。通過壓榨和真空幫助的脫水完成進一步脫水，直至纖維濃度至少為35％為止。然后將該紙幅附著至楊克式烘缸的表面使桉樹纖維層與楊克烘缸接觸。在用刮刀刀片對紙幅進行干起皺前，將該纖維的濃度增至約96％。該刮刀刀片具有約25度的斜角，并相對于楊克式烘缸裝置，以提供約81度的沖擊角；該楊克式烘缸以約800fpm(英尺/分)(約244m/min)的速度進行操作。將干紙幅通過橡膠位于鋼輥之上的壓光區。將15％的第二種化學柔軟劑組合物液均勻地噴涂到壓光系統位置較低的鋼輥上，其從鋼輥上以總紙頁干纖維0.15％的比率轉移到紙幅桉樹層并且水分量最少。干紙幅以650fpm(約198m/min)的速度形成紙卷。
將紙幅制成每片成兩層的、雙片面巾紙，如圖1所示。該多片面巾紙的定量為18#/3M平方英尺，含有約0.25％的永久濕強度樹脂，約0.075％的干強度樹脂、約0.15％的第一種化學柔軟混合物和約0.15％第二種化學柔軟混合物。重要的是，得到的多片薄頁紙是柔軟的、吸收性的，具有良好的抗掉毛性并適于用作面巾紙。
實施例3本實施例的目的在于說明使用通風干燥技術和成層的造紙技術制備用兩種化學柔軟劑組合物、永久的濕強度樹脂和干強度樹脂處理的、柔軟的、吸收性的和抗掉毛的多片面巾紙的方法。一種化學柔軟體系(下文稱第一種化學柔軟劑)包括二酯二(輕度硬化)牛脂二甲基氯化銨(DEDHTDMAC)和聚乙二醇400(PEG-400)；另一種化學柔軟體系由氨基官能聚二甲基硅氧烷和用來抵消硅氧烷疏水性的潤濕劑組成。
在本發明的實施過程中使用試驗規模的長網造紙機。第一種化學柔軟組分為固態的DHTDMAC和PEG-400的均勻預混物，其在約88℃(190°F)熔化。然后將該熔融混合物在調節水罐(66℃)中分散，以形成亞微泡囊的分散體。使用光學顯微技術測定該泡囊分散體的顆粒大小。該顆粒大小約從0.1-1.0μm。制備第二種化學柔軟劑先將氨基-聚二甲基硅氧烷(即CM2266，由GE Silicones of waterford，NY銷售)水乳液與水混合，然后以硅氧烷與潤濕劑為2∶1的比例將其混入潤濕劑中(即Neodol 25-12，由Shell化學公司，Houston，TX銷售)。
接著，在常規的碎漿機中制備3％重量的NSK含水漿料。輕柔地精磨該NSK漿液并以總紙頁干纖維重量0.75％的比率將2％的永久性濕強度樹脂[即，Hercules Incorporated(Wilmington，DE)銷售的KymeneTM557H]液添加至NSK漿管中。通過在線混合器增強了永久濕強度樹脂在NSK纖維上的吸附作用。在扇形泵前，以總紙頁干纖維重量0.2％的比率將1％的干強度樹脂[即，得自Hercules Incorporated(Wilmington，DE)的CMC]液添加至NSK漿中。在扇形泵處將該NSK漿液稀釋至約0.2％的濃度。
第三步是，用常規的碎漿機制備3％重量的桉樹纖維的含水漿料。以總紙頁干纖維重量0.2％的比率將2％的永久濕強度樹脂(即，KymeneTM557H)添加至桉樹漿管中，然后，以總紙頁干纖維重量0.05％的比率添加1％的CMC溶液。在扇形泵之前，以總紙頁干纖維重量0.2％的比率將2％的第一種化學柔軟組合物溶液添加至桉樹漿管中。在扇形泵處將桉樹漿液稀釋至約0.2％的濃度。
將各自處理的料流(料流1＝100％NSK/料流2＝100％桉樹漿)分別通過網前箱并沉積至一長網上，從而形成含等量NSK和桉樹漿的兩層紙胚。通過長網并助借助導流板和真空吸水箱脫水。該長網為分別具有每英寸機器方向105根和橫向107根單絲的5-梭口、緞紋組織構型。在遞紙位置纖維濃度約15％時，將該濕紙胚從長網遞至根據US4528239(1985年7月9日授予Trokhan)制得的感光聚合物帶上。通過真空幫助的脫水完成進一步脫水，直至纖維濃度為約28％為止。通過通風(air blow through)將構圖的紙幅預干燥至纖維濃度約65％(重量)。然后用含0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的噴霧起皺粘結劑將該紙幅附著至楊克式烘缸的表面。在用刮刀片對紙幅進行干起皺前，將該纖維的濃度增至約96％。該刮刀刀片具有約25度的斜角，并相對于楊克式烘缸裝置，以提供約81度的沖擊角；該楊克式烘缸以約800fpm(英尺/分)(約244m/min)的速度進行操作。將干紙幅通過橡膠位于鋼之上的壓光輥隙。將15％的第二種化學柔軟劑組合物溶液均勻地噴涂到壓光系統位置較低的鋼輥上，其從鋼輥上以總紙頁干纖維0.15％的比率轉移至桉樹層并且水分量最小。干紙幅以680fpm(約208m/min)的速度形成紙卷。
將紙幅制成每片成兩層的、雙片面巾紙，如圖1所示。該多片面巾紙的定量為20#/3M平方英尺，含有約0.95％的永久濕強度樹脂，約0.125％的干強度樹脂、和約0.25％的化學柔軟劑混合物。重要的是，得到的多片薄頁紙是柔軟的、吸收性的，具有良好的抗掉毛性并適于用作面巾紙。
實施例4
本實施例的目的在于說明使用常規干燥造紙技術來制備用兩種化學柔軟劑組合物、永久的濕強度樹脂和干強度樹脂處理的、柔軟的、吸收性的和抗掉毛的多片面巾紙的方法。一種化學柔軟體系(下文稱為第一化學柔軟劑)包括二酯二(輕度硬化)牛脂二甲基硫酸甲酯銨(DEDHTDMAC)和聚乙二醇400(PEG-400)；另一體系(下文稱第二化學柔軟劑)包括氨基官能的、聚二甲基硅氧烷和用來抵消硅氧烷疏水性的合適潤濕劑。
在本發明的實施過程中使用試驗規模的長網造紙機。第一種化學柔軟組分為固態的DHTDMAC和PEG-400的均勻預混物，其在約88℃(190°)熔化。然后將該熔融混合物在調節水罐(66℃)中分散，以形成亞微泡囊的分散體。使用光學顯微技術測定該泡囊分散體的顆粒大小。該顆粒大小約從0.1-1.0μm。制備第二種化學柔軟劑先將氨基-聚二甲基硅氧烷(即CM2266，由GE Silicones of waterford，NY銷售)水乳液與水混合，然后以硅氧烷與潤濕劑為2∶1的比例將其混入潤濕劑中(即Neodo125-12，由Shell化學公司，Houston，TX銷售)。
首先，在常規的碎漿機中制備3％重量的NSK含水漿料。以總紙頁干纖維重量0.25％的比率將1％的永久性濕強度樹脂[即，HerculesIncorporated(Wilmington，DE)銷售的KymeneTM557H]液添加至配料漿管中。在扇形泵前，以總紙頁干纖維重量0.05％的比率將0.25％的干強度樹脂[即，得自Hercules Incorporated(Wilmington，DE)的CMC]液添加至配料漿管中。在扇形泵處將該漿液稀釋至約0.2％的濃度。將處理的NSK料流沉積至一長網上，從而形成一單層紙胚。通過長網以及通過導流板和真空吸水箱的幫助而脫水。該長網為分別具有每英寸機器方向105根和橫向107根單絲的5-梭口、緞紋組織構型。在遞紙位置纖維濃度約8％時，將該濕紙胚從長網遞至常規的毛毯上。通過壓榨和真空幫助的脫水完成進一步脫水，直至纖維濃度至少為35％為止。然后將該紙幅附著至楊克式烘缸的表面。在用刮刀刀片對紙幅進行干起皺前，將該纖維的濃度增至約96％。該刮刀刀片具有約25度的斜角，并相對于楊克式烘缸裝置，以提供約81度的沖擊角；該楊克式烘缸以約800fpm(英尺/分)(約244m/min)的速度進行操作。干紙幅以650fpm(約200m/min)的速度形成紙卷。
第二步是，用常規的碎漿機制備3％重量的桉樹纖維的含水漿料。以總紙頁干纖維重量0.25％的比率將1％的永久濕強度樹脂(即，KymeneTM557H)添加至配料漿管中，然后，以總紙頁干纖維重量0.05％的比率添加0.25％的CMC溶液。在扇形泵之前，以總紙頁干纖維重量0.15％的比率將2％的第一種化學柔軟混合物溶液添加至配料漿管中。在扇形泵處將配料漿液稀釋至約0.2％的濃度。將處理的桉樹漿料流至一長網上，從而形成單層紙胚。通過長網以及通過導流板和真空吸水箱的幫助而脫水。該長網為分別具有每英寸機器方向105根和橫向107根單絲的5-梭口、緞紋組織構型。在遞紙位置纖維濃度約8％時，將該濕紙胚從長網遞至常規的毛毯上。通過壓榨和真空幫助的脫水完成進一步脫水，直至纖維濃度至少為35％為止。然后將該紙幅附著至楊克式烘缸的表面。在用刮刀刀片對紙幅進行干起皺前，將該纖維的濃度增至約96％。該刮刀刀片具有約25度的斜角，并相對于楊克式烘缸裝置，以提供約81度的沖擊角；該楊克式烘缸以約800fpm(英尺/分)(約244m/min)的速度進行操作。將干紙幅通過橡膠位于鋼之上的壓光輥隙。將15％的第二種化學柔軟劑組合物液均勻地噴涂到壓光系統位置較低的鋼輥上，以總紙頁干纖維0.15％的比率轉移至該紙幅上并且水分量最小。干紙幅以650fpm(約200m/min)的速度形成紙卷。
將紙幅制成3片的面巾紙，如圖2所示。柔軟的桉樹片在外層，強NSK片在內層。該多片面巾紙的定量為26#/3M平方英尺，含有約0.12％的永久濕強度樹脂，約0.033％的干強度樹脂、約0.10％的第一化學柔軟混合物和0.10％第二化學柔軟混合物。重要的是，得到的多片薄頁紙是柔軟的、吸收性的，具有良好的抗掉毛性并適用作面巾紙。
實施例5本實施例的目的在于說明使用通風干燥技術和成層的造紙技術制備用兩種化學柔軟劑組合物、暫時的濕強度樹脂和干強度樹脂處理的、柔軟的、吸收性的和抗掉毛的單片衛生紙的方法。一種化學柔軟體系(下文稱第一種化學柔軟劑)包括二酯二(輕度硬化)牛脂二甲基氯化銨(DEDHTDMAC)和聚乙二醇400(PEG-400)；另一種化學柔軟體系由氨基官能聚二甲基硅氧烷和用來抵消硅氧烷疏水性的潤濕劑組成。
在本發明的實施過程中使用試驗規模的長網造紙機。第一種化學柔軟組分為固態的DHTDMAC和PEG-400的均勻預混物，其在約88℃(190°F)熔化。然后將該熔融混合物在調節水罐(66℃)中分散，以形成亞微泡囊的分散體。使用光學顯微技術測定該泡囊分散體的顆粒大小。該顆粒大小約從0.1-1.0μm。制備第二種化學柔軟劑先將氨基-聚二甲基硅氧烷(即CM2266，由GE Silicones of waterford，NY銷售)水乳液與水混合，然后以硅氧烷與潤濕劑為2∶1的比例將其混入潤濕劑中(即Neodol 25-12，由Shell化學公司，Houston，TX銷售)。
接著，在常規的碎漿機中制備3％重量的NSK含水漿料。輕柔地精磨該NSK漿液并以總紙頁干纖維重量0.4％的比率將2％的暫時濕強度樹脂(即National Starch 78-0080，國家淀粉化學品公司，紐約，NY)液添加至NSK漿管中。通過在線混合器增強了暫時濕度樹脂在NSK纖維上的附著作用。在扇形泵處將該NSK漿液稀釋至約0.2％的濃度。
第三步是，用常規的碎漿機制備3％重量的桉樹纖維的含水漿料。在在線混合器前，以總紙頁干纖維重量0.3％的比率將2％的第一種化學柔軟混合物液添加至桉樹漿管中，然后，以總紙頁干纖重量0.25％的比率添加1％的CMC溶液。將桉樹漿分成兩相同的料流，并在扇形泵處稀釋至約0.2％的濃度。
將各自處理的料流(料流1＝100％NSK/料流2和3＝100％桉樹漿)分別通過網前箱并沉積至一長網上，從而形成含30％NSK和70％桉樹漿的三層紙胚。成形的紙幅如圖3所示，按樹在外層，NSK在內層。通過長網以及通過導流板和真空吸水箱的幫助而脫水。該長網為5-梭口、84M構型。在遞紙位置纖維濃度約15％時，將該濕紙胚從長網遞至44×33 5A干燥/壓印織物上。通過真空幫助的脫水完成進一步脫水，直至纖維濃度為約28％為止。通風將構圖的紙幅預干燥至65％(重量)濃度。然后用含0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的噴霧起皺粘合劑將該紙幅附著至楊克式烘缸的表面。在用刮刀刀片對紙幅進行干起皺前，將該纖維的濃度增至約96％。該刮刀刀片具有約25度的斜角，并相對于楊克式烘缸放置，以提供約81度的沖擊角；該楊克式烘缸以約800fpm(英尺/分)(約244m/min)的速度進行操作。將干紙幅通過橡膠位于鋼輥之上的壓光輥隙。將15％的第二種化學柔軟劑組合物液均勻地噴涂到壓光系統位置較低的鋼輥上，其從鋼輥上以總紙頁干纖維0.15％的比率轉移至桉樹層并且水分量最小。干幅紙以680fpm(208n/min)的速度形成紙卷。
將紙幅制成三層、單片的衛生紙。該單片衛生紙的定量為18#/3M平方英尺，含有約0.4％的暫時濕強度樹脂，約0.25％的干強度樹脂、約0.30％的第一種化學柔軟混合物和約0.15％的第二種化學柔軟混合物。重要的是，得到的單片薄頁紙是柔軟的、吸收性的，具有良好的抗掉毛性并適于用作衛生紙。
權利要求
1.一種薄頁紙產品，其特征在于包括(a)造紙纖維；(b)0.01％-3.0％的酯官能的季銨化合物；(c)0.01％-3.0％的聚硅氧烷化合物；和(d)0.01％-3.0％的粘合材料，其為濕強度粘結劑和/或干強度粘結劑，優選為濕強度粘結劑和干強度粘結劑。
2.如權利要求1的薄頁紙產品，包括至少有兩片，其中所述每片含有至少兩疊加的層，即內層和與所述內層連接的外層；其中所述的薄頁紙產品含有兩個并置的片，所述的片在所述薄頁紙中是這樣排列的，使得所述的每片的外層形成所述薄頁紙的暴露表面，所述片的每個所述的內層朝著所述薄頁紙產品的里面布置。
3.如權利要求2的多層薄頁紙產品，其中大部分酯官能的季銨化合物和大部分聚硅氧烷包含在所述的至少一個外層中，優選包括在兩個外層中。
4.如權利要求2或3的多層薄頁紙產品，其中大部分粘結劑包含在至少一個所述的內層中。
5.如權利要求2-4之一的多層薄頁紙產品，其中所述的兩個內層均含有平均長度至少約2.0mm的相對較長的造紙纖維，其中所述的兩個外層均含有平均長度約在0.2mm和1.5mm之間相對較短的造紙纖維，其中所述的內層優選含有軟木纖維，最優選北方軟木硫酸鹽纖維，所述的外層優選含有硬木纖維，最優選為桉樹纖維。
6.如權利要求1-5之一的薄頁紙產品，其中所述的濕強度粘結劑是選自聚酰胺-表氯醇樹脂、聚丙烯酰胺樹脂以及它們的混合物，優選聚酰胺-表氯醇樹脂的永久濕強度粘結劑；或選自陽離子雙醛淀粉基樹脂、雙醛淀粉樹脂及其混合物，優選陽離子雙醛淀粉基樹脂的暫時濕強度粘結劑；并且其中所述的干強度粘結劑選自羧甲基纖維素樹脂、淀粉基樹脂、聚丙烯酰胺樹脂、聚乙烯醇樹脂及其混合物，優選羧甲基纖維素樹脂。
7.如權利要求1-6之一的薄頁紙產品，其中酯官能的季銨化合物具有下述結構
或
其中每個R2取代基為C1-C6烷基或烴基、芐基及其混合物，優選為甲基；每個R1取代基為C12-C22烴基或取代的烴基及其混合物，優選為C16-C18烷基或鏈烯基；每個R3取代基為C11-C21烴基或取代的烴基及其混合物，優選為C15-C17烷基或鏈烯基；Y是-O-C(O)-或-C(O)-O-或-NH-C(O)或-C(O)-NH-或其混合物，優選為-O-C(O)-或-C(O)-O-；n為1-4；且X-是合適的陰離子，優選為X-氯離子、硫酸甲酯。
8.如權利要求1-6之一的薄頁紙產品，其中酯官能的季銨化合物具有下述結構
其中每個R2為C1-C4烷基或羥烷基、芐基及其混合物，優選為甲基；每個R3取代基為C11-C21烴基或取代的烴基及其混合物，優選為C15-C17烷基或鏈烯基；Y是-O-C(O)-或-C(O)-O-或-NH-C(O)或-C(O)-NH-或其混合物，優選為-O-C(O)-或-C(O)-O-；且X-是合適的陰離子，優選為氯離子、硫酸甲酯。
9.如權利要求1-8之一的薄頁紙產品，其中所述的聚硅氧烷為具有氫鍵官能團的聚二甲基硅氧烷，所述的氫鍵官能團選自氨基、羧基、羥基、醚、聚醚、醛、酮、酰胺、酯和硫羥基，優選是氨基官能團，所述的氫鍵官能團以20％或更小，優選10％或更小，最優選1.0％-5％的摩爾百分取代度存在，所述的聚硅氧烷的粘度為25-約20,000,000厘沲或更大。
10.如權利要求1-9之一的薄頁紙產品，其中所述的酯官能的季銨化合物是二酯二(輕度硬化)牛脂二甲基氯化銨或硫酸甲酯銨，所述的聚硅氧烷化合物為具有氨基官能的聚硅氧烷化合物，所述的暫時濕強度樹脂是陽離子淀粉樹脂，并且所述的干強度樹脂是羧甲基纖維素樹脂。
全文摘要
本發明公開一種包括雙組分化學柔軟劑組合物和粘結劑材料(永久或暫時濕強度粘結劑,和/或干強度粘結劑)的薄頁紙產品。該雙組分化學柔軟組合物包括酯官能的季銨化合物和聚硅氧烷化合物。優選的酯官能的季銨化合物包括二酯二烷基二甲基銨鹽如二酯二(輕度硬化)牛脂二甲基氯化銨和/或二(氫化)牛脂二甲基氯化銨。優選的聚硅氧烷包括氨基官能的聚二甲基硅氧烷,其中小于10(摩爾)百分比的聚合物側鏈包括氨基官能團。
文檔編號D21H17/00GK1184515SQ96193955
公開日1998年6月10日 申請日期1996年5月16日 優先權日1995年5月17日
發明者保羅·D·特羅克漢, 迪安·V·費恩, 沃德·W·奧斯滕多夫, 喬爾·K·蒙蒂思, 巴特·S·赫斯科, 羅伯特·S·安普斯基 申請人:普羅克特和甘保爾公司