УЛУЧШЕННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ПРОКЛЕЙКА БУМАГИ
IMPROVED SURFACE SIZING OF PAPER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к поверхностной проклейке бумажных изделий, включая высокосортную бумагу и облицовочный картон. Также раскрываются композиции клеильного пресса, бумажные композиции, на которые наносятся композиции клеильного пресса, и способы получения проклеенных бумажных изделий.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проклейка бумаги направлена на способность бумаги удерживать жидкости или на предотвращение проникновения таких жидкостей вовнутрь или через бумагу. Как правило, жидкость, которая удерживается, представляет собой воду. Соединения, которые предназначены для увеличения удерживания жидкостей, называются проклеивающими веществами. В отдельных случаях определенный тип проклеивающего вещества относится, например, к масляному проклеивающему веществу. Для рассмотрения подходящей проклейки см. Principles of Wet End Chemistry, William E. Scott, Tappi Press (1996), Атланта, ISBN 0-89852-286-2. Значения проклейки являются определенными для используемого испытания.
В производстве бумаги и отделке или переработке бумаги проклеивающее вещество зачастую используется для обеспечения желаемых характеристик, необходимых для конечного бумажного изделия. Проклейка или способность к проклейке является мерой сопротивления промышленной бумаги или бумажно-картонной продукции к проникновению или смачиванию жидкостью на водной основе, которой может быть вода. Проклеивающие вещества представляют собой внутренние добавки, используемые при производстве бумаги, или внешние добавки, используемые в качестве веществ для обработки поверхностей при отделке или переработке бумаги, что увеличивает данное сопротивление.
Производство бумаги может осуществляться при кислых, нейтральных или щелочных рН условиях, а выбор проклеивающего вещества обычно зависит от используемого значения рН. Например, при кислых условиях производства бумаги используются проклеивающие вещества, полученные из смолы. При щелочных рН условиях, которые широко используются в промышленных областях применения высокосортной бумаги, типичные проклеивающие вещества включают димеры алкилкетена или алкенилкетена или ангидриды кислот, такие как ангидриды алкенилянтарной кислоты.
Проклеивающее вещество может быть добавлено к облицовочному картону или бумаге вторичной переработки в клеильном прессе на бумагоделательной машине. Проклейка зачастую достигается путем добавления катионного полимерного латекса, такого как латекс полимера стирола и акриловых мономеров. Клеильный пресс, как правило, содержит растворенный крахмал, проклеивающее вещество и другие добавки. рН клеильного пресса в тех случаях когда используются катионные латексы, обычно находится между 4,5 и 5,5. При более высоких значениях рН, влияние катионных проклеивающих веществ на улучшение проклейки гораздо менее эффективно. Реакционноспособные проклеивающие вещества также могут быть использованы для проклейки бумаги, при этом они более эффективны при рН клеильного пресса выше 6,0. Реакционноспособные проклеивающие вещества не используются в широких масштабах для проклейки материалов облицовочного картона, однако, они уменьшают коэффициент трения и угол скольжения бумаги.
Современная технология, направленная на обеспечение поверхностной проклейки облицовочного картона, или линия переработки картонной бумаги основываются на применении катионного латекса или смоляного проклеивающего вещества. Эффективность проклейки является средней, и существует возможность для существенного ее улучшения. Проклейка, как правило, осуществляется при рН значительно ниже 7, как правило, примерно при рН 5,5. Как известно, реакционноспособные проклеивающие вещества обеспечивают более эффективную проклейку при использовании в клеильном прессе при проклейке "высокосортной бумаги", то есть бумаги для печатающих и писчих устройств. Однако, как отмечалось выше, использование реакционноспособных проклеивающих веществ в области применения облицовочного картона ограничено из-за отрицательного воздействия таких проклеивающих веществ на коэффициент трения готового картона.
Таким образом, в технологии проклейки для изготовления бумаги требуются улучшенные способы получения проклеенных бумажных изделий.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к композициям клеильного пресса для использования в проклейке бумаги или облицовочного картона. Композиции содержат, по меньшей мере, одно нереакционноспособное катионное поверхностное проклеивающее вещество, по меньшей мере, одно реакционноспособное проклеивающее вещество, по меньшей мере, одну усиливающую смолу, по меньшей мере, одно связующее, и воду. Изобретение также относится к бумаге или облицовочному картону, которые проклеиваются композицией клеильного пресса, и к способу получения бумаги или облицовочного картона, проклеенных композицией клеильного пресса.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один вариант изобретения охватывает проклеивающую композицию, содержащую:
(а) по меньшей мере, одно нереакционноспособное поверхностное проклеивающее вещество,
(б) по меньшей мере, одно реакционноспособное проклеивающее вещество,
(в) по меньшей мере, одну усиливающую смолу и
(г) воду.
Компоненты (а), (б) и (в) представляют собой реакционноспособные компоненты, причем компонент (а) присутствует в композиции в количестве от примерно 30 до примерно 95 мас.% в пересчете на общую массу реакционноспособных компонентов ((а), (б) и (в)), и, в основном, от примерно 60 до примерно 80 мас.% в пересчете на общую массу реакционноспособных компонентов ((а), (б) и (в)). Компонент (б) присутствует в композиции в количестве от примерно 5 до примерно 70 мас.% в пересчете на общую массу реакционноспособных компонентов, и, в основном, от примерно 20 до примерно 40 мас.% в пересчете на общую массу реакционноспособных компонентов ((а),
(б) и (в)), а компонент (в) присутствует в композиции в количестве от примерно 2 до примерно 20 мас.% в пересчете на общую массу реакционноспособных компонентов, и, в основном, от примерно 5 до примерно 15 мас.% в пересчете на общую массу реакционноспособных компонентов ((а), (б) и (в)). Композиция используется в составе проклеивающего вещества для проклейки бумаги.
Другой вариант изобретения предусматривает композицию клеильного пресса, которая содержит проклеивающую композицию, описанную выше, и дополнительно включает, по меньшей мере, одно связующее (компонент (д)). По меньшей мере, одно связующее (д) присутствует в композиции клеильного пресса в количестве от примерно 2 до примерно 12 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, и, в основном, от примерно 6 до примерно 10 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса. Композиция клеильного пресса содержит от примерно 0,15 до примерно 1 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, по меньшей мере, одного нереакционноспособного катионного поверхностного проклеивающего вещества (а). Композиция клеильного пресса содержит от примерно 0,025 до примерно 0,8 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, по меньшей мере, одного реакционноспособного проклеивающего вещества (б), и содержит от примерно 0,01 до примерно 0,2 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, по меньшей мере, одной усиливающей смолы
(в). Более предпочтительно, композиция клеильного пресса содержит от примерно 0,3 до примерно 0,85 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, по меньшей мере, одного нереакционноспособного катионного поверхностного проклеивающего вещества (а), от примерно 0,1 до примерно 0,45 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, по меньшей мере, одного реакционноспособного проклеивающего вещества (б), и от примерно 0,025 до примерно 0,16 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, по меньшей мере, одной усиливающей смолы (в).
Другие варианты изобретения охватывают бумажную композицию, содержащую бумагу, которая была проклеена описанной выше композицией клеильного пресса. Бумажная композиция имеет значение проклейки более 20 сек, определяемое испытанием проклейки по методу фирмы Геркулес (ИПГ). Значения проклейки являются определенными для используемого испытания, при этом ИПГ (метод Т530 Ассоциации целлюлозно-бумажной промышленности) более подробно описывается в нижеприведенных примерах. Бумажную композицию изготавливают путем нанесения описанной выше композиции клеильного пресса на бумагу при использовании клеильного пресса.
В тех случаях когда для использования в облицовочном картоне реакционноспособное проклеивающее вещество комбинируется с нереакционноспособным проклеивающим веществом, они оба должны быть уравновешены, в результате чего достигается достаточная проклейка без потери большого усилия трения. Как отмечалось выше, реакционноспособное проклеивающее вещество может обеспечивать хорошую проклейку облицовочного картона, но оно имеет и свои недостатки, поскольку трение уменьшается. Однако реакционноспособное проклеивающее вещество гораздо менее эффективно, по мере того, как значение рН состава клеильного пресса опускается ниже 7, которое требуется для хорошей производительности со стороны катионных нереакционноспособных проклеивающих веществ. Как правило, реакционноспособные проклеивающие вещества наиболее эффективны при рН выше 7. Неожиданно заявителями было обнаружено, что при использовании комбинации реакционноспособного и нереакционноспособного проклеивающих веществ результаты могут быть улучшены путем добавления, по меньшей мере, одной усиливающей смолы, в результате чего состав клеильного пресса может быть использован при рН ниже примерно 6. По меньшей мере, одна усиливающая смола дает возможность нереакционноспособному проклеивающему веществу(ам) функционировать при оптимальном диапазоне рН ниже 6, при данном дополнительном допущении реакционноспособное проклеивающее вещество эффективно при таком более низком рН диапазоне. Результат является неожиданным, поскольку реакционноспособные проклеивающие вещества, как известно из уровня техники, плохо функционируют при рН диапазонах ниже 6. Помимо всего прочего, заявители обнаружили, что, по меньшей мере, одна усиливающая смола неожиданно улучшала рабочие параметры, по меньшей мере, одного нереакционноспособного проклеивающего вещества, даже в тех случаях, когда реакционноспособное проклеивающее вещество не присутствовало, что демонстрирует то, что усиливающая смола повышает эффективность как реакционноспособного, так и нереакционноспособного проклеивающих веществ.

Как правило, по меньшей мере, одно нереакционноспособное катионное поверхностное проклеивающее вещество (компонент (а)) представляет собой полимер в форме дисперсии, эмульсии или латекса. Дзета-потенциал полимера является положительным при рН ниже примерно 6, при этом полимер имеет исходную температуру стеклования, лежащую в диапазоне от примерно 10 до примерно 80°С. Неограничивающие примеры полимеров включают полимеры на основе стирола и акрилатов, или их комбинаций. Один из таких полимеров представляет собой статистический сополимер 57 мас.% стирола и 38 мас.% т-бутилакрилата, полученный способом свободно-радикальной эмульсионной полимеризации и имеющий катионную природу, приобретенную путем включения в полимер третьего мономера, который является катионным, такой как диметиламинопропилакриламид. Полимер также может представлять собой комбинацию акриловых мономеров, такую как описано в патенте US 5169886. Нереакционноспособные катионные поверхностные проклеивающие вещества, как правило, обеспечивают проклейку по отношению к бумаге при их добавлении до содержания, по меньшей мере, 0,05% в пересчете на сухое вещество в бумаге, и, в основном, до содержания, по меньшей мере, 0,1% в пересчете на сухое вещество в бумаге. Примеры нереакционноспособных катионных поверхностных проклеивающих веществ включают Giulini Pergluten К532, BASF Basoplast PR8262, EKA SP CE28 и Hercules Incorporated impress ST 830.
По меньшей мере, одно реакционноспособное проклеивающее вещество (компонент (б)), как правило, представляет собой димер алкилкетена или ангидрид алкилянтарной кислоты и, как правило, находится в форме водной дисперсии, эмульсии или латекса. Димеры алкилкетена имеют формулу диалкилзамещенного пропиолактонового кольца:
1
кольцо
2,
K-СН=(СОС(=0)СН)-R
1
2
6
24
где R и R - насыщенный или ненасыщенный от С до C углеводородный радикал или циклоалкильный, содержащий, по меньшей мере, 6 атомов углерода, или арильный, аралкильный или алкарильный углеводородный радикал. Димеры алкилкетена включают димеры децил-, додецил-, тетрадецил-, гексадецил-, октадецил-, эйкозил-, докозил-, тетракозил-, циклогексил-, фенил-, бензил- и нафтилкетена. Также они включают димеры алкилкетена, полученные из пальмитолеиновой кислоты, олеиновой кислоты, рицинолеиновой кислоты, линолевой кислоты, миристолеиновой кислоты и элеостеариновой кислоты. Другие примеры приемлемых димеров алкилкетена можно найти в патентах US 6207258 и US 6162328, содержания которых включены в настоящее описание в качестве ссылки.

По меньшей мере, одна усиливающая смола (компонент (в)) может представлять собой любое химическое вещество, которое усиливает реакционноспособные и нереакционноспособные проклеивающие вещества. Как правило, усиливающими смолами являются катионные полимеры и сополимеры, изготовленные из диметилдиаллиламмонийхлоридного (ДМДААХ), метилалкилаллиламмонийхлоридного или диаллиламмонийхлоридного (ДААХ) мономеров. Другие пригодные усилители включают полимеры, такие как полиаминоамидные смолы, включая полиаминоамид-эпихлоргидриновую смолу, и поли(диметилдиаллиламмонийхлорид). Коммерческие примеры  включают продукт линии Kymene от фирмы Hercules Incorporated. Другие примеры усилителей можно найти в патентах US 7270727, US 4478682, US 4278794, US 4317756, US 5470742 и US 6554961, содержания которых включены в настоящее описание в качестве ссылки. Предложенная проклеивающая композиция содержит компоненты (а), (б) и (в) и воду (г), с компонентами (а), (б) и (в), являющимися активными компонентами. Компонент (а) присутствует в композиции в количестве от примерно 30 до примерно 95 мас.% в пересчете на общую массу активных компонентов, компонент (б) присутствует в количестве от примерно 5 до примерно 70 мас.% в пересчете на общую массу активных компонентов, и компонент (с) присутствует в количестве от примерно 2 до примерно 20 мас.% в пересчете на общую массу активных компонентов. Эта композиция используется в качестве проклеивающего состава для использования в проклейке бумаги или облицовочного картона. Содержание сухого вещества проклеивающей композиции может лежать в диапазоне от примерно 5% до примерно 45%.
Композиция клеильного пресса, которая может быть нанесена на бумагу или облицовочный картон в клеильном прессе, содержит компоненты (а)-(г), которые являются такими же, как в проклеивающей композиции, описанной выше, и, по меньшей мере, одно связующее (компонент (д)). По меньшей мере, одно связующее присутствует в количестве от примерно 2 до примерно 12 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, а, по меньшей мере, одно нереакционноспособное катионное поверхностное проклеивающее вещество (компонент (а)) присутствует в количестве от примерно 0,15 до примерно 1 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса. Компоненты (б) и (в) присутствуют в композиции клеильного пресса в такой же пропорции с компонентом (а), как описано выше. Как правило, компонент (а) присутствует в количестве от примерно 0,15 до примерно 1 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, компонент (б) присутствует в количестве от примерно 0,025 до примерно 0,8 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса, и компонент (в) присутствует в количестве от примерно 0,01 до примерно 0,2 мас.% в пересчете на общую массу композиции клеильного пресса. Содержание сухого вещества может варьироваться от примерно 2% до 12%.
Как правило, композиция клеильного пресса наносится на бумагу или облицовочный картон в количестве от примерно 40 до примерно 120 фунтов на тонну бумаги, в пересчете на общую сухую массу компонентов (а), (б), (в) и (д), и, более обычно, от примерно 60 до примерно 100 фунтов на тонну бумаги, в пересчете на общую сухую массу компонентов (а), (б), (в) и (д).
По меньшей мере, одним связующим (компонентом (д)), как правило, является крахмал или поливиниловый спирт или их комбинация. Крахмал может быть катионным, окисленным, этилированным, амфотерным, гидрофобно-модифицированным, а также любым другим типом модифицированного крахмала. Крахмалы могут быть получены из кукурузы, пшеницы, картофеля, тапиока, риса и других источников крахмала. Источник крахмала не ограничивается при условии, что он подходит для обработки бумаги или облицовочного картона, и может быть растворен в воде и нанесен на бумагу или облицовочный картон. Как правило, крахмалы имеют пониженные вязкости, в результате чего в клеильном прессе могут быть использованы растворы, содержащие более примерно 6% сухого крахмала. Композиция клеильного пресса также может содержать другие компоненты, включая соли, наполнители, пеногасители, биоциды, красители, краски, воски, оптические отбеливатели и комбинацию этих компонентов.
Композиция клеильного пресса наносится на бумагу в устройстве клеильного пресса либо в бумагоделательной машине (внутри машины), либо в отдельном устройстве клеильного пресса (вне машины). Проклейка бумаги, как правило, имеет значение, составляющее более 20 сек, и, даже более обычно, более 100 сек, определяемое испытанием проклейки по методу фирмы Геркулес (ИПГ). Более высокие значения ИПГ отражают большую проклейку. Как правило, композиция клеильного пресса имеет рН ниже примерно 6, и температуру - от примерно 0 до примерно 70°С, в основном, от примерно 45 до примерно 70°С.
Бумажная подложка, которая проклеивается проклеивающей композицией по изобретению, может содержать целлюлозу на основе древесины от дефибрерной древесной массы до химически беленой древесины или целлюлозу не на основе древесины или сочетание целлюлоз. Кроме того, целлюлоза может быть получена полностью или частично из бумаги вторичной переработки и бумажных изделий. Целлюлоза может содержать любую синтетическую целлюлозу. Целлюлоза может представлять собой любую комбинацию целлюлозы таких типов, как целлюлоза из лиственной древесины и целлюлоза из хвойной древесины, или целлюлозу определенного типа из такой древесины, как эвкалипт. Целлюлоза может представлять собой дефибрерную древесную массу, механическую древесную массу, химически или термически обработанную целлюлозу, крафт-целлюлозу, сульфитную целлюлозу или синтетическую целлюлозу или любую другую широко известную целлюлозу, используемую в бумажной промышленности. Бумага может содержать или может не содержать неорганические наполнители, такие как карбонат кальция или глина, а также может содержать или может не содержать органические наполнители, проклеивающие вещества и другие добавки, добавляемые в мокрую часть бумагоделательной машины. Бумага также может содержать добавки для повышения прочности, добавки для повышения удерживаемости, внутренние проклеивающие вещества и другие широко известные добавки к бумаге, такие как алюминий.
Что касается проклеенной бумаги, то, по меньшей мере, одно нереакционноспособное катионное поверхностное проклеивающее вещество (компонент (а)) присутствует в бумаге исходя из сухого веса в количестве более примерно 0,05 мас.% в пересчете на массу бумаги, по меньшей мере, одно реакционноспособное проклеивающее вещество (компонента (б)) присутствует в бумаге в количестве более примерно 0,02 мас.% в пересчете на массу бумаги, и, по меньшей мере, одна усиливающая смола (компонент (в)) присутствует в бумаге в количестве более примерно 0,005 мас.% в пересчете на массу бумаги.
Изобретение применимо для проклеивающей обработки одной или обеих сторон бумаги или отделочного картона. В тех случаях когда обрабатывается только одна сторона, все вышеуказанные значения, относящиеся к бумаге, будут составлять половину приведенных значений.
Готовая бумага может содержать и другие добавки, включенные в состав бумаги или нанесенные вместе с проклеивающей композицией для поверхностной обработки или отдельно от проклеивающей композиции для поверхностной обработки. Подходящими добавками являются добавки, которые используются в бумаге. Они включают в качестве неограничивающих примеров следующие: неорганические и органические наполнители, такие как глина или полые сферические пигменты; оптические отбеливатели, которые также известны под наименованием флуорисцентные осветляющие вспомогательные средства; пигменты; красители; добавки для повышения прочности, такие как полиамидоамины; полимеры, усиливающие адгезию, такие, как стирол-акриловые латексы и полимеры на основе стирола и малеинового ангидрида; воски и неорганические соли, такие как хлорид натрия и хлорид кальция.
2
2
Способы нанесения композиции клеильного пресса на бумагу или облицовочный картон не ограничиваются, если достигается равномерное контролируемое нанесение. Обработка может быть выполнена на бумаге, изготовленной на бумагоделательной машине и затем высушенной только частично, или может быть выполнена на бумагоделательной машине на высушенной бумаге, или обработка может быть выполнена отдельно от бумагоделательной машины на бумаге, которая была получена, высушена и транспортирована. Типичным способом является способ для бумаги, подлежащей изготовлению при использовании бумагоделательной машины и частично высушенной. Проклеивающая обработка затем наносится при использовании клеильного пресса бумагоделательной машины. Затем бумага снова сушится. Бумага может быть дополнительно модифицирована путем каландрования. Изобретение также применимо к производству других видов бумаги, где для получения проклейки используются катионные латексные проклеивающие вещества, и где клеильный пресс работает при рН ниже 7. Применимыми сортами бумаги являются сорта бумаги с плотностью от примерно 50 до 350 г/м, более предпочтительно, от примерно 70 до 250 г/м.
Примеры
Примеры, приведенные ниже, представлены только с целью иллюстрации и не ограничивают объем притязаний изобретения.
В настоящем изобретении проклейка и проклеивающие вещества определяются относительно способности удерживать водный раствор типографской краски, используемый в испытании проклейки по методу фирмы Геркулес. Это испытание охарактеризовано ниже. Проклейка также определяется с помощью испытания по методу Кобба, которое описано ниже.
Испытание проклейки по методу фирмы Геркулес
Перечень различных испытаний проклейки можно найти в The Handbook of Pulping and Paper-making, под ред. Christopher J. Biermann, Academic Press (1996), Сан-Диего, ISBN 0-12-097362-6; и Properties of Paper: An Introduction, под ред. William E. Scott и James C. Abbott Tappi Press (1995), Атланта, ISBN 0-89852-062-2. Испытание проклейки по методу фирмы Геркулес (ИПГ), используемое в представленных примерах, описывается при помощи метода Т530 Ассоциации целлюлозно-бумажной промышленности. Для получения конечных результатов испытаний, представленных в настоящем описании, в качестве проникающей жидкости используют раствор, содержащий 1% нафталинового зеленого красителя и 1% муравьиной кислоты. Конечную точку испытания устанавливают при достижении 80%-ной отражающей способности.
Испытание по методу Кобба
2
Испытание по методу Кобба измеряет проклейку путем измерения количества воды, поглощенной образцом бумаги за определенное время, когда бумага проходит между металлическим кольцом и пластиной. Бумагу площадью 100 см подвергают воздействию 100 мл воды с высоты 1 см. Перед испытанием бумагу вырезают (примерно 12,5×12,5 см) и взвешивают. Для испытаний воду удерживают на бумаге в течение одной минуты. После сливания воды кольцо быстро убирают, и образец помещают смоченной стороной на лист промокательной бумаги. Второй лист промокательной бумаги помещают на верхнюю часть образца, и ручным валиком 10 кг прокатывают по бумагам один раз вперед, а затем назад. Необходимо проявлять осторожность, чтобы не оказывать давления на ролик. Образец бумаги удаляют с промокательных бумаг и заново взвешивают. Результаты демонстрируют количество воды в граммах, поглощенное на квадратный метр бумаги. Полное описание испытания и оборудования для испытания являются доступными от Gurley Precision Instruments (см. http://www.gpi-test.com/cobb.htm).
Приготовление образцов
Образцы бумаги для приведенных ниже примеров приготавливают либо при использовании лабораторного метода либо при использовании автоматизированной бумагоделательной машины. В настоящем описании представлены общие методики. Конкретные особенности приведены для каждого примера.
2
Для лабораторного метода основу бумаги приготавливают заранее на промышленной или автоматизированной бумагоделательной машине. Бумагу изготавливают без какой-либо обработки в клеильном прессе, т.е. на поверхность сформировавшейся бумаги не наносят крахмал, проклеивающее вещество или другие добавки. Целлюлозу, используемую для изготовления бумаги, изготавливают из потока бумаги, изготовленной из бумажных отходов. Плотность бумаги составляет 139 г/м, а значение ИПГ проклейки составляет 5 сек. Как только, бумага изготовлена и высушена, ее хранят на складе для последующего использования. Для экспериментов, описанных в настоящем описании, бумагу обрабатывают в исследовательском центре фирмы Геркулес при использовании лабораторного настольного клеильного пресса, снабженного клеильной ванной.
Состав клеильного пресса приготавливают путем растворения крахмала в течение 45 минут при 95°С, охлаждения, выдерживания крахмала при 65°С. Для отдельных экспериментов, по мере необходимости, рН крахмала регулируют. К крахмалу добавляют другие добавки, описанные в каждом примере, и рН регулируют еще раз. Затем раствор крахмала по-прежнему при 65°С используют для обработки бумаги. Для каждой используемой основы бумаги определяют количество раствора, абсорбированного при прохождении через валы, и исходя их этого задаются дополнительные значения.
Клеильный пресс состоит из упорядоченных в горизонтальном положении десяти дюймовых стянутых валов, один - покрытый слоем резины, а другой - металлический, через которые пропускают бумагу. Ванну клеильного пресса для обработки закрепляют при помощи валиков и перегородок на верхней стороне валов. Валы скреплены друг с другом с атмосферным давлением 14 фунтов. Для обеспечения контролируемой и однородной степени обработки бумагу, проходящую через ванну, фактически тянут с помощью валов и через валы. Бумаге дают возможность усесться в течение 30 сек и затем второй раз пропускают через клеильный пресс.
Степень обработки регулируют концентрацией обрабатывающих химических веществ в растворе для обработки, представляющем собой раствор растворенного крахмала, содержащий другие добавки. После второго пропускания через клеильный пресс бумага была захвачена двумя валиками, расположенными ниже, и сразу же высушена в сушильном барабане при 210°F (99°С). Бумагу сушат до достижения примерно 3-5% уровня содержания влаги. После высыхания каждый образец испытывают на влажность путем выдерживания при комнатной температуре в течение пяти дней (если образец содержал реакционноспособное проклеивающее вещество), и, по меньшей мере, один день (если образец не содержал реакционноспособное проклеивающее вещество).
2
Другие образцы, используемые в нижеприведенных примерах, приготавливают на автоматизированной бумагоделательной машины от фирмы Геркулес. Бумагу изготавливают при аналогичных условиях, описанных выше, для основы листов. Поток состава бумаги представляет собой комбинацию в основном повторно используемой картонной бумаги с примерно 25% повторно используемой журнальной бумаги и 15% повторно используемой газетной бумаги. Целлюлозную массу измельчают до степени помола 350 CSF (Canadian Standart Freeness). Примерно 0,75% в пересчете на конечную бумажную массу составляет катионного крахмала, добавленного в мокрую часть бумагоделательной машины. Плотность бумаги составляет 138 г/м, а толщина бумаги - 8,8 мкм.
В бумагоделательной машине, за первой секцией сушки размещают клеильный пресс, затем другую секцию сушки, а затем группу каландровых валов. Обрабатывающие составы по настоящему изобретению наносят на бумагу в клеильном прессе. Используют форму ванны клеильного пресса. В форме ванны жидкий раствор обрабатывающей композиции клеильного пресса помещают вдоль валов, выполняющих функцию валиков, через которые пропускается бумага, т.е. бумага пропускается через ванну и валы. Процесс автоматизированной машины повторяет процесс большой бумагоделательной машины. Как и в случае лабораторных исследований, раствор приготовленного (растворенного) крахмала используют в качестве носителя для обрабатывающих реагентов.
Пример 1
(Сравнение - реакционноспособных и нереакционноспособных проклеивающих веществ без усиливающей смолы)

При использовании настольного клеильного пресса, описанного выше, образцы бумаги имеют поверхность, проклеенную двумя различными катионными латексами, и такими же латексами, каждый из которых комбинирован с проклеивающим веществом. Окисленный кукурузный крахмал используют в качестве основного компонента клеильного пресса. Его используют в виде 10%-ного раствора, при этом, конечное поглощение бумаги составляет 61,5%, это означает, что готовая бумага содержит 6,15 г крахмала на 100 г бумаги. Величина содержания добавки проклеивающего вещества в готовой бумаге приведена в таблице 1, представленной ниже. Раствор клеильного пресса удерживают при рН около 6. Образцы также обрабатывают в тех случаях, когда рН в клеильном прессе имеет более низкое значение. Добавочное реакционноспособное проклеивающее вещество представляет собой поверхностное проклеивающее вещество марки Hercules impress ST900, которое представляет собой димерную эмульсию, содержащую жидкий димер на основе ненасыщенной жирной кислоты.
ТАБЛИЦА 1
Образец
Латекс
рН клеильно-го пресса
Содержание латекса (%)
Содержание реакционноспособного проклеивающего вещества (%)
Значения испытания ИПГ (сек)
Значения испытания Кобба за 1 мин (г/м<sup>2</sup>)
1
нет
7,0
нет
нет
2
145
2
А
6,0
0,1
нет
112
88
3
А
6,0
0,08
0,02
221
39
4
А
4,8
0,1
нет
301
29
5
А
4,8
0,08
0,02
336
25
6
Б
6,0
0,1
нет
111
107
7
Б
6,0
0,08
0,02
212
40
8
Б
4,7
0,1
нет
221
70
9
Б
4,7
0,08
0,02
245
31
Латекс A=Giulini Pergluten K532, Латекс Б=Eka SP CE28
Качество проклейки (по данным ИПГ) и того и другого латексных образцов улучшалось по мере того как рН снижали. Более высокие значения ИПГ отображают большую проклейку. Наряду с этим значения за одну минуту испытания Кобба более низкие. Более низкие значения испытания Кобба отображают большую проклейку. При рН 6 добавление реакционноспособного проклеивающего вещества в навеску любого латексного проклеивающего вещества обеспечивало довольно значительное увеличение проклейки, как это видно по более высоким значениям испытания ИПГ и более низким значениям испытания Кобба. Однако при рН 4,8 или 4,7 изменение проклейки при добавлении реакционноспособного проклеивающего вещества значительно меньше. При более низком значении рН результаты являются стабильными при уменьшении процентного содержания реакционноспособных проклеивающих веществ. Даже если при более низком значении рН реакционноспособное проклеивающее вещество менее эффективно, он немного усиливает проклеивающую способность в отличие от использования только катионного латекса.
Пример 2
(реакционноспособные и нереакционноспособные проклеивающие вещества с и без усиливающей смолы)
Снова используют такие же условия, как в Примере 1. Поглощение бумаги снова составляет 61,5%. Используют бумагу, пропитанную полимерный латексом, аналогичным латексом и реакционноспособным проклеивающим веществом, и аналогичным латексом и реакционноспособным проклеивающим веществом плюс усиливающая смола. Результаты приведены в таблице 2.
ТАБЛИЦА 2
Образец
Латекс
рН клеильного пресса
Содержание латекса (%)
Содержание реакционноспособного проклеивающего вещества (%)
Содержание усиливающей смолы (%)
Значения испытания ИПГ (сек)
1
нет
7,0
нет
нет
18
2
А
5,0
0,1
нет
нет
227
3
А
5,0
0,1
0,02
нет
318
4
А
5,0
0,1
0,02
0,005
432
Латекс А=Giulini Pergluten K532, Усиливающая смола=П(ДМДААХ)
Добавление реакционноспособного проклеивающего вещества улучшало пропитку в отличие от использования только полимерного латекса. Добавление небольшого количества усиливающей смолы в образце 4 на удивление привело к относительно большому увеличению значения проклейки при использовании испытания ИПГ.
Пример 3
(реакционноспособные и нереакционноспособные проклеивающие вещества с усиливающей смолой)

Такой же эксперимент, как показано в Примере 2, только по отдельности добавляют различные соединения, которые могут использоваться в качестве усиливающей смолы. Содержание усиливающей смолы в бумаге в каждом случае составляет 0,005%. Латекс представляет собой Pergluten К.532 и его добавляют в клеильный пресс в таком количестве, чтобы достичь 0,1% содержания в бумаге. Реакционноспособное проклеивающее вещество impress ST900 добавляют в таком количестве, чтобы достичь 0,02% содержания в бумаге (см. таблицу 3).
ТАБЛИЦА 3
Усиливающая смола
рН клеильного пресса
Значения испытания ИПГ (сек)
Значения испытания Кобба за 1 мин(г/м<sup>2</sup>)
Нет
5,0
318
32
Усиливающая смола А
5,0
432
33
Усиливающая смола Б
5,0
321
32
Усиливающая смола В
5,0
414
24
Усиливающая смола Г
5.0
402
24
Усиливающая смола Д
5,0
351
29
Усиливающая смола А=поли(диметилдиаллиламмонийхлорид).
Усиливающая смола Б=терполимер диметилдиаллиламмонийхлорида, акриловой кислоты и диаллиламингидрохлорида.
Усиливающая смола В=полиамидоамин, продаваемый в промышленных масштабах под названием Kymene 557H усиливающая смола.
Усиливающая смола Г=полиамидоамин, продаваемая в промышленных масштабах под названием Kymene 736 усиливающая смолы.
Усиливающая смола Д=полимер, образованный из диметиламинопропиламина и эпихлоргидрина.

Все усиливающие смолы до некоторой степени обеспечивали увеличение проклейки. Определенные усиливающие смолы обеспечивали значительное увеличение проклейки ИПГ, а другие оказывали значительное влияние на проклейку Кобба. В частности, реакционноспособные проклеивающие вещества, Kymene 557H влагостойкая смола и Kymene 736, оказывали влияние на улучшение проклейки по данным испытания Кобба.
Пример 4
(реакционноспособные и нереакционноспособные проклеивающие вещества с усиливающей смолой)

Эксперимент аналогичен Примеру 2, только добавляют различные количественные содержания усиливающей смолы и проклеивающего вещества. Латекс снова представляет собой Pergluten K532, добавляемый в количестве 0,1%, а реакционноспособный проклеивающий агент снова представляет собой impress ST900. рН клеильного пресса в каждом случае составляет 5,0. Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4
Содержание реакционноспособного проклеивающего вещества (%)
Усиливающая смола
Значения испытания ИПГ (сек)
Нет
Нет
213
0,02
Нет
243
0,02
0,005% П(ДМДААХ)
282
0,02
0,0075% П(ДМДААХ)
341
0,02
0,010% П(ДМДААХ)
362
0,02
0,005% Е-5131 усиливающая смола
309
0,02
0,0075% Е-5131 усиливающая смола
271
0,02
0,0075% Kymene 557H
347
0,02
0,0075% Kymene 736
469
0,035
Нет
385
0,035
0,009% П(ДМДААХ)
532
0,035
0,013% П(ДМДААХ)
550
0,035
0,013% Е-5131 усиливающая смола
407
0,035
0,013% Kymene 557H
540
0,035
0,013% Kymene 736
460

Kymene 557H влагостойкая смола и Kymene 736 представляют собой промышленные диметиламинопропиламин-эпихлоргидриновые добавки для повышения прочности от фирмы Hercules Incorporated. Е-5131 представляет собой дициандиамид на основе промышленной катионной усиливающей смолы от фирмы Hercules Incorporated.
При более низком содержании реакционноспособного проклеивающего вещества увеличение содержания полидиметилдиаллиламмонийхлорида (П(ДМДААХ)) способствует увеличению значения проклейки. Повышение содержания реакционноспособного проклеивающего вещества также обеспечивает большую проклейку. При более высоком содержании реакционноспособного проклеивающего вещества все усиливающие смолы по-прежнему способствуют увеличению проклейки.
Пример 5
(реакционноспособные и нереакционноспособные проклеивающие вещества с и без усиливающей смолы)
Снова осуществляют аналогичный эксперимент. Различные латексные проклеивающие вещества испытывают с impress ST900 реакционноспособным проклеивающим веществом и с и без полидиметилдиаллиламмонийхлоридной (П(ДМДААХ)) усиливающей смолы. Результаты представлены в таблице 5. Во всех случаях рН клеильного пресса составляет 5,0, а содержание добавленного латекса в готовой бумаге составляет 0,15% в пересчете на сухую массу основы. Содержание реакционноспособного проклеивающего вещества, добавленного в каждый образец, в готовой бумаге составляет 0,03% в пересчете на сухую массу основы.
ТАБЛИЦА 5
Латекс
Проклеивающее вещество
Усиливающая смола
Значения испытания ИПГ (сек)
Нет
нет
нет
20
А
нет
нет
394
А
да
нет
516
А
да
да
619
Б
нет
нет
377
Б
да
нет
492
Б
нет
да
617
В
нет
нет
589
В
да
нет
506
В
да
да
675
Г
нет
нет
425
Г
да
нет
491
Г
да
да
631
Латекс А=Basoplast PR8367.
Латекс Б=Eka SP CE28.
Латекс В=Giulini Pergluten K532.
Латекс Г=Hercules impress ST830 поверхностное проклеивающее вещество.
Составы четырех различных полимерных латексных проклеивающих веществ, улучшающих рабочие характеристики в отличие от латекса, используемого в одиночку, или латекса с реакционноспособным проклеивающим веществом, получают путем добавления относительно низкого содержания усиливающей смолы.
Пример 6
(нереакционноспособные проклеивающие вещества с и без усиливающей смолы)
Осуществляют аналогичный эксперимент, в котором катионный латекс испытывают с и без реакционноспособной проклеивающей усиливающей смолы, но не добавляют реакционноспособное проклеивающее вещество. Клеильный пресс был запущен при двух различных значениях рН. Во всех случаях в качестве катионного латекса используют Pergluten K532 и добавляют его в таком количественном содержании, чтобы достичь 0,1% содержания в готовой бумаге. Также используют различные усиливающие смолы и различные содержания усиливающих смол. Результаты приведены в таблице 6.
ТАБЛИЦА 6
Усиливающая смола
Содержание усиливающей смолы (%)
рН клеильного пресса
Значения испытания ИПГ (сек)
Нет
нет
5,0
136
П(ДМДААХ)
0,005
4,9
155
П(ДМДААХ)
0,015
5,0
243
П(ДМДААХ)
0,025
4,9
322
Kymene<sup></sup> 25XL
0,005
5,0
186
Kymene 25XL
0,015
5,0
220
Kymene 25XL
0,025
5.0
245
Нет
нет
7,0
83
П(ДМДААХ)
0,005
7,0
323
П(ДМДААХ)
0,015
7,0
202
Kymene 25XL
0,005
7,0
161
Kymene 25XL
0,015
6,9
170
Kymene 25XL представляет собой катионную промышленную полиамидоамин-эпихлоргидриновую добавку для повышения прочности бумаги от фирмы Hercules Incorporated.
Довольно удивительно, что добавление небольших количественных содержаний реакционноспособной проклеивающей усиливающей смолы увеличивает проклейку, полученную при использовании катионного латекса. Усиливающая смола при использовании ее в аналогичном количественном содержании, но без катионного латекса, не обеспечивает увеличение проклейки по отношению к бумаге.
Пример 7
(автоматизированная бумагоделательная машина и предварительно смешанные составы (премиксы))
Автоматизированную бумагоделательную машину используют для оценки образцов описанным выше образом. Образцы были следующими:

1) 100 г катионного Латекса А (31% сухого вещества) смешивают с 33,7 г imPress ST900 проклеивающего вещества. Соотношение полимера к димеру составляло 4:1.

2) 100 г катионного Латекса А смешивают с 33,7 г imPress ST900 и 9,69 г 20% раствора П(ДМДААХ) в воде. Соотношение полимера к димеру к усиливающим смолам составляло 16:4:1.

3) 306,7 г катионного Латекса Б (31% сухого вещества) смешивают с 100 г г imPress ST900 проклеивающего вещества. Соотношение полимера к димеру составляло 4:1.

4) 306,7 г катионного Латекса Б смешивают с 100 г imрress ST900 и 28,8 г 20% раствора П(ДМДААХ) в воде. Соотношение полимера к димеру к усиливающим смолам составляло 16:4:1.
Каждый образец добавляют в крахмальный раствор, содержащий примерно 8% окисленного крахмала. Испытывают растворы клеильного пресса, доведенные до различных значений рН. Условия клеильного пресса регулируют, чтобы обеспечить 3,5% добавление крахмала к бумаге и 0,15% содержание пропитывающих премиксов на основе активного вещества (содержание сухого вещества из латекса плюс содержание димера в реакционноспособном проклеивающем веществе плюс содержание усиливающей смолы). Проклеивающие смеси сравнивают с катионными латексными образцами, добавленными в таком же количестве до достижения 0,15% содержания в бумаге.
В таблице 7 приведены результаты проклейки.
ТАБЛИЦА 7
Проклеивающая смесь
рН клеильного пресса
Значения испытания ИПГ (сек)
Значения испытания Кобба за 1 мин (г/м<sup>2</sup>)
Латекс А
6,0
388
30
Премикс 1
6,0
461
29
Премикс 2
6,0
506
26
Латекс Б
6,0
218
29
Латекс Б
7,0
159
47
Премикс 3
6,0
367
27
Премикс 3
7,0
425
24
Премикс 4
6.0
618
23
Премикс 4
7,0
723
22
Латекс А=Basoplast PR8367.
Латекс Б=Eka SP CE28.
Получают результаты, аналогичные результатам исследований, полученных при использовании настольного клеильного пресса. Добавление проклеивающего вещества к катионному латексу улучшает проклейку, а дополнительное добавление усиливающей смолы обеспечивает еще большее увеличение проклейки. Только один Латекс А дает значение в 388 сек в испытании ИПГ, тогда как при использовании димера в навеске любого латекса проклейка составляла 461 сек, а при использовании усиливающей смолы она составила 506 сек. Образцы обрабатывались при использовании клеильного пресса при рН 6.
Проклейка катионного латекса Б снижалась по мере того как значение рН раствора клеильного пресса увеличивалось от 6,0 до 7,0. В тех случаях когда реакционноспособное проклеивающее вещество присутствовало в одном из латексов, проклейка улучшалась при рН 6 и рН 7. Однако улучшение было большим при рН 7. В тех случаях, когда и проклеивающее вещество и усиливающая смола присутствовали в латексе, проклейка по-прежнему улучшалась больше всего при рН 7, но без усиливающей смолы проклейка при рН 6 улучшалась гораздо больше, чем проклейка при рН 6.
Результаты проклейки, измеренные с помощью испытания Кобба, полностью согласуются с результатами испытания ИПГ.
Результаты в Примере 7 показывают, что катионный латекс, реакционноспособная проклеивающая эмульсия и усиливающая смола могут быть предварительно смешаны.
Предшествующее описание иллюстрирует и описывает настоящего изобретение. Кроме того, изобретение описывает предпочтительные варианты. Следует понимать, что изменения и модификации, в объеме изобретения, предложенного в настоящем описании, в соответствии с вышеупомянутыми идеями и/или решениями или сведениями, относящимися к данному уровню техники, рассматриваются как часть изобретения. Варианты, охарактеризованные выше в настоящем описании, также предназначаются для иллюстрации лучших режимов, известных из практической части настоящего изобретения, а также предоставляют возможность другим специалистам в данной области техники использовать данное изобретение в представленных или других вариантах, и с различной модификацией, в зависимости от конкретных случаев применения или использования, описанных в настоящем описании. Таким образом, описание не предназначено для ограничения изобретения, раскрытого в настоящем описании. Кроме того, предполагается, что формула изобретения может быть истолкована как включающая альтернативные варианты.
Все публикации, патенты и заявки на патент, цитируемые в настоящем описании, представлены в качестве ссылки, и для любых и всех целей, как если бы каждая отдельная публикация, патент или заявка на патент были особым образом и отдельно указаны, они будут включены в качестве ссылки. В случае несоответствия, настоящее изобретение будет преобладать.
Термин "включающий" и его грамматические варианты используются в неограничивающем смысле, как "имеющий" или "включающий", а не в исключительном смысле - "состоящий только из". Термины, указанные в единственном числе и во множественном числе, при использовании в данном описании понимаются как охватывающие множественное число и единственное число.