Композиция
Композиция предназначена для улучшения мягкости бумажной продукции. Композиция включает: (i) масло, жир или воск; (ii) по меньшей мере один неионный сурфактант; (iii) по меньшей мере одно анионное соединение, выбранное из анионных микрочастиц и анионных ПАВ; (iv) по меньшей мере один полимер, который является катионным, неионным или амфотерным, где неионное ПАВ добавлено в количестве от примерно 60 до 1000 массовых частей на 100 массовых частей полимера. Композицию используют в способе изготовления бумаги (варианты). Способ включает добавление указанной композиции к целлюлозной суспензии или к влажному или сухому бумажному полотну. Техническим результатом является повышение качества бумажной продукции за счет улучшения ее мягкости, низкого сопротивления прорыву, высокой скорости смачивания и снижения энергии превращения в волокнистую массу. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 табл.
Изобретение относится к композиции, используемой для улучшения мягкости бумажной продукции. Изобретение относится также к процессу изготовления бумаги, в котором композицию добавляют к целлюлозной суспензии или наносят на влажное или сухое бумажное полотно. Композиция включает масло, воск или жир, по меньшей мере один катионный, амфотерный или неионный полимер, анионное соединение, выбранное из анионных поверхностно-активных веществ (ПАВ) и анионных микрочастиц, и один или несколько неионных ПАВ.
Предпосылки создания изобретения
Бумажные полотна или бумажные листы, обычно называемые тканями или полотнами бумажной ткани, широко используются для бумажных полотенец, салфеток, бумажных носовых платков и туалетной бумаги. Важными характеристиками для таких бумажных изделий являются мягкость, поглощающая способность и прочность. Ведется постоянная работа по улучшению каждой из этих характеристик без серьезного ухудшения других.
Обычные прессованные бумажные ткани и способы изготовления такой бумаги хорошо известны из практики. Такую бумагу обычно изготавливают путем дренирования и формования целлюлозной суспензии на проволочной сетке. Целлюлозная суспензия обычно содержится в напорном ящике до того, как она осаждается на сетке Фурдриньера для образования бумажного полотна. Затем бумажное полотно обычно обезвоживают вакуумным обезвоживанием и дополнительно сушат операциями прессования, при которых полотно подвергают давлению, развиваемому противостоящими механическими элементами, например цилиндрическими валками или протяжно-зажимным прессом. Затем обезвоженное полотно дополнительно прессуют и сушат в паровом барабанном аппарате, известном в практике как барабан Янки.
Обычный бумажный пух и способы изготовления такой бумаги хорошо известны в практике. Такую бумагу обычно делают путем изготовления бумажного листа на сетке Фурдриньера и последующих прессования и сушки бумажного листа в кипах или на вальцах. Затем сухую бумагу превращают в волокнистую массу, используя молотковую мельницу или игольчатый дефиберизатор для образования пуха. Типичными изделиями, изготавливаемыми из пуха, являются пеленки и гигиенические изделия для женщин. Пух может также использоваться для изготовления бумажных изделий способом укладки воздухом.
Мягкость является тактильным ощущением, испытываемым потребителем, держащим конкретное изделие, трущим им кожу или мнущим его в руках. Мягкость листа может быть достигнута механическими средствами. Например, лист может быть каландрирован, чтобы сделать более плоскими гребешки, образовавшиеся при крепировании листа. Лист может быть также обработан трением для того, чтобы устранить все шероховатости. Однако эти подходы часто оказываются недостаточными.
Одним путем сделать бумагу мягче является добавление смягчающего соединения к целлюлозной суспензии. Смягчающее соединение создает помехи естественным связям волокно-волокно, которые возникают во время образования листа в процессах изготовления бумаги. Это ослабление связей приводит к более мягкому или менее шершавому листу бумаги.
WO 98/07927 описывает изготовление мягких поглощающих бумажных изделий с использованием смягчителя. Смягчитель включает ПАВ на основе четвертичного аммония, неионное ПАВ, а также повышающие прочность добавки. Смягчающий агент добавляют к целлюлозной суспензии перед формированием бумажного полотна.
Смягчающее соединение может также быть нанесено на сухое или влажное бумажное полотно, например, способом опрыскивания. Если бумажное полотно является сухим, смягчающее соединение может также быть набито на бумагу.
US 5389204 описывает способ изготовления мягкой бумажной ткани с функциональным силоксановым смягчителем. Смягчитель включает функциональный полисилоксан, эмульгирующий ПАВ и ПАВ, которые являются неионными. Смягчитель переносят на сухое бумажное полотно через поверхность переноса нагревателя. Затем смягчитель впрессовывают на сухое бумажное полотно.
WO 97/30217 описывает композицию, использованную в качестве лосьона для повышения мягкости поглощающей бумаги. Композиция включает эмолент, которым предпочтительно является жирный спирт или восковый эфир. Композиция также включает ПАВ на основе четвертичного аммония, а также один или несколько из неионных или амфотерных эмульгаторов.
Большинство смягчающих соединений, либо добавляемых к целлюлозной суспензии, либо наносимых на бумажное полотно, содержат ПАВ на основе четвертичного аммония. Поскольку производители и потребители испытывают возрастающую озабоченность экологическими проблемами, ПАВ с четвертичным аммонием не всегда являются приемлемыми. ПАВ на основе четвертичного аммония, как правило, являются токсичными для живущих в воде организмов и обычно считаются нежелательными химикалиями.
Целью изобретения является предложить композицию для улучшения мягкости бумажных изделий. Следующей целью изобретения является предложить композицию, практически не содержащую ПАВ на основе соединений четвертичного аммония.
Еще одной целью изобретения является предложить одну единственную композицию, пригодную для добавления к целлюлозной суспензии и к нанесению на влажное или сухое бумажное полотно, а не несколько различных композиций, как описано в прототипе.
Еще одной целью изобретения является предложить композицию, которая высоко толерантна по отношению к анионным уносам с предшествующих производственных стадий. Стандартные рецептуры могут быть таким образом нейтрализованы на мокром конце, когда высвобождаются небольшие количества вредных веществ с предшествующих стадий.
Целью изобретения является также создание композиции, которая будучи добавленной к целлюлозной суспензии, будет придавать изготовляемой бумаге низкое сопротивление прорыву, высокую скорость смачивания, а также низкую энергию превращения в волокнистую массу.
Следующей целью изобретения является также создание композиции, которая при добавлении к целлюлозной суспензии придаст продукту низкое содержание узелков.
Описание изобретения
Изобретение относится к композиции, используемой для улучшения мягкости бумажных изделий, предпочтительно изделий, изготовленных из ткани или пуха. Композиция может быть применена на различных стадиях процесса изготовления бумаги. Композиция может быть, например, добавлена на мокром конце и к целлюлозной суспензии. Композицию, добавленную к целлюлозной суспензии для улучшения мягкости изделия, называют разрыхлителем. Композицию можно также наносить на бумажное полотно для улучшения ощущения поверхности изделия, т.е. мягкости. Если композицию наносят на влажное бумажное полотно, композицию называют мягчителем. Если композицию наносят на сухое бумажное полотно, композицию называют лосьоном.
Композиция по изобретению включает:
(i) масло, жир или воск;
(ii) по меньшей мере одно неионное ПАВ;
(iii) по меньшей мере одно анионное соединение, выбранное из анионных микрочастиц и анионных ПАВ;
(iv) по меньшей мере один полимер, который является катионным, неионным или амфотерным,
где неионное ПАВ добавлено в количестве от примерно 60 до примерно 1000 массовых частей на 100 массовых частей полимера.
Согласно одному осуществлению композиция практически не содержит ПАВ на основе четвертичного аммония. "Практически не содержит" означает, что ПАВ на основе четвертичного аммония составляют менее 5% масс. композиции, то есть менее 1% масс. или менее 0,5% масс.
Любое масло, жир или воск, действующее как эмолент, может быть использовано согласно изобретению. Подходящими маслами являются рафинированные и/или гидрированные сорта масел, таких как растительные масла, подобные виноградному маслу, оливковому маслу, маслу кокосовых орехов, маслу семян рапса, подсолнечному маслу и пальмовому маслу. Наиболее предпочтительным является масло кокосового ореха. Другими маслами, которые могут быть использованы согласно изобретению, являются минеральные масла и силиконовые масла.
Для того чтобы удержать масло, жир или воск в изготовленной бумаге, требуется полимер, работающий как удерживающая добавка. Подходящими полимерами для использования в качестве удерживающего агента или части системы удерживания могут быть сильнозаряженными. Согласно одному осуществлению полимер является катионным полимером. Полимеры могут происходить из природного или синтетического сырья и они могут быть линейными, разветвленными или сшитыми, т.е. быть в форме микрочастиц. Предпочтительно полимер является растворимым в воде или диспергируемым в воде.
Примеры подходящих натуральных катионных полимеров включают катионные полисахариды, например крахмалы, гуаровые смолы, производные целлюлозы, хитины, хитозаны, гликаны, галактаны, глюканы, ксантановые смолы, пектины, маннаны, декстрины, предпочтительно крахмалы и гуаровые смолы. Подходящие крахмалы включают картофельный, кукурузный, пшеничный, тапиоковый, рисовый, восковой спелости кукурузы, ячменный и т.д. Могут быть использованы также катионные синтетические органические полимеры, такие как катионные полимеры роста цепи, например катионные винильные полимеры присоединения, подобные полимерам на основе акрилата, акриламидавиниламина и аллиламина, например гомо- и сополимеры на основе галогенида диаллилдиалкиламмония, например хлорид диаллилдиметиламмония, а также (мет)акриламиды и (мет)акрилаты. Следующие полимеры включают катионные полимеры ступенчатого роста, например катионные полиамидоамины, полиэтиленимины, полиамины, например сополимеры диметиламин-эпихлоргидрин, и полиуретаны. Следующие примеры подходящих катионных органических полимеров включают те, которые описаны в WO 02/12626.
Согласно одному осуществлению полимер выбирают из группы, состоящей из хлорида полидиаллилдиметиламмония, полиаминов, катионного крахмала, амфотерного крахмала, полиаминдоамина-эпихлоргидрина (РААЕ), полиэтилениминов и поливиниламинов.
Термин "полимер ступенчатого роста", как он использован здесь, относится к полимеру, полученному полимеризацией ступенчатого роста, называемым также соответственно полимером ступенчатой реакции и ступенчатой реакцией полимеризации. Термин "полимер роста цепи", как он использован здесь, относится к полимеру, полученному полимеризацией роста цепи, называемым также соответственно полимером цепной реакции и цепной реакцией полимеризации.
Полимер согласно изобретению может иметь молекулярную массу от примерно 10000 до примерно 10000000, такую как от примерно 15000 до примерно 5000000, или от примерно 40000 до примерно 1000000.
Согласно одному осуществлению в композицию включена анионная микрочастица. Примеры подходящих анионных микрочастиц включают анионные микрочастицы двуокиси кремния, такие как анионные коллоидальные частицы двуокиси кремния, и смектитные глины, наиболее предпочтительно анионные гидрофобно модифицированные коллоидные частицы двуокиси кремния. Анионные микрочастицы предпочтительно имеют удельную площадь поверхности от примерно 40 до примерно 900, такую как от примерно 150 до примерно 600, или от примерно 250 до примерно 400 м2/г.
Коллоидальные частицы двуокиси кремния могут быть получены, например, из осажденной двуокиси кремния, микродвуокиси кремния (дым двуокиси кремния), пирогенной двуокиси кремния (возогнанная двуокись кремния) или силикагелей достаточной чистоты, обычного силиката натрия и их смесей.
Коллоидальные частицы двуокиси кремния согласно изобретению могут быть модифицированы и могут содержать другие элементы, такие как амины, алюминий и/или бор, которые могут присутствовать в частицах и/или сплошной фазе. Модифицированные бором золи двуокиси кремния описаны, например, в US 2630410. Подходящие модифицированные алюминием частицы двуокиси кремния имеют содержание Al2O3 от примерно 0,05 до примерно 3% мас., такое как от примерно 0,1 до примерно 2% масс. Методика приготовления модифицированного алюминием золя двуокиси кремния дополнительно описана в "The Chemistry of Silica" by Iler K. Ralph, p. 407-409, John Wiley and Sons(1979) и в US 5368833.
Коллоидальные частицы двуокиси кремния надлежаще имеют средний диаметр частиц в интервале от примерно 2 до примерно 150, таком как от примерно 3 до примерно 50 или от примерно 5 до примерно 40 нм. Подходящие коллоидальные частицы двуокиси кремния имеют удельную площадь поверхности от примерно 20 до примерно 1500, такую как от примерно 50 до примерно 900 или от примерно 70 до примерно 800 м2/г.
Анионные ПАВ, которые могут быть использованы согласно изобретению, являются, главным образом, анионными ПАВ с гидрофобными "хвостами", имеющими от примерно 6 до примерно 30 атомов углерода. Примерами предпочтительных анионных ПАВ являются омыленные жирные кислоты, алкил(арил)сульфонаты, сульфатные эфиры, фосфатные эфиры, алкил(арил)фосфаты, алкил(арил)фосфонаты, жирные кислоты, нафталинсульфонаты (НАС), поликонденсаты формальдегида, сульфонаты полистирола, гидрофобно модифицированные НАС. Наиболее предпочтительными являются омыленные жирные кислоты, алкил(арил)сульфонаты, сульфатные эфиры, фосфатные эфиры, алкил(арил)фосфаты, алкил(арил)фосфонаты и их смеси.
Согласно одному осуществлению анионным соединением является анионное ПАВ.
Неионные ПАВ, которые могут быть использованы согласно изобретению, включают, главным образом, этоксилированные или пропоксилированные жирные кислоты или жирные спирты. Этоксилированные жирные кислоты и жирные спирты обычно этоксилированы от примерно 1 до примерно 30 молекулами этиленоксида (ЭО), или от примерно 4 до примерно 25 ЭО. Этоксилированные жирные кислоты и жирные спирты могут иметь от примерно 6 до примерно 30 атомов углерода или от примерно 6 до примерно 22 атомов углерода. Пропоксилированные жирные кислоты и жирные спирты могут быть пропоксилированы от примерно 1 до примерно 30 молекулами пропиленоксида (ПрО), или от примерно 1 до примерно 8 ПрО. Пропоксилированные жирные кислоты и жирные спирты могут иметь от примерно 6 до примерно 30 атомов углерода или от примерно 6 до примерно 22 атомов углерода. Возможно также использовать диоксид углерода вместо пропиленоксида.
Полимер надлежащим образом присутствует в композиции в количестве от примерно 1 до примерно 50, таком как от примерно 5 до примерно 40 или от примерно 10 до примерно 30% масс. в расчете на сухую массу композиции.
Масло, жир или воск надлежащим образом присутствует в композиции в количестве от примерно 1 до примерно 95, таком как от примерно 30 до примерно 80 или от примерно 35 до примерно 75% масс. в расчете на сухую массу композиции.
Анионное соединение надлежащим образом присутствует в композиции в количестве от примерно 0,1 до примерно 10, таком как от примерно 0,5 до примерно 4 или от примерно 0,6 до примерно 2% масс. в расчете на сухую массу композиции.
Согласно одному осуществлению неионное ПАВ присутствует в количестве от примерно 80 до примерно 1000 или от примерно 80 до примерно 600, или от примерно 100 до примерно 800, или от примерно 150 до примерно 400 массовых частей на 100 массовых частей полимера.
Композиция может быть приготовлена сначала смешением масла, жира или воска вместе с анионными и неионными ПАВ для получения смеси эмолент-ПАВ. Смесь эмолент-ПАВ может быть нагрета от примерно 25°С до примерно 70°С. Соответствующим образом готовят водный раствор, содержащий полимер, в каковом растворе содержание полимера составляет от примерно 0,1 до примерно 50, например, от примерно 0,5 до примерно 25% масс. Водный раствор может быть нагрет от примерно 25°С до примерно 70°С. Затем смесь эмолент-ПАВ может быть эмульгирована в водном растворе, содержащем полимер, с помощью статического смесителя, устройства с высоким сдвигом Ultra Turrax или гомогенизатора. Полученная эмульсия может быть затем охлаждена до комнатной температуры. Охлаждение может быть осуществлено, например, с использованием теплообменника.
Согласно одному осуществлению смесь эмолент-ПАВ эмульгируют в водном растворе, содержащем полимер, посредством статического смесителя.
Композиция может быть приготовлена заранее и затем быть доставлена как единый продукт на бумажную фабрику. Композиция может быть также приготовлена на месте на бумажной фабрике из различных компонентов.
Возможно также вводить в композицию дополнительные компоненты. Для того чтобы избежать порчи композиции, может быть добавлен консервант. Могут быть включены также некоторые косметические добавки, например антиоксиданты, например токоферол и алое вера.
Изобретение относится также к способу изготовления бумаги, включающему добавление описанной выше композиции к целлюлозной суспензии, где указанный способ дополнительно включает дренирование целлюлозной суспензии на проволочной сетке для образования бумажного полотна.
Согласно одному осуществлению композиция может быть добавлена в количестве от примерно 0,1 до 15 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Когда для изготовления ткани используют разрыхлитель, композицию обычно добавляют к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,1 до примерно 15, таком как от примерно 0,3 до примерно 10 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Когда для изготовления ткани используют разрыхлитель, композицию обычно добавляют к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,1 до примерно 15, таком как от примерно 0,5 до примерно 4 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Когда композицию используют в качестве разрыхлителя в этом процессе, композицию, как уже говорилось здесь, добавляют к целлюлозной суспензии перед тем, как формируют бумажное полотно. Использование разрыхлителей очень распространено при изготовлении пуха и ткани. Разрыхлитель должен мешать естественным связям волокно - волокно так, чтобы уменьшить их прочность. Снижение прочности повышает мягкость изделий из пуха и ткани. Согласно одному осуществлению компоненты композиции могут быть добавлены к целлюлозной суспензии по отдельности. Предпочтительно эмульсия масла, жира или воска и неионное ПАВ могут быть добавлены как премикс, а полимер, например, в водном растворе, может быть добавлен к целлюлозной суспензии как отдельный компонент.
Согласно одному осуществлению, когда компоненты добавляют по отдельности, количество каждого добавляемого к целлюлозной суспензии компонента соответствует количеству этого компонента в описанной здесь композиции.
Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха полимер может быть добавлен к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,01 до примерно 6 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха полимер может быть добавлен к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,025 до примерно 3,5 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха полимер может быть добавлен к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,05 до примерно 2,5 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха масло, воск или жир или воск могут быть добавлены к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,001 до примерно 14 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха масло, воск или жир могут быть добавлены к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,03 до примерно 12 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха масло, воск или жир могут быть добавлены к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,035 до примерно 11 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха анионное соединение может быть добавлено к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,001 до примерно 1,5 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха анионное соединение может быть добавлено к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,003 до примерно 0,6 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха анионное соединение может быть добавлено к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,004 до примерно 0,3 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха неионное ПАВ обычно добавляют к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 70 до примерно 800, таком как от примерно 80 до примерно 600 или от примерно 100 до примерно 500, или от примерно 150 до примерно 400 частей по массе на 100 массовых частей полимера.
Согласно одному осуществлению при изготовлении пуха масло, воск или жир добавляют в количестве от примерно 0,001 до примерно 14 кг/т сухих целлюлозных волокон, анионное соединение добавляют в количестве от примерно 0,001 до примерно 1,5 кг/т сухих целлюлозных волокон, и полимер добавляют в количестве от примерно 0,01 до примерно 8 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Согласно одному осуществлению при приготовлении ткани полимер может быть добавлен к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,01 до примерно 8 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха полимер может быть добавлен к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,025 до примерно 3,5 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха полимер может быть добавлен к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,03 до примерно 6 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении пуха полимер может быть добавлен к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,035 до примерно 5,5 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Согласно одному осуществлению при приготовлении ткани масло, воск или жир могут быть добавлены к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,001 до примерно 10 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении ткани масло, воск или жир могут быть добавлены к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,03 до примерно 8 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении ткани масло, воск или жир могут быть добавлены к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,035 до примерно 7,5 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Согласно одному осуществлению при приготовлении ткани анионное соединение может быть добавлено к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,001 до примерно 1 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении ткани анионное соединение может быть добавлено к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,003 до примерно 0,4 кг/т сухих целлюлозных волокон. Согласно одному осуществлению при приготовлении ткани анионное соединение может быть добавлено к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 0,004 до примерно 0,2 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Согласно одному осуществлению при приготовлении ткани неионное ПАВ соответствующим образом добавляют к целлюлозной суспензии в количестве от примерно 70 до примерно 800, таком как от примерно 80 до примерно 600 или от примерно 100 до примерно 500, или от примерно 150 до примерно 400 частей по массе на 100 массовых частей полимера.
Для оценки показателей разрыхлителя могут быть измерены сопротивление прорыву, энергия разрыхления волокон и скорость смачивания. Низкое сопротивление прорыву и низкая энергия разрыхления волокон показывают, что связи волокно - волокно ослаблены, что в свою очередь облегчает изготовление ткани с улучшенной мягкостью. Скорость смачивания показывает, что конечный продукт имеет хорошие поглощающие свойства.
Кроме того, когда пух используют при применении укладки воздухом, важно минимизировать количество узелков. Узелки могут быть описаны как сгусток волокон. Большое количество узелков может приводить к плохому формированию и плохой работоспособности процессов укладки воздухом.
Когда композицию наносят или на влажное, или на сухое бумажное полотно, ощущение поверхности может быть улучшено. Ощущение поверхности может быть описано как те свойства поверхности, которые являются тактильными ощущениями, воспринимаемыми потребителем. Ощущение поверхности может быть оценено людьми в панельных испытаниях. Примерами таких свойств являются мягкость, скользкость и гладкость. Согласно одному осуществлению композицию добавляют на лист как одну единую добавку. Согласно другому осуществлению полимер может быть добавлен к целлюлозной суспензии до формирования полотна, тогда как масло, жир или воск, анионное соединение и неионное ПАВ добавляют на влажное или сухое бумажное полотно.
Изобретение относится также к способу приготовления бумаги, включающему нанесение описанной здесь композиции на влажное бумажное полотно. Когда композицию используют как смягчитель в бумагоделательном процессе, композицию обычно набрызгивают на влажное бумажное полотно после секции прессования, но перед барабаном Янки. Используя композицию как смягчитель, можно получить бумагу с высокой мягкостью поверхности с минимальным снижением прочности.
Согласно одному осуществлению, когда композицию используют как смягчитель при производстве бумажной ткани, композицию обычно добавляют в количестве от примерно 0,1 до примерно 10, предпочтительно от примерно 0,3 до примерно 4 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Изобретение относится также к способу изготовления бумаги, включающему нанесение описанной выше композиции на сухое бумажное полотно.
Когда композицию используют как лосьон в указанном выше процессе, ее обычно набрызгивают или набивают на сухое бумажное полотно. Это обычно делают в процессе конвертирования, в котором образуется конечное тканое изделие. Лосьон обычно присутствует в виде капель на поверхности бумажного полотна и не связан с волокнами таким же образом, как смягчитель. Лосьон модифицирует свойства поверхности ткани, но лосьон также добавляют по косметическим причинам, поскольку лосьон может высвобождаться из бумаги и транспортироваться к потребителю.
Согласно одному осуществлению сухое бумажное полотно имеет содержание сухого вещества по меньшей мере около 50, такое как по меньшей мере около 65, или по меньшей мере около 80% масс.
Согласно одному осуществлению, когда композицию используют как лосьон для производства ткани, композицию обычно добавляют в количестве от примерно 0,1 до примерно 70, таком как от примерно 5 до примерно 50 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Целлюлозные волокна, используемые настоящим изобретением, должны обычно включать волокна, происходящие из древесной массы, которая включает целлюлозу, полученную химическими методами, такую как крафт-целлюлоза, сульфитная и сульфатная целлюлозы, а также древесные массы, полученные механическим путем, такие как измельченная древесная масса, термомеханическая древесная масса и химически модифицированная термомеханическая древесная масса. Могут быть использованы рецикловые волокна. Рецикловые волокна могут содержать все упомянутые выше древесные массы с дополнением наполнителей, печатных красок и т.п. Предпочтительными, однако, являются химические целлюлозы, поскольку они придают изготовленным из них листам ткани превосходное осязательное ощущение мягкости. Утилизация рецикловых волокон для изготовления бумажной ткани часто включает технологическую стадию, известную как очистка от краски, для удаления, насколько это возможно, печатной краски с взвеси волокон и большей части наполнителей, чтобы получить приемлемые степень белизны бумаги и работоспособность бумагоделательной машины на взвеси рецикловых волокон. Процесс очистки от краски часто включает добавление к взвеси волокон анионных веществ, таких как омыленные жирные кислоты, и жидкого стекла. Эти вещества иногда переходят в бумагоделательную машину и, поскольку эти вещества являются анионными, они могут инактивировать катионные химикалии, добавленные в шихту. Эти вещества называют "анионными вредными веществами" или "анионным мусором".
Согласно одному осуществлению к целлюлозной суспензии, используемой для изготовления бумажной ткани или пуха, могут быть добавлены дополнительные компоненты. Такими добавками могут быть, например, агенты, усиливающие прочность во влажном состоянии, агенты, усиливающие прочность в сухом состоянии и увлажнители, а также другие компоненты, обычно используемые в процессе производства. Согласно одному осуществлению к целлюлозной суспензии может быть добавлен полимер, являющийся или катионным или неионным, или амфотерным. Подходящий полимер является или натуральным полимером, например крахмалом, или синтетическим полимером.
Согласно одному осуществлению к целлюлозной суспензии добавляют анионный полимер, такие анионные полимеры могут включать анионные полимеры ступенчатого роста, полимеры роста цепи, полисахариды, встречающиеся в природе ароматические полимеры и их модификации.
Изобретение дополнительно пояснено следующими примерами, которые не предназначены при этом быть ограничительными.
Пример 1
Готовили композиции согласно изобретению, вначале смешивая кокосовое масло с пара-замещенной алкилбензолсульфокислотой (˜С12) (анионное ПАВ) и с ненасыщенным жирным спиртом с 16-18 атомами кислорода, который был этоксилирован 5-ю ЭО (неионное ПАВ). Содержание компонентов составляло 50% масс. масла, 25% масс. анионного ПАВ и 25% масс. неионного ПАВ. Затем смесь масло-ПАВ нагревали до 50°С. Готовили водный раствор полимера. Концентрация полимера в водном растворе была между 1 и 4% масс. Водный раствор полимера отдельно нагревали до 50°С. Затем смесь масло-ПАВ эмульгировали в водном растворе полимера в смесителе с высоким сдвигом Ultra-Turrax. Затем композицию охлаждали до комнатной температуры в водяной бане. Массовое отношение смеси масло-ПАВ к водному раствору составляло 15:85.
Полимеры и их концентрации в водных растворах при приготовлении композиций С1 - С6 приведены ниже.
| С1 | 1% масс. поли-DADMAC (SNF No. FL45DL) |
| С2 | 3,4% масс. поли-DADMAC (SNF No. FL45DL) |
| С3 | 4% масс. поли-DADMAC (SNF No. FL45DL) |
| С4 | 1% масс. поли-DADMAC (SNF No. FL45C) |
| С5 | 4% масс. поли-DADMAC (SNF No. FL45C) |
| С6 | 1% масс. полиамина |
Для сравнения были использованы композиции разрыхлителя, продающегося под торговым наименованием Berocell®:
Ref. 1
Berocell-589, хлорид бензилдиметиламмония гидрированного таллового масла; жирный спирт С16-18, ненасыщенный, этоксилированный 5-ю ЭО
Ref. 2
Berocell-509, хлорид бензилдиметиламмония дигидрированного таллового масла; жирный спирт С16-С20, ненасыщенный, этоксилированный 6-ю ЭО; жирная кислота С12-С16, пропоксилированная 6-ю ПрО
Сухие бумажные листы готовили смешением 15 г сульфатной сосновой целлюлозы или с водой, или с содержащей загрязнения белой водой до 760 мл. Композицию добавляли к суспензии целлюлозы с последующим перемешиванием в течение 10 мин. После этого готовили лист на стандартной отливочной машине PFI (листы А4). Затем листы сушили и кондиционировали согласно стандартизованному методу SCAN C26:76.
Пример 2
Композиции С2 и С5 согласно примеру 1 сравнивали с композициями Ref. 1 (Berocell-589), как описано в примере 1. Композиции добавляли к целлюлозной суспензии в количестве 3,0 кг/т в расчете на сухое целлюлозное волокно.
Затем готовили сухие бумажные листы, как описано в примере 1. Бумажные листы разрезали на полосы и затем разделяли на волокна, используя игольчатый дефиберизатор. Игольчатый дефиберизатор был подсоединен к счетчику энергии, что делало возможным измерение расхода энергии разрыхления волокон на 1 кг бумаги. Результаты показаны в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Энергия разрыхления волокон (кДж/кг) | ||
| Композиция | Водопроводная вода | Белая вода |
| С3 | 56 | 74 |
| С5 | 60 | 69 |
| Ref. 1 | 61 | 88 |
Более низкая энергия разрыхления волокон будет придавать изделию более высокую степень мягкости. В таблице 1 ясно показано, что композиции согласно изобретению С3 и С5 дают более низкую энергию разрыхления волокон, что указывает на улучшенную мягкость по сравнению с композицией согласно прототипу, Ref. 1.
Пример 3
Композиции С1, С3, С4, С5 и С6 согласно примеру 1 сравнивали с композицией Ref. 1 примера 1. Композиции добавляли к целлюлозной суспензии в количестве 3,0 кг/т в расчете на сухие целлюлозные волокна.
Сухие бумажные листы готовили затем согласно примеру 1. На сухих бумажных листах измеряли скорость смачивания согласно стандартизованному методу SCAN-C33:80. Результаты показаны в таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Композиция | Скорость смачивания (с/3 г пульпы) |
| С1 | 3,8 |
| С3 | 4,1 |
| С4 | 4,0 |
| С5 | 4,3 |
| С6 | 3,9 |
| Ref.1 | 5,6 |
Низкая скорость смачивания является преимуществом для изделий и из бумажной ткани, и из бумажного пуха. В таблице 2 ясно показано, что композиции согласно изобретению С1, С3, С4, С5 и С6 придают изготовленной бумаге более низкую скорость смачивания по сравнению с композицией согласно прототипу, Ref.1.
Пример 4
Композицию С2 согласно примеру 1 сравнивали с композицией Ref.2 примера 1. Количество композиции, добавленной к целлюлозной композиции, варьировалось между 0,5 и 4,0 кг/т в расчете на сухие целлюлозные волокна.
Сухие бумажные листы готовили из целлюлозной суспензии, как описано в примере 1. Сопротивление прорыву измеряли согласно стандартизованному методу ISO 2758-2001. Результаты можно видеть в таблице 3.
| Таблица 3 | ||
| Сопротивление прорыву (% относительно стандарта) | ||
| Добавленное количество, кг/т бумаги | С2 | Ref.2 |
| 0,5 | 77 | 91 |
| 1,0 | 65 | 75 |
| 1,5 | 55 | 63 |
| 2,0 | 45 | 58 |
| 2,5 | 40 | 50 |
| 3,0 | 37 | 49 |
| 3,5 | 32 | 45 |
| 4,0 | 30 | 43 |
Низкое сопротивление прорыву должно придать изделию мягкость. В таблице 3 ясно показано, что композиция С2 согласно изобретению имеет более низкое сопротивление прорыву при различных добавленных количествах композиции по сравнению с композицией согласно прототипу, Ref.2.
Пример 5
Композицию С2 согласно примеру 1 сравнивали с композицией Ref.2 примера 1. Количество композиции, добавленной к целлюлозной композиции, варьировалось между 1 и 2 кг/т в расчете на сухие целлюлозные волокна.
Затем измеряли количество узелков, используя стандартизованный метод SCAN-CM 37. Результаты можно видеть в таблице 4.
| Таблица 4 | ||
| Добавленное количество кг/т сухой бумаги | Узелки, % | |
| C2 | 1 | 3,3 |
| C2 | 2 | 1,1 |
| Ref.1 | 1 | 4,2 |
| Ref.1 | 2 | 1,5 |
Большое число узелков может привести к плохой работоспособности и плохому отливу бумаги. Поэтому низкое содержание узелков является преимуществом. В таблице 4 ясно видно, что композиция согласно изобретению С2 имеет более низкое число узелков по сравнению с Ref. 1.
Пример 6
Смесь масло-ПАВ готовили путем смешения вначале кокосового масла с анионным ПАВ, алкилбензосульфокислотой (˜С12) и двумя неионными ПАВ: 1) с касторовым маслом, этоксилированным 15-ю ЭО, и 2) с ненасыщенным жирным спиртом С16-С18, этоксилированным 5-ю ЭО. Затем смесь масло-ПАВ эмульгировали в воде для образования эмульсии. Использовали 100 мл воды и 0,3 г смеси масло-ПАВ. Водный раствор полимера, содержащий поли-DADMAC, готовили с концентрацией полимера 0,08% масс.
Сухие бумажные листы готовили смешением 15 г химической сосновой сульфатной целлюлозы с водой до 750 мл. К суспензии целлюлозы добавляли масляную эмульсию. Затем суспензию перемешивали в течение 8 минут. Затем добавляли раствор полимера, после того как суспензию перемешивали в течение 2 минут. После этого готовили бумажный лист в стандартной листоотливочной машине PFI (листы А4). Затем листы прессовали, сушили и кондиционировали согласно стандартизованному методу SCAN C26:76. Массовые количества каждого компонента, добавленные в каждом опыте, приведены в таблице 5.
| Таблица 5 | |||||
| Композиция № | Кокосовое масло | Неионное ПАВ (1) | Неионное ПАВ (2) | Анионное ПАВ | Полимер |
| 1 | 9,2 | 0,40 | 0,30 | 0,1 | 2,67 |
| 2 | 8,7 | 0,65 | 0,55 | 0,1 | 2,67 |
| 3 | 8,1 | 0,95 | 0,85 | 0,1 | 2,67 |
| 4 | 7,6 | 1,2 | 1,1 | 0,1 | 2,67 |
| 5 | 5,0 | 2,45 | 2,45 | 0,1 | 2,67 |
Отношение неионных ПАВ к полимеру рассчитывали как количество массовых частей неионных ПАВ на 100 масс. частей полимера. Энергию разрыхления волокон измеряли согласно примеру 2. Количество добавляемой композиции составляло 1 кг/т и 3 кг/т сухих целлюлозных волокон. Результаты приведены в таблице 6.
| Таблица 6 | |||
| № композиции | Неионное ПАВ ч/100 ч полимера | Энергия разрыхления волокон кДж/кг | |
| 1 кг/т | 3 кг/т | ||
| 1 | 26 | 132 | 124 |
| 2 | 45 | 125 | 115 |
| 3 | 67,5 | 103 | 67 |
| 4 | 86 | 98 | 64 |
| 5 | 216 | 93 | 62 |
Более низкая энергия разрыхления волокон будет придавать изделию более высокую степень мягкости. Из таблицы 6 можно ясно видеть, то энергия разрыхления волокон уменьшается, когда повышается массовое отношение неионного ПАВ к полимеру.
Пример 7
Две масляные эмульсии Е1 и Е2 готовили смешением кокосового масла с двумя неионными ПАВ: (1) касторовым маслом, этоксилированным 15-ю ЭО, и (2) ненасыщенным жирным спиртом С16-С18, этоксилированным 5-ю ЭО. В эмульсии Е1 массовое соотношение между кокосовым маслом, неионным ПАВ (1) и неионным ПАВ (2) составляло 5:2,5:2,5, в эмульсии Е2 соответствующее соотношение составляло 7:1,5:1,5. Масляную эмульсию образовывали путем эмульгации 15 г смеси масло-ПАВ посредством смесителя Ultra-Turrax в 85 г 0,353%-ной дисперсии золя двуокиси кремния, имевшего удельную площадь поверхности 525 м2/г. Готовили также водный раствор полимера, содержащий поли DADMAC с концентрацией 0,08% масс.
Сухие бумажные листы готовили путем смешения 15 г химической сульфатной сосновой целлюлозы с водой до 750 мл. К суспензии целлюлозы добавляли масляную эмульсию после того, как ее перемешивали в течение 8 минут. Затем добавляли раствор полимера после того, как суспензию перемешивали в течение 2 минут. После этого готовили бумажный лист в стандартной листоотливочной машине PFI (листы А4). Затем листы прессовали, сушили и кондиционировали согласно стандартизованному методу SCAN C26:76. В опыте 3 для сравнения использовали обычный разрыхлитель Berocell 589, обозначенный в примере 1 как Ref.1. При изготовлении листа добавляли обычной разрыхлитель, после чего суспензию перемешивали в течение 10 минут.
Энергию разрыхления волокон измеряли в соответствии с примером 2. Результаты даны в таблице 7.
| Таблица 7 | ||
| Опыт | Энергия разрыхления волокон (кДж/кг) | |
| 1 | Е1 | 64 |
| 2 | Е2 | 62 |
| 3 | Ref.1 | 78 |
Более низкая энергия разрыхления волокон будет придавать продукту более высокую степень мягкости. Из таблицы 7 можно ясно видеть, что композиции согласно изобретению Е1 и Е2 дают более низкую энергию разрыхления волокон, чем обычный разрыхлитель Ref. 1.
Пример 8
Такие же смесь масло-ПАВ и раствор полимера, как № 5 в примере 5, готовили согласно примеру 6. В опыте 1 смесь масло-ПАВ эмульгировали в растворе полимера для образования одной единой композиции.
Бумажные листы готовили смешением 15 г химической сульфатной сосновой целлюлозы с водой до 750 мл. Суспензию целлюлозы затем перемешивали в течение 10 минут. В опыте 2 полимер добавляли после 8 минут перемешивания. В опытах 1 и 3 добавление к суспензии целлюлозы не делали. После этого изготовляли лист в стандартной листоотливочной машине PFI (листы А4). Затем листы прессовали при 4,85 бар в течение 5 минут, получая в результате содержание сухого вещества около 50% масс.
В опыте 1 композицию набрызгивали на листы в количестве 1 и 3 кг/т сухих целлюлозных волокон. В опыте 2 масляную эмульсию, содержащую смесь масло-сурфактант, набрызгивали на лист так, чтобы суммарная добавка вместе с полимером в суспензии целлюлозы составляла 1 и 3 кг/т сухих целлюлозных волокон.
В опыте 3 использовали для сравнения обычный разрыхлитель Berocell 589, обозначенный как Ref. 1 в примере 1. Обычный разрыхлитель также набрызгивали на лист в количестве 1 и 3 кг/т сухих целлюлозных волокон.
Затем листы прессовали при 4,85 бар в течение 2 минут, после чего сушили на барабане при 80°С в течение 2 ч. После сушки листы кондиционировали при 23°С и относительной влажности 50% в течение по меньшей мере 24 ч перед испытанием.
Затем измеряли энергию разрыхления волокон в соответствии с примером 2, содержание узелков измеряли согласно стандартизованному методу SCAN-CM 37, и скорость смачивания измеряли согласно стандартизированному методу SCAN-C33:80. Результаты приведены в таблице 8.
| Таблица 8 | ||||||
| Опыт № | Энергия разрыхления волокон (кДж/кг) | Узелки (%) | Скорость смачивания (с) | |||
| 1 кг/т | 3 кг/т | 1 кг/т | 3 кг/т | 1 кг/т | 3 кг/т | |
| 1 | 97 | 78 | 3,66 | 2,00 | 4,2 | 4,4 |
| 2 | 93 | 83 | 3,66 | 1,67 | 4,4 | 4,7 |
| 3 | 122 | 84 | 4,00 | 2,67 | 5,0 | 5,2 |
Композиции, использованные в опыте 1 и опыте 2, показывают явное улучшение энергии разрыхления волокон, содержания узелков и скорости смачивания по сравнению с опытом 3, в котором использовали обычный разрыхлитель.
Пример 9
Смесь масло-ПАВ готовили, сначала смешивая кокосовое масло с анионным ПАВ, алкилбензосульфокислотой (˜С12) и двумя неионными ПАВ: (1) касторовым маслом, этоксилированный 15-ю ЭО, и (2) ненасыщенным жирным спиртом С16-С18, этоксилированным 5-ю ЭО. Затем смесь масло-ПАВ эмульгировали в воде для образования масляной эмульсии. Использовали 0,3 г смеси масло-ПАВ на 100 мл воды. Готовили водный раствор катионного крахмала Amilofax PW с концентрацией 0,08% масс.
Сухие бумажные листы готовили смешением 15 г химической сульфатной сосновой целлюлозы с водой до 500 мл. К суспензии целлюлозы добавляли масляную эмульсию в момент 0, за чем следовало 10 минут перемешивания. Спустя 8 минут добавляли катионный крахмал. После этого готовили лист в стандартной листоотливочной машине PFI (листы А4). Затем листы прессовали, сушили и кондиционировали согласно стандартизованному методу SCAN C26:76. Катионный крахмал добавляли в количестве 2,5 кг/т сухих целлюлозных волокон. Энергию разрыхления волокон измеряли в соответствии с примером 2. Результаты даны в таблице 9.
| Таблица 9 | ||||
| Энергия разрыхления волокон (кДж/кг) | ||||
| Количество добавленной масляной эмульсии | 0 кг/т | 1 кг/т | 2 кг/т | 3 кг/т |
| 168 | 145 | 118 | 90 |
Более низкая энергия разрыхления волокон будет придавать продукту более высокую степень мягкости. Из таблицы 9 можно ясно видеть, что энергия разделения волокон снижается с увеличением количества масляной эмульсии.
1. Композиция для улучшения мягкости бумажной продукции, включающая:
(i) масло, жир или воск;
(ii) по меньшей мере одно неионное ПАВ;
(iii) по меньшей мере одно анионное соединение, выбранное из анионных микрочастиц и анионных ПАВ;
(iv) по меньшей мере один полимер, который является катионным, неионным или амфотерным,
в которой неионное ПАВ добавлено в количестве от примерно 60 до примерно 1000 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера.
2. Композиция согласно п.1, где композиция практически не содержит ПАВ на основе четвертичного аммония.
3. Композиция согласно п.1 или 2, в которой полимер является катионным полимером.
4. Композиция согласно п.3, в которой катионный полимер является полимером роста цепи.
5. Композиция согласно п.3, в которой катионный полимер является полимером ступенчатого роста.
6. Композиция согласно п.1, в которой масло является растительным маслом.
7. Композиция согласно п.1, в которой масло является маслом кокосового ореха.
8. Композиция согласно п.1, в которой неионное ПАВ добавлено в количестве от примерно 70 до примерно 800 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера.
9. Композиция согласно п.1, в которой неионное ПАВ добавлено в количестве от примерно 80 до примерно 1000 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера.
10. Композиция согласно п.9, в которой неионное ПАВ добавлено в количестве от примерно 100 до примерно 800 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера.
11. Композиция согласно п.1, в которой неионное ПАВ представляет собой этоксилированную или пропоксилированную жирную кислоту или жирный спирт.
12. Композиция согласно п.1, в которой анионное ПАВ выбрано из группы, состоящей из омыленных жирных кислот, алкил(арил)сульфонатов, сложных эфиров серной кислоты, сложных эфиров фосфорной кислоты, алкил(арил)фосфатов, алкил(арил)фосфонатов и их смесей.
13. Способ изготовления бумаги, включающий добавление к целлюлозной суспензии композиции согласно любому из пп.1-12, где указанный способ дополнительно включает дренирование целлюлозной суспензии через проволочную сетку для формирования бумажного полотна.
14. Способ изготовления бумаги согласно п.13, в котором композицию добавляют в количестве от примерно 0,1 до примерно 15 кг/т сухих целлюлозных волокон.
15. Способ изготовления бумаги, включающий в себя добавление:
(i) масла, жира или воска;
(ii) по меньшей мере одного неионного ПАВ;
(iii) по меньшей мере одного анионного соединения, выбранного из анионных микрочастиц и анионных ПАВ;
(iv) по меньшей мере одного полимера, который является катионным, неионным или амфотерным,
к целлюлозной суспензии, где указанный способ дополнительно включает дренирование целлюлозной суспензии через проволочную сетку для формирования бумажного полотна, где неионное ПАВ добавлено в количестве от примерно 60 до примерно 1000 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера.
16. Способ изготовления бумаги согласно п.15, в котором масло, воск или жир добавляют в количестве от примерно 0,001 до примерно 14 кг/т сухих целлюлозных волокон, анионное соединение добавляют в количестве от примерно 0,001 до примерно 1,5 кг/т сухих целлюлозных волокон и полимер добавляют в количестве от примерно 0,01 до примерно 6 кг/т сухих целлюлозных волокон.
17. Способ изготовления бумаги, включающий нанесение композиции согласно любому из пп.1-12 на влажное бумажное полотно.
18. Способ согласно п.17, в котором композицию наносят в количестве от примерно 0,1 до примерно 10 кг/т сухих целлюлозных волокон.
19. Способ изготовления бумаги, включающий нанесение композиции согласно любому из пп.1-12 на сухое бумажное полотно.
20. Способ согласно п.19, в котором композицию наносят в количестве от примерно 0,1 до примерно 70 кг/т сухих целлюлозных волокон.
21. Способ согласно любому одному из пп.13-20, в котором неионное ПАВ добавляют в количестве от примерно 80 до примерно 1000 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера.
22. Способ согласно любому одному из пп.13-20, в котором неионное ПАВ добавляют в количестве от примерно 100 до примерно 1000 мас.ч. на 100 мас.ч. полимера.
