用於層壓薄頁紙品的著色粘合劑組合物和用於生產這些組合物的方法

2023-12-11 06:31:17

專利名稱：用於層壓薄頁紙品的著色粘合劑組合物和用於生產這些組合物的方法
技術領域：
本發明涉及用於層壓多層纖維素纖維結構如薄頁紙品的粘合劑組合物、生產這些粘合劑組合物的方法以及使用這些粘合劑組合物層壓的薄頁紙製品。
本發明的背景紙品是日常生活中所熟知的。某些種類的紙品稱作薄頁紙，可用作紙巾、擦面紙和浴紙。
薄頁紙品可以僅含有一層，但通常含有兩層或多層。本文所用的「層(ply)」是指從成形網或其相當物上剝離的單獨一層，且在沒有向其中加入其它纖維的情況下乾燥。
當然，在每一層中，可用不同種類的纖維來分層。分層的好處在於，中心層可含有相對強韌的纖維以賦予薄頁紙品強度。中心層的外層可以是較短的纖維，賦予使用者以柔軟觸感。分層可根據普通轉讓的USP3,994,771(1976年11月30日授予Morgan，Jr.等人)而有利地完成，該專利作為參考引入本文。
通常，將兩層或多層連接在一起製備紙品。將多層連接在一起的好處在於，所得層壓品的彎曲模量比相同厚度的單層要低。此外，其好處還在於使用者能夠感覺到一種柔軟觸感。吸收性和厚度通常也有所提高。並且，將三層連接在一起的紙品使層壓品具有不同的中心層和外層以分別提供強度和柔軟性。
多層薄頁紙品通常是纖維素質的。這裡所用的「纖維素質的」指一種紙品，它含有至少約50％重量或者至少約50％體積的纖維素纖維，包括(但不限於)棉絨、人造纖維、蔗渣，更優選木漿，如軟木(裸子植物或針葉樹)或者硬木(被子植物或闊葉樹)，這些纖維可以再回收。其它的纖維可以是合成纖維，如聚烯烴或聚酯。
纖維素層通常使用粘合劑連接在一起。纖維素層的粘合劑連接在普通轉讓的USP 5,143,776(1992年9月1日授予Givens)中作了有利的敘述，將該專利引入本文作為參考。
但是，將紙品中的多個纖維層用粘合劑連接可能而且已產生了不令人滿意的性能。特別是，用作紙巾、擦面紙和浴紙的紙品必須具有合適的層合強度(ply bond strength)。這裡所用的「層合強度」指，如下所述將兩個相鄰層彼此分開所需的力。
薄紙品，特別是紙巾，在使用時被潤溼。如果溼層合強度不足，則各層在使用時分開，從而破壞了紙品。儘管簡單提高溼層合強度看上去容易，但是幹層合強度與溼層合強度直接相關。在現有技術中，當溼層合強度提高到合適程度時，幹層合強度就會變得太大。當千層合強度太大時，柔軟性和吸水性往往會下降。
普通轉讓的美國專利申請順序號08/835039(1997年3月27日，以Neal等人的名義申請)公開了可賦予這些膠結層以幹層合強度的非離子粘合劑、以及可提供溼層合強度的陽離子溼強度樹脂的混合物。已經發現，這些粘合劑組合物可賦予粘合劑層壓的多層紙品以合適的溼層合強度，而不會具有太大的幹層合強度。
還需要向使用者提示，紙品在使用期間潤溼時，這種層壓紙巾可保持其溼層合強度。本領域已知，許多層壓紙巾製品具有美學上令人愉悅的花紋圖案，而層壓粘合劑則在這些花紋遠端將這些層連接在一起。還已知，花紋圖案在紙巾潤溼時消失。普通轉讓的美國專利申請順序號08/749708(1996年11月15日以Steinhardt等人的名義申請)公開了應用一種指示裝置以在紙巾潤溼時保持一種愉悅的圖案。其中所公開的一種指示裝置是另外包含不透明劑，如二氧化鈦的層壓粘合劑。但通常所得到的二氧化鈦顏料分散體往往還包含一種陰離子聚合物以幫助防止這些分散體發生絮凝和沉降。將這些陰離子穩定分散體與已經發現能夠提高溼層合強度的陽離子溼強度樹脂組合得到的粘合劑組合物還可產生一種溼層合強度增加的視覺信號。但陰離子物質與陽離子物質的不相容性是本領域熟知的。
因此，需要還包含具有改進的增強的溼層合強度的一種陰離子穩定顏料分散體的粘合劑組合物。還需要將陰離子穩定顏料分散體與陽離子溼強度樹脂混合成這種著色粘合劑組合物的方法。此外，還要求這些著色粘合劑組合物具有最小的顏料顆粒聚集體以使這些著色粘合劑組合物的不透明力最大化並且需要能夠使這種聚集作用最小化的方法。
申請人已經發現，如果參考以下描述並結合所附實施例，能夠滿足這些要求的特定組合物和方法就變得顯而易見。
本發明概要本發明提供了一種適用於將多層纖維素製品層壓的粘合劑組合物。該粘合劑組合物包含以下物質的混合物(a)約2-7％重量的水溶性或水可分散性幹強度粘合劑；(b)約0.05-5％重量的水溶性陽離子溼強度樹脂；(c)約7-30％重量的陰離子穩定顏料；和(d)約58-91％重量的水。
該粘合劑組合物優選採用能夠將至少約5瓦/千克傳輸給該粘合劑組合物的供能裝置來生產。這種傳輸可供給正在生產的組合物以足夠的能量，以將陽離子溼強度樹脂和陰離子穩定顏料有效分離(即，供能裝置可有效地保持一種正電荷密度)，從而減少了顏料顆粒的聚集和隨後的粘合劑不穩定性(如，凝聚)。
除非另有所指，本發明的所有百分數、比率和比例都是重量計的。
以下更詳細地描述本發明。
本發明的詳細描述儘管此說明書以特別指出並清楚地要求了本發明主題的權利要求書結束，但通過閱讀以下的詳細描述和所附的實施例，據信可以更好地理解本發明。
在此用到的術語「包含」是指，各種組分、成分或步驟都可結合用於實施本發明。因此，術語「包含」包括了更限制性的術語「基本包括」和「包括」。
本發明包括適於連接兩層或多層的薄頁製品以增加顏料不透明化性能的著色粘合劑組合物、用於生產這些組合物的方法、以及使用這些組合物層壓的紙品。這些層如下所述是纖維素質的，而且可按照相同的生產方法或按照不同的生產方法來製造。
層每層可具有許多壓花，這些壓花從層面向相鄰層突出。相鄰層同樣可具有向第一層突出的相對突起。如果需要三層紙品，中心層可具有在兩個方向上向外伸出的壓花，但中心層也可沒有壓花或只具有單向壓花。
各層可以根據普通轉讓的美國專利4,637,859(1987年1月20日授予Trokhan)或4,191,609(1980年3月4日授予Trokhan)來製備，將這兩個專利作為參考引入本文。另外，這些層可使用歐洲專利申請0617164A1(1994年9月28日公開)所述的未皺化、空氣乾燥技術(through air dried technology)來製造，或使用毛氈進行常規乾燥，這是本領域已知的。
針對本發明，每層的定量是約8～30磅/3,000英尺2(13-48克/米2)、優選約11～18磅/3,000英尺2(18-29克/米2)，每層優選具有根據本領域已知的任何方式加工的硬木和/或軟木組合物。
構成多層紙品的纖維優選是纖維素質的，如棉絨、人造纖維、蔗渣，更優選木漿，如軟木(裸子植物或針葉樹)或者硬木(被子植物或闊葉樹)。如果層壓的紙品含有至少約50％重量或者至少約50％體積的纖維素纖維，那麼這裡所用的層壓紙品被認為是「纖維素質的」，包括(但不限於)以上列舉的那些纖維。其它含有層壓紙品的纖維可以是合成纖維，如聚烯烴或聚酯。已經發現一種木漿纖維的纖維素混合物能夠很好地用於本文所述層壓紙品，所述木漿纖維包含長度約2.0-4.5毫米且直徑約25-50微米的軟木纖維、和長度小於約1.7毫米且直徑約12-25微米的硬木纖維。
如果選擇木漿纖維用於本發明的多層紙品，那麼這些纖維可通過任何製漿方法來生產，其中包括化學法，如亞硫酸鹽、硫酸鹽和鹼法；以及機械法，如石磨木漿。此外，將化學和機械方法結合也可製備纖維，或者通過能回收廢紙品的方法來製備纖維。所用纖維的類型、組合及加工過程對於本發明來說並不重要。硬木和軟木纖維可在整個層合紙品的厚度範圍內分層或均勻混入其中。
粘合劑組合物多層紙品的各層使用按照本發明製備的著色粘合劑組合物用粘結劑連接在一起。粘合劑組合物優選施用於至少一層的壓花上。當然，粘合劑也可以同時施用在兩層的壓花上。按照本發明的粘合劑包含幹強度粘合劑(如，完全水解的聚乙烯醇粘合劑)、陽離子溼強度樹脂(如，熱固性陽離子樹脂)、和陰離子穩定二氧化鈦漿液的混合物。特別優選的粘合劑組合物包含約58-90份水、2-7份幹強度粘合劑固體物質、0.05-5份陽離子溼強度樹脂固體物質、和7-30份二氧化鈦顏料。以下要詳細描述這些化合物中的每一種。
重要的是，為了在本發明成品層壓薄頁製品中達到令人滿意的溼和千層合強度以及令人滿意的信號強度，必須將適當量的粘合劑組合物傳送到各層上。合適的傳送方法在以下的「層壓花和層壓」章節中討論。以合適的比例加入粘合劑組合物的各組分也是重要的。本領域熟練技術人員可以理解，只要傳送到各層上的粘合劑固體物質足以產生令人滿意的溼和幹層合強度和令人滿意的信號強度，該組合物中各種固體組分的絕對濃度可在一定的限度內變化(如，為了控制組合物的粘度)。具體地說，幹強度粘合劑固體物質與陽離子溼強度樹脂固體物質的比率在可接受的範圍內是重要的以產生合適的溼層合強度，而幹層合強度不會太大。陽離子帶電固體物質與陰離子帶電固體物質的比率在可接受的範圍內也是很重要的以得到具有足夠信號強度的穩定粘合劑組合物。
具體地說，申請人已經發現1)幹強度粘合劑固體物質與溼強度樹脂固體物質的比率應該不超過約6∶1，這樣可在溼層合強度與幹層合強度之間達成可接受的平衡。該比率優選小於約4∶1。
2)陰離子帶電固體物質與陽離子帶電固體物質的比率要使得最終粘合劑組合物的電荷密度至少約25微當量/克(這是本領域熟練技術人員可理解的，具體的重量比取決於各個物質的電荷密度)。對於本文所討論的優選物質，這意味著，陰離子帶電顏料固體物質(顏料固體物質加上陰離子懸浮助劑固體物質)與陽離子固體物質(溼強度樹脂固體物質、或加入以保持淨正電荷密度的其它陽離子帶電固體物質)應該小於約40∶1。陰離子固體物質與陽離子固體物質的比率優選小於約30∶1。該比率更優選小於約15∶1。
幹強粘合劑材料本發明粘合劑組合物包含約2-7％，優選3.5％-6.5％重量的幹強粘合劑材料作為基本組分，選自聚丙烯醯胺(如CyTec Industries of WestPaterson，N.J.生產的Accostrength 711)；澱粉(如RediBOND5320、2005和3030E，得自National Starch and Chemical Company，Bridgewater，新澤西州；或者Amylose 1100、2200或Salvitose，得自Avebe America，Princeton，新澤西州)；聚乙烯醇(如Evanol 71-30，DuPont Corporation ofWilmington，Delaware有供應)；和/或瓜耳膠或者刺槐豆膠。幹強粘合劑材料優選自聚乙烯醇、澱粉基樹脂及其混合物。幹強粘合劑材料的作用是確保本發明多層紙品具有足夠的幹層合強度。
在按照本發明的一個特別優選的粘合劑組合物中，幹強度粘合劑包含聚乙烯醇。聚乙烯醇組分可以是任何水溶性或者水分散性的，要求其分子量足以形成粘合劑膜。通常，重均分子量優選在約40,000到120,000的範圍內，更優選在70,000至90,000的範圍內。固態聚乙烯醇可以在幾種商品名下購得，例如Evanol(杜邦)，GELVATOL(Monsanto)，VINOL(AirProducts)和POVAL(KURARAY)。這些等級產品的水解度在80％-100％的範圍內。本領域熟練技術人員可以理解，降低水解度和分子量會提高水溶性但將會降低粘合力。因此，對於特定用途，聚乙烯醇的性質必須要優化。特別優選的聚乙烯醇是由杜邦公司(Wilmington)供應的Evanol 71-30。Evanol 71-30的分子量約為77,000，水解度大約99％。
另外，幹強度粘合劑可包含一種澱粉。通常，適用於實施本發明的澱粉的特徵在於具有水溶性或形成親水性的穩定分散體的能力。典型的澱粉包括玉米澱粉和土豆澱粉，但這並不意味著限制合適澱粉材料的範圍。優選是工業上稱作Amioca澱粉(支鏈澱粉)的蠟狀玉米澱粉。Amioca澱粉與普通玉米澱粉的區別在於，它是完全支鏈化的澱粉，而普通玉米澱粉同時含有直鏈澱粉和支鏈澱粉。amioca澱粉的各種獨有特徵在《Amioca-來自於蠟狀玉米的澱粉》，H.H.Schopmeyer，《食品工業》，1945年12月，106-108頁(卷頁碼是1476-1478)中有進一步描述。澱粉可以是顆粒態或分散態。一種優選的澱粉(RediBOND)是一種備用的分散物質。顆粒澱粉，如Amylose1100優選充分蒸煮以使顆粒膨脹。更優選的是，澱粉顆粒在剛好分散澱粉顆粒之前蒸煮膨脹到一定程度。這種高度膨脹的澱粉顆粒應該稱作「充分蒸煮的」。分散的條件通常根據澱粉顆粒的大小、顆粒的結晶度以及存在的直鏈澱粉的數量而有所不同。充分蒸煮的amioca澱粉可以通過在華氏190°(大約攝氏88°)加熱稠度約4％的澱粉顆粒的水漿約30-40分鐘製備出。其它可被使用的典型的澱粉材料可從National Starch and ChemicalCompany(Bridgewater，NJ)獲得，包括改性的陽離子或陰離子澱粉，如通過改性而具有如氨基和連接到氮上的羥甲基之類的那些含氮基。考慮到這種改性的澱粉比未改性澱粉貴，通常優選後者。
溼強樹脂材料本發明的粘合劑組合物還可包含約0.05-5.0％，優選約0.1-2.5％重量的溼強樹脂材料作為基本組分，選自聚醯胺-表氯醇樹脂，乙醛酸化的聚丙烯醯胺樹脂，苯乙烯-丁二烯膠乳；不溶性的聚乙烯醇；脲-甲醛樹脂；聚乙烯亞胺；聚氨基葡糖聚合物及其混合物。溼強樹脂優選為選自聚醯胺-表氯醇樹脂，乙醛酸化的聚丙烯醯胺樹脂，聚乙烯亞胺樹脂及其混合物的水溶性陽離子樹脂。
已經發現，聚醯胺-表氯醇樹脂是一類特別有用的陽離子溼強樹脂。聚醯胺-表氯醇樹脂優選包含表氯醇與具有仲氨基的水溶性聚醯胺的水溶性聚合物反應產物。表氯醇與所述聚醯胺的仲氨基的比率優選約0.5∶1-2∶1。水溶性聚醯胺優選衍生自聚亞烷基聚胺與包含約3-10個碳原子的飽和脂族二元羧酸的反應。聚亞烷基與二元羧酸的摩爾比率優選為約0.8∶1-1.5∶1。飽和脂族二元羧酸優選是己二酸，且聚亞烷基聚胺優選二亞乙基三胺。水溶性聚醯胺最優選包含具有以下結構式的重複基團
其中n和x分別是2或更高，R是含有3-10個碳原子的二元羧酸的二價烴基。這類樹脂可以商標KYMENE(Hercules，Inc.)和CASCAMID(Borden)買到。這類樹脂的基本特徵在於，它與聚乙烯醇相容，即，它們在含水聚乙烯醇存在下相互之間不發生相分離。
合適的這種類型的樹脂在USP 3,700,623(1972年10月24日授予Keim)和USP 3,772,076(1973年11月13日授予Keim)中有描述，這兩篇專利作為參考引入本文。這種有用的聚醯胺-表氯醇樹脂商業來源之一是Hercules，Inc.(Wilmington，Delaware)，該公司以Kymene557H、Kymene557LX和Kymene557ULX商標銷售這類樹脂，其中優選使用KymeneLX。
本發明中有用的鹼-活化的聚醯胺-表氯醇樹脂在Hercules，Inc.(Wilmington，Delaware)也有出售，其商標是KymemeTM450。鹼-活化的聚醯胺-表氯醇樹脂的其它商業來源的實例是Monsanto Company(St.Louis，Missouri)以商標Santo Res銷售，例如Santo Res 31。這些種類的材料一般地在USP 3,855,158(1974年，12月1 7日授予Petrovich)，USP3,899,388(1975年8月12日授予Petrovich)，USP 4,129,528(1978年12月12日授予Petrovich)，USP 4,147,586(1979年4月3日授予Petrovich)，USP4,222,921(1980年9月16日授予Van Eenam)中都有描述，所有這些專利均被引入本文作為參考。
還已發現，乙醛酸化的聚丙烯醯胺樹脂可用作溼強樹脂。這些樹脂在USP 3,556,932(1971年1月19日授予Coscia等)和USP 3,556,933(1971.1.19授予Williams等)中都有描述，這兩篇專利被引入本文作為參考。聚丙烯醯胺樹脂的商業來源之一是Cytec(Stanford，Connecticut)，該公司以商標ParezTM631NC銷售一種這類樹脂。
在本發明中還發現可以使用的其它水溶性的陽離子樹脂是脲-甲醛樹脂和三聚氰胺甲醛樹脂。這些多官能樹脂中更普通的官能團是含氮基團，如氨基和連接到氮上的羥甲基。聚乙烯亞胺類樹脂也可用於本發明。
顏料正如在以上的本發明背景部分所述，需要向使用者提示，在粘合層壓製品潤溼時，保持如溼層合強度之類的所需性能。此外，如上所述以及前述美國專利申請08/749708所述，層壓包含顏料的粘合劑組合物可產生這種信號，在此將其作為參考併入本發明。
人們熟知，折射指數是確定顏料不透明效力的一個主要因素。下表1將常用於紙工業中的顏料的折射指數進行比較。
表1
為了適用作本發明的顏料，這些無機著色材料的折射指數應該大於約1.4。該折射指數優選大於約1.7。特別優選的無機著色材料的折射指數大於約2.0。
除了折射指數，不透明劑的粒徑也對本發明粘合劑組合物的不透明性產生主要影響。也就是說，對於粘合劑組合物中給定濃度的顏料，包含較小粒徑顏料的組合物更加不透明。適用於本發明的顏料具有小於約1.4微米的中值未經聲處理的粒徑。該中值粒徑優選小於約0.8微米、更優選小於約0.6微米。以下在測試方法部分將給出測量中值未經聲處理的粒徑的方法。
特別優選的著色材料是二氧化鈦(TiO2)。存在兩種結晶態的TiO2銳鈦礦和金紅石。金紅石型由於其折射指數較高而最不透明。在造紙領域中，已知要達到給定的不透明性，所用的金紅石通常比銳鈦礦要少約15-2O％。二氧化鈦通常以乾粉形式或作為在水中的漿液而售賣。就本發明而言，水漿形式是優選的，因為與本發明粘合劑組合物的其它組分容易混合，而且顏料顆粒更完全分散以提供更好的不透明性。
為了使TiO2保持懸浮，可在市售TiO2漿液中加入其它組分。尤其是，可使用分散助劑以保證懸浮TiO2顆粒不會絮凝和沉降。分散助劑有兩種硬脂穩定劑和靜電穩定劑。硬脂穩定劑是用一層聚合物吸附層來包圍懸浮的TiO2顆粒。不同顆粒上聚合物層之間的硬脂相互作用可防止顆粒充分接近而發生聚集。通常，硬脂穩定的漿液由於聚合物吸附層而非常粘稠。二氧化鈦顆粒還可以靜電方式來穩定，即採用帶電物質來包圍這些顆粒。這些物質可以是陽離子的或陰離子的。由於大多數TiO2用於油漆和造紙工業，而這些工業都需要在其工藝中使用陰離子漿液，因此陽離子TiO2漿液並不常見。合適的陰離子靜電懸浮助劑的例子為聚丙烯酸鈉，美國專利4503172(1985年3月5日以Farrar等人的名義授權)對此進行了描述。這種物質可由Allied Colloids of Suffolk，VA以Dispex N40X而得到。
合適的市售TiO2漿液為Ti-PureRPS Vantage Rutile Paper Slurry，得自Wilmington，DE的Dupont Company。這種物質是金紅石型TiO2在水中的一種陰離子穩定漿液，其中公稱TiO2固體含量為71.5％。這種物質的中值未經聲處理(unsonicated)的粒徑通常小於0.5微米。
已經發現，這種TiO2漿液在按照本發明使用TiO2顏料時產生所需溼使用性能的視覺信號。申請人已經發現，按照本發明的著色粘合劑組合物應該包含至少約7％的TiO2固體物質以產生令人滿意的所需溼性能的視覺信號。大於30％的TiO2固體含量不會進一步提高信號強度。TiO2固體含量優選應該約10-30％。TiO2固體含量更優選約15-25％。本領域熟練技術人員應該理解，如果使用其它的顏料，那麼就需要調整顏料量以產生令人滿意的視覺信號。如上所述，TiO2與可替代顏料間的相對摺射指數可初步表示需要的調整有多大。
此外，有機著色劑，如來自RohmHaas Corp.，Philadelphia，PA的Ropaque HP91可用於替代至少部分二氧化鈦。這種有機著色劑是作為水乳液供應的中空聚合物球。由於這些球是中空的，光在通過這種顏料的分散體時就多次彎曲。相對TiO2，多次彎曲所產生的表觀折射指數可產生遮蓋力。由於這些有機著色劑也是陰離子穩定的，因此，如上所述，與陽離子溼強度樹脂的不相容性問題同樣會影響包含有機著色劑的粘合劑組合物的穩定性和不透明性。
可在本發明粘合劑組合物中用於替代至少部分二氧化鈦的另一種無機著色劑是矽石(如，熱解法矽石、膠態矽石和類似物)。合適的熱解法矽石(fumed silica)為AEROSIL 300，得自Degussa Corp.of Ridgefield Park，NJ。從實施例5可清楚地看出，包含這種替代無機著色劑的著色粘合劑組合物可產生如上所述的所需濁度和粘度。申請人還相信，使用矽石替代部分二氧化鈦能夠減少粘合劑混配和施用裝置的摩損，因為矽石顆粒的基本粒徑小。例如，上述的AEROSIL 300的基本粒徑為7納米，而上述的TiO2顏料則為0.5微米。
可選的陽離子添加劑人們熟知，陽離子物質可攜帶正電荷，而陰離子物質則攜帶負電荷。這些電荷的一種量度是電荷密度。以下在測試方法部分提供了用於測量電荷密度的方法。申請人已經發現，按照本發明的合適粘合劑組合物應該具有正電荷。即，按照本發明的合適粘合劑組合物至少是弱陽離子性的(正電荷密度)。申請人相信，本發明方法的一個優點在於，在開始加入其它組分之前就向該組合物中陰離子或陽離子組分之一供能可防止這樣一種情形，其中在加入該組合物中剩餘帶電組分時，部分混合物已具有負電荷密度(已經發現，在低能條件下混合各組分時，這種負電荷密度會增加凝聚、分離並造成不透明劑效力的損失)。通過向混合步驟中提供足夠的能量，可明顯減少具有負電荷密度的大部分混合物和所得的凝聚的形成。
表2列出了適用於本發明粘合劑組合物的代表組分的電荷密度值。
表2組分 電荷密度(微當量/克)*陽離子物質Kymene557LX +3243RediBond5320 +264陰離子物質TiO2漿液(Ti-PureRPS) -48*100％固體物質為基礎這些組分在組合物中的相對量決定了該組合物的電荷密度。例如，已經發現，包含約1.5％Kymene 557LX和按照本發明方法製備的約23％TiO2的組合物具有約+185微當量/克的電荷密度。另一方面，已經發現，包含約0.3％Kymene 557LX和約23％TiO2的組合物具有約-1.7微當量/克的電荷密度。成品著色粘合劑組合物中的電荷密度優選至少約+25微當量/克分散固體物質。該電荷密度優選至少約+30微當量/克，更優選至少約+50微當量/克。
以下將要討論，本發明方法可特別有效地減少顏料在由此製備的著色粘合劑組合物中的凝聚作用。但仍然需要在成品粘合劑組合物中保持最低的正電荷密度，這樣可使該組合物最為穩定。例如，一種特殊的粘合劑組合物可以不含保持正電荷密度的足夠的陽離子溼強度樹脂，該正電荷密度增加了凝聚和聚集的可能性。如果該組合物中的陽離子物質沒有產生足夠的電荷密度，為了補償這種不足的正電荷密度，可向該組合物中加入具有正電荷密度的物質(即，陽離子添加劑)。合適的物質包括陽離子澱粉(如，Celquat L200，得自National starch and Chemical Co.of Bridgewater，NJ)和季銨化合物(如，得自Witco Chemical Co.of Dublin，OH的DP-SC-505-91)。特別優選的陽離子添加劑為具有較高電荷密度的較低分子量的聚胺。特別優選的這種物質是電荷密度約+6400微當量/克(100％固體物質為基)的Cypro515，得自Cytec of Stamford，CT。例如，如果在加入TiO2之前將0.6％的Cypro515加入0.3％的Kymene557LX溶液中，那麼在加入TiO2之後該組合物的電荷密度為+35微當量/克，而不是上述的-1.7微當量/克。已經發現，這種電荷密度可產生足夠穩定的懸浮液以用作層壓粘合劑。
粘合劑的生產如上所述，優選的溼強度樹脂Kymene是高度陽離子性的，因此在將Kymene與陰離子穩定TiO2漿液結合使用時，它可與粘合劑組合物，如陰離子穩定顏料分散體中的陰離子組分進行反應，造成粘合劑組合物因凝聚而分層和分離。以下實施例1對這種現象進行說明。
申請人已驚人地發現，通過適當混合上述組分，可以克服在生產穩定組合物時將陽離子物質與陰離子物質結合的熟知難題。
具體地說，申請人已經發現，通過使用以下詳細描述的方法，其中在加入其它組分之前向該組合物中陰離子或陽離子組分之一供能，可得到明顯穩定的著色粘合劑組合物。如果「供能裝置」能夠在混合液體時提供至少約5瓦/千克時，該液體就被「供能」。供能裝置優選應該能夠在混合液體時傳輸至少約15瓦/千克。該供能裝置更優選應該能夠在混合液體時傳輸至少約25瓦/千克。測試方法部分將給出一種確定所傳輸的能量(瓦數/千克)的方法。
合適的供能裝置包括可產生高攪拌器槳尖速度的間歇式混合器，例如，得自Sunbeam Corp.of Delray Beach，FL的混合器(商品名為Osterizer)；轉子/定子高剪切混合器，如得自Charles RossSon，Hauppauge，NY；和在線混合器，如得自Quadro Inc.，Millburn，NJ，型號為Quadro ZC。特別優選的供能裝置是Breddo Likwifier，LOR型，由Breddo Likwifier of Kansas City，MO供應。
此外，申請人發現，在使用這些方法時，成品粘合劑組合物中顏料的中值粒徑可與原顏料分散體中顏料的中值未經聲處理的粒徑相比。即，本發明方法以一種非常有效的方式採用這些顏料分散體，這樣可得到具有最高不透明性的粘合劑組合物。
表3非常清楚地給出了該效力，其中比較了按照以下實施例1和2所述方法製備的著色粘合劑組合物的濁度(濁度是對不透明性的一種度量-測試方法部分提供了一種測量濁度的方法)。
表3
*在1000毫升水中0.5克粘合劑的濃度下測量。
可以清楚地看出，按照實施例2方法(本發明方法)製備的粘合劑組合物具有明顯比按照實施例1方法(低能混合)製備的粘合劑組合物更高的濁度(更大的不透明性)和更低的中值粒徑。
在不受理論局限的情況下，申請人相信，在加入具有相反電荷的組分之前向組合物中的一種帶電組分供能可保持顏料顆粒足夠分離，這樣可使顏料顆粒的聚集最小化(而不會增加平均顏料粒徑)。申請人已經發現，如果按照本發明來製備著色粘合劑組合物，那麼這些組合物中的顏料顆粒的平均未經聲處理的粒徑就不超過顏料分散體中顏料的平均未經聲處理的粒徑的約2.5倍。通常，著色粘合劑組合物中顏料的平均未經聲處理的粒徑小於顏料分散體中顏料的平均未經聲處理的粒徑的約1.5倍。申請人還相信，在正將第二組分加入第一組分時提供足夠的機械能可減少陰離子物質與陽離子物質之間的相互作用。即，使凝聚以及由此導致的組合物粘度顯著增加(即，分層和膠凝)最小化。
儘管如上所述在加入任何其它組分之前向粘合劑組合物的第一組分供能意味著可減少凝聚和顏料顆粒的聚集，但加料順序也可影響成品粘合劑組合物的性能。以下將描述用於製備本發明粘合劑組合物的一種特別優選的方法。
該優選方法的第一步是提供所需量的合適的陽離子溼強度樹脂。例如，為了製備100份本發明優選的粘合劑組合物，可提供約0.05-5份的聚醯胺-表氯醇樹脂。該樹脂優選在包含約10-15％重量樹脂固體物質的溶液中。特別優選的方法提供約12份的12.5％重量的聚醯胺-表氯醇樹脂溶液。可選地，如果陽離子溼強度樹脂的所需濃度太低而不能保持合適的電荷密度(參見以上討論)，那麼可在向陽離子溼強度樹脂供能之前提供一種上述的替代陽離子物質。
然後通過上述的向其中提供機械能的合適裝置，向這種聚醯胺-表氯醇樹脂溶液供能。重要的是，該供能步驟要提供足夠的能量以引起樹脂溶液產生湍流。例如，樹脂溶液不應粘度太高，否則大部分所提供的機械能會轉化成熱量，造成溶液溫度明顯上升。具體地說，如果按照以下測試方法部分所述的方法進行測量，樹脂溶液的粘度應該小於約500釐泊。更優選的是，該粘度應該小於約300釐泊。
如上所述，合適的供能裝置能夠通過第一步向樹脂溶液提供至少約5瓦/千克的能量。特別優選用於本發明的供能裝置為Breddo Likwifier，LOR型。
在向陽離子溼強度樹脂供能之後，向其中加入顏料分散體。為了得到100份的上述優選著色粘合劑組合物，在連續向溶液供能的同時加入約7-30份的顏料分散體。對於上述特別優選的TiO2分散體，加入約32份的71.5％重量分散體。
顏料分散體優選以這樣一種速率加入，以保證混合區中的本體物質包括陽離子溼強度溶液或顏料在陽離子溼強度樹脂溶液中的分散體。另外，可以是不足的能量以保持顏料顆粒的分離並減少凝聚。本文所用的術語「混合區」是由所選特定供能裝置的幾何所決定的，是指將能量由供能裝置傳輸給需供能的液體或分散體時的體積。申請人發現，一種對加入速率的有用度量是傳輸數(Delivery Number)。本文所用的「傳輸數」是一種取決於顏料分散體的加入速率、攪拌器的幾何、以及攪拌器的旋轉速率的無量綱數，可按照下式計算Q=(PigWtAddnTime)nd3]]>n=RotVel60]]>其中Q＝傳輸數PigWt＝所加顏料分散體的重量(千克)AddnTime＝加入顏料所需的時間(秒)
r＝顏料分散體的密度(克/釐米3)RotVel＝攪拌器的旋轉速率(rpm)d＝攪拌器的直徑(釐米)例如，在製備一批本發明著色粘合劑組合物時，採用以下數據PigWt＝36.97千克；AddnTime＝240秒r＝2.2克/毫升(TiO2漿液，包含約72％TiO2固體物質)RotVel＝1800rpmd＝24.3釐米所得傳輸數為1.63×10-4。從實施例3可以看出，該傳輸數表示，將顏料分散體足夠慢地加入混合區中以防聚集(即，中值未經聲處理的粒徑明顯低於1微米)。
在該優選方法中，最後的所需步驟是加入幹強度粘合劑溶液(仍然連續向液體供能)。幹強度粘合劑溶液優選在其它組分之後加入，因為這些溶液通常粘度高，因此難以在可接受的升溫條件下向這些溶液供能。如上所述，幹強度粘合劑溶液優選包含澱粉基樹脂或水中的聚乙烯醇。該水溶液中的幹強度粘合劑的濃度優選約2-14％，而且在製備100份成品粘合劑組合物時，將約2-7份的粘合劑固體物質加入該粘合劑組合物中。
可選地，將其它組分在混合上述各物質之後加入。例如，為了控制最終的粘度和固體含量，可以保留一部分稀釋水，這樣可補償批次之間在各原料上的差異。
其它的粘合劑生產方法加料順序儘管上述方法由於能夠使顏料顆粒最大分散並減少顆粒聚集而優選，但其它方法，尤其是其它加料順序也在本發明的範圍內。例如，申請人可以考慮這樣一種加料順序，其中包括以下步驟1)提供一種幹強度粘合劑溶液；2)向該幹強度粘合劑溶液供能；3)提供一種陰離子穩定顏料分散體；4)將顏料分散體混入幹強度粘合劑溶液中以形成一種著色粘合劑混合物；5)提供一種陽離子溼強度樹脂溶液；然後6)將溼強度樹脂溶液混入著色粘合劑混合物中。與低能混合方法相比，按照該替代方法製備的著色粘合劑組合物明顯不透明性提高，聚集減少而且穩定。具體地說，包含上述優選TiO2顏料的粘合劑組合物的中值未經聲處理的粒徑為約1微米，而且起始分離時間大於24小時。如果將這些結果與前面表2所示結果進行比較，那麼相對實施例1的低能混合方法，這種改進是顯著的。
供能裝置適用於本發明其它供能裝置是一種能夠通過在液體介質中形成超聲波振動而向其供能的混合器(一種合適的裝置由Sonic Corp.of Stratford，CT生產的聲譜顯示儀)。聲譜顯示儀是一種在線體系，它通過一個有型孔以高線速抽吸液體、液體混合物、或在液體中的固體分散體，這樣可產生超聲波振動。液流撞擊懸臂在液流中的葉片。流過葉片的液流在葉片中產生振動，然後在液流中產生空化作用以將流動能轉化成混合/分散能。
層壓花和層壓在形成層的造紙過程結束之後，可以將一層或多層進行壓花和層壓。如果使用本發明著色粘合劑組合物來進行壓花/層壓步驟，那麼壓花/層壓就是一種能夠產生可用於對所需性能提供視覺顯示的圖案的方法。
可按照以下方法進行壓花節對節(knob-to-knob)壓花法，這在普通轉讓的USP 3,414,459(1968年12月3日授予Wells)中作了說明；嵌套壓花法(nested embossing process)，這在1971年1月19日授予Nystrand的USP3,556,907中作了說明；或雙層壓花法(dual ply process)，這在普通轉讓的USP5,294,475(1994年3月15日授予McNeil)中作了說明，將所有這些專利作為參考引入本文。
對本發明描述和要求保護的實施方案來說，這些壓花可以以0.05-0.07英寸的間距間隔開，並且有0.001-0.100平方英寸的遠端面積。每個壓花可在有許多節的輥上製成，這些節從輥表面突出0-0.120英寸。這些壓花可以是圓形、鵝卵形或不規則形狀。
每個壓花都具有遠端，而且將本發明粘合劑組合物施用到遠端的至少一部分，形成按照本發明的層壓薄頁製品。粘合劑固體物質優選以約12-20磅粘合劑固體物質/噸紙(6-10克粘合劑固體物質/千克紙)的速率施用到至少一層薄頁上的至少某些遠端上以形成層壓薄頁製品。更優選施用約14-18磅粘合劑固體物質/噸紙(7-9克/千克)。本文所用的術語「粘合劑固體物質」是指本發明粘合劑組合物中的非水組分，其中包括溼強度樹脂、幹強度添加劑、TiO2、和任何分散助劑或可加入該粘合劑組合物中的其它物質。
實施例4描述了一種特別優選用於壓花或層壓以生產按照本發明的層壓薄頁製品的方法。
申請人相信，以下非限定性實施例用於說明本發明。
實施例實施例1該實施例用於說明使用常規混合方法製備的由陽離子溼強度樹脂、和陰離子穩定顏料分散體和幹強度粘合劑溶液的凝聚混合物的性能。
按照以下方法製備出著色粘合劑組合物1)提供約13份陽離子溼強度樹脂溶液，其中包含約12.5％Kymene557LX樹脂且pH值為約3.0；2)使用得自Lightnin of Rochester，NY的Lightnin TS2010型混合器(該混合器可向溶液提供約1.7瓦/千克的能量)，開始攪拌溼強度樹脂溶液；3)在連續攪拌下，加入約23份的pH值約8.4的72％固體含量TiO2分散體(來自DuPont的Ti-PureRPS Vantage金紅石紙漿液)；4)在連續攪拌下，加入約64份的樹脂固體含量約7.4％的幹強度添加劑(來自DuPont的ELVANOL 71-30)溶液；然後5)在連續攪拌下，根據需要加入水至100份。
表4列出了評估該粘合劑組合物所得到的性能數據。
表4性能 值pH值 4.3中值未經聲處理的粒徑(μm)第一峰 17.1第二峰 2.2濁度*1217起始分離時間 4小時*在0.5克粘合劑在1000毫升水中的濃度下測定。
實施例2該實施例採用了與實施例1相同的物質、濃度和加料順序，但採用本發明方法，得到了適於連接兩層或多層薄頁紙的著色層壓粘合劑組合物。具體地說，使用了能夠向液體供能約110瓦/千克的實驗室混合器(如，得自Sunbeam Corp.of Delray Beach FL的Osterizer)。
表5列出了評估該粘合劑組合物所得到的性能數據。
表5性能值pH值4.3中值未經聲處理的粒徑(μm)0.5濁度*3467起始分離時間＞4周實施例3該實施例用於說明使用工業規模混合裝置來製備按照本發明的著色粘合劑組合物。
裝置混合器 Breddo Likwifier，LOR型，50加侖尺寸，30Hp馬達，可調速度(640-2300rpm)，得自Breddo Likwifier of Kansa City，MO葉輪 1)標準盤-部件號8-711-00042)有齒盤-部件號8-711-0691組成組分 ％陽離子溼強度樹脂溶液 12TiO2分散體 32幹強度添加劑溶液 55水 1總計 100表6列出了按照各種工藝條件製備的幾種著色粘合劑組合物批料的性能。
表6試驗號 盤的 每批大小 速度 傳輸數 所加能量 中值未經聲處理的粒徑 濁度類型 (千克) (rpm) (瓦/千克) (米)(NTU)1標準 1161800 1.6210-435.2 0.679 35672有齒 1161800 1.6210-490.3 0.566 37213有齒 2301800 5.1510-488.1 0.577 未得到實施例4該實施例討論使用按照實施例2方法製備的著色粘合劑組合物層壓多層紙品的各種性能。這些紙品可由兩層常用於Bounty牌紙巾的纖維素纖維製成，這些紙巾由ProcterGamble Company of Cincinnati，OH(本發明的受讓人)供應。每層由65％北方軟木牛皮紙漿、35％CTMP製成，且其定量為14磅/3000英尺2。每層在嵌套壓花工藝中通過橢圓形突起來壓花，這些突起在遠端具有0.084英寸的主軸、0.042英寸的副軸且突起高0.070英寸。這些突起在45度節距的同心鑽石圖案中相距約0.118英寸。製備出兩互補層，然後在零間隙配合壓區上連接起來，從而製成每層具有約33個突起/英寸2的整體式層壓品。
實施例3方法提供了一種包含5.75％總粘合劑固體物質(其中1.5％是Kymene，4.25％是聚乙烯醇)的粘合劑組合物。該粘合劑組合物還包含23％二氧化鈦固體物質。將該粘合劑組合物施用到每層的突起上。將粘合劑組合物中所有的固體物質都施用到紙品上。所得紙品的溼層合強度為5.5克/英寸，幹層合強度為10.4克/英寸。以下在測試方法部分描述用於測量溼層合強度和幹層合強度的方法。
在表7中，將用本發明製備的粘合劑組合物層壓的紙巾產品與其它市售紙巾進行溼層合強度和幹層合強度比較。
表7樣品 製造商 溼層合強度幹層合強度(克/英寸) (克/英寸)本發明受讓人 5.5 10.4BOUNTY受讓人 3.9 10.1BRAWNY*James River3.1 10.1SPARKLE*Georgia Pacific3.0 7.0MARDIS GRAS*Ft.Howard 3.4 7.6VIVA-2-PLY*Scott 3.0 4.4HI-DRI*Kimberly Clark 3.4 5.5*數據來自美國專利申請08/835039。
表6中的每種溼和幹層合強度都表示至少5個樣品的平均值。當然，對於幹層合強度試驗，5個樣品中的每個都表示4個測試試樣的平均值。從表7的數據可清楚地看出，本發明的粘合劑組合物在保持可與市售紙巾媲美的幹層合強度的同時，提供基本上改進的溼層合強度。如果將使用本發明粘劑組合物層壓的紙巾浸漬在水中，那麼著色粘合劑的圖案就清晰可見。如果類似地將表7所列市售紙巾進行浸漬，則沒有清晰可見的圖案。
實施例5該實施例用於說明包含替代材料的本發明著色層壓粘合劑的配方。表8列出了按照本發明的層壓粘合劑的組成，其中同時包含替代無機著色劑和可選的陽離子添加劑。
表8組分 濃度(重量百分數)幹強度添加劑14.5顏料218.0陽離子溼強度樹脂30.3可選的陽離子添加劑40.7替代顏料51.0水 足量至100％1.ELVANOL71-302.由Ti-PureRPS Vantage金紅石紙漿產生的固體物質3.Kymene557LX4.Cypro5155.Aerosil300基本上按照本發明的優選方法製備出組合物，其中在混合各組分時，使用實驗室混合器(Osterizer)向組合物供能。成品組合物評估如下1)14天之後沒有可見的分離作用；2)可與本發明其它組合物媲美的濁度-2600NTU；3)如果在將組合物施用到薄頁底材上時使用計量杆(得自PaulN.Gardncr Co.，Inc.of Pompano Beach，FL，型號為size 8)以控制塗層厚度，那麼本實施例粘合劑組合物的薄層的白度就可與按照實施例2製備的採用相同方式施用到薄頁底材上的粘合劑組合物的白度相媲美；和4)粘度可與本發明的其它組合物相媲美-170釐泊。
測試方法幹層合強度提供四個紙成品的樣品。在粘合劑體系完全固化之後，將這些樣品老化至少2周。從每個樣品的中心切下沿樣品總長度方向的一個三英寸條。其中兩條是沿著機器方向切下的，另兩條是沿垂直機器的方向切下的(即，在機器方向的孔之間或者垂直機器方向的邊之間)。這些條沿著任何一個三寸的邊緣稍稍分離開，因此每一層與其它層獨立開來。將各層手工分離開來直到樣品的計量長度為2英寸。
將各層放在拉伸機的夾片(jaw)內。合適的拉伸試驗機為Model 1451-24，由Thwing/Albert公司(Philadelphia，Pennsylvania)供應。直角機頭分離速度設置在20英寸/分鐘，從起始的2.0英寸的間隔運行了7.5英寸。只記錄直角機頭運行最後六英寸的數據。所有四個樣品都要做張力測試。將這四個數據平均後給出一個單一的層合強度值，該值即代表了所有四個樣品取自的產品的層合強度。
必須注意使被拉伸機分離的樣品部分不接觸拉伸機的較低的夾片或較低的直角機頭。如果發生這樣的接觸，將在測壓儀上顯示一不合理高的讀數。同樣也要注意將要被分離的樣品部分與各層已被拉伸機分離的樣品部分不接觸。如果出現了這樣的接觸，表觀層合強度將會不合理的升高。如果出現了上面提到的任何一種提觸，這個數據點就要被捨棄掉重新測試一個新的樣品。
溼層合強度提供四種紙成品的樣品。在粘合劑體系完全固化之後，將樣品老化至少2周。從每個樣品的中心切下沿樣品總長度方向的一個三英寸條(如，對於已轉化成市售紙巾的材料，在各孔之間)。其中兩條是沿著機器方向切下的，另兩條是沿垂直機器的方向切下的(即，在機器方向的孔之間或者垂直機器方向的邊之間)。這些條沿著任何一個三寸的邊緣稍稍分離開，因此每一層與其它層獨立開來。將各層手工分離開來直到樣品的計量長度為2英寸。
將各層沿樣品的一個3英寸邊分離開。將未被分離的樣品部分，即未放入拉伸機夾子中的部分浸在蒸餾水中。浸漬後，將樣品立即從水中取出，並使它在一瀝水架上瀝水60秒鐘。瀝水架上配有一尼龍線方篩，形成篩的尼龍線的直徑為0.015英寸，間隔0.25英寸。乾燥架以相對於水平面45°的角度放置。當在乾燥架上乾燥樣品時，樣品的放置應使得樣品的長邊向下與乾燥架的斜度一致。將該層分開的邊一起收回到乾燥架上從而使樣品儘可能地光滑，同時樣品適當地瀝乾了多餘的水分。以這種方式製成樣品後，在拉伸機上以上述測試幹層合強度的方法測試該樣品。
粘度概述該方法適用於測量作為剪切率函數的粘度。將樣品放置在兩個同心圓柱體之間的窄環形體積中。內圓柱體以受控環形速度旋轉，所得扭矩或由兩個圓柱體之間的樣品所產生的力是放置在兩者之間的樣品的粘度的量度。
裝置粘度計，一種合適的粘度計得自Paar Physica USA.Inc.of Edison，NJ，型號MC1。
裝置的設置1)按照製造商的要求設定粘度計。
2)樣品和裝置的溫度應該為23±1℃。
方法1)使用待評估的樣品，將外圓柱體填充到標定量。
2)將外圓柱體插入粘度計中，保證內圓柱體位於其中心並將外圓柱體固定到位。在外圓柱體固定到位之後放置至少10秒，使樣品填充到兩個圓柱體之間的環形體積中，然後開始掃描粘度。
3)將粘度計設定在10-1000秒-1之間進行掃描，然後使用斜升/斜降程序(ramp up/ramp down protocol)進行粘度測量。在斜升部分測量50次，在斜降部分測量50次。
數據的記錄和分析記錄兩個樣品中每一個由程序的斜降部分，在10-1000秒-1剪切率下的粘度。
電荷密度概述分散體或膠體溶液的電荷密度可通過測量一對間隔電極之間的電勢(泳動電勢)而測定，其中一個電極與樣品容器的一個表面相鄰，在該樣品容器中，分散體的顆粒或膠體溶液的大分子已被吸附，而另一個電極則位於樣品容器的自由體積中。通過一個設定電勢的振蕩活塞，使所有帶電顆粒或大分子物質的抗衡離子流動。然後使用具有相反電荷的標準聚電解質，將樣品滴定至0泳動電勢(即，至等電位)，測量電荷密度(以微當量/克計)。
裝置顆粒電荷檢測器一種適用於測量電荷密度的裝置作為顆粒電荷檢測器PCD 02得自Mutek Analytic，Inc.of Marietta，GA。
滴定器合適的滴定器是具有兩個活塞滴定管的Mettler自動終點滴定器DL21型，得自MUTEK Analytic，Inc.of Marietta，GA。
標準物質標準聚電解質溶液也得自MUETEK Analytic。陽離子標準物是0.001N的聚二烯丙基二甲基氯化銨。陰離子標準物是0.001N的聚乙烯硫酸鈉。
操作1)按照製造商的要求，設定並校正顆粒電荷檢測器。重要的是，為了測量準確，環境溫度應該超過15℃，優選約25℃。
2)按照製造商的要求，設定並校正滴定器。
3)用樣品清洗顆粒電荷檢測器的樣品池和活塞。可以過濾樣品(100目濾網)以去除大顆粒，否則會影響活塞的操作，儘管這只是一小部分帶電物質。
4)將受控量的樣品分配到清洗的樣品池中。可能需要進行初步滴定以確定需要0.5-15毫升滴定劑的樣品量。至少需要10毫升液體以覆蓋兩個電極。樣品可用去離子水進行稀釋，得到需要0.5-15毫升滴定劑的至少10毫升樣品。
5)將活塞插入樣品容器中，然後將容器放入顆粒電荷檢測器中，確保電極接觸且使活塞與驅動結構嚙合。
6)打開活塞，使泳動電勢穩定(約2分鐘)。
7)使用合適的聚電解質溶液來滴定樣品至等電點。即，使用陰離子聚電解質滴定陽離子樣品，使用陽離子聚電解質滴定陰離子樣品。
數據的記錄和分析1)記錄將樣品滴定至等電點所需的滴定劑量。
2)使用下式計算電荷密度(微當量/克)q=VC1000W]]>
其中V是所需的滴定劑體積(毫升)；C是聚電解質濃度(微當量/毫升)；且W是樣品中的固體含量(如，對於0.1％TiO2懸浮液的10毫升樣品，W＝0.01克)3)報告所作的每次測量結果。
粒徑分布概述使用光散射裝置測量在本發明方法中形成的顏料顆粒的粒徑分布。可使用相干和非相干光源，這取決於粒徑的預期範圍。
裝置合適的裝置得自Horiba Instruments，Inc.of Irvine，CA，型號LA910。Horiba LA910可使用散射體系來測量粒徑分布(PSD)。可使用相干光源(雷射)和非相干光源來測量寬範圍內的PSD。該裝置可測量給定樣品的四個分布(體積、數目、面積和長度)。將軟體連接到計算機上以控制該裝置，並將實際測得的光強度數據轉化成任何上述分布。優選體積分布應跟隨結構變化。中值粒徑作為PSD的單值描述符而優選，這樣可對背離正常分布的情形進行適當描述。Horiba LA910能夠採用低能聲處理(約40瓦)以分離聚集體。為了更好地理解可能由於特定混合工藝而導致的任何聚集作用，優選在無需聲處理下測量PSD。
標準物質校正標準物NanosphereTM標準聚苯乙烯顆粒，由Duke Scientific ofPalo Alto，CA提供。這些標準物是可跟蹤NIST的。
裝置的設定相對摺射指數(RRI)2.00-0.00i攪拌 3循環 4聲處理 關閉方法1)按照製造商的要求，設定並校正該儀器。
2)用水填充樣品池，然後單擊計算機屏幕上的測量符號，測量空白(脫氣、去離子水)粒徑分布以檢查儀器的基線。
3)將150毫升脫氣、去離子水放入樣品池中，然後將該樣品池插入裝置中。
4)滴加樣品，直到通過該裝置測得的透光比例(藍色比例)為約70-75％。
5)單擊計算機屏幕上的測量符號以收集樣品數據，然後確定樣品的粒徑分布。
數據的記錄和分析1)測量至少兩個樣品的粒徑分布。
2)確定該分布是多分散的還是單分散的。
3)對於單分散分布，記錄中值粒徑。
4)對於多分散分布，記錄由每個分布峰確定的粒徑。
濁度概述濁度是對液體懸浮液不透明性/渾濁性的一種度量。濁度通過確定懸浮顆粒的光散射量而測定。
儀器濁度計合適的濁度計得自HACH Company of Loveland，CO，型號2100AN。
標準物質濁度值低於0.1、20、200、1000、4000和7500濁度單位(NTU)的標準濁度物質也得自HACH Company。
方法1)按照製造商的要求，設定並校正濁度計。
2)用1000毫升水稀釋0.4克著色粘合劑，然後混合1分鐘。合適的磁力攪拌器，如Corning PC-351型得自Corning Glass Works(Corning，NY)。
3)將稀釋樣品平衡1分鐘。
4)將合適的體積(約30毫升)轉移到樣品池中。
5)按照製造商的要求測量濁度。
6)記錄所測得的濁度。
數據的記錄和分析1)以濁度單位(NTU)記錄濁度值。
混合能概述測定電流和電壓，然後用於計算傳輸到供能裝置上的功率。
儀器功率分析儀合適的功率分析儀得自Fluke Corp.of Everett，WA，型號為41B Power Harmonics Analyzer。
安培探頭80I-1000s型，也得自Fluke Corp。
方法1)保證按照製造商的要求來校正功率計。
2)將安培探頭放在用於供能裝置的供電線的三個導體之一附近。將電壓探頭連接到供電線的其它兩個導體上。Fluke 41B通過對平衡三導體負載的簡單的單相測量，計算出三相功率讀數。使用隨儀器提供的軟體(FlukeView 3.0版)，將功率測量值傳輸並記錄到Microsoft Excel Spread Sheet上。
3)將少量水放在底部封口附近，測量空罐時的功耗。測量待評估的特定供能裝置在整個速度範圍內的功耗。
4)在上述粘合劑生產工藝的每次加料步驟中，每10秒鐘由功率分析儀記錄功率讀數至少5次。如果需要，可以將數據採集硬體和軟體用於樣品，然後自動記錄功率讀數。
數據的記錄和分析1)由加料時的功耗減去在運行速度下的功耗，由此計算出每次加料步驟的淨功率。
2)將淨功率除以加料步驟後需供能的材料的質量，由此計算出每次步驟的單位質量的淨功率。
3)記錄每次記錄步驟的淨功率和單位質量的淨功率。
權利要求
1.一種用於層壓吸收性紙品的粘合劑組合物，所述粘合劑組合物包含以下物質約2-7％重量的水溶性或水可分散性幹強度粘合劑；約0.05-5％重量的水溶性陽離子溼強度樹脂；約58-91％重量的水；且其特徵在於，所述粘合劑組合物還包含7-30％重量的懸浮在所述粘合劑組合物中的顏料。
2.根據權利要求1的粘合劑組合物，其中所述幹強度粘合劑材料選自聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纖維素樹脂、澱粉基樹脂、及其混合物。
3.根據前述權利要求中任何一項的粘合劑組合物，其中所述顏料選自高嶺土、碳酸鈣、氧化鋅和二氧化鈦。
4.根據前述權利要求中任何一項的粘合劑組合物，其中所述顏料漿液作為在水中的分散體提供給所述粘合劑組合物，且所述分散體使用陰離子分散助劑來穩定。
5.根據前述權利要求中任何一項的粘合劑組合物，其中所述水溶性陽離子樹脂選自聚醯胺-表氯醇樹脂、乙醛酸化的聚丙烯醯胺樹脂、聚乙烯亞胺樹脂、及其混合物。
6.根據權利要求5的粘合劑組合物，其中所述聚醯胺-表氯醇樹脂包含表氯醇與含仲氨基的聚醯胺的反應產物，表氯醇與所述聚醯胺的仲氨基的比率為0.5∶1-2∶1。
7.一種吸收性紙品，所述紙品包含至少兩層紙，其中所述層使用根據前述權利要求中任一的層壓粘合劑組合物進行粘合層壓。
8.根據權利要求7的吸收性紙品，其中所述紙品包含6-10克粘合劑固體物質/千克紙。
9.根據權利要求7或8的吸收性紙品，其中所述紙品是紙巾。
10.一種用於生產著色粘合劑組合物的方法，所述方法包含以下步驟a)提供第一樹脂的水溶液或分散體；b)提供供能裝置，其特徵在於，所述供能裝置能夠向所述第一樹脂溶液或分散體提供至少5瓦/千克的功率；c)使用所述供能裝置向所述第一樹脂溶液或分散體供能；d)提供顏料顆粒的水分散體，所述顏料顆粒具有平均粒徑；e)使用所述供能裝置，將所述顏料分散體混入所述第一樹脂溶液或分散體中；f)提供第二樹脂的水溶液或分散體；然後g)使用所述供能裝置，將所述第二樹脂的水溶液或分散體混入所述第一樹脂溶液與所述顏料分散體的所述混合物中，形成所述著色粘合劑組合物，其中所述顏料顆粒在所述著色粘合劑組合物中的中值未經聲處理的粒徑不超過所述顏料顆粒在所述顏料分散體中的中值未經聲處理的粒徑的2.5倍。
全文摘要
本發明公開了一種適用於層壓吸收性紙品的粘合劑組合物、以及使用該粘合劑組合物層壓的紙品。該粘合劑組合物可提供溼層合強度,而且在吸收性紙品變溼時提供保持所需性能的視覺信號。該粘合劑組合物包含水溶性或水可分散性幹強度粘合劑、水溶性陽離子溼強度樹脂和顏料。本發明還公開了一種用於生產這種粘合劑組合物的方法。該方法包括一個基本步驟,即提供供能裝置,該供能裝置能夠在加入顏料分散體時向樹脂溶液或分散體傳輸至少約5瓦/千克的功率。
文檔編號D21H27/30GK1260820SQ98806158
公開日2000年7月19日 申請日期1998年5月8日 優先權日1997年5月9日
發明者勞爾·V·努涅斯, 琳達·埃弗斯-史密斯, 唐·N·博特曼, 克里斯多福·S·克勞斯 申請人:普羅克特和甘保爾公司