用于制造具有高内部结合强度的低密度多层纸板的方法

专利名称：用于制造具有高内部结合强度的低密度多层纸板的方法
交叉引用相关申请本申请要求2006年3月17日申请的第60/783,624号美国申请的优先权。
领域本申请涉及一种用于提高在多层纸板中粘合强度的方法，其中该多层纸板具有存在于至少一层中的交联纤维素纤维。
概述本申请是要提供一种提高纸板内部结合强度的方法，其中该纸板在至少一层中具有大于百分之二十五的交联纤维。在该方法中，添加剂添加给不同组合和顺序的纸浆中，同时把该纸浆的离子需求维持小于零。因此获得了具有高ZDT、Scott粘合力和Taber硬度的纸板。


图1为试生产线的示意图。
描述在其中内层包含近似大于百分之二十五交联纤维素纤维的单层或者多层纸板中，片层密度将降低到小于0.4g/cc。结果，内部结合强度可下降如此低，以至不仅比把纸板转换成为包装产品而需要的程度低很多，而且比这种最低程度还低，其中该最低程度为提高内部强度传统方法不能提供足够改善以满足转换需要。此影响既可在整个结构中出现，也可在该结构内一些部分中出现。本申请提供一种把低密度纸板内部结合性提高回到可用于转换范围的方法。
在此申请中，已经说明了对高浓度湿部(wet end)添加剂的利用，同时制造低密度纸板。
本申请的明显特征是，无论是单层或者多层结构，该纸板的至少一层包含交联纤维素纤维和强度增强的添加剂，该添加剂例如为用机械方法磨浆的纤维、阴离子和阳离子淀粉及其他添加剂，以补偿因增添该交联纤维素纤维而受损失的纸板强度。该交联纤维素纤维增加了纸板绝缘纸板特性的体积密度。该纸板同样包含化学浆纤维。如在这里定义的那样，可用在本申请中的化学浆纤维主要地来自于木浆。用于本申请的适当的木浆纤维可从众所周知的化学工艺中获得，例如有或者没有随后漂白的牛皮浆和亚硫酸盐法制浆工艺。可使用针叶树和阔叶树。本领域的普通技术人员所熟知的是木浆纤维选择的细节。例如，从包括Weyerhaeuser公司的许多公司可获得用于本申请的由美国长叶松制造的适当纤维素纤维，牌号为C-Pine、Chinook、CF416、FR416和NB416。漂白牛皮浆花旗松纸浆(D.Fir)和加拿大的大草原城软木，由Weyerhaeuser制造所有这些都是能被使用的北方针叶树的实例。例如HPZ的丝光处理纤维和例如HPZ III的丝光处理快速干燥纤维当与交联纤维素纤维一起使用时同样适用于本申请，两种纤维均由BuckeyeTechnologies Memphis TN和Porosinier-J-HP制造，这些技术可从美国乔治亚州杰瑟普的Rayonier Performance Fibers Division获得。其他的非交联纤维素纤维包括Weyerhaeuser Federal Way WA制造的化学热机械(chemithermomechanical)纸浆纤维(CTMP)、漂白化学热机械纸浆纤维(BCTMP)、热机械纸浆纤维(TMP)、磨浆磨木浆纤维、磨木浆纤维、TMP(热机械纸浆)和作为CTMP NORPAC新闻纸等级出售的从NORPAC，Longview，WA获得的CTMP、通过Weyerhaeuser公司由2004年8月20日申请的第10/923,447号美国申请中描述方法制造的喷射干燥纤维素纤维和处理喷射干燥纤维素纤维。这些纤维被扭结和卷曲。另外的纤维包括如在第6,837,970号美国专利中描述的快速干燥和处理的快速干燥纤维。
用于制造交联纤维素纤维的适当交联剂包括例如多元羧酸的羧酸交联剂。在第3,526,048号、第4,820,307号、第4,936,865号、第4,975,209号和第5,221,285号美国专利中描述了多元羧酸交联剂(例如柠檬酸、丙烷三羧酸和丁烷端四甲酸)和催化剂。在第5,137,537号、第5,183,707号、第5,190,563号、第5,562,740号和第5,873,979号美国专利中描述了作为交联剂的包含至少三个羧基(例如柠檬酸和氧联二琥珀酸)的C2-C9多元羧酸的利用。
聚合的多元羧酸同样是用于制造交联纤维素纤维的合适交联剂。在第4,391,878号、第4,420,368号、第4,431,481号、第5,049,235号、第5,160,789号、第5,442,899号、第5,698,074号、第5,496,476号、第5,496,477号、第5,728,771号、第5,705,475号和第5,981,739号美国专利中描述了这些聚合的多元羧酸交联剂。作为交联剂的聚丙烯酸和相关共聚物在第5,549,791和5,998,511号美国专利中被描述。在第5,998,511号和6,582,553号美国专利中描述了多元马来酸交联剂。CHB405，一种柠檬酸交联纤维素纤维和CHB505，一种聚丙烯酸交联纤维素纤维，用于此加工中，这两者可从，WA的Federal Way Weyerhaeuser公司买到。
在单层或者多层纸板结构中，使用木浆纤维和交联纤维素纤维混合物。在一个实施例中，在至少一层上，该交联纤维素纤维以25％到80％含量的层的全部纤维重量存在。在另一个实施例中，该交联纤维素纤维以40％到75％含量的层的全部纤维重量存在。在又一个实施例中，它们以层的全部纤维重量的505到705水平存在。
离子需求平衡该技术依赖于在纸加工湿部离子需求平衡的能力，从而1)阴离子聚合材料可保持在纤维和碎屑上，而不过度保持在水系统中；2)该纤维和系统不穿过零电荷点，该点使保持性和排水不稳定；3)由于纸浆纤维是阴离子的，然而一些阳离子材料可被添加，在没有使过度阴离子需求平衡情况下增添太多阳离子材料将导致纤维絮结，降低生成，和/或导致排水下降，影响流动性。
在此说明书中，用于包含交联纤维素纤维的纸板中的每一成分具有通常由离子需求滴定法测量的特定电荷密度。结合PCD 02粒子电荷检测器，Mutek PCD滴定仪用于粒子电荷滴定法，用于测量成分或者纤维配比的离子需求。该方法根据A.E.Staley制造公司，一个伊利诺伊州Decatur的Tate和Lyle的子公司程序进行。
1.利用在仪器后面的电源开关打开Mutek。
2.把10mL完全混合试样放置在试样容器中。把活塞和垫圈插入容器内。该试样稠密度应该不过0.83。稠原料试样应该被稀释。
3.仪器打开后，活塞应该上下运动，显示mV电势。电势的标志(+或者-)指示试样是阳离子的(+)还是阴离子的(-)。
4.用适当的滴定剂滴定试样，直至mV电势读出0mV(PolyDADMAC为阳离子聚合物并用来滴定阴离子试样；PVSK或者PESNa为用于滴定该阳离子试样的阴离子聚合物)。滴定管或者注射器可用于把滴定剂输送到试样。由于大量滴定剂将导致不精确的测量，因此滴定法不应该以4mL以上滴定剂进行。如果试样需要4mL以上滴定剂，则该试样应该被稀释或者应该使用更浓缩的滴定剂。
5.记录用于滴定试样的滴定剂量。为了计算该系统的要求，使用以下方程式“离子需求”(ueq/L)＝(mL滴定剂)×(％滴定剂稀释液)×(试样稀释液)离子需求是指需要中和相反离子电荷的阴离子或者阳离子的量，用meq/g或者ueq/kg表示。例如，带有+2.2meq/g离子需求的填加剂具有2.2meq/g的阴离子需求；带有-1.8meq/g离子需求的填加剂具有1.8meq/g的阳离子需求。
在表1中示出了其中离子需求通过方法测量的特定成分，其中成分值来自供应商。
表I

参见该表，在总共和有效离子需求之间的差值表示这样的电荷量，该电荷在不能为300,000g/mole以上分子量聚合物所达到的纤维内。为了造纸，有效离子需求比总离子需求更多地由在实践中获得的结果表示。
在造纸机湿部中情况更复杂，其中来自外部源头的稀释水和/或来自纸浆厂漂白阶段的洗涤水包含离子材料(溶解和分散)，用来控制液体浆的稠密度。在存在过剩离子材料的集成磨碎机中，被加到液体浆以增加内部结合强度的材料可通过该过剩离子材料消耗。同样，在纸浆上有效离子位置同样取决于磨浆已经完成的程度，以及取决于基本纤维形态，即纤维或者局部纤维越小，有效表面积就越大，因此有效离子需求越高。
通常，可以说该纤维浆是阴离子作为开始，同时应该通过造纸工艺来保持阴离子，即纸浆离子需求应该小于零。
用机械方法磨浆的纤维可添加到纸浆上，以提高纸板强度。在一个实施例中，用机械方法磨浆的纤维具有小于125mL CSF的加拿大标准游离度、1/3或者更少的未磨浆纤维的卷曲指数以及1/2或者更少未磨浆纤维的扭结角度。
在一个实施例中，用机械方法磨浆的纤维添加到纸浆，接着再添加阴离子淀粉，然后添加阳离子固定剂。在每个添加步骤后，纸浆离子需求小于零。纸浆沉淀在多孔支撑件上，脱水，形成网，并干燥以形成纸板。
在一个实施例中，在干燥纤维上总的淀粉水平为从50到120lb/t。在一个实施例中，在干燥纤维上总的淀粉水平为从60到100lb/t。在又一个实施例中，总的淀粉水平为80到90lb/t。
例如阳离子淀粉的阳离子固定剂(例如STA-LOK300、STA-LOK330和RediBOND2038)具有即小于1meq/g的低阴离子需求。例如Kymene557H的其他阳离子添加剂具有高阴离子需求(+2.2meq/g)。在一个实施例中，阳离子固定剂具有大于零但小于一个meq/g的阴离子需求。在另一个实施例中，阳离子固定剂具有从1meq/g到10meq/g的阴离子需求。
本申请的纸板可以是几个结构其中之一。在一个实施例中，该纸板为单层结构，在另一个实施例中，该纸板为两层结构，而在又一个实施例中，该纸板为多层结构。
在该方法中，添加剂的添加顺序可改变。如前面提到的那样，在一个实施例中，用机械方法磨浆的纤维添加到纸浆，接着在添加阴离子淀粉，然后添加阳离子固定剂。在每个添加步骤后，纸浆离子需求小于零。纸浆沉淀在多孔支撑件上，脱水，形成网，并干燥以形成纸板。在一个实施例中，用机械方法磨浆的纤维添加到纸浆，接着在添加阳离子固定剂，然后添加阴离子淀粉。在每个添加步骤后，纸浆离子需求小于零。纸浆沉淀在多孔支撑件上，脱水，形成网，并干燥以形成纸板。在又一个实施例中，用机械方法磨浆的纤维添加到纸浆，接着添加阴离子淀粉，然后添加第一阳离子固定剂，接着添加第二阳离子固定剂。在每个添加步骤后，纸浆离子需求小于零。纸浆沉淀在多孔支撑件上，脱水，形成网，并干燥以形成纸板。在每种情况中，该第一阳离子固定剂可具有从1meq/g.到10meq/g的阴离子需求，而第二固定剂可具有大于零而小于1的阴离子需求。
用机械方法磨浆的纤维和高含量淀粉纤维和聚合物粘合剂被用于低密度纸板，以便内部结合强度增加100％以上，而在密度上增加10％或者更少。表11示出了在游离度和离子需求上的磨浆的效果。
表II磨浆对离子需求的效果

*只有纤维LV，LongviewEW，Escher WyssVB，Valley Beater以下实例中每个如下产生1.利用一般手抄纸制造设备形成的手抄纸具有延伸部，以降低形成的稠密度。
2.250gsm OD纤维。
3.60％CHB405(交联纤维素纤维)，独立地分散；几种方法可互换地使用(空载的Valley打浆机，空载时具有1-2amps实验室圆盘精研机和中型规模高频疏解机)。进行机械分散以改善成型。
4.40％花旗松磨浆到400ml CSF；pH调节到7。
6.4#/t Aquapel上浆剂。
7.5#/t Kymene557H。
8.25#/t阳离子淀粉(STA-LOK300)。
以上配方作为对照组；在每个实例中注意对化学试剂进行了调节。
如在这里定义那样，用机械方法磨浆的纤维(MRF)为用机械方法磨浆的木纸浆，例如具有加拿大标准游离度小于125mL、1/2或者更少未磨浆初始纤维指数和1/2或者更少未磨浆纤维扭结角度的黑松。利用纤维质量分析仪(FQA)确定指数和扭结角度，其中该分析仪在纸浆和纸科学杂志21(11)；J367(1995)中公开。可通过不同的磨浆方法形成用机械方法磨浆的纤维，以满足这些规范，其中这些方法对传统纤维性能具有不同的影响。表III示出了具有用机械方法磨浆纤维的各种组成密度和Z轴方向张力的影响。ZDT通过TAPPI 541确定。
表III机械磨浆纤维添加对强度的影响

Δ表示“在某方面变化值”内部粘合强度可通过用例如在下面实例中示出的Kymene的高离子强度分子替换一些阳离子淀粉而得到增加。
50％CHB405。
50％黑松磨浆到400mL CSF。
来自Hercules的10#t/Kymene557H。
来自Staley的10#/STA-LOK 400阳离子淀粉。
用机械方法磨浆黑松纤维利用Escher Wyss实验室用磨浆机在50ml CSF下磨浆。
在此配方中，具有+2.2meq/g离子需求的Kymene557H的水平加倍，而具有+0.3meq/g离子需求的Statlok300阳离子淀粉减少了60％。从表中可知，在ZDT粘合强度上明显增加，而通过此方法可获得Scott粘合力。
表IV对具有较高离子需求聚合物的阳离子淀粉部分替换的强度的影响

第三种技术是淀粉过剩的利用。通常的方法是克服有效湿部淀粉的正常限制，通过添加过剩阴离子淀粉并通过增添阳离子淀粉或者其他高电荷密度阳离子聚合物而把其固定到纤维上从而平衡该系统到接近中性电荷密度，来平衡在湿部电荷。该中和对于阻止过度絮化以及对排水产生较大影响是重要的。
特别地，被加到湿部的全部淀粉含量可根据干燥的纤维增加到2％到5％。可使用例如由National Starch & Chemical公司提供的RediBOND3050或者由Carolina Starches公司提供的AniofaxAP25。阳离子固定剂包括普通阳离子淀粉，如Staley Corp.公司提供的STA-LOK300，如Nalco ULTRION的8187的聚合氯化铝(PAC)，或者由Hercules Corp.公司提供的高电荷密度阳离子聚合物，如M5133和M5134、GALACTAOLSP813D(阴离子胍尔豆胶)andKymene557H以及Nalco NALKAT62060(分支EPEDMA)NalcoNALKAT2020(聚合DADMAC)。如在这里使用的那样，高离子需求通过具有1meq/g到17meq/g离子需求的聚合物表示，其中该离子需求既可以作为阴离子需求，也可以作为阳离子需求。例如，Kymene557H具有2.2meq/g阴离子需求，而Hercobond2000具有1.8meq/g的阳离子需求。
需要获得高强度开发的阴离子淀粉水平取决于电荷密度以及更重要的是取决于保持性。一般地，根据干燥纤维2％到5％添加量是足够的。阳离子固定剂的量完全取决于聚合物尺寸以及阳离子电荷密度。如在这里限定的那样，固定剂为可通过离子粘结力粘合到相对电荷分子上的充电聚合物。一般情况，电荷密度越高，需要量就越小，对于相同的电荷密度，聚合物越大，需要量就越小。
以下数据基于以下配方的实验室手抄纸1.利用一般手抄纸制造设备形成的手抄纸具有延伸部，以降低形成的稠密度。
2.250gsm OD纤维。
3.60％CHB405，独立地分散；几种方法可互换地使用(空载的Vaveralveraley打浆机，在空载情况的实验室圆盘精研机和中型规模高频疏解机)。进行机械分散以提高生成。
4.40％花旗松磨浆到400ml CSF。
5.pH调节到7。
6.5#/t Kymene557H。
7.4#/t Aquapel 625上浆剂。
8.25#/t阳离子淀粉(STA-LOK300)。
在每个实例中注明了化学调节。
实例1以上描述的手抄纸为对照组。以下调节对配料的非纤维部分进行，80lbs/t(4％)AniofacAP25与该纤维混合，继之以20lbs/t阳离子淀粉STA-LOK300混合。然后添加Kymene557H，以及量增加到10lbs/t。添加形成阳离子淀粉STA-LOK300和Aquapel 625混合物的薄层，该阳离子淀粉降低到20lbs/t，而Aquapel在4lbs/t保持恒定。评估手抄纸的密度、ZDT和Scott粘合力，在表V为结果。
Table V

实例2如上所述的对照组手抄纸被如下调节到非纤维部分。40lbs/tAniofax AP25与纤维混合，继之以20lbs/t STA-LOK 300阳离子淀粉混合。添加在5#/t的Kymene557H，与实例1中具有相同的STA-LOK 300和Aquapel625组合，即分别为20lb/t和4lb/t。评估手抄纸的密度、ZDT和Scott粘合力，在表V1为结合实例1结果的结果。
表VI

*AniofacAP25实例3在实例2中描述的手抄纸配方被改变，以容纳用机械方法磨浆的纤维，从而配料的纤维部分为60％CHB405。
35％完全漂白冷杉磨浆到400mL CSF。
5％Valley打浆机用机械方法磨浆纤维-在～50mL CSF的完全漂白牛皮浆黑松。
其余添加剂与在实例#2中相同。在表V11中示出了结果。
表VII

*AniofacAP25实例4对实例3中描述的手抄纸配方(包含用机械方法磨浆的纤维)的非纤维部分进行调整如下100lb/t AniofaxAP25混合有纤维，接着90lb/t Nalco 8187PAC，然后5lb/t Kymene557H、5lb/t STA-LOK 300和4lb/t Aquapel625。在表VIII中示出了结果。
表VIII

*AniofacAP25实例5对实例3中描述的手抄纸配方(包含用机械方法磨浆的纤维)的非纤维部分进行调整如下50lb/t AniofaxAP25混合有纤维，接着8lb/t Nalco 62060 poly，然后5lb/t Kymene557H、5lb/t STA-LOK 300和4lb/t Aquapel 625。在表IX中示出了结果。
表IX

*AniofaxAP25实例6对实例3中描述的手抄纸配方(包含用机械方法磨浆的纤维)的非纤维部分进行调整如下100lb/t AniofaxAP25混合用纤维，接着为6lb/t Nalco 2020 poly，然后5lb/t Kymene557H，5lb/t STA-LOK300和4lb/t Aquapel 625。在表X中示出了结果。
表X

*AniofacAP25形成这种单层手抄纸，该单层手抄纸设计成能模拟低密度多层纸板的中间层。0.015％到0.035％稠密度纸浆用于这些分析。手抄纸制造设备为用延伸压头箱改进的标准8″×8″板模具，以便使出原料的两倍正常体积。当使用设计成能产生大体积的材料(举例来说，象CHB405和CHB505的交联纤维)时，此改进对于改善手抄纸形成是必要的。纤维重量用总纤维净重的重量百分数来表示；添加剂基于干纤维的重量。
一系列手抄纸使用不同含量的湿部添加剂，不同添加顺序和在纤维配比上一些变化，以显示内部结合强度水平，其中该内部结合强度可通过淀粉加载的网而产生。
该添加剂以穿过每个试样排的顺序添加给纸浆，而该纸浆在每次添加后搅拌。
系列1.
以下表XI表示当制造一系列手抄纸时使用的条件和配方。
表XI-A.手写纸配方和添加顺序

*黑松用Valley磨浆机磨浆到33CSF
表XI-B.作为化学添加剂计算的离子需求在表XI-A中形成

每种手抄纸然后涂有由Celanese有限公司提供的聚乙烯醇(PVA)涂层、Celvol V24203。总涂敷量大约为50g/m2，并在每一纸张侧面之间均分。由于在带子上而不是在纸张内没有涂层的低密度结构倾向于分离，因此涂层添加给表面便于测试Z轴方向张力(ZDT)和内部Scott粘合力。
评估每一纸张的几个物理性能，包括基本重量、纸的厚度、ZDT、内部Scott粘合力和Taber硬度(15°)。Scott粘合力和Taber硬度分别由TAPPI T 569om-00和T 489om-04确定。以下表XII示出了这些主要特征的结果表XII.如在表XI中描述的实验室手抄纸的物理特性

试样1、2和9可考虑用于此实验的对照组。试样号9为设计成能输送低密度纸张并且使用典型湿部化学试剂(即阳离子淀粉和Kymene)的纤维配方该结果是极低的Scott粘合力，但为一般的Taber硬度。试样2含有用机械方法磨浆的纤维，以试图增加内部粘合力，并且单独导致ZDT和Scott粘合力增加，而不足以达到转换多层纸板需要的目标。据估计转换需要的最小必要的ZDT大约为175-190kPa。
试样1含有带颗粒PVOH的用机械方法磨浆的纤维，该颗粒PVOH通称是好粘合剂，但被保持性、成本和工艺可靠性影响的问题而阻碍。对于试样1，在ZDT和Scott粘合力上的增加量开始接近转换纸板需要的量。试样3和4表明，通过把4％总淀粉添加到配料中，ZDT和Scott粘合力基本上加倍。添加用机械方法磨浆的纤维，试样4提供了与原始结构相同程度的增加值，试样2对试样4以及试样3对试样9。
试样5表明颠倒顺序(即首先添加阳离子淀粉然后添加阴离子淀粉)，其中添加阳离子和阴离子淀粉对强度发展无影响。
试样6和7为其中阴离子淀粉量加倍同时阳离子淀粉保持恒定的情况。Kymeme 557H，一种较高电荷密度阳离子聚合物，用来平衡另外阴离子电荷。结果为与对照组相比，(试样6)在内部粘合力上进一步增加，ZDT增加500％，而Scott粘合力没有受另外的淀粉和Kymene557H影响。试样7表明，通过添加用机械方法磨浆的纤维，在此情况中，对ZDT的影响是负面的，但Scott粘合力增加。
试样8进一步调整阳离子电荷源，增加Kymene557H量，减少阳离子淀粉量。在表XI-B中，在阳离子淀粉添加最后点，系统的离子需求从负到正，而根据表XII，相应的ZDT和Scott粘合力进一步降低，表明当离子需求超过零时，离子键系统有效性降低。
ZDT降低还表明，在增加内部结合强度上，较大电荷密度聚合物比阳离子淀粉更有效。通常，在15°淀粉添加对Taber硬度的影响很小。对于单层手抄纸，这是合理的，因为纸的厚度是影响抗弯刚度的支配变量。淀粉加载对密度影响足够小，以致于由于淀粉加载导致在纸张弹性模量上的增加抵偿在纸厚度的微小变化。在多层网中，可以预期相同的效应。
系列2生产第二组手抄纸，以确定使用高电荷密度阳离子聚合物的影响以保持另外的阴离子淀粉。可以认为，由于良好的保持性，使用较大电荷密度聚合物更少总淀粉对获得相同强度是必要的。结果将降低通过添加过多淀粉而影响排水和成形的风险。表XIII显示用于该实验的配方。
表XIII.手抄纸配方和添加顺序

所有代号均在250g/m2目标，所有添加剂均在干燥纤维重量基位。
在4#/ton的Aquapel 650被在所有研究中使用(干燥纤维重量基位)MRF用机械方法磨浆每种手抄纸然后涂有由Celanese有限公司提供的聚乙烯醇(PVA)涂层、Celvol V24203。总涂敷量大约为50g/m2，并在每一纸张侧面之间均分。由于在带子上而不是在纸张内没有涂层的低密度结构倾向于分离，因此涂层添加给表面便于测试Z轴方向张力(ZDT)和内部Scott粘合力。
每一纸张评估几个物理性能，包括基本重量、纸的厚度、ZDT、内部Scott粘合力、Taber硬度(15°)等等。
以下表示出了这些主要特征的结果表XIV 如在表XIII中描述的实验室手抄纸的物理特性

根据Table XII-与作为参考的正常强度添加剂对照。

来自以上表X1和XII的试样代号9为基础案例。
在有用机械方法磨浆纤维的情况下，利用例如Nalco 8187(代号2-5)的PAC保持阴离子淀粉的影响小于利用阳离子淀粉对ZDT的影响，然而，对Scott粘合力影响更大，建议PAC提高用机械方法磨浆纤维的保持性，为纸板提供更大的抗剪强度。
对于利用NALKAT62060的代号6-9，作为固定剂的分支EPEDMA阳离子聚合物，在2.5％阴离子淀粉添加的影响大略地与PACNalco 8187相同，但相对于阳离子淀粉，代号1显著更少的ZDT开发。在5％阴离子淀粉添加量上没有更明显的增加。
在5％添加的淀粉剂量，其中对照代号1，它在ZDT和Scott粘合力开发中超过(代号12)阳离子淀粉，使用polyDADMAC(代号10-13)作为固定剂显示比另外两种阳离子聚合物有更多希望。
在表XIII和XIV中最后代号，即代号14为用于对比的正常密度纸板代号。较高ZDT和Scott粘合力付出抗弯刚度的代价。
通常，在相等总淀粉水平，当利用阴离子和阳离子淀粉组合时，与利用结合阴离子淀粉的较高电荷密度阳离子聚合物时，看来好像有更多ZDT开发。然而，两种方法形成显著的ZDT。Scott粘合力具有相反的结果。当利用与阴离子淀粉结合的较高电荷密度阳离子聚合物时，抗剪强度看起来以比ZDT更大的速率增加。
最后，不依赖阳离子固定剂的淀粉装填的影响对产品密度很少起作用，因此对抗弯刚度很少影响。
中间工厂试验利用试验性造纸机更进一步研究揭示的内容，在其中造纸机中，可采用动力排水和白水再循环，以改善在造纸机方面商业应用的模拟实验。
用于所有以下实例中纤维配比相同，只有化学添加剂和添加顺序改变。纤维成分为60％Weyerhaeuser CHB40535％Weyerhaeuser充分漂白的牛皮浆D.冷杉湿研磨磨浆到500mL CSF5％花旗松磨浆到85ml CSF(Escher Wyss磨浆)化学成分是以下一些或者所有的组合，在表XV中示出了含量和添加顺序。
由Hercules公司提供的Kymene557H(阳离子湿强度树脂)由Hercules公司提供的Aquapel650(AKD上浆剂)由Hercules公司提供的Hercobond2000(阴离子型聚丙烯酰胺、助留剂)由Hercules公司提供的RediBOND3050(阴离子淀粉)由Hercules公司提供的RediBOND2038(阳离子淀粉)由Hercules公司提供的PPD M-5133(阳离子高电荷密度聚合物)由Hercules公司提供的GALACTASOLSP813D(阳离子胍尔豆胶)该试验性造纸机为标准的佛氏造纸机形式的单层成形器。该设计是如此以至有几个化学添加要点，以便可研究湿部添加剂效果。图1示出了具有如在表XV中小写字母指出的化学添加要点的基本单元操作。该添加要点已经标记，并应该用作在表XV中所示配方的参考。
其他的单元操作转换为使体积最大化，例如，降低在网架吸入箱上的真空量，只利用一个湿压机离开该网提升压纹辊，正常干燥成型、无上浆压辊(一般为固体送入干燥剂32-36％)，无砑光机砑光以及最终试样在卷筒上评估(卷筒张力除去效果)。
对于每个不同配方，在调节并且确认基本重量在目标上后，机器运行10到15分钟。在这种方法中，白水完全翻滚，并与新化学试剂达到平衡。目标基本重量为200g/m2。
每个试样然后涂有聚乙烯醇(PVA)涂层，由Celanese有限公司提供的Celvol V24203。总涂敷重量大约为22g/m2，并在纸张每个侧面之间均分。由于没有涂层的低密度结构倾向于在带子上而不是在纸张内分离，因此该涂层添加到表面上，便于测试Z轴方向张力(ZDT)和内部Scott粘合力。
表XV.用于试验性造纸机淀粉负载试验的湿部添加剂。


小写字母是指在图1中添加剂添加要点。
代号1和10为对于两个不同连续日的对照组，代号14为在不同日子上代号4的重复，而代号11为在不同日子代号7的重复。在表XV中示出了生成纸张的物理特性。
表XVI.在表XV中试验性造纸机试样的物理特性。

试验样机与对照组比较淀粉加载的效果基本上相同，据估计对在转换期间性能足够的目标内部结合强度大约是对照试样的2倍。对于中间工厂试验，ZDT加倍，而Scott粘合力增加75％。
通过用2％和4％全淀粉(阴离子和阳离子的)装填到湿部，相对于具有传统水平的阳离子淀粉(代号2-8，11-14)的相同配料，ZDT可增加大约25％到85％。
把最高2％阴离子淀粉加载到湿部，并利用高电荷密度阳离子聚合物(代号9)以保持淀粉很少或者没有在ZDT上增加，或者获得Scott粘合力。
用直到2％阴离子淀粉装填湿部，并利用阳离子胍尔豆胶(代号15和16)以提高保持力，作为阳离子淀粉替代，获得在ZDT上大约40％-50％的增加。
当改变添加顺序时，指示在阳离子材料后增添阴离子淀粉导致良好的强度效率。
在任何场合，淀粉装填导致＜10％密度增加，而对硬度无明显影响。
权利要求
1.一种用于形成至少一层纸板的方法，包括以下步骤形成包括交联纤维素纤维的纤维素纤维纸浆；添加用机械方法磨浆的纤维；在添加所述用机械方法磨浆纤维后添加阴离子淀粉；在添加所述阴离子淀粉后添加阳离子固定剂；其中，在每个添加步骤后，纸浆离子需求小于零；将所述纸浆沉淀在多孔支撑件上；通过从所述纸浆中提取液体而形成纤维网层；对所述网进行干燥以形成纸板。
2.如权利要求1的方法，其中在至少一层所述纸板中，所述交联纤维素纤维以从25％到80％总纤维重量存在。
3.如权利要求1的方法，其中总淀粉水平为50到120lb/t。
4.如权利要求1的方法，其中用机械方法磨浆的纤维具有小于125mL的CSF、1/3或者更少的未磨浆纤维的卷曲指数以及1/2或者更少未磨浆纤维的扭结角度。
5.如权利要求1的方法，其中阳离子固定剂具有大于零而且小于1meq/g的阴离子需求。
6.如权利要求1的方法，其中阳离子固定剂具有从1meq/g到10meq/g的阴离子需求。
7.如权利要求1的方法，其中所述纸板为至少两层纸板，所述至少一层包含所述交联纤维素纤维。
8.如权利要求1的方法，其中所述纸板为至少三层板，所述至少一层包含所述交联纤维素纤维。
9.一种用于形成纸板的方法，包括以下步骤形成包括交联纤维素纤维的纤维素纤维纸浆；添加用机械方法磨浆的纤维；添加阳离子固定剂并与所述纸浆混合；在添加所述阳离子的固定剂后添加阴离子淀粉；其中，在每个添加步骤后，纸浆离子需求小于零；将所述纸浆沉淀在多孔支撑件上；通过从所述纸浆中提取液体而形成纤维网层；对所述网进行干燥以形成纸板。
10.如权利要求9的方法，其中在至少一层所述纸板中，所述交联纤维素纤维以从25％到80％总纤维重量存在。
11.如权利要求9的方法，其中总淀粉水平为50到120lb/t。
12.如权利要求9的方法，其中用机械方法磨浆的纤维具有小于125mL的CSF、1/3或者更少的未磨浆纤维的卷曲指数以及1/2或者更少未磨浆纤维的扭结角度。
13.如权利要求9的方法，其中阳离子固定剂具有大于零而且小于1meq/g的阴离子需求。
14.如权利要求9的方法，其中阳离子固定剂具有从1meq/g至约10meq/g的阴离子需求。
15.如权利要求9的方法，其中所述纸板为至少两层纸板，所述至少一层包含所述交联纤维素纤维。
16.如权利要求9的方法，其中所述纸板为至少三层板，所述至少一层包含所述交联纤维素纤维。
17.一种用于形成至少一层纸板的方法，包括以下步骤形成包括交联纤维素纤维的纤维素纤维纸浆；添加用机械方法磨浆的纤维；在添加所述用机械方法磨浆纤维后添加阴离子淀粉；在添加所述阴离子淀粉后添加第一阳离子固定剂；在添加所述第一阳离子固定剂后添加第二阳离子固定剂；其中，在每个添加步骤后，纸浆离子需求小于零；将所述纸浆沉淀在多孔支撑件上；通过从所述纸浆中提取液体而形成纤维网层；对所述网进行干燥以形成纸板。
18.如权利要求17的方法，其中在至少一层所述纸板中，所述交联纤维素纤维以从25％到80％总纤维重量存在。
19.如权利要求17的方法，其中总淀粉水平为50到120lb/t。
20.如权利要求17的方法，其中用机械方法磨浆的纤维具有小于125mL的CSF、1/3或者更少的未磨浆纤维的卷曲指数以及1/2或者更少未磨浆纤维的扭结角度。
21.如权利要求17的方法，其中第一阳离子固定剂具有从1meq/g到大约10meq/g的阴离子需求。
22.如权利要求17的方法，其中第二阳离子固定剂具有大于零而且小于1meq/g的阴离子需求。
23.如权利要求17的方法，其中所述纸板为至少两层纸板，所述至少一层包含所述交联纤维素纤维。
24.如权利要求17的方法，其中所述纸板为至少三层板，所述至少一层包含所述交联纤维素纤维。
全文摘要
本申请描述用于提高纸板内部结合强度的方法，其中该纸板在至少一层中具有大于百分之二十五的交联纤维。在该方法中，添加剂添加给不同组合和顺序的纸浆中，同时把该纸浆的离子需求维持小于零。获得了具有高ZDT、Scott粘结力和Taber硬度的纸板。
文档编号D21H17/29GK101054781SQ20071008860
公开日2007年10月17日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月17日
发明者丹尼尔·T·邦克, 唐纳德·D·哈拉比斯凯, 沙赫罗赫·A·纳耶尼 申请人:韦尔豪泽公司