专利名称：在片材上喷涂添加剂组合物的制作方法
技术领域：
一般地说，本发明涉及将添加剂组合物在诸如纸、纺织品及柔性片材之类的片材产品的制造过程中施加到片材上。更具体地说，本发明涉及一种将添加剂组合物在片材产品的制造过程中喷涂到片材上的方法，它采用加强雾化的压缩流体和低挥发性溶剂含量及高粘度的喷涂配制物。
背景技术：
许多工业方法喷涂含有挥发性溶剂的液态组合物以实现涂层、粘合剂或添加剂的施加，或者喷涂干材料。溶剂起着各种各样的功能，例如用于溶解各种材料，作为乳液或分散体的载体介质，降低粘度以便于喷涂，以及用于提供适当的喷涂后的流动特性，以便例如在基材上成膜或渗透到多孔或吸收性材料中。然而，该有机溶剂就成为造成工作场所及环境空气污染的主要来源并且可能在制造过程中引起火灾。
因此，常常用水作为溶剂以避免这些问题。然而，水也可能有其不利的特性，因此希望在制造过程中尽可能少地使用它。许多要喷涂的材料不溶于水，于是不得不使用诸如表面活性剂之类的化学试剂使这些材料乳化或分散到水中形成稳定的形式。水具有较低的蒸发速率和较高的蒸发热，致使产品干燥缓慢且能耗高，而且，为了提高干燥速率还必须将其加热到可能引起降解的温度。由于与采用挥发性有机溶剂相比，在喷涂中蒸发掉的水量较少，故喷涂组合物沉积后的粘度往往过低，不能满足恰当涂布的要求，因此其性能也随之恶化。再者，某些基材与水不相容；它们会因吸水而降解，这可能导致溶胀或内聚力减弱，或者水性组合物不能恰当地润湿基材，因为水的界面张力高或者基材为疏水性的。
组合物的成功和经济的喷涂，除了挥发性溶剂以及喷涂组合物的粘度特性之外，还取决于由喷涂方法所产生的喷雾性能。特别希望喷涂方法所产生的喷雾具有有利的液滴尺寸，具体视用途而定，还希望具有窄液滴尺寸分布，这意味着减少过大的液滴，大液滴通常导致喷涂质量不良，而且减少过小的液滴，因为小液滴将变成飞漆，从而导致沉积不足和材料消耗量的增加。还希望喷束图形(喷束形状)具有均匀的内部和锥状边缘，以便组合物能够在喷涂期间均匀地施涂上去。喷束的速度不应过高或过低，或者过分地湍流。对于给定的应用扇状喷束应具有适当的宽度，并提供良好的图形控制，使组合物按预定的数量和部位涂布。还希望所使用的喷涂方法能够雾化高粘度组合物以便尽量减少或消除挥发性溶剂的使用。
传统的喷涂方法，例如空气喷涂和无空气喷涂法，虽然都各有其有利的性能，然而仍存在可能限制组合物在制造过程中施涂适用性的不利特性。空气喷涂法提供可调、均匀、羽状扇形喷束和精细的雾化，但是它们要求低粘度，典型值在50～100cp(厘泊)，因此它们需使用高比例的挥发性溶剂。空气喷涂又是高度湍流的并且它们生成非常宽的液滴尺寸分布，致使占很大比例的过小液滴成为飞漆并使施涂效率降低。无空气喷涂法能雾化溶剂含量较少的较高粘度材料，但它们通常产生的雾化颗粒粗糙，液滴尺寸过大，不适合许多用途的使用。无空气喷涂还产生不均匀的拖尾或鱼尾形拖尾的喷束图形，这使得难以实现组合物的均匀涂布。
无空气喷涂的传统雾化机理乃是技术上已知的。大致地说，材料以常压从喷嘴孔出来成为液膜，该液膜在由于其比周围空气速度相对高而诱导的剪切作用下变得不稳定。该波动在液膜中逐渐增长，变得不稳定，并破碎成为液态丝，后者同样变得不稳定并破碎成为液滴。聚集液体的内聚力和表面张力被将其打散的剪切力和流体惯性力所克服，从而出现雾化。常常是，液膜从喷嘴孔出来后要延伸一段肉眼足以看出的距离方才雾化为液滴。喷束一般呈锥状，其扇形宽度与喷嘴头的扇形宽度等级相差无几。粘滞耗散作用大大降低了雾化能量，致使粘度越高，雾化得越粗糙。本文所使用的术语“液膜喷雾”及“液膜雾化”是指其中的雾化就是借助这样的传统机理而产生的喷雾、喷束或喷雾图形(喷束形状)。液膜喷束的特征在于，它形成一种“拖尾”或“鱼尾”喷射形状，其中材料不均匀地分布在喷束中。表面张力的作用常常将较多的液体聚集在喷束的边缘，较少的液体分布在中心，这会产生有时偏离喷束的粗糙雾化的物质射流。液膜喷涂的实例可参见美国专利5，057，342以照片形式给出的图4a、4b、4c、4d、10a、11a、12a及12b，以及美国专利5，009，367的图3a、3b、3c、9a、9b及9c。
超临界流体或亚临界压缩流体，如二氧化碳或乙烷，能产生一种全新的无空气喷涂雾化机理，它能产生高质量涂层施涂所需要的细液滴尺寸和羽状喷束。虽不拟囿于理论但笔者相信，此种雾化的生成过程是这样的诸如二氧化碳之类的溶解的压缩流体，当喷涂混合物在喷嘴孔内压力突然降低时转变为超临界状态。这便造成一种非常大的气化驱动力，随后非常细小的二氧化碳气泡将溶液转变为一种气液混合物。据信，这将由于使阻塞流体的音速降低到等于流体速度的水平而改变流动压力，于是，压力不是跌落到大气压压力，而是使物流以较高的压力离开喷嘴孔。这将在喷嘴孔以外造成一种压力区，在该区中喷涂混合物得以自由地膨胀到大气压压力。释放的二氧化碳膨胀并产生一种膨胀力，这种力克服了在正常情况下将使流体流聚集在一起的各种液体力。约束膨胀的唯一因素是将喷束成形为扁平或椭圆扇形的沿出口横断面的沟槽。喷束宽度可通过改变沟槽的节距进行调节。这显然是一种不同的雾化机理，因为，雾化恰好出现在喷嘴孔处，而不是从喷嘴出来以后的一段距离处。在喷嘴孔处看不到液膜。而且，在典型情况下，喷束离开喷嘴的角度远比一般无空气喷涂宽得多，并产生如同空气喷涂一样的带锥形边缘的“羽状”喷束。这常常生成一种圆的、抛物线形喷束，而不是锐角的喷束形状。此种喷束通常具有比用同一喷嘴产生的传统无空气喷束宽的扇形宽度。本文所使用的术语“解压喷雾”及“解压雾化”是指具有这里所描述的特征的喷雾、喷束或喷雾图形。解压喷雾的实例可参见美国专利5，057，342以照片形式给出的图3a、3b、3c、3d、3e、10b、11b、12c、12d和13，以及美国专利5，009，367的图4b、4c、8及9d。
随着诸如二氧化碳之类超临界流体或亚临界压缩流体浓度的增加，液膜喷束可经历一个转变为解压喷束的转变过程。在浓度合适的情况下，此种转变也可随着温度的提高而出现。该转变发生在一个较窄的浓度或温度的区间内。随着浓度的增加，液膜喷束起初保持一种大致呈锥角的形状，并具有相对恒定或稍许增加的宽度，也就是当组合物不与二氧化碳一起喷雾时所获得的宽度特征，并且其平均液滴尺寸也比较大。但可观察到典型的肉眼可见液膜朝着喷嘴孔后退。产生雾化的主要根源来自与周围空气相互作用造成的剪力所诱导的不稳定。喷束形状主要由各液体力控制。液膜区间的边界一般出现在液膜消失时刻的二氧化碳浓度附近。以后，随着浓度的增加，喷束越过一个过渡区间，在这段区间上典型的喷雾形状将发生急剧的改变，具体情况取决于组合物，此间喷束从液膜转变为解压喷束并改变其雾化机理。通常，过渡区的喷束形状和宽度将因二氧化碳浓度的较小变化而发生显著改变。
就某些组合物而言，喷雾图形将由扁平扇形突然瓦解为较窄、不规则、锥形喷束，然后再膨胀为较宽的、扁平、抛物线解压喷束。有时，喷束会完全瓦解为单一圆形射流，或者变为2、3或更多股沿不规则角度彼此分开的射流，最后膨胀为解压喷束。对于另一些组合物而言，喷束图形保持大致的平面形状，但随着喷束的进一步变窄中心部分向外突出，以后，随着喷束膨胀为解压喷束又逐渐缩回。有时，喷束保持一种平面的形状，此间形成叠加在液膜喷束图形上的解压喷束图形，继而液膜喷束图形旋即消失。至于进一步的其他组合物，锥角形喷束图形起初大大展宽，然后变为抛物线形状。
过渡区喷束不规则且常常不稳定，原因在于来自二氧化碳的膨胀力和组合物的液体力二者均未对雾化和喷束形状的形成取得主导地位，尽管此时雾化已变得主要由二氧化碳气体的解压造成了。不同类型的喷束过渡规律乃是由不同的表面张力及不同组合物的流变性质所决定的。
解压喷雾是当二氧化碳浓度变得足够高，以致随着出口压力的增加解压二氧化碳的膨胀力占到主导地位时形成的。所形成的解压喷束，虽然希望的话可基本为平面的，但在大多数情况下呈抛物线形状，不过在某些情况下在靠近喷嘴孔的部位其形状与其说是圆形倒不如说更接近锥角形，但可能比对应的液膜喷束宽得多。在靠近喷束的边缘，解压喷束可具有一定程度的喷射，或者喷束中心部分有一定程度的探出，因此喷束图形可能伸出。然而在较高解压流体浓度的条件下，这些现象一般都将消散，喷束图形将变得较为均匀。
平面状解压喷束除了较宽之外，与对应的液膜喷束相比，沿整个喷束平面一般也更厚。由液膜到解压喷束的转变过程的特征之一，是喷束平均液滴尺寸的显著变小。美国专利5，057，342在其
图12a-12d中给出了由液膜到解压喷束转变的实例。
一般而言，解压喷束区间出现在低于但已接近溶解度极限的区域，因此要求在喷涂温度、压力和二氧化碳浓度之间有恰当的组合。溶解度极限以及因此解压喷雾所要求的喷涂条件，都将随着组合物的不同而不同。涂层喷涂时显著位于两相区内的喷雾得到了避免，因为相当大一部分有机溶剂一般已被从液态聚合物相提取到液态二氧化碳相了。
为减少有机溶剂的释放，人们已开发了各种水性涂料。然而正如上面所提到的，水的蒸发速率不高，因此水从喷雾中蒸发出来的数量往往不够。而解压喷雾，据发现可强化水的蒸发，尽管较低挥发性溶剂则蒸发得很少。虽不拟囿于理论，但据信，此种高蒸发速率乃是由于在解压喷束成形期间异常高的传质速率所致，而后者又是由溶解态压缩流体以极快的速率气化造成的。高及中蒸发速率溶剂受到这种强烈传质条件的影响程度要比慢速蒸发溶剂大得多。
在造纸过程中，添加剂组合物几乎一律采用含水的溶液、乳液或分散体施加的，其中水作为一种减粘剂和挥发性溶剂。然而，在造纸过程的湿部施加添加剂通常是不可取的，因为昂贵的添加剂将随水一起从湿纸幅中排掉，这同时还造成废水处理问题，而且在湿部施加的添加剂会干扰烘缸及薄纸起皱机的的操作，因为它能导致对纸幅控制的丧失。再者，倘若在湿部加入，难以控制某些处理剂，如表面处理剂，如何加入到纸产品中。因此，希望在干部施加各种添加剂，但是随同含水添加剂组合物一起加入的水对干燥的纸产品是有害的。譬如，当含水量超过7％时，纸便可能脱粘合且对厚度和抗张强度也具有不利影响。譬如，含水量超过9％，薄纸抗张强度会降低多达15％。含水组合物还会渗透到整个纸幅中，从而导致添加剂分散到内部，而不是停留在一般最能发挥效力的表面上。由于用于施涂含水添加剂组合物的空气喷涂法要求低粘度以便恰当地雾化，但喷束中的水却很少蒸发，于是沉积到纸幅上去的添加剂组合物的含水量必将超过希望的水平。然而降低含水量又会导致雾化不足。一种已公开的用于抵销过量水加入的方法是对纸幅进行过度干燥和加热，但是这将消耗大量的能量，而且纸幅的过度干燥或过度加热还可能带来负面影响。
例如热熔的、无水、半固体或固体添加剂组合物之类粘稠组合物的无空气雾化，一般将产生粗糙的雾化和不均匀喷束图形，这将导致在被施涂表面上不恰当的涂布。将热熔体加热到高温以进一步降低粘度会导致所喷涂的添加剂组合物的劣化。于是，有人公开了采用凹槽辊涂布或挤塑涂布的方法，作为此种组合物施涂的优选施涂方法。
类似地，在纺织产品制造中，倘若所施涂的添加剂组合物，如表面处理剂，不含水或者能够以含有少于采用传统喷涂方法所要求的水量进行施涂，那将是有利的。这样的施涂将能够使组合物更高效和有效地实现施涂，而不要求后续的补充干燥。
在柔性片材产品的制造中，例如塑料薄膜、塑料层合片材、塑料增强片材、塑料浸渍片材、橡胶片材、皮革、纤维增强片材、多孔片材、网眼片材、挤出薄膜、复合片材以及复合层合片材的制造中，常常需要在片材上施涂添加剂以改变或提高片材的性能。但是，采用含水添加剂组合物常常不适用，因为片材本身具有疏水性或者润湿不良或者不允许对片材进行干燥，故与水不相容。类似地，采用挥发性溶剂也常常因具有可燃性，或者因例如溶剂吸收导致溶胀或增塑或加工时间过短以致所施溶剂来不及充分蒸发导致片材产品降解，故而通常都不是所希望的。可见，倘若能将添加剂组合物喷涂到移动的柔性片材上，而不使用水或挥发性溶剂，或者大大减少水和／或溶剂的用量，那将是有利的。
显然，目前需要一种在诸如纸、纺织品及各种柔性片材产品之类片材产品制造中施涂添加剂组合物的改良方法，它允许添加剂组合物以无水和以减少施涂水含量的形式进行施涂，它不要求挥发性溶剂，它可降低雾化粘度而且它能提供改进的喷雾性能和液滴尺寸并最终实现可接受的喷涂效果。除了提供优于现有施涂方法的各种好处之外，这项新技术还允许开发和施涂迄今尚无法在不采用挥发性溶剂条件下喷涂的新添加剂，它们之所以无法使用或者是由于不溶解或不可分散或者在其他方面与水不相容，或者不能利用传统喷涂方法达到充分的雾化。
发明概述借助本发明，已发现能达到上述诸目的的方法。按照本发明，可将添加剂组合物在诸如纸、纺织品及柔性片材产品之类片材产品制造过程中喷涂到片材上，其中基本上不含水或挥发性有机溶剂或者二者均不含，并可降低雾化粘度和改进喷涂性能及实现该喷涂的液滴尺寸。改良片材产品可更为高效地制造并更有效地利用昂贵的添加剂材料，而且产生较少的废料。
本发明提供一种在片材产品制造过程中喷涂包含至少1种添加剂材料的添加剂组合物的方法。一般地说，该方法包括下列步骤(1)在密闭压力系统中制备包含添加剂组合物和压缩流体的液态混合物；(2)通过喷嘴孔将所述液态混合物喷雾以形成喷束；以及(3)将含所述添加剂组合物的所述喷束在所述片材产品的制造过程中施涂到所述片材表面。
在本发明优选方面，该方法采用一种压缩流体的解压喷束，该解压喷束产生均匀的喷束图形和窄液滴尺寸分布，因此当添加剂组合物在喷涂步骤期间被施涂到快速移动的片材上时可改善施涂效率和质量。
本发明还涉及一种在柔性片材产品制造过程中将添加剂组合物喷涂到柔性片材上的方法，其中添加剂组合物能至少粘附、渗透或被吸收到该柔性片材的表面或内部。
发明详述下面将具体描述由纸、纺织品及柔性片材制备本发明的片材产品。片材是一种厚度与长度和宽度相比远为小的基本二维的薄材料。
可供本发明用来制造片材产品的添加剂组合物通常包含至少1种添加剂材料，它能改变或提高产品的性质或性能或者希望将其在片材产品制造过程中施加到该片材上。该添加剂通常包括本领域技术人员已知适合喷涂到片材上的任何添加剂。
本文所使用的术语“纸产品”应理解为包括任何含纸纤维的片材，它还可包含其他材料。合适的纸纤维包括天然及合成纤维，例如纤维素纤维、各种用于造纸的毛纤维、其他植物纤维，如棉纤维、由再生纸得到的纤维；以及合成纤维，如人造丝、尼龙、玻璃纤维或聚烯烃纤维。纸产品可仅由合成纤维构成。天然纤维可与合成纤维混合使用。例如，在纸产品的制造中，纸幅或纸材料可由合成纤维如尼龙或玻璃纤维来增强，或者浸渍上非纤维材料如塑料、聚合物、树脂或洗剂。本文所使用的术语“纸幅”及“片材”应理解为包括正在成形或已成形的纸片材、纸以及包含纸纤维的纸材料。该纸产品可以是涂层的、层合的、或复合的纸材料。
本发明还可用于制备本领域技术人员已知的纸产品。此种纸产品包括但不限于，书写纸、印刷纸、工业纸、各种各样的薄纸、纸板、包装纸、包裹用纸、纸胶粘带、纸袋、纸布、毛巾、壁纸、地毯背衬、纸滤材、纸毡、装饰纸、用即弃衬里和服装等。
本发明尤其可应用于本领域技术人员已知的薄纸产品的制造中。合适的薄纸产品包括卫生巾、日用纸巾、工业薄纸、面巾、美容纸巾、软薄纸、吸收性薄纸、药物薄纸、手纸、纸毛巾、纸餐巾、纸布、纸衬里等。常见纸产品包括印刷级(新闻纸、目录纸、轮转凹版纸、出版纸、钞票纸、文件纸、圣经纸、证券纸、分类帐、文具纸)；工业级(袋子、内衬板、波纹介质、建筑纸、防油纸、玻璃纸)；以及薄纸级(卫生巾、毛巾、电容器纸、包裹纸)。
薄纸可以是毛毯压制的薄纸、花纹压实的薄纸或高蓬松未压实的薄纸。薄纸可以是起皱的或者是未起皱的，可为均质的或由多层构成，层合的或非层合的(掺混的)以及单层、双层或3层或者更多层合在一起。柔软并具有吸收性的纸巾产品是特别重要的消费者用薄纸产品。
纸板是比一般纸更厚、更重及柔性更小的纸。许多硬木和软木树种经过机械或化学加工将纤维与木材基质分离从而生产出纸浆。
化学添加剂和填料被用来赋予纸产品所要求的物理、光学或电性能。
连续造纸机已经历了全面的机械沿革。圆网造纸机采用铜网蒙面(wire-coverved)的圆筒，它安装在盛有纤维淤浆的浆槽中。随着圆筒的转动，水透过铜网排入到筒内，并在外侧形成纸幅。由纸纤维构成的湿纸幅从上面取出并穿过压榨辊以移出水分，然后喂入到蒸汽加热烘缸段中。
长网造纸机为常见且更为复杂的机型。它可生产从1～10m幅宽实际上任何级别的纸或纸板。它由许多排水装置支撑着的连续长铜网组成。纤维淤浆或液体浆料由一端进入，并随着它沿着铜网移动而不断失去水分并形成为片材，然后送往压榨和烘缸。浆料一旦沉积在成形网上，便称其为纸幅。浆料准备和稀释之后，整流辊将纸浆料沿造纸机整个幅宽均匀地排入到网前箱中，在此，适当的压头使淤浆以恰当的速度通过堰板排到移动长网上。造纸网(铜网)为细密机织的连续带状成形介质，由塑料或金属构成。铜网在喂入端围绕着胸辊安装，并在排出端围绕着伏辊安装。在胸辊与伏辊之间，铜网由案板(foil)和用于除水的吸水箱支撑。机器速度受到所生产的纸产品以及所使用的设备的限制而有所不同。重纸板要求干燥时间长，故速度在50～250m／min之间。非常致密的纸难以脱水，机器速度在20～300m／min的范围。褐色包装级纸产品以200～1000m／min的速度生产。生产新闻纸的机器操作在800～1200m／mih的速度范围。干燥能力及纸产品卷取等限制条件将现代薄纸机速度限制在1500～1800m／min，其中大多数操作在较低的速度，但有些则运转在高达2000m／min的速度。
实际上所有新型造纸机都是双长网成形机，因为这样的机型能提供更为稳定的高速操作和较好的成形及脱水条件控制。水在压力下而不是真空作用下，从淤浆中排出。许多大型长网造纸机对湿部做了改装，增加了面网单元，以期在高速操作下达到类似的优点，尤其用于制造低定量纸产品片材(纸巾、毛巾、新闻纸)。双长网造纸机也用于生产高级纸和波纹介质及挂面纸板级产品。这2个长网，中间夹着淤浆，围绕着滚筒或一组支撑棒或案板进行包缠。外侧网中的张力通过淤浆把压力传递给支撑结构。淤浆在压力下透过这2个长网之一或二者不断排水。在典型的辊筒式双长网薄纸成形机中，排水是从一侧进行的并且限制在低定重，该定重应足以满足薄纸巾以2100m／min的非常高速条件下顺利排水的需要。
该成形单元接受以介于100～300kg水／kg固体典型值喂入的低稠度淤浆；而离开伏辊的纸幅则具有约4kg水／kg固体的浓度。进一步的水则由1个或多个旋转压榨辊去除，这要比利用加热除水要经济得多。纸幅从连续毛毯表面之间压过，后者为一运输带并且是多孔的水接收体。纸片材的含水量经过压榨而降低到约1．2-1．9份水每份纤维。最后部分水的去除则必须采用蒸发干燥，该操作成本高且会构成对生产的限制。干燥段一般为一系列蒸汽加热烘缸。纸幅通常由织物夹持着紧贴在烘缸表面上。干纸幅的最终含湿量一般在4-10wt％。干燥的纸幅通过一系列辊隙进行压光以降低厚度并使表面光滑，随后卷绕在纸轴上。
各种各样湿法铺网毡及非织造布也可采用长网式造纸机来生产。非纤维素材料，如合成纤维，也可作为纤维配料的一部分或全部被包括在内；水溶性聚合物或其他粘合剂则用作粘合剂。合成纤维可做成高度耐潮湿、化学侵蚀、机械磨损(耐折)、天候老化及生物降解的纸。
化学剂可在纸幅成形之前加入到液体浆中(内部或湿部加入)或加入到完全或部分干燥的已成形纸幅上(表面或干部加入)。如果添加剂不能被满意地从稀液体浆中截留在纸幅表面或内部，最好将它施加到纸幅表面。加工添加剂能改进造纸机的操作。功能添加剂能提高纸产品的性能，例如填料、松香或淀粉施胶剂、染料及增白剂、湿强树脂、干强添加剂、用以提供光滑的印刷用表面的颜料涂层，用于提供机械或阻隔性能的聚合物。对于某些类型纸或特殊级别的纸，可采取多种机器改型及辅助操作。许多造纸机包括表面施胶、表面涂层及特殊压光处理能力。
纸的湿强度可用天然及合成聚合物来增强，它们的氢键、离子或共价键合能力可提高纸处于湿态时被水破坏的纤维素纤维间氢键结合。诸如薄纸、毛巾、挂面纸板、载体纸板(carrierboard)及漂白硬纸板之类的纸要求具有湿强度以发挥规定的功能，这通常可通过加入树脂材料来提供。使用的主要湿强树脂是氨基聚酰胺-表氯醇树脂，适合薄纸和毛巾纸使用。
虽然许多功能化学品可加入到造纸机的湿部，但某些级别的纸由于被纸幅截留的湿部添加剂数量过低而不令人满意。这种情况就要求将特殊化学品施于正在加工中的纸幅上，方能使其获得满意的性能。
薄纸包括种类广泛的低定重纸。卫生及日用薄纸产品包括面巾纸、浴室纸、手纸、美容薄纸、手绢纸、纸毛巾、厨房纸及餐巾纸。其主要特征是柔软和吸水。毛巾纸是起皱的吸收性纸，它吸水快、保水容量大以及具有温强度。工业薄纸包括电容器、碳化以及包裹级制品。
由于某些薄纸巾产品定量非常低，另一些则结构疏松，故薄纸一般不在传统造纸机上生产。虽然已采用的薄纸机的式样多种多样，但习惯的布置采用长网成形段和所谓“杨克式烘缸(单烘缸)”的组合。用于高速薄纸机的双长网成形机是间隙辊成形机(gap rollformers)，排水区呈“C”或“S”形排布。所有薄纸巾成形机的一个重要特征就是，湿纸幅在从成形、压榨直至干燥的整个过程中一直受到支撑。在干燥之前，纸幅始终不受张力。单烘缸是大直径蒸汽加热烘缸，它仅从一侧对纸幅进行干燥。湿纸幅被紧密地压抵在高度抛光的表面上。烘缸被封闭在空气罩内，可利用高速气流的冲击来提高干燥能力。为获得高品质薄纸产品可采取渗滤干燥，即使热空气穿透纸幅。卷取之前，纸幅可以，也可不进行压光。某些级别可在下机以后在超级压光机上进行压光。
卫生纸巾通常在其即将离开烘缸的时刻进行起皱，以增加吸水和柔软。起皱折断了纸幅内纤维对纤维的键合，从而增加蓬松度。机械起皱是通过以锋利的刮刀，刮刀与烘缸表面保持一定的角度，将纸幅从钢质烘缸上剥离实现的。起皱纸幅的质量部分地取决于其粘附／剥离性能，这又取决于烘缸表面涂层情况。
纺织产品包括布料和服装、家用纺织品，如床单、毛巾、家具装饰布、地毯、窗帘及墙壁覆盖物；以及用于各种各样工业用途的纺织产品，如轮胎增强、帆布、滤材、运输带、绝缘以及各种复合材料中的增强介质。
纺织品是由短纤维(有限长度的)和长丝(连续长度的)通过各种方法制成的机织、针织及非织造布或者毡状布料。纺织产品可以是机织或非织造产品。在机织和针织物中，纤维及长丝被成形为连续长度的纱线，然后通过织造彼此交织或者通过针织彼此钩结，组成平面、柔性、片状结构，被称之为织物。非织造布则通过对已经排列成平面构造的纤维实施化学或物理粘合或者互锁处理，直接由纤维和长丝制成。
纺织纤维按其来源可分为如下几类天然存在的纤维，包括主要成分为纤维素者(棉花、亚麻、大麻、黄麻、苎麻、木材)，或者由蛋白质构成的(羊毛、马海毛、骆马绒、丝)；主要由纤维素或蛋白质衍生物组成的制造纤维(人造丝溶剂、溶剂法纤维素纤维(lyocell)、醋酯纤维、三醋酯纤维、再生蛋白质纤维)；合成有机聚合物(丙烯腈、芳族聚酰胺、尼龙、聚烯烃、聚酯、氨纶、维荣、维纳尔或维尼纶、碳／石墨以及特种纤维)；或者无机材料的(玻璃纤维)。
纺织整理加工包括各种各样旨在改善纺织产品性能的努力，或用于服装、家用，或用于其他最终用途。这类加工或者改变纤维特性，或者改变整个纺织产品的最终性能。这类改性可能是化学或物理本性的。此类性能的例子是收缩控制、免烫性能、阻燃性、去污性、防阴燃、耐天候老化或静电控制。
可在本发明制造纺织产品过程中使用的添加剂组合物通常包含至少1种能改变或提高纺织产品性质或性能，或者希望将其在纺织产品制造过程中施加到纺织材料上的添加剂材料。
本文所使用的术语“纺织产品”应理解为包括任何含有纺织纤维的片材，然而它不局限于纺织纤维，还可包含其他材料。合适的纺织纤维一般包括本领域技术人员已知的纺织纤维，包括但不限于，纤维素纤维，如棉或亚麻；蛋白质纤维，如羊毛；纤维素或蛋白质衍生物纤维，如人造丝和醋酯纤维；合成有机聚合物纤维，如丙烯腈、芳族聚酰胺、尼龙、聚烯烃及聚酯；无机纤维，如玻璃纤维；以及诸如此类。该纤维可以是短纤维或长丝，且可为单丝或复丝的形式，或者为纱线或线的形式。该纺织产品可以是机织或非织造的或针织的，毡类，打结的、粘合的或钩编的。它可具有各种各样的组织、成品基重、幅宽及厚度。合适的纺织产品包括但不限于，布、织物、家用纺织产品、工业纺织产品、衣着、服装、衬里、床单、毛巾、绷带、家具装饰布、地毯、窗帘、墙壁覆盖物、绝缘、垫子、布胶粘带等。该纺织产品可以是涂层的、浸渍的、层合的或复合材料。它可以是均一结构的或者具有多层构造。
要知道，本发明还可用于制造某种既可视为纸制品又可视为纺织产品的产品，因为它既包含纸纤维又包含纺织纤维。此类产品包括但不限于，用于软化剂施涂的干燥(器)片(dryer sheets forsofteners)、手术罩衣、工业连衣裤、管道胶带、胶粘带，以及其他复合纤维类材料和产品。
可按照本发明进行处理的柔性片材包括塑料薄膜、塑料层合片材、塑料增强片材、塑料浸渍片材、橡胶片材、皮革、纤维增强片材、多孔片材、网眼片材、挤出薄膜、复合片材及复合-层合片材。合适的塑料薄膜包括聚烯烃薄膜，例如聚乙烯和聚丙烯；玻璃纸、纤维素醋酯膜及胶粘塑料薄膜和带。柔性片材是能弯曲和挠曲的片材，例如当被传送或卷绕在辊筒上时那样。柔性片材可以是多孔或连续的薄膜或片材。它可以是涂层的、浸渍的、层合的或复合的材料。它可以是均一的，或者是多层的。
可在本发明制造柔性片材产品过程中使用的添加剂组合物一般包含至少1种能至少粘附、渗透或被吸收到柔性片材表面或内部的添加剂材料，它能改变或提高成品柔性片材产品的性质或性能，或者希望将其在柔性片材制造过程中施加到柔性片材上。
本文所使用的术语“压缩流体”应理解为这样一种流体，它可处于气态、液态或这2种状态的组合状态，或者是超临界流体，具体取决于(ⅰ)流体所处的特定温度和压力，(ⅱ)流体在该特定温度下的蒸汽压，以及(ⅲ)流体的临界温度和临界压力，然而它在0℃温度和1绝对大气压力的标准状态(STP)下处于其气态。本文所使用的术语“超临界流体”是这样一种流体，它所处在的温度和压力决定了它处于高于或稍低于其临界点状态。
可用作本发明中的压缩流体的化合物包括但不限于，二氧化碳、一氧化二氮、氨、氙气、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、异丁烷及其混合物。优选的是，该压缩流体是或者可以被转化为--与环境相容的，或者能够方便地从喷涂环境中回收的。上述压缩流体中任何一种在本发明实施中的适用性将取决于所用组合物、施涂温度和压力以及压缩流体的惰性和稳定性。一氧化二氮应仅在安全和稳定的条件下使用。基于环境相容性及低毒性的考虑，二氧化碳及乙烷是优选的压缩流体。又由于成本低和不可燃以及广泛易得，二氧化碳通常是最优选的压缩流体。然而，使用上述压缩流体当中任何一种及其混合物均应视为属于本发明范围之内。
本文所使用的术语“添加剂组合物”、“添加剂材料”、“水性添加剂组合物”及“水性组合物”是指其中未混有压缩流体的组合物和材料。添加剂组合物一般包含一种以上添加剂材料。本文所使用的术语“添加剂材料”是指施于片材上的化学品或其成分或混合物。本文所使用的术语“片材产品”是指其上已施涂了添加剂组合物的片材。
本文所使用的术语“制造”应理解为涵盖片材产品的制造、生产、成形或制作，乃至对该片材产品的改变、操作、转化、变换、处理及改性。
本文所使用的术语“溶剂”是指包括水在内的惯用溶剂，其中未混有压缩流体，且它在约25℃的温度及1个绝对大气压力条件下为液态。
本发明方法可用于在诸如薄纸产品之类的纸产品制造或在纺织产品或柔性片材产品的制造过程中喷涂包含至少1种添加剂材料的添加剂组合物。
可按本发明方法施涂的添加剂组合物中的添加剂材料包括种类繁多能起各种不同功能或能为被处理片材提供多种多样不同性能的添加剂。为按本发明处理的片材提供某种性能或特性的添加剂组合物中所含添加剂材料包括但不限于，至少1种柔软剂、软化剂、润滑剂、增湿剂、洗剂、膏体、调理剂、吸收剂、亲水剂、剥离剂、粘合剂、涂料、肥皂、防晒剂、表面活性剂、油、蜡、聚合物、松香、树脂、含油树脂、着色剂、染料、增白剂、遮盖剂、紫外光吸收剂、阻燃剂、抗氧剂、维他命、香料、香水、除臭剂、抗菌剂、抗微生物剂、消毒剂、药物、收敛剂、增粘剂、粘合剂、抗静电剂、交联剂、增塑剂、固化剂、防腐剂、防护剂、润湿剂、稳定剂、抑制剂、改性剂、化学剂等。该添加剂可以是产品添加剂或者是加工添加剂。
柔软剂是赋予产品感官柔软性的添加剂材料。柔软添加剂包括各种各样的硅氧烷、油、蜡、脂肪醇及其他材料。软化剂是一种对皮肤具有软化、安抚、柔嫩、覆盖、润滑、增湿或清洁作用的添加剂材料。软化剂添加剂包括各种各样的油、蜡及脂肪醇。亲水剂是一种提高吸水性的添加剂材料，例如多羟基化合物。此种添加剂材料的实例及其为被处理片材提供的性能包括脂肪醇(润滑、质感、不透明)、脂族酯(润滑、改善手感)、二甲聚硅氧烷(dimethicone)(护肤)、粉末(润滑、吸油、护肤)、防腐剂及抗氧剂(产品完整性)、乙氧基化脂肪醇(可湿性、加工助剂)、香料(消费者魅力)及羊毛脂衍生物(皮肤增湿)。
可用于本发明的实施以达到各种目的的另一些添加剂材料包括但不限于硅氧烷及硅油，如二甲聚硅氧烷及烷基甲基聚硅氧烷；石油基油类，包括矿物油及凡士林；动物油，如貂油及羊毛脂；衍生的羊毛脂及合成羊毛脂；植物油，如芦荟(a1oe)提取物及葵花油及鳄梨油；天然蜡，如蜂蜡及巴西棕榈蜡；石油蜡，如石蜡及地蜡；硅蜡，如烷基甲基硅氧烷；合成蜡，如合成蜂蜡及合成鲸蜡；牛脂；脂肪醇，如C14～C30碳链长度的醇，包括鲸蜡醇、十八烷醇、二十二烷醇及十二烷醇；烷基乙氧基化物，如带有3～30个氧乙烯单元的C12～C18脂肪醇的乙氧基化物；脂肪酸酯，包括棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、月桂酸异丙酯、肉豆蔻酸异丙酯、棕榈酸异丙酯、棕榈酸乙基己基酯、乳酸月桂醇酯及乳酸鲸蜡基酯；脂肪醇醚，如鲸蜡基乙二醇及丙氧基化脂肪醇；多羟基脂肪酸酯，包括棕榈酸脱水山梨醇酯、硬脂酸脱水山梨醇酯、二十二烷酸脱水山梨醇酯、甘油的单硬脂酸酯、甘油的单棕榈酸酯、甘油的单二十二烷酸酯、蔗糖的单硬脂酸酯及蔗糖的单月挂酸酯；甘油酯类、乙酰甘油类(acetoglycerides)及乙氧基化甘油酯类；磷脂，如卵磷脂；多羟基化合物，如丙二醇、甘油、乙氧基化甘油、聚甘油、聚乙二醇、聚丙二醇及聚乙二醇／丙二醇共聚物；硅氧烷二醇；诸如丙烯酸类、纤维素类、聚酯类及乙烯基类聚合物及共聚物；季铵化合物，如一烷基三甲基铵、苄基季铵、一甲基三烷基铵、咪唑鎓盐类季铵、硅氧烷季铵、脂肪酸季铵、季铵化蛋白化合物及季铵化羊毛脂衍生物；以及表面活性剂，包括非离子表面活性剂，如非离子烷基苷，及两性、两性离子、阴离子及阳离子表面活性剂；纤维素衍生物；蛋白质；及氟化合物及材料。
硅氧烷已被广泛用作片材处理的添加剂以提高片材的性能和特性。硅氧烷，亦称有机聚硅氧烷、聚有机硅氧烷、聚二有机硅氧烷，或简称聚硅氧烷，乃是一大类其结构主要由硅与氧原子交替组成并在硅原子上带有各种有机基团、氢原子或其他取代侧基的硅氧烷聚合物中的任何一种。通过在硅主链上连接上挑选的化学官能团可获得不同的性能。硅氧烷可以是液体、半固体或固体，具体依分子量、聚合度及取代基基团而定。它们可呈流体、粉末、乳液、溶液、树脂及膏体形式。硅氧烷通常为疏水的并可以纯净流体、有机溶剂的溶液或作为水乳液的形式获得。这些乳液可带有正、中性或负电荷。液体硅氧烷有时也叫做硅油。硅氧烷可具有直链、支链或环状结构，且可以是交联的。每个取代基基团可独立地是氢或任何烷基、芳基、链烯基、烷芳基、芳烷基、环烷基、卤代烃基或其他基团。此类基团中任何一种都可以是取代的或未取代的。任意一个特定单体单元上的基团可与其相邻的单体单元上的对应官能团不同。这些基团可独立地是另一种含硅官能团，如硅氧烷、聚硅氧烷、硅烷及聚硅烷。这些基团可包含众多官能团当中的任何一种，包括醇、羧酸、醛、酮、酯、醚、聚醚如氧化乙烯或氧化丙烯基团、胺及酰胺官能团。一种常用的硅氧烷类型是聚二甲硅氧烷，它可具有氢键结合能力的官能团，如氨基、羧基、羟基、醚、聚醚、醛、酮、酰胺、酯及巯基，其中官能团取代度一般小于约20mol％，通常小于约10mol％。
硅氧烷还可包含共聚物及其他多种单体的硅氧烷材料，例如环氧乙烷一二甲基硅氧烷共聚物，可作为偶联剂使用。硅氧烷的混合物也可使用，例如官能及非官能硅氧烷的混合物，比如聚二甲硅氧烷与烯化氧改性的聚二甲硅氧烷的混合物。硅氧烷也可用于与其他添加剂材料如矿物油的混合物中。液体硅氧烷或任何其他液体添加剂材料可用作非挥发性溶剂，将其他半固体或固体添加剂材料溶解或分散，以便于施涂。
硅氧烷的特性粘度可在宽范围内变化，只要它可流动或者能设法转化为可流动以便于喷涂。这包括，粘度介于约25cp～约50，000cp或更高。优选的是，其粘度为约100～约5000cp，尤其当硅氧烷以纯态形式喷涂时，更优选约200～约2000cp。半固体或固体硅氧烷可经过加热并熔融后再用于施涂。希望的话，本身抗拒流动的高粘度硅氧烷也可用于施涂，此时可采用，例如使聚硅氧烷在适当表面活性剂的作用下在水中乳化或者将其溶解在挥发性溶剂如己烷中等方法。也可将高粘度硅氧烷溶解，乳化或分散在另一种液体添加剂材料中。
例如，改善薄纸产品手感的一种途径是将硅氧烷添加剂结合到薄纸片材中。已知硅氧烷可为薄纸表面提供所希望的光滑或丝一般的感觉，从而改善其感官柔软。硅氧烷可在薄纸幅成形之后、干燥之前或之后的某一点施涂。硅氧烷在整理和改善纺织产品方面也有相当广泛的应用。它们作为柔软剂、疏水剂、施胶剂使用，并可改善手感。含有聚醚基团的线型聚硅氧烷可改善手感和可湿性。带有季铵基团的硅氧烷化合物可减少静电。硅氧烷在塑料和合成纤维表面也具有活性作用。
希望的话，可将添加剂组合物中至少1种添加剂材料溶解、乳化或分散在1种或多种挥发性溶剂中。合适的挥发性溶剂包括但不限于，水；醇，如甲醇、丙醇、丁醇及其他脂族醇；酮，如丙酮、丁酮、甲基异丁基甲酮、甲基戊基甲酮及他脂族酮；酯，如乙酸甲酯、乙酸乙酯及其他羧酸烷基酯；醚，如甲基叔丁基醚、二丁基醚及其他脂族或烷基芳基醚；二醇醚，如乙氧基乙醇、丁氧基乙醇、乙氧基2-丙醇及丙氧基乙醇；二醇醚酯，如乙酸丁氧基乙氧基酯及丙酸乙基3-乙氧基酯；链烷烃，如己烷、庚烷、石脑油及矿油精；以及芳烃，如甲苯、二甲苯；以及诸如此类。优选的是，添加剂组合物仅包含少量比例的挥发性溶剂，其存在的量应刚好足以使添加剂液化以使其流动性适合施涂到被处理片材上。更优选的是，添加剂组合物基本不含挥发性溶剂或水或者二者。本文所使用的术语“基本不含”是指，以添加剂组合物总重量为基准，少于约5wt％，优选少于约2wt％，更优选少于约1wt％。
为实施喷涂，该添加剂组合物，不论在纸产品、纺织产品抑或柔性片材产品的制造过程中施涂到片材上，均在密闭压力系统中与压缩流体掺混形成液态混合物。该添加剂组合物在与压缩流体混合之前可以是液体、半固体或固体，只要它在与压缩流体在压力下掺混时形成液态混合物并且能够喷涂即可。如果添加剂组合物是液体，它可以是液体溶液、乳液、分散体或悬浮体。该添加剂组合物可在与压缩流体混合之前进行加热，例如使半固体或固体组合物熔融或液化以便于掺混。通过与压缩流体掺混形成的液态混合物可以是液体溶液、乳液、分散体或悬浮体。压缩流体可以是溶解在或精细分散在液态混合物中的气体、液体或超临界流体相。优选的是，压缩流体至少部分地以液相形式溶解或精细分散在添加剂组合物中。
由添加剂组合物与压缩流体组成的液态混合物所包含的压缩流体含量应使得液态混合物能够喷涂。一般地，压缩流体用量，以压缩流体与添加剂组合物的总重量为基准应至少约5wt％，优选至少约10wt％，更优选至少约15wt％，进一步优选至少约20％，最优选至少约25％。压缩流体的用量将取决于所用的压缩流体，添加剂组合物及喷涂采用的温度和压力。压缩流体用量，希望的话，可超过其在添加剂组合物中的溶解度极限，然而不应过分高，否则过量的压缩流体相将不恰当地干扰喷束的形成，例如由于不能在液态混合物中保持良好的分散状态或提供的雾化不良所致。采用过量压缩流体有时对降低添加剂组合物的喷涂速率是有利的，尤其当采用的添加剂组合物不包含挥发性有机溶剂时。一般而言，液态混合物中的压缩流体含量将少于80wt％，优选少于70％，更优选少于约60％。通常，液态混合物将包含约25～约50％压缩流体。
添加剂组合物与压缩流体的液态混合物在喷涂温度和压力下的喷涂粘度低于约300cp，更优选低于约150cp，更优选低于约100cp，最优选低于约50cp。
添加剂组合物与压缩流体的液态混合物可在上述专利中所公开的喷涂设备中，或者在其他合适的设备中进行制备以准备喷涂。该喷涂设备还可以是Nordson公司制造的UNICARBSystem Supply Unit，这是一种用于以诸如二氧化碳之类的压缩流体来调配、混合、加热并加压涂布组合物以便进行涂层喷涂的设备。
为了与添加剂组合物，特别是与含溶解态固体添加剂的组合物实现混合，可将压缩流体加热并将压力调节到足以防止固体在混合期间沉淀的水平，例如采用美国专利5，312，862中公开的方法。
液态混合物的喷雾过程为，令该混合物在压力下流过喷涂设备的喷嘴孔从而形成喷雾。虽然可采用5000psig和更高的喷雾压力，但液态混合物的优选喷雾压力低于约3000psig，更优选低于约2500psig。非常低的压力通常是形成适当雾化所不优选的。而优选的是，喷雾压力高于约500psig，更优选高于约800psig，进一步优选高于约1000psig，最优选高于约1200psig。采用的压力将取决于所使用的压缩流体、其在液态混合物中的含量以及添加剂组合物的性质。
液态混合物的喷雾温度优选低于约150℃，更优选低于约100℃，最优选低于约80℃。可采用的温度一般将取决于添加剂组合物的特性，如稳定性和热敏感性。优选的是，液态混合物的喷雾温度高于约25℃，更优选高于约30℃，进一步优选高于约40℃，最优选高于约50℃。
传统和静电无空气及空气辅助无空气喷涂所使用的喷嘴孔、喷嘴头、喷嘴及喷枪一般都适合本发明液态混合物的喷涂。优选的喷枪、喷嘴及喷嘴头应当在其喷嘴孔与开关阀之间不具有过大的流动容积，并且不对喷束离开喷嘴孔时通常的宽角度造成阻碍。最优选的喷嘴头和喷枪是UNICARB喷嘴头及喷枪，由Nordson公司或Graco公司制造。优选的喷嘴孔尺寸为约0．007～约0．025英寸公称直径，尽管更小或更大的喷嘴孔尺寸也可使用。喷嘴孔尺寸的选择应满足在给定喷束宽度下产生要求的添加剂组合物喷涂速率的需要。诸如前置孔和湍流促进器这样一类用于在混合物从喷嘴孔流出之前促进液态混合物中湍流发展及流动搅拌的装置及流动设计，也都可采用。前置孔优选不应在液态混合物流体中造成过大的压降。前置孔可用来调节喷束性质和喷涂速率。
喷束图形可以是圆形喷束，如由圆形喷嘴孔产生的，或者它可以是椭圆或扁平的喷束，如由上面所述的沿喷嘴孔挖出的沟槽所产生。一般优选的是较宽的羽状平坦喷束扇形。为产生轴对称的喷束图形，优选的喷嘴头设计应具有沿喷嘴孔出口挖出的彼此正交的沟槽。这将产生2个正交的喷束扇形，二者合并产生一个轴对称喷束图形。
在本发明的实施中，液态混合物优选的喷雾条件，即，液态混合物中的压缩流体浓度、喷雾温度及喷雾压力，应产生一种解压或基本解压的喷束，在以下的说明以及权利要求中将称之为“解压喷束”。这些条件将随着添加剂组合物、压缩流体及所用喷嘴头而变化，因此它们通常须通过实验来确定。一般地，喷涂是在溶解度极限处或刚好低于或高于该极限的状态进行的。为获得足够高的溶解度，要采用足够高的喷雾压力。然后，再将喷雾温度和压缩流体含量调节到使产生的解压喷束具有适合特定喷涂，如适合要求液滴尺寸的要求特性。当压缩流体浓度超过溶解度极限时，多余的压缩流体相优选能充分分散在液态混合物中。优选的是，多余的压缩流体相以精细分散的液相存在。
优选的是，压缩流体在液态混合物喷涂温度和压力下为超临界流体。
为使添加剂组合物喷出时具有强烈的雾化效果，添加剂组合物与压缩流体的液态混合物较好包含的压缩流体含量应能使液态混合物在所用喷雾温度下形成液态压缩流体相。喷雾压力较好高于液态混合物在所用喷雾温度下能形成液态压缩流体相的最低压力。这项技术公开在美国专利5，290，603中。
本发明对喷束形成时所处的气体环境要求并不严格。然而，该环境中的压力却必须大大低于喷雾压力，以便使压缩流体获得充分的解压，形成解压喷束。优选的是，气体环境处于或接近大气压压力。该环境一般将包含空气，然而，其他气体环境也可使用。倘若添加剂组合物含有水，则优选湿度应适当地低，以便于从喷束中蒸发出水分。
所产生的喷雾液滴的平均直径一般为1μm或更大。优选的是，液滴平均直径为约5～约150μm，更优选约10～约100μm，进一步优选约15～约70μm，最优选约20～约50μm。
解压喷束可产生液滴尺寸分布较窄的均匀雾化，这对于添加剂组合物在待处理片材上高效和有效的喷涂是较好的，特别当待喷涂片材在制造设备中处于快速移动的情况。不但能做到在喷出点处液滴尺寸分布窄，而且平均液滴尺寸沿整个喷束图形也可做到非常均匀，这将使在整个喷束范围内的总体液滴尺寸分布狭窄，故而不存在某些区域出现过分雾化，或雾化不足的现象。沿喷束图形雾化不匀，乃是空气及无空气喷涂方法经常遇到的问题。液滴尺寸分布的宽窄可用其跨度表示。该跨度被定义为(D0．9-D0．1)／D0．5，其中D0．5是这样的尺寸，即，50％的液滴体积具有更小或(更大)的尺寸，它等于平均液滴尺寸；D0．1是10％的液滴体积具有更小的尺寸的；而D0．9是10％的液滴体积具有更大的尺寸。优选的是，液滴尺寸分布的跨度小于约2．0，更优选小于约1．8，进一步优选小于约1．6，最优选小于约1．4。跨度越窄，对于规定的喷涂而言过小或过大的颗粒所占百分率就越小。期望的跨度将随着具体用途而不同。
我们已发现，可采用解压喷束产生的窄液滴尺寸分布这一点对于在纸、纺织品及柔性片材产品的制造过程中将添加剂组合物喷涂到快速移动的片材上是有利的，尤其当与它所具有的有利喷涂速度特性结合在一起时。对快速移动着的片材进行空气喷涂所遇到的导致喷涂效率不佳的一个问题是，沿片材表面形成一个空气边界层，尤其在高速情况下。空气喷雾产生的液滴中相当大一部分尺寸过小，以致不能穿透该空气边界层，于是它们便被气流带走，从而变成飞漆。这一问题将因空气喷雾的高度湍流特性而变得更加严重。而采用较大平均液滴尺寸进行空气喷涂，则会产生高比例的过大液滴，它们产生低质量的喷涂效果，因此是不能容忍的。
相比之下，由于解压喷束生成的液滴尺寸分布窄，故可采用较高的平均液滴尺寸而不会增加过大液滴的比例。另外，解压喷束的湍流程度显著小于空气喷雾。因此，添加剂组合物可以高效地喷涂，这将减少废物的产生和施涂成本。例如在一次直接的喷涂对比中，平均液滴尺寸35μm的解压喷束所产生的过大液滴比例(2体积％)与平均液滴尺寸20μm的可比空气喷雾一样。因此，解压喷涂将能够以高得多的效率喷涂添加剂组合物。再者，采用解压喷涂的组合物具有2000cp的粘度，然而，若用空气喷涂，在不采用解压喷束的情况下，组合物必须用挥发性溶剂稀释到100cp的粘度。
我们还发现，除了能改进喷涂效率之外，解压喷涂还能改善添加剂组合物的涂布质量，因此可提供改进的产品。均匀的雾化和喷束图形可提供添加剂组合物在移动片材上更为均匀的沉积和分布。而且，在微孔片材上，例如纸和纺织产品，我们发现，希望的话可做到喷雾沉积物不渗透到片材的内部。添加剂组合物能穿透空气边界层，但不透入到纸基质本身中，故而添加剂组合物保持在纸表面上。这对于许多表面处理，如柔软剂、润滑剂及洗剂的施涂来说是理想的，因为这样，添加剂组合物将得到更有效的利用。
再有，添加剂组合物若渗透到纸内部会则会引起不希望的片材脱胶以及内聚力和拉伸强度的削弱。由于解压喷涂产生的湍流程度较低且喷束通常更为温和，故而对纤弱的纸所施加的应力要小于空气喷涂，机械完整性受到破坏的可能也较小。如上所述，此种能喷涂基本不含水或挥发性溶剂的粘稠添加剂组合物的能力还可提供更为超卓的涂布及产品质量，这就为诸如薄纸产品之类片材表面提供向片材内部的吸收或迁移较小的喷涂物，并可形成更光滑、更柔软的表面，同时纸厚度的降低程度也较少。
本发明还可用于利用解压喷束在纸产品或纺织产品制造过程中喷涂较干的水性添加剂组合物。在某些场合，需要用水作为溶剂，但可能最好是能将较干的添加剂组合物施于纸或纺织材料上。由于解压喷涂能够雾化比空气喷涂可能的更高粘度的水性添加剂组合物，故而水性添加剂组合物的含水量可显著减少。而且，据发现，解压喷束能强化水在喷雾中的蒸发，因此即便水性添加剂组合物具有传统含水量，也能够以较干的状态涂布到纸或纺织片材上。正如上述美国专利5，716，558中公开的，水性组合物甚至在离开喷嘴孔以后的短距离内出现喷雾干燥现象。因此，采用本发明方法，能够实现水性添加剂组合物以基本上干状态沉积在纸或纺织片材上。
为实施喷涂，在密闭压力系统中，水性添加剂组合物，其中包含水及至少1种可溶解、乳化或分散在水中的添加剂材料并还可包含其他成分如合适的表面活性剂，与压缩流体，优选二氧化碳或乙烷，进行掺混，从而形成液态混合物。该压缩流体存在于液态混合物中可形成溶液、乳液或气态或液态分散体，优选被乳化或精细分散于其中。我们已出乎意料地发现，尽管压缩流体在水性添加剂组合物中的溶解度可能很小，但是，通过在液态混合物中采取乳化或分散的压缩流体相形式，随着压缩流体含量的提高或温度的升高，喷束可经历一种从液膜喷束到解压喷束的转变，这情形类似于对压缩流体的溶解度很大的无水组合物一样。偶联剂，如乙二醇醚、丙二醇醚等以及其他偶联材料，可用于提高压缩流体在水性添加剂组合物中的溶解度，如美国专利5，419，487所披露的。
虽然若形成了解压喷束，可采用高于约2000cp的粘度，但是水性添加剂组合物一般将具有温度的25℃时低于约2000cp的粘度，优选低于约1500cp，更优选低于约1000cp，最优选低于约700cp。
压缩流体在水性添加剂组合物中的液态混合物中的用量应使得，压缩流体相基本上保持为精细分散在液态混合物中并能够产生恰当的雾化。优选的是，压缩流体相在与水性添加剂组合物掺混之后，在超临界温度及压力下将转变为精细分散的液相。组合物可包含与压缩流体彼此混溶的有机溶剂或另一种成分，从而使压缩流体能够形成液相。如果压缩流体含量过分高，则在液态混合物中可形成大于压缩流体的期望聚集尺寸，它们将比较难以保持均匀的分散状态。因此，尽管可使用较大的用量，但是优选压缩流体在液态混合物中的量优选小于约40wt％，更优选小于约35％，进一步优选小于约30％，最优选小于约25％。液态混合物中存在的压缩流体含量至少是使液态混合物能成形压缩喷束的数量。该要求的数量取决于水性添加剂组合物的粘度和流变性能。优选液态混合物包含至少约4％压缩流体，更优选至少约6％压缩流体，进一步优选至少约10％压缩流体，最优选至少约15％压缩流体。
水性添加剂组合物中的液态混合物优选在高于约40℃的温度喷涂，更优选高于约50℃，最优选高于约55℃，且压力优选高于约1200psig，更优选高于约1400psig，这在混合物经由喷嘴孔流入到适合水蒸发的环境中，优选具有低湿度水平，之后将产生解压喷束。可向解压喷束中施加一股或多股干气体射流，例如辅助气流，以提高喷束内部的湍流混合速率或温度或者二者，从而可提高水的蒸发速率。当二氧化碳被用作对较低的pH水平，特别是对酸性pH值敏感的水性添加剂组合物的压缩流体时，可控制液态混合物的pH值，以防止二氧化碳与添加剂材料混合时出现沉淀．优选的是，用pH缓冲剂来控制pH值，例如碳酸盐／碳酸氢盐，它能将pH调节在约10。pH值还可采用苛性碱或其他碱性材料，例如用氨、氢氧化钠、碳酸钙及其他盐来进行控制。
本发明可在任何商业纸、纺织品或柔性片材的制造系统中实施，包括本领域技术人员已知的各种转化系统，包括上面提到的各种类型造纸机。该添加剂组合物可施涂到片材上而不会显著影响包括操作速率在内的机器可操作性。添加剂组合物可在纸、纺织品或柔性片材产品制造的任何一点由喷雾直接或间接地喷涂上去。移动的纸、纺织品或柔性片材在喷涂期间可不用支撑或由本领域技术人员已知的手段支撑着。添加剂组合物可在纸、纺织品或柔性片材从一个辊筒传递到另一个辊筒时喷涂上去。添加剂组合物也可在其他操作期间喷涂到片材上。
在本发明中可使用的间接施涂方法，包括但不限于将添加剂组合物由喷雾施涂到至少1个转移表面上，然后通过转移表面与移动纸、纺织品或柔性片材的接触最终转移到其上。优选的转移表面是滚筒或辊筒，例如压光辊或吻涂辊。其他较次优选的转移表面是成形网或织物及运输带或材料，它们随后再与移动中的片材相接触。希望的话，转移表面可进行加热。
添加剂组合物优选由喷雾直接施涂到移动的纸、纺织品或柔性片材的至少1个表面上。在纸产品或薄纸产品的制造中，添加剂组合物优选施涂到含纸纤维的移动纸幅的至少1个表面上。添加剂组合物可在造纸操作的湿部或干部施涂。优选的是，添加剂组合物施涂到已至少部分地干燥之后的移动纸幅上，更优选在纸幅已基本干燥之后。希望的话，可将纸幅过度干燥或加热。在柔性片材产品的制造中，添加剂组合物优选施涂到移动柔性片材的至少1个表面上。
在本发明的实施中，对从喷嘴孔到移动片材的距离并不严格要求。一般地，片材将在约4英寸～约24英寸的距离接受添加剂组合物的喷涂。优选约6英寸～18英寸的距离。最优选8英寸～约16英寸的距离。所采用的距离将取决于具体场合。希望的话，可采用静电喷涂以提高施涂效率，例如采用美国专利5，106，650中公开的方法。
在移动片材上的直接喷涂可采用静止或往复式喷枪或者采用其他设备。可设置多个喷枪，以便产生交叉羽状喷雾的沉积，从而在比单股喷束宽度更宽的移动片材上沿整个幅宽获得均匀的涂布。对某些喷涂来说，特别是基本不含挥发性溶剂的添加剂组合物的喷涂，低喷涂速率是较好的，为此，优选较小的喷嘴孔尺寸和较宽的喷束扇形。还可采用前置孔以进一步降低喷涂速率。
喷雾期间，纸、纺织品或柔性片材的移动速度对本发明的实施来说并不敏感。一般地，该速度是具体制造或转化操作采用的正常速度。如上所述，该速度通常取决于对所生产产品的要求及所使用的设备。优选的是，片材能以高速移动，以便提高产量。尽管可以采用较慢的输送速度，但是该速度一般将高于约50m／min，优选高于约100m／min，更优选高于约150m／min，进一步优选高于约200m／min，条件是要适合具体应用场合。某些产品，例如薄纸，可采用非常高的速度，例如高于约1000 m／min。
本发明的实施对在移动纸、纺织品或柔性片材上的添加剂组合物施涂量的要求并不严格，通常取决于所施具体添加剂组合物及具体产品所要求的性质和性能，这些乃是本领域技术人员已知的。添加剂组合物的施涂量通常在性能与成本之间求得平衡。一般希望使用为达到要求性能所需的最小添加剂组合物数量。例如，为制成柔软薄纸所需的柔软剂施涂量应至少是在该纸的感官柔软性上造成差异的优选施涂量。最低有效施涂量将取决于被处理片材的具体类型及所施的具体柔软剂。一般而言，以成品片材定重为基准，当添加剂组合物施涂量低于0．1wt％时，则对面巾纸的柔软性改善效果极微，而当超过5wt％以后，则对柔软性改善的效果将很少或不再继续增加，且在经济上将不合算。施涂量过高还可能会在皮肤上留下可察觉的残留物。
另一方面，诸如洗剂之类的添加剂，由于其含有旨转移到皮肤上的成分，故通常其施涂到片材上的数量应大于仅在于改变薄纸本身性质的添加剂用量。尽管施涂量有多有少，但添加剂组合物的一般施涂量将介于，以片材重量为基准约0．1～约50wt％。就典型而言，施涂量将低于约40％，更具体地说低于约30％，进一步具体地说低于约20％。许多添加剂组合物的施涂量介于约0．1～约15％，更具体地说为约0．3～约10％。某些低施涂量添加剂组合物较好以低于约5％，更具体地说低于约3％的用量施涂。
本发明的实施对施涂到纸、纺织品或柔性片材上的添加剂组合物的物理形式并无严格要求。优选的是，添加剂在片材上的施涂从宏观上看是均匀的。施涂上去的添加剂组合物可采取连续或不连续的膜或涂层形式，或者是无规、不连续的液滴或颗粒阵列，或者由不连续的液滴或颗粒组成。所施涂的添加剂组合物当沉积到片材上时可以是液体、半固体或固体。施涂的添加剂组合物可被吸收到片材中或者基本上停留在其表面上。优选的是，施涂上去的添加剂组合物粘附在片材上。
希望的话，还可对已施涂了添加剂组合物的片材实施后处理，例如加热或干燥。
虽然上面已就本发明的优选形式做了描述，但本领域技术人员十分清楚，还可采取与上面所描述的不同但仍不偏离本发明精神和范围的方法。此外，本领域技术人员懂得，除本文具体描述的步骤或操作之外的步骤或操作，也可用于片材产品的制造过程中。
实例1包含改性硅氧烷柔软剂和洗剂的添加剂组合物以二氧化碳为压缩流体进行喷涂，喷涂时采用UNICARBSystem Supply Unit，它备有UNICARB喷枪和包括桔瓣(orange)状前置孔的喷嘴头。03～08，由Nordson公司制造。液态混合物是在60℃的温度和1100psi压力下喷涂的。浓度为20wt％二氧化碳提供了雾化良好的锥角喷束图形。将二氧化碳浓度提高到25％之后，形成柔和的羽状喷束图形。二氧化碳浓度提高到50％后，形成具有非常好的喷束图形及精细雾化的解压喷束。该高含量二氧化碳实现了与添加剂组合物的均匀混合并降低了施涂速率。在薄纸片材上进行了喷涂且添加剂组合物施涂量虽非常少但十分均匀。
实例2采用与实例1相同的设备和喷涂条件，采用含25％二氧化碳的液态混合物形式喷涂一种包含改性羊毛脂柔软剂和洗剂的添加剂组合物。这形成了一种喷束图形极佳，即，柔和、展得很宽、非常均匀，的解压喷束。在一种薄纸材料上进行了喷涂且添加剂组合物施涂量虽非常少但十分均匀。然后，将二氧化碳浓度提高到50％，于是形成两相液态混合物。该较高的二氧化碳浓度使喷涂速率测定值由76降低到46g／min。该喷雾将添加剂组合物均匀地施涂到该纸毛巾产品上。
实例3采用与实例1相同的设备，采用20％二氧化碳的液态混合物形式在60℃的温度和1100psi压力下喷涂包含季铵盐的添加剂组合物，形成良好的雾化及均匀的喷束图形。二氧化碳浓度提高到40％，压力到1500psi之后，形成两相液态混合物及略宽的喷束图形。在薄纸片材上喷涂添加剂组合物并在每种情况下均在薄纸片材上达到了均匀、非常少量的施涂。
实例4采用与实例1相同的设备，4种不同添加剂组合物，包括(1)含卵磷脂、季铵及聚乙二醇的吸水性组合物；(2)羊毛脂；(3)季铵、表面活性剂共混物及丙二醇的混合物；以及(4)硅油，全部以30％二氧化碳在60℃的温度和1200psi压力下喷涂到蓬松纸巾片材上。每种情况均表现出良好的雾化。
实例5亲水阴离子磺基丁二酸盐表面活性剂，以二氧化碳为压缩流体进行喷涂，喷涂时采用UNICARBSystem Supply Unit(由Graco制造)，它备有UNICARB喷枪和包括短颈(．05gpm)前置孔的喷嘴头。06～12，由Nordson公司制造。液态混合物是在55℃的温度和1250psi压力下喷涂的。大于25wt％二氧化碳的浓度形成了喷束图形非常好且雾化精细的解压喷束。高达60％二氧化碳浓度仍产生相同的效果。利用这种二氧化碳的可变性来微调表面活性剂流率，从而实际上精细地控制在非织造布尿布面料纤网上的施涂量。在该面料上喷涂了非常少量的添加剂并达到均匀的分布。
权利要求
1．一种在片材产品制造过程中在片材上喷涂添加剂组合物的方法，该方法包括(1)在密闭压力系统中制备液态混合物，所述液态混合物包含添加剂组合物和压缩流体，其中包含(a)含至少1种添加剂材料的添加剂组合物；以及(b)以使所述液态混合物能够喷雾的数量存在的压缩流体，它与所述添加剂组合物形成一种液态混合物，且它在0℃温度和1大气压压力的标准状态(STP)下是气体；(2)通过在至少约500psi压力下使混合物通过喷嘴孔将所述液态混合物喷雾从而形成喷束；以及(3)将含所述添加剂组合物的所述喷束施涂到所述片材上，从而生产出一种非隔离片材材或防水纺织产品的片材产品。
2．权利要求1的方法，其中片材是纸、纺织品或柔性片材。
3．权利要求1的方法，其中片材包含纸纤维或者是纸。
4．权利要求1的方法，其中片材包含纸纤维，且所述片材产品是薄纸。
5．权利要求4的方法，其中所述薄纸产品选自卫生巾、家用纸巾、工业薄纸、面巾纸、美容薄纸、软纸巾、吸水纸巾、药物薄纸、手纸、纸毛巾、纸餐巾、纸布及纸衬里。
6．权利要求3的方法，其中所述添加剂组合物被施涂到含片材的移动纸幅的至少1个表面上。
7．权利要求6的方法，其中所述添加剂组合物在纸幅至少部分地干燥后施涂到所述移动纸幅上。
8．权利要求1的方法，其中液态混合物基本不含挥发性有机溶剂及水。
9．权利要求1的方法，其中所述液态混合物基本不含水。
10．权利要求1的方法，其中所述喷束是解压喷束。
11．权利要求1的方法，其中压缩流体是二氧化碳或乙烷，并且在所述液态混合物的喷涂温度和压力下是超临界流体。
12．权利要求1的方法，其中所述添加剂材料选自柔软剂、软化剂、润滑剂、增湿剂、洗剂、膏体、调理剂、吸收剂、亲水剂、剥离剂、表面活性剂、油类、蜡、硅氧烷、矿物油、羊毛脂、衍生羊毛脂、芦荟提取物、脂肪醇、脂肪酸酯、多羟基化合物及季铵化合物及其混合物。
13．权利要求1的方法，其中添加剂组合物施涂到片材上的过程包括，首先将所述添加剂组合物施涂到某一表面上，然后通过所述表面与所述片材之间的接触使所述添加剂材料转移到所述片材上。
14．一种在纸产品或纺织产品制造过程中将较干的水性添加剂组合物喷涂到纸或纺织片材上的方法，该方法包括(1)在密闭压力系统中制备液态混合物，所述液态混合物包含水性添加剂组合物和压缩流体，其中包含(a)含水及至少1种添加剂材料的水性添加剂组合物；以及(b)以使所述液态混合物能够喷雾的数量存在的压缩流体，它与所述添加剂组合物形成一种液态混合物，且它在0℃温度和1大气压压力的标准状态(STP)下是气体；(2)让所述液态混合物在至少约40℃的温度和足以形成解压喷束的压力下经喷嘴孔流入到环境中，其中液态混合物中的至少1部分水蒸发，且其中所述含水性添加剂组合物的喷束被施涂到纸材料或纺织材料上，从而生产出纸产品或纺织产品。
15．权利要求14的方法，其中所述水性添加剂组合物在纸幅已至少部分地干燥后施涂到该含纸纤维的移动纸幅的至少1个表面上。
16．一种在纺织片材产品制造过程中在纺织片材上喷涂添加剂组合物的方法，该方法包括(1)在密闭压力系统中制备液态混合物，所述液态混合物包含添加剂组合物和压缩流体，其中包含(a)含至少1种添加剂材料的添加剂组合物；以及(b)以使所述液态混合物能够喷雾的数量存在的压缩流体，它与所述添加剂组合物形成一种液态混合物，且它在0℃温度和1大气压压力的标准状态(STP)下是气体；(2)通过在至少约500psi压力下使混合物通过喷嘴孔形成所述液态混合物的喷束；以及(3)将含所述添加剂组合物的所述喷束施涂到所述纺织片材上，从而生产出一种非防水纺织产品的纺织产品。
17．权利要求16的方法，其中压缩流体包含至少1种在所述液态混合物喷涂温度和压力下的超临界流体。
18．权利要求16的方法，其中喷束是解压喷束且所述液态混合物中的所述压缩流体在所述液态混合物的喷涂温度和压力下是超临界流体。
19．一种在柔性片材产品制造过程中在柔性片材上喷涂添加剂组合物的方法，该方法包括(1)在密闭压力系统中制备液态混合物，所述液态混合物包含添加剂组合物和压缩流体，其中包含(a)含至少1种能至少粘附、渗透或被吸收到所述柔性片材表面或内部的添加剂材料的添加剂组合物；以及(b)以使所述液态混合物能够喷雾的数量存在的压缩流体，它与所述添加剂组合物形成一种液态混合物，且它在0℃温度和1大气压压力的标准状态(STP)下是气体；(2)通过在至少约500psi压力下使混合物通过喷嘴孔形成所述液态混合物的喷束；以及(3)将含所述添加剂组合物的所述喷束施涂到所述柔性片材的至少1个表面上，从而生产出一种非隔离片材材或防水纺织产品的柔性片材产品。
20．权利要求19的方法，其中所述柔性片材选自塑料薄膜、塑料层合片材、塑料增强片材、塑料浸渍片材、橡胶片材、皮革、纤维增强片材、多孔片材、网眼片材、挤出薄膜、复合片材及复合一层合片材。
21．权利要求19的方法，其中所述喷束是解压喷束。
全文摘要
本发明涉及一种在诸如纸产品、纺织产品及柔性片材产品之类片材产品的制造过程中喷涂含添加剂材料的添加剂组合物的方法,它采用诸如二氧化碳和乙烷之类压缩流体作为喷雾介质。可将高粘度和基本不含水和/或挥发性溶剂的添加剂组合物喷涂到片材上。还可将低含水量的水性添加剂组合物施涂到片材上。优选的喷涂方法采用一种可产生均匀喷束图形和窄液滴尺寸分布的压缩流体的解压喷束,这可改善在喷涂步骤期间添加剂组合物施涂到快速移动片材上的施涂效率和质量。
文档编号D21H21/22GK1281390SQ98811999
公开日2001年1月24日 申请日期1998年10月9日 优先权日1997年10月10日
发明者K·A·尼尔森, J·D·戈德, D·F·鲍默特, R·S·塞萨雷蒂 申请人:联合碳化化学品及塑料技术公司