专利名称:用于纸加工的泡沫涂布器的制作方法
本发明涉及用于纸加工的设备和方法，更准确地说涉及到向移动的卷筒纸上涂布泡沫状处理合剂的泡沫涂布器，例如在造纸和最后加工工序时。
使用多种技术均可以完成向衬底上涂布泡沫状处理合剂的工作。美国专利4，023，526〔爱斯黑摩思(Ashmus)等人〕描述了向衬底上涂布泡沫状处理合剂的泡沫涂布器。爱斯黑摩思(A-shmus)等人的专利所描述的泡沫涂布器可以选用各样宽度的涂布口结构，该涂布器能用于处理任何多孔的衬底，例如纺织品或者非纺织材料、纸、皮革或者木质三合板。爱斯黑摩思(Ashmus)等人所描述的泡沫涂布器，它只能在处理的衬底上涂布低的湿涂层量，也就是减少了衬底上液体的吸附，例如水的吸附。爱斯黑摩思(A-shmus)等人的专利以及其包含的所有具体实施方案基本上是以处理纺织品为目标的。
纺织品的透气性相对高，这样的性质易于使空气从与纺织品纤维相接触的泡沫中的液体分离出来。可是，许多纸材料基本无孔并且其透气性相对较低，例如未加工完的书写纸、书用纸、新闻纸、挂面纸板、箱板、盒板以及诸如此类材料。这样的纸与纺织品相对比，其吸收能力相对较低并且其液体吸收速度极低。相对低的吸收能力，尤其是较低的液体吸收速度，使得均布泡沫状合剂中适宜的处理剂是相当困难的，特别是在调整处理过程中，例如在工业造纸和最后加工工序时。
已经发现，爱斯黑摩思(Ashmus)等人的专利概括性描述的泡沫涂布器在高速处理基本无孔的卷筒纸时，不能在卷筒纸上均布泡沫状处理合剂。
已经设计了向纸上涂布泡沫状处理合剂的其它技术。美国专利4，081，318〔威特斯莫(Wietsma)〕描述了将泡沫状处理合剂涂布于卷筒纸上的方法，它是使卷筒纸通过造纸机的网板区，使用负压使卷筒纸吸住在其上的泡沫。威特斯莫(Wiets-ma)系统设计的目的在于，在没有任何直接机械接触或压迫泡沫的情况下而将泡沫涂布于纸上。美国专利4，348，251〔波尔思(Pauls)等人〕描述了另一种非接触型泡沫涂布器。美国专利4，158，076〔沃思特(Wallsten)〕描述了将泡沫状处理合剂涂布于卷筒纸上的一种方法和设备，在泡沫涂布区完成了在纸上均布处理合剂的工作，该涂布区在泡沫与纸接触的区域有一个开口或向上气流。
因此，需要一种用于纸加工的泡沫涂布器和涂布方法，以便它能涂布较宽选择范围的纸处理剂。所使用的液态处理合剂其粘度、有效浓度和其它性质均可在较宽范围内变化，并且在相对高速情况下例如在纸的生产工序和最后加工工序时，它可涂布包括无孔纸在内的多种卷筒纸。
本发明涉及到用于纸加工的泡沫涂布器和方法，该涂布器包括下列相互配合的构件。涂布器具有一个基面、一个前唇板和一个与其相平行的后唇板。两唇板从基面处有角度地伸出。在两唇板间形成一个泡沫涂布腔，涂布腔每一端均由端壁封闭。在基面上的一个或更多的孔使得来自于泡沫发生器的泡沫以均匀分布的形式进入涂布腔中。前唇板具有顶部内端面和外端面，后唇板具有顶部外端面和一条由顶部外端面与后唇板内壁形成的边。前唇板内端面和其内壁形成角A，后唇板外端面与其内壁形成角B。前唇板顶部内端面和后唇板的边之间形成涂布口，当衬底接触唇板且沿横向通过涂布口时，就使泡沫有效地涂布在衬底上。角A大于90°，角B小于90°。从基面处延伸的前唇板的高度高于后唇板。
处理纸的方法包括以下几个基本步骤。第一步包括(1)形成一种快破、快湿、低稳定性的泡沫状处理合剂。第二步包括(2)使泡沫通过泡沫涂布器基面上的一个或多个孔，把均匀分布的泡沫移入泡沫涂布腔中。所述的涂布腔是由从基面处有角度伸出的前唇板和与其相平行的后唇板间形成的腔，腔的每一端由端壁封闭。第三步包括(3)使卷筒纸沿横向沿着前唇板的顶端面和后唇板顶部外端面与其内壁间形成的边通过，并与唇板相接触。卷筒纸接近前唇板时与垂线成角C，称为前输入角C;卷筒纸离开前唇板时与垂线成角D，称为前输出角D，并且卷筒纸离开前唇板时走向是朝向基面;卷筒纸接近后唇板时与后唇板内壁成角E，称为后输入角E;卷筒纸离开后唇板时与接近它时的方向成角F，称为后输出角F。角C大于或等于0°，角D大于0°，角E大于90°，角F大于或等于0°。第四步包括(4)将可控数量的泡沫涂布于卷筒纸表面，使得液态处理合剂均匀分布在卷筒纸上。
附图1是使用本发明方法的本发明泡沫涂布器侧视示意图。
附图2是一个说明涂布器唇板和纸的相对位置以及构件和构件之间的角度关系的侧视图。
本发明提供了处理纸的泡沫涂布器和涂布方法，使用它可将处理合剂均匀分布在衬底之上，例如在高速造纸和最后加工工序的卷筒纸上。本发明涂布器和涂布方法适合于较宽范围的纸处理剂和液体吸收速度较低的卷筒纸(包括基本无孔的卷筒纸)，并且对于包括高速纸生产过程的典型造纸工艺和最后加工工序它也是有效的。
了本发明沫泡涂布器的一个实施例。应该注意到，附图并没有给出它的比例，而是对实施例进行了示意性的说明，以助于对本发明的讨论和理解。
除去另外指明外，使用于本发明的空间方向是这样规定的，即长度的测量是沿着纸移动通过涂布器涂布口的方向;宽度的测量是在卷筒纸横向沿着泡沫涂布器唇板的方向;高的测量是按照垂直于纸面的方向。
参照附图1，把由泡沫发生器(图中没有示出)制备的泡沫状处理合剂供给泡沫分布腔10。泡沫发生器的具体类型并无特定要求，可以使用任一市场上可买到的发生器，例如可以提供均匀泡沫的公知的轴流式的、径向的或者静态型的泡沫发生器。泡沫分布腔10的目的在于提供均匀分布的泡沫，泡沫在引入时通常为园柱形截面，分布腔10将其变为其宽度是接近将要处理衬底宽度的基本为矩形的形状。泡沫分布腔10的具体设计并无特定要求，只要在泡沫分布腔10的顶部能够沿泡沫流横向全宽提供均匀的泡沫流体即可。美国专利4，237，818〔克利福德(Cliffozd)等人〕描述了一个典型的分布腔，可以将它使用于本发明。
在基面30上的一个或更多的开孔20将均匀分布的泡沫移入泡沫涂布腔40。基面30上开孔20的宽度以及泡沫涂布腔40的宽度接近于基面30处泡沫涂布腔10的宽度。开孔20的具体高度要求并不高，但是最好与标准结构允许厚度大致相等。具有一个或更多开孔20的基面30的目的在于使泡沫分布腔10和泡沫涂布腔40间形成一个微小的压力差，从而促使在泡沫涂布腔40中均匀分布泡沫流体。
在从基面30处有角度地伸出的前唇板50和一个平行于前唇板的后唇板60间形成了泡沫涂布腔40。泡沫通过泡沫涂布腔40而达到远离基面30的涂布腔40的端部处的涂布口70，在涂布口70处泡沫与衬底80相接触。当泡沫在涂布口70处与移动的衬底相接触时，泡沫回复为液态，使得液态处理合剂均匀分布在衬底表面上。
附图2给出了附图1中泡沫涂布器更为详细地视图。在前唇板50的内壁90和后唇板60的内壁100之间形成泡沫涂布腔40，涂布腔的每一端由端壁(没有示出)封闭。外端面110和内端面120确定了离开基面30的前唇板50的端部。外端面130和外端面130与内壁100间形成的边140确定了离开基面30的后唇板60的端部。
前唇板的内端面120和其内壁90相交成角A，后唇板外端面130和其内壁100相交成后角B。角A大于90°，优先选用从大约91°到大约135°的角度，并且最先选用从大约105到大约125°的角度;角B小于90°，优先选用大约从1°到大约70°的角度，并且最先选用大约为45°的角。如图所示，前唇板50的端部从基面30处伸出的高度是高于后唇板60的端部。
与衬底相接触的前唇板50和后唇板60的端面可以是任一选定的结构，只须保持前面所述的方位。两端面可以是尖角的、楔形的、扁平的、拱形的或者其它曲面。如果前唇板的内壁90或者内端面120或者后唇板的内壁100或者外端面130是曲面，这样，从上述表面平直部份延伸的相交线确定了角A或角B。如果上述表面不存在平直部份，角A和角B是这样确定的，即，从上述表面横断面线的中点向表面端部延伸，两延伸线相交即可确定该角。后唇板60的边140优先选用尖锐的或诸如此类的窄结构。
在本发明的方法中，如图所示方向，衬底纸80从右到左沿横向通过泡沫涂布器。纸80沿前唇板50端面的全宽与其相接触，覆盖着外端面120和内端面110之间的交线。纸80也沿着后唇板60端面的全宽与其相接触。这些接触足以在前唇板50和后唇板60间形成涂布口70的密封。密封是由受底拉力和沿横向通过涂布器唇板50和60的衬底所确定的结构的相互作用形成的。
衬底80接近前唇板50时与垂线(附图2中用水平虚线表示)成角C，称为前输出角C。该角是从大于或等于0°直到小于90°，优先选用的角度为0°到大约60°，并且最先选用的角度为大约15°到大约45°。衬底80离开前唇板并且朝向基面30移动时与垂线成角D，称为前输出角D，该角是在0°到90°之间，优先选用约0°到50°的角，并且最先选用的角度是从大约1°到大约25°。衬底80接近后唇板60时与后唇板内壁100成角E，称为后输入角E，该角从90°到180°，优先选用大约90°到140°，并且最先选用的角度是从大约91°到大约115°。衬底80离开后唇板60时与接近它时的方向(图2用虚线表示)成角F，称为后输出角F，该角是从大于或等于0°直到小于90°，优先选用约为0°到60°，并且最先选用从约15°到约45°的角。角E和角F之和小于180°。
如附图2所示，前输出角D以角的形式限定了由基面30伸出的前唇板50与后唇板60长度之差。
前唇板50有一后角G，后角G是朝向基面30倾斜的内端面120与垂线的交角。因此，前唇板后角G等于前唇板角A减去90°。前唇板后角G至少是等于、优先选用大于前输出角D，并且最好其角度约为1°至30°之间。
附图2中用×表示了泡沫涂布腔40的长度，该长度是衬底80通过涂布口70的距离。对其长度并无严格要求，它可以选用大于0的任一值，优先选用大约0.4至大约50.8毫米，最先选用从大约3.2到19.1毫米的尺寸。泡沫涂布腔40的长度×影响到涂布于衬底的泡沫的压力，当然压力也依赖于泡沫的密度、泡沫涂布速度和纸通过泡沫涂布器的速度。
基面30之上唇板50和60的高度并无严格要求，但是它也应该足以将泡沫涂布腔40内自由的泡沫的混乱限制到最低程度。唇板50和60的一般平均高度是泡沫涂布腔40长度的大约5到40倍，优先选用大约6至20倍的范围。
随着本发明操作的进行，在泡沫涂布腔40中产生大于环境压力的正压。使用一种联于泡沫涂布腔40的压力传感装置(例如，一种液体压力计或一种压力表)可以监视上述压力。压力值是以足以保证将液态处理合剂涂布在移动的衬底上为准。根据各种因素确定压力值，例如泡沫密度、泡沫流动速度、衬底的运动速度、衬底的吸收能力和衬底的气孔率。上述正压(例如大于0)一般是在大约0.01到10磅/英寸2，优先选用0.1到3.0磅/英寸2，并且最先选用大约0.3到大约1磅/英寸2的压力。
上述本发明适合于处理所有纸基材料的卷筒纸，尤其包括用湿法涂层造纸工艺生产的纸。上述方法特别适合于渗透性相对低的基本无孔的纸。所说明的卷筒纸包括无孔的纸，例如未经过最后加工的书写纸、书本纸、新闻纸、挂面纸板、纸箱板、盒纸板和诸如此类的纸;含孔纸，例如棉纸、过滤纸和诸如此类的纸。卷筒纸可具有从干燥直至接近饱和的任一湿度。
尽管上述对本发明的描述仅限于纸加工的范围内，但是本发明权利要求
的范围也将扩大至基本相同的纤维板材料。这是因为使用本发明泡沫涂布器或涂布方法时，对于低气孔率、低吸湿度和高速处理的纤维板材料它都可以容易地均匀分布处理剂。
用于本发明方法的液态处理合剂基本由纸处理剂和液态载体组成。该合剂通常含有起泡剂。纸处理剂是一种欲涂布于卷筒纸上的活性剂，所需液态载体通常作为一种载体帮助纸处理剂附着于卷筒纸上。纸处理剂可以任何形式处于液态载体之中，例如悬浮、乳化、溶解或其它在该技术领域：
中已知的方法。
使用于本发明方法的纸处理剂是已有技术中认为当其涂布在纸上是对纸有益的材料。典型的纸处理剂包括对纸有效和有用的化学添加剂，例如对产品性能和工艺性能有益的化学物质。所说明的纸处理剂包括胶粘辅助剂，例如淀粉、酪素、动物胶、包括聚乙烯醇的合成树脂和诸如此类的可以添加到浆化稀浆或者制成的纸上的材料;粘合剂，它包括湿强度或者干强度树脂，例如乙烯酰胺的聚合物和共聚多酰胺、丙烯腈、聚酰胺、聚胺、聚酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酯和如树脂、改良橡胶、乙二醛以及诸如此类的材料;染色剂，它包括直接的活性的和荧光类的染料和如二氧化钛或类似的加白剂的颜料，或者染纸常用的有机颜料类型的染色剂;防油或防水剂;除泡剂，它使用的程度是使起泡剂不会无效;填充剂;腐浆防治剂;胶乳;浸渍剂;石蜡乳剂;和其它材料。也可以使用一种以上的纸处理剂的混合物。
纸处理剂的浓度并无严格要求，根据本领域的习惯，只要能将有效数量的处理剂提供到卷筒纸上，以保证处理过的卷筒纸具有所要求的性质即可。根据具体的纸处理剂、泡沫涂布速度、纸移动速度、纸的性质和其它条件(这些确定了卷筒纸上纸处理剂的所需量)改变所需纸处理剂的具体浓度。以重量百分比计，液态处理合剂中纸处理剂的浓度一般在大约1%至大约70%，优先选用大约2%至50%，并且最先选用4%至30%(在液态载体中的纸处理剂)。
液态载体的具体类型并无严格要求，只要它能完成帮助纸处理剂附着在卷筒纸上的任务即可。所说明的液态载体包括水、有机溶剂和类似的适合于纸、纸生产或最后加工工序的材料。优先选用水做液态载体。
使用于本发明方法的液态纸处理合剂通常含有起泡剂，以便提供具有必要结构的泡沫。在一些情况下，纸处理剂也是一种起泡剂，可产生具有必要结构的泡沫，所以不需要再加入起泡剂。起泡剂的具体类型并无严格要求，可以选用在此领域内熟知的能产生需要泡沫的起泡剂。典型的起泡剂是表面活化剂，也就是表面活性剂，它将产生所需要的起泡特性。
例如，起泡剂包括(1)非离子或离子的表面活化剂，例如长链乙醇或长链烷基酚的乙烯氧化物加合物，比如，含有从大约10到大约50并且优先选用从大约12到20个乙烯氧基单元的C10～C16线性伯醇、含有从大约10到大约50并且优先选用从大约12到大约20个乙烯氧基单元的C8～C12烷基酚、含有大约10到50并且优先选用含有大约12到20个乙烯氧基单元的C11～C15混合线性二代乙醇;脂肪酸链烷醇酰胺，例如椰子脂肪酸单乙醇酰胺;硫代丁二酸酯盐，例如N-18烷基硫代丁二酸二钠、N-(1，2-二羧乙基)-N-18烷基硫代丁二酸二钠、硫代丁二酸钠的二戊基酯、硫代丁二酸钠的己二基酯、硫代丁二酸钠的二辛基酯以及诸如此类;或者(2)阳离子或两性表面活化剂，例如双硬脂酰吡啶鎓氯;N-椰子-β-氨基丙酸(N-脂或者N-月桂基衍生物)或者它的钠盐;硬酯酰二甲基苄基氯化铵;甜菜碱或者用苯磺酸四元化了的叔烷基胺;或诸如此类。上述起泡剂均是已知的，除去上述给出的这些外，也可以使用任何类型的表面活化剂，或者也可以使用一种以上起泡剂的混合物。对于一种具体泡沫在选择起泡剂时应该注意到，所选用的起泡剂应该不会与存在的其它助剂发生不适当的反应或防碍起泡或者处理过程。
可选择性地向液态处理合剂中添加一些与本领域熟知的工艺相容的辅助剂。它包括湿润剂;泡沫稳定剂，例如羟基乙基纤维素或者水解的爪耳树胶;热敏化剂;凝固剂;分散剂;掩蔽剂;抗氧化剂;上述辅助剂是加到这样的程度，即，不会过分影响所需要泡沫的性质或者影响到向卷筒纸上涂布处理剂。起泡剂和辅助剂的浓度遵循该领域熟知的习惯。
向处理合剂中添加组分的具体顺序并无严格要求，可以遵循该领域熟知的习惯，以任何所希望的顺序通过将一种液态载体、纸处理剂、起泡剂和其它可选择的添加剂进行混合来制备它。
本发明所使用的泡沫包括气体和液态处理合剂。所需要的气体是作为泡沫的气相组分。气体可以是任一可以与液态处理合剂形成泡沫的气态材料。典型的气态材料包括空气、氮气、氧气、惰性气体或者诸如此类。其中优先选用空气。
液态处理合剂与气体的相对比例是没有严格要求的，只要能向泡沫涂布器中提供有效数量的所需均匀结构的泡沫即可。
可以使用的泡沫优先选用的是速破、低湿度、低稳定性的泡沫。上述泡沫是一种具有极低稳定性的快破泡沫，这种泡沫与衬底相接触后基本立即转化为液态。上述泡沫是低湿度的，则它将相对低的液态载体涂布在衬底上。上述泡沫具有均匀的结构，则在泡沫各处均匀地分布含有纸处理剂的处理合剂。
泡沫的密度，泡的尺寸和半寿期优先选用美国专利4，099，913〔威尔特(Walter)等人〕所描述的那样(该专利在此引为参考文献)。泡沫的典型密度能够在从大约0.005到大约0.8，优先选用0.01到大约0.6克/立方厘米的范围。一般泡沫的泡的平均尺寸是直径在0.05至大约0.5，优先选用0.08至大约0.5毫米的范围。泡沫半寿期一般是从大约1到60，优先选用的半寿期大约是3到40分钟。
优先选用上述作为参考文献的美国专利4，099，913〔威尔特(Walter)等人〕所描述的泡沫。特别作为优先选用的是题目为“用于纸加工的泡沫合剂”(Foan Compesrtion Used In Paper Treatmert)即美国专利申请号715，169(在此引用作为参考文献)所描述的泡沫。
如上所述泡沫是使用本领域所熟知的泡沫发生器产生的。泡沫发生器通常包含一个机械的搅伴器，该搅伴器能将气体和液态处理合剂定量地混合在一起。通过调节引入到起泡装置中的气体的体积和起泡器转动体的转速可以控制起泡。要想提供具有所需尺寸和半寿期的气泡，转速是相当重要的。液态合剂和气体的相对进料速度将确定泡沫的密度。只要泡沫一产生，如上所述，就使它流到泡沫涂布器并使其涂布到纸基上。起泡和涂布泡沫的温度是没有严格要求的，它可以从环境温度直到100℃或更高。在此情况下，可将液态处理合剂预加热，或是在向衬底涂布的过程中加热。
衬底通过泡沫涂布器涂布的速度可在很宽的范围内变动，它包括造纸和最后加工工序时典型的速度范围，其典型的速度至少是大约200，优先选用大约400至大约6000，最好是大约500至大约3500英尺/分钟。
形成液态处理合剂和将其涂布到卷筒纸上时对温度并无严格要求，但应该遵循该领域中熟知的习惯。典型的温度范围是从环境温度直至100℃或更高，在此条件下，可将纸处理剂预加热和/或在涂布过程中加热。
可提供单一或多个泡沫涂布器和工序。可将泡沫涂布在卷筒纸的任一侧或涂布到其两侧。在多个或者两侧涂布过程中，每一泡沫涂布器可以涂布相同或不同的由一个或多个泡沫发生器产生的泡沫状处理合剂。在多个或两侧涂布中，对于不同的涂布，所用泡沫数量和合成剂可是相同的或不同的。如同在造纸工序使用的那样，多个泡沫涂布步骤可以是在同方向上联续的，或也可用其它的处理步骤将其隔开。
沿横向通过泡沫涂布器的衬底可由合适的引导装置使其沿着涂布器唇板形成所需的接触。引导装置可设在泡沫涂布器前部、后部或者在前后部均设有引导装置。典型的引导装置包括纸辊、挟、棒或者诸如此类的能使衬底所有宽度沿横向与唇板相接触的有效装置。一种优先选用的引导装置是真空动力吸持装置，最好是将其安置在前唇板之前且与前唇板紧接。就如所引用的参考文献，美国专利申请号715，170〔布罗思(Brown)等人〕的“用于桡性板材料处理中的真空引导装置”(Vacuum Guide Used In Flexible Sheet Material Preutment)。
本发明的液体涂布器及涂布方法优先使用于连续的处理操作，常用于造纸及最后加工工序。
在一个典型的实施方案中，在一个市场上可买到的泡沫发生器中，使定量的液态处理合剂形成含有定量气体的泡沫。使用一个合适的运送装置使泡沫进入泡沫涂布器的分布腔中。在加压情况下，泡沫流过泡沫涂布器基面上的一个或更多的孔，使得泡沫涂布腔中的泡沫具有正压和均匀的分布。以上所指泡沫涂布腔是在由泡沫涂布器基面处有角度伸出的前唇板和一个与其相平行的后唇板内壁间形成的。前唇板上有内端面，它与其内壁交角大于或等于90°。它与其内壁相交形成后角，且其角小于90°。卷筒纸通常借助于引导装置沿横向通过泡沫涂布器，并使得卷筒纸在沿着前唇板的整个顶端宽度和后唇板外端面以及其内壁形成的边的整个宽度上相接触。卷筒纸以0°或大于0°的前输入角(与垂线交角)接近前唇板，并且以一个前输出角(与垂线的交角)离开前唇板并且其走向是朝向基面。卷筒纸以大于90°的后输入角(与后唇板内壁交角)接近后唇板，并且它以0°或大于0°的后输出角(与接近后唇板的方向的交角)离开后唇板。将可控数量的泡沫涂布在沿横向通过泡沫涂布腔涂布口的卷筒纸的表面，使处理合剂均匀分布在卷筒纸上。
下述实施例是对本发明一些实施方案的说明，而不是要对其范围进行限定。
实施例
用于实施例的标记具有下列意义
标记 说明
起泡剂Ⅰ 十二烷基酰氨基甜菜碱
起泡剂Ⅱ 十二烷基甜菜碱黄酸钠
起泡剂Ⅲ 十二烷基硫酸钠
起泡剂Ⅳ 十二烷基甜菜碱磺酸
示踪物Ⅰ 商品名为Tectilon
红ZB〔汽巴盖革公司(Ciba Geigy Corp)〕酸性红染料。
示踪物Ⅱ 商品名为Leucophore
AC(桑多斯染料和化学药品公司)(Sandoz Colors & Chemicals Co)的荧光染料。
示踪物Ⅱ 商品名为Supernylite
兰的锦纶兰染料。
处理剂Ⅰ 商品名为Stayco
-M(AEStaly Mfg公司)的氧化的淀粉。
处理剂Ⅱ 商品名为(Cellosize
联合碳化物公司)(Unite Carbide Corp)的具有QP-100M粘度梯度的羟乙基纤维素。
处理剂Ⅲ 商品名为Penford
树胶280(皮奈克和福特公司)(Penick & Ford Inc)
除非下列另外指出外，这些实施例是使用一般的工艺。以给定比例，将指定的组分包括一种纸处理剂或几种纸处理剂、起泡剂、示踪物和水进行混合制成液态处理合剂。示踪物是一种染料，使用它可用目测来观察经过处理的纸，可以确定处理合剂涂布的均匀程度。将计量过的液态处理合剂与空气供入一个市场上可买到的型号为8MHA栎木混合器起泡器中，以便生成具有指定浓度的泡沫。从述沫涂布器注入口将泡沫输送到泡沫分布腔中。其中涂布器注入口具有这些实施例指定的结构。在选定的纸速下，将选定卷筒纸输送到泡沫涂布器中，使卷筒纸与涂布器唇板的端面的整个宽度相接触。按照预先所确定的，使纸分别以选定的前输入角C和输出角D通过前唇板，并且以选定的后输入角E和输出角F使其通过后唇板。除非另外指明以外，液态处理合剂是在环境温度下进行制备和涂布的。液态处理合剂(以湿涂层重量计)和纸处理剂(以干涂层重量计)的涂布数量也被指定。随后，用缠绕辊收集处理过的纸。
使用一种布氏型RVF粘度计在合适的测量轴和惯用标准速度下确定所有的粘度。
对比实施例A
在此实施例中，使用以下所说明的工艺，使用美国专利4，023，526〔爱斯黑摩思(Ashmus)等人〕所描述的涂布器，将含有热熬淀粉作为纸处理剂的液态处理合剂涂布在纸面上。这种涂布器包括一个涂布腔和一个宽度大约等于纸宽的涂布口。泡沫从泡沫发生器中通过一个直径为0.5英寸的输送管被输送到涂布腔中，涂布腔大约9英寸高，并且对着涂布口有一个长孔，沿纸的方向，该孔接近9英寸宽，0.5英寸长。涂布口的宽度和长度于其相同并且其高大约为1.5英寸。涂布口具有一个与卷筒纸相接触的平的唇板，其长度大约从0.5到1.0英寸。涂布器唇板角A和角B都是90°。
在约200°F条件下，将一种含20wt%淀粉的水溶液热熬超过30分钟，随后加入起泡剂和示踪物，以制备下列的液态处理合剂。随后用自来水将合剂稀释至含10wt%淀粉。
处理剂Ⅰ-10wt%
起泡剂Ⅰ-1.5wt%
示踪物Ⅰ-0.13wt%
水-88.37wt%
随后将上述合剂起泡，并且通过上述泡沫涂布器将其连续地涂布到犊皮纸的纸面上。纸的重量大约为89.6克/米2，且为内上胶，而不是外上胶。
所使用的涂布条件如下
泡沫密度-0.060克/厘米3
纸速-100英尺/分钟
湿涂层重量-21.1克/米2
干涂层重量-2.1克/米2
涂布器间隙×-0.125英寸
涂布压力-0.25磅/英寸2
角C-20°
角D-0°
角E-15°
角F-20°
角G-0°
通过观察示踪物分布，可以看到处理过的纸面的涂层极为均匀。上述实施例证明了已有技术的泡沫涂布器在衬底相对低速情况下，泡沫状处理合剂的分布是均匀的。
对比实施例B
在本实施例中，除去淀粉浓度加至20%和合剂具有布氏粘度为180厘泊和加快纸速以外，重复使用对比实施例A的一般工艺、泡沫涂布器、液态处理合剂和纸。这时提供了下述条件
泡沫密度-0.060克/厘米3
纸速-500英尺/分钟
湿涂层重量-10.5克/米2
干涂层重量-2.1克/米2
泡沫压力-0.54磅/英寸2
当所有卷筒纸被处理后，可以观察到示踪物分布不均匀，即有的区域具有示踪物的痕迹而有的地方则没有。在加快纸处理速度时，本实施例指出了使用具有等高和沿长度方向为平直端面唇板的缺点。
对比实施例C
在本实施例中，除去液态处理合剂不含有淀粉外，重复对比实施例B。示踪物的分布指出，涂布是非常均匀的。将本实施例与对比实施例B对比表明，在高速处理卷筒纸条件下，在泡沫合剂中的处理剂(例如淀粉)的存在影响涂布时可达到的均匀度。
对比实施例D
在本实施例中，按照对比实施例A的方法制备一种热制淀粉液态处理合剂，其组分如下
处理剂Ⅰ-16.7wt%
染料剂Ⅱ-0.025wt%
起泡剂Ⅱ-0.50wt%
水-82.725wt%
在下列操作条件下，使用在先已描述的一般工艺进行处理。操作条件为
起泡剂密度-0.40克/厘米3
纸速-1500英尺/分钟
湿涂层重量-10.8克/米2
干涂层重量-1.8克/米2
涂布器间隙×-0.25英寸
泡沫压力-0.37磅/英寸2
涂布时湿度-170℃
除去改变涂布器唇板，使其前唇板端面长度减至大约0.375英寸，后唇板长度大约为0.125英寸，并且角E变为90°外，按照实施例A设计泡沫涂布器。
示踪物的分布指出，在各处大体上看涂层分布是均匀的。但仔细观察，它就象“桔皮”一样，即在微观处是不均匀的。本实施例证明，涂布器唇板“平直部分”或端面的长度和结构影响到了涂布的均匀度。
实施例1
本实施例中，按照对比实施例A的方法制备一种淀粉的液态处理合剂，其组分如下
处理剂Ⅰ-18.0wt%
示踪物Ⅱ-0.025wt%
起泡剂Ⅰ-2.0wt%
水-79.975wt%
粘度-70cps
除去涂布时泡沫温度是环境温度外，使用对比实施例D的方法将合剂涂布在相同类型的纸上。所使用的泡沫涂布器类似于对比实施例A所用设备，对它略作改进，即后唇板的端面为一刃形边，该刃形边是在其顶部外端面和唇板内壁间形成的，并降低后唇板，使接近后唇板的纸的后输入角E为115°。具体操作条件如下
泡沫浓度-0.082克/厘米3
纸速-800英尺/分钟
湿涂层重量-10.0克/米2
干涂层重量-1.8克/米2
涂布器间隙×-0.125英寸
泡沫压力-2.17磅/英寸2
示踪物的分布指出，涂层是非常均匀光滑的。本实施例证明，在高速下处理卷筒纸时，为了得到泡沫状合剂均匀的涂层，涂布器唇板的设计及纸的方位是极为重要的。
实施例2-4，E-J
在本实施例中，使用了种种涂布器唇板结构，完成了一系列实验，所使用的纸、操作条件和泡沫涂布器如对比实施例A所述。使用的液态处理合剂如下
处理剂Ⅱ-～0.05wt%a
起泡剂Ⅲ-1wt%
示踪物Ⅳ-1wt%
水-平衡(～97.75wt%)
a在其数量足以将布氏粘度增至大约50厘泊时。
改变泡沫涂布器唇板的结构及安装位置，如表格Ⅰ所述，可以观察到涂布的均匀度。在对比实施例E-J中，如表格Ⅰ中星号＊所确定的那样，一个或多个唇板结构角或纸的方向角已经降到极限可使用的范围值上。
表格Ⅰ
在使用各种涂布口结构和纸的方位条件下处理的涂布质量。
唇板角 纸的方位角
实施例 A B C D E F G 分布的均匀度
E 105° -45° 52° 15° 45°＊61° 15° 不均匀条痕
F 105° 45° 13° 24° 82°＊20° 15° 不均匀露隙
G 105° 45° 34° 24° 82°＊43° 15° 条状
H 105° 15° 40° 45° 90°＊61° 15° 不均匀
I 75°＊45° 42° 32° 122° 44° -15°＊点状条痕
J 95-105° 45° 40° 11° 101° 31° 5-15°＊条痕
3 110° 45° 41° 17° 107° 41° 20° 平滑
4 120° 45° 45° 24° 114° 44° 30° 平滑
5 110° 45° 45° 9° 99° 41° 20° 平滑
＊极限可使用范围
这些实施例证明了本发明泡沫涂布器和方法的最佳设计参数，可以在纸上获得泡沫处理合剂的平滑均匀的涂层。
实施例5
在本实施例中，将实施例1的两个泡沫涂布器安置在一个支撑框架上，使得液态处理合剂能均匀涂布在移动的纸的两面上，纸的重量为89.6克/米2，且经过内上胶。
所使用的液态处理合剂包括
处理剂Ⅰ-16.7wt%
示踪物Ⅱ-0.025wt%
起泡剂Ⅰ-2.3wt%
水-80.975wt%
将单一的泡沫流分为相等的两股分别供给两个泡沫涂布器，两泡沫涂布器一个是位于纸的上部，另一个是位于纸的底侧。所使用操作条件是
泡沫密度-0.25克/厘米3
纸速-800英尺/分钟
湿涂层重量-每侧10.8克/米2总量为21.6克/米2
干涂层重量-每侧1.8克/米2总量为3.6克/米2
涂布器间隙-0.125英寸(每个)
泡沫压力-大于零(未测量)
示踪物的分布证明，在每一侧液态处理合剂涂布均匀。本实施例证明，使用两个本发明泡沫涂布器有可能在一个步骤中完成卷筒纸两侧的均匀涂布。
实施例6
在本实施例中，使用一个泡沫涂布器，将实施例5的合剂涂布到实施例5中快速移动的纸的一侧，涂布条件如下
泡沫密度-0.38克/厘米3
纸速-2300英尺/分钟
湿涂层重量-7.5克/米2
干涂层重量-1.25克/米2
涂布器间隙，×-0.125英寸
示踪物的分布表明获得了极为均匀的涂层。本实施例证明，在非常高的卷筒纸速度条件下也可达到均匀的涂布。
实施例7
在本实施例中，将实施例6的工艺及泡沫涂布器用于涂布非内上胶的轻重量纸的纸面。所使用液态处理合剂包括
处理剂Ⅲ-4wt%
起泡剂Ⅰ-1wt%
示踪物Ⅱ-0.025wt%
水-94.975wt%
使用操作条件是
泡沫密度-0.06克/厘米3
纸速-500英尺/分钟
纸重-47.1克/米2
湿涂层重量-5克/米2
干涂层重量-0.2克/米2
泡沫压力-1.8磅/英寸2
观察示踪物可以看到，经过处理的纸涂层是均匀光滑的。本实施例表明，对于轻重量无胶纸也能进行轻重量的涂布。
实施例8
在本实施例中，把一种热熬淀粉溶液涂布到一个预加热纸面上，类似于在纸处理机械上给纸面上胶的工艺条件。
热水循环流过淀粉合剂贮罐，泡沫发生器和流入泡沫涂布器的泡沫输送线的外套。将热传感装置旋转在泡沫流中的合适的位置，蒸气与水的混合物被用来提供所希望的液态处理合剂和泡沫的温度。
用足够的时间将一个89.6克/米2内上胶纸的纸辊在Desp-atch
空气热加热室中预加热，使其温度升至160°F。通过普通的热熬工艺制备一种液态处理合剂，其组分如下
处理剂Ⅰ-16.7wt%
示踪物Ⅱ-0.025wt%
起泡剂Ⅰ-2.0wt%
水-81.275wt%
随后，淀粉溶液保持在170°F条件下。将该溶液在170°F下在起泡器中起泡，随后按照实施例2的方法，在170°F下使其输送到泡沫涂布器中，并且将其涂布到已经预加热至160°F的纸面上。所用操作条件如下
泡沫密度-0.36克/厘米3
纸速-1200英尺/分钟
湿涂层重量-10.8克/米2
干涂层重量-1.8克/米2
泡沫压力-3.6磅/英寸2
涂布温度-170°F
示踪物的分布表明，经过处理的纸上完全涂布有光滑和均匀的合剂，本实施例证明，在包括典型的升温操作条件下的造纸操作中，本发明的方法和泡沫涂布器具有普遍有效的使用范围。
实施例9
在本实施例中，就如实施例2那样，除去允许液态处理合剂涂布前具有较高粘度外，使用标准的方法制备一种热熬淀粉合剂。所用液态处理合剂含有如下组分
处理剂Ⅰ-12wt%
示踪物Ⅱ-0.025wt%
起泡剂Ⅰ-2.0wt%
水-85.975wt%
粘度(布氏)-1000CPS
在下列条件下，将起泡的合剂涂布到具有内上胶纸(重量大约89.6克/米2)面上，涂布条件是
泡沫密度-0.085克/厘米3
纸速-1200英尺/分钟
湿涂层重量-15.0克/米2
干涂层重量-1.8克/米2
泡沫压力-2.0磅/英寸2
涂布器间隙，×-0.125英寸
可以观察到处理合剂分布均匀。本实施例结合以上实施例证明，基本上不依赖于处理合剂的粘度，本发明泡沫涂布器和方法有可能均匀分布处理合剂。
实施例11
在本实施例中，按照对比实施例A制备一种热熬淀粉合剂，使用如下组分
处理剂Ⅰ-12wt%
示踪物Ⅱ-0.05wt%
起泡剂Ⅳ-0.5wt%
水-87.45wt%
在下列条件下，使用以上所描述的一般方法和实施例2所描述的泡沫涂布器将该合剂涂布到具有内上胶的纸(重量为89.6克/米2)上。条件为
泡沫密度-0.32克/厘米3
纸速-1500英尺/分钟
纸重-89.6克/米2
湿涂层重量-10.8克/米2
干涂层重量-1.8克/米2
泡沫压力-0.7磅/英寸2
涂布器间隙，×-0.50英寸
观察示踪物表明，处理过的纸面上各处处理合剂分布均匀。在先的实施例与本实施例表明，相对的不依赖于泡沫涂布器喷嘴间隙，例如在衬底移动方向上，泡沫涂布腔和其涂布口的长度，可以获得处理合剂的均匀涂布。
权利要求
1、一种泡沫涂布器，其特征在于包括并且相互配合
(a)一个基面；
(b)一个前唇板和一个与其相平行的后唇板，两唇板从所述基面有角度地延伸出来；
(c)一个泡沫涂布腔，该涂布腔在两唇板内壁间形成，并且其每一端部由端壁封闭；
(d)在所述基面上有一个或多个开孔，以便将来自于泡沫发生器的泡沫均匀输送到所述腔中；
(e)该前唇板的顶部内端面和外端面；
(f)该后唇板的顶部外端面；
(g)该后唇板顶部外端面和后唇板内壁间形成的边；
(h)一个前唇板后角A，该后角由前唇板内端面和前唇板内壁形成；
(i)一个后唇板后角B，该后角由后唇板外端面和后唇板内壁形成；
(j)一个涂布口，该涂布口在前唇板内端面和后唇板的所述边之间延伸，用于使泡沫有效地涂布在沿横向通过该涂布口的衬底上；其中，
(k)角A大于或等于90°；
(l)角B小于90°；
(m)在基面上前唇板的延伸的长度超过后唇板。
2、按照权利要求
1所述的泡沫涂布器，其特征在于，衬底是纸。
3、按照权利要求
1所述的泡沫涂布器，其特征在于，角A是从大约91°到135°，并且角B是从大约1°到大约70°。
4、按照权利要求
3所述的泡沫涂布器，其特征在于，角A从大约105°到大约120°，角B是大约45°。
5、按照权利要求
1所述的泡沫涂布器，其特征在于，在纸运动方向上测量，泡沫涂布腔和涂布口是从大约1/64到大约2英寸宽。
6、按照权利要求
5所述的泡沫涂布器，其特征在于，泡沫涂布腔和涂布口从大约0.1到大约0.75英寸宽。
7、一种用于处理纸的方法，其特征在于，包括
(1)制备一种快破、快湿、低稳定性的液态处理合剂的泡沫;
(2)所说泡沫通过泡沫涂布器基面上的一个或多个孔，以便在泡沫涂布腔中获得均匀分布的泡沫，该泡沫涂布腔是由从所述基面有角度地伸出的前唇板和与之相平行的后唇板的内壁间形成，并且该涂布腔的每一端由端壁封闭;
(3)使卷筒纸横向沿着前唇板顶端面和在后唇板顶部外端面与其内壁间形成的边上与唇板相接触地通过;
其中卷筒纸
(ⅰ)接近前唇板时，与垂线成角C，称为前输入角C;
(ⅱ)离开前唇板时，与垂线成角D，称为前输出角D，且卷筒纸走向是朝向基面;
ⅰⅰⅰⅰ)接近后唇板时，与后唇板内壁成角E，称为后输入角E;
(ⅰV)离开后唇板时，与卷筒纸接近后唇板时的方向成角F，称为后输出角;
其中
角C大于或等于0°;
角D大于0°;
角E大于90°;
角F大于或等于0°;和
(4)将可控数量的泡沫涂布在所述卷筒纸上，使得该处理合剂均匀分布在所述卷筒纸上。
8、按照权利要求
7所述的方法，其特征在于，角C从大约1°到大约60°，角D从大约1°到大约50°，角E从大约91°到大约140°，并且角F从大约1°到大约60°。
9、按照权利要求
8所述的方法，其特征在于，角C从大约15°到大约45°，角D从大约1°到大约25°，角E从大约91°到大约115°，并且角F从大约15°到大约45°。
10、按照权利要求
7所述的方法，其特征在于，将一种纸引导装置安置在泡沫涂布器前唇板或后唇板或两唇板的相近处，所述引导装置是用于帮助卷筒纸与泡沫涂布器前、后唇板相接触。
11、按照权利要求
10所述的方法，其特征在于，所述纸引导装置是一种真空夹持装置。
12、按照权利要求
7所述的方法，其特征在于，泡沫密度是从大约0.005到大约0.8克/厘米3，泡的平均直径从大约0.05到大约0.5毫米，并且泡沫半寿期是从大约1到大约60分钟。
专利摘要
具有特殊唇板结构和衬底走向的泡沫涂布器，用于将泡沫状处理合剂涂布于包括快速移动纸的衬底上，它能够将处理剂均匀分布在衬底上。
文档编号B05D3/02GK86102786SQ86102786
公开日1986年11月19日 申请日期1986年3月22日
发明者查尔斯·詹姆斯·坎宁安, 拉塞尔·李·布朗 申请人:联合碳化公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan