具体实施方式

下面描述本公开的各种实施方式。可以通过参考以下详细描述更好地理解实施方式的各个要素的关系和功能。然而，实施方式不限于下文明确描述的那些实施方式。

提供了一种纸涂料组合物。所述组合物可以包括强度剂和表面活性剂。在一些方面中，所述组合物可以任选地包括施胶剂、着色剂或其他组分。

在一些方面中，所述纸涂料组合物可以由强度剂、表面活性剂和水组成。所述组合物可以排除施胶剂、着色剂或其他组分。在一些方面中，所述纸涂料组合物可以基本上由强度剂、表面活性剂和水组成，从而排除可能影响所述组合物的基本和新颖性质的任何附加组分。例如，与没有表面活性剂的组合物相比，本文公开的组合物的基本和新颖性质是当存在表面活性剂时表面张力的减小。

在一些方面中，提供了一种可以包括施胶剂和表面活性剂的纸涂料组合物。在一些方面中，所述组合物可以任选地包括强度剂、着色剂或其他组分。

在一些方面中，所述纸涂料组合物可以由施胶剂、表面活性剂和水组成。所述组合物可以排除强度剂、着色剂或其他组分。在一些方面中，所述纸涂料组合物可以基本上由施胶剂、表面活性剂和水组成，从而排除可能影响所述组合物的基本和新颖性质的任何附加组分。

提供了一种纸涂料组合物，其可以包括强度剂、施胶剂和表面活性剂。在一些方面中，所述组合物可以任选地包括着色剂或其他组分。

在一些方面中，所述纸上的表面活性剂的量小于约0.03重量％。

在一些方面中，所述纸涂料组合物可以由强度剂、施胶剂、表面活性剂和水组成。所述组合物可以排除着色剂或其他组分。在一些方面中，所述纸涂料组合物可以基本上由强度剂、施胶剂、表面活性剂和水组成，从而排除可能影响所述组合物的基本和新颖性质的任何附加组分。

提供了一种纸涂料组合物，其可以包括强度剂、施胶剂、着色剂和表面活性剂。在一些方面中，所述组合物可以任选地包括其他组分。

在一些方面中，所述纸涂料组合物可以由强度剂、施胶剂、着色剂、表面活性剂和水组成。所述组合物可以排除其他组分。在一些方面中，所述纸涂料组合物可以基本上由强度剂、施胶剂、表面活性剂、着色剂和水组成，从而排除可能影响所述组合物的基本和新颖性质的任何附加组分。

在一些方面中，本文公开的所述组合物可以是水溶液。在一些方面中，所述组合物可以或可能不是乳液或分散液。

在一些方面中，本文公开的所述组合物可以是可喷涂的。可喷涂组合物有利于在喷涂施胶机中使用，其中在将涂料辊压靠纸之前将制剂在非常短的时间内喷涂到涂料辊上。

所述纸涂料组合物的pH值不特别限于任何特定pH值或pH范围。在一些方面中，所述组合物的pH值可以是约3～约8。

所述组合物的表面张力与包括所述强度剂但不包括所述表面活性剂的组合物比可以小至少约5％。在一些方面中，所述组合物的表面张力与包括所述施胶剂但不包括所述表面活性剂的组合物比可以小至少约5％。在一些方面中，所述组合物的表面张力与包括所述强度剂和所述施胶剂但不包括所述表面活性剂的组合物比可以小至少约5％。

在一些方面中，所述组合物的表面张力与除了所述表面活性剂之外具有相同组分的组合物比可以小约5％至约90％。在一些方面中，所述组合物的表面张力与除了所述表面活性剂之外具有相同组分的组合物比可以小约5％至约90％、小约10％至90％、小约20％至90％、小约10％至约80％、小约10％至约70％、或小约20％至约70％。在一些方面中，当向所述组合物添加表面活性剂时，所述组合物的表面张力可以减小约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、或约70％。

表面张力可以使用本领域中的已知技术来确定。例如，表面张力可以使用Wilhelmy板技术来确定并且可以以毫牛顿每米(mN/m)为单位报告。

用于确定表面活性剂对组合物的影响的其他性质可以是接触角。液滴对表面的接触角被定义为由两条线形成的角度：固体表面和液滴的切线，所述切线与液体、固体和空气界面相遇的点相交。接触角越小，液滴对表面的亲和力越高并且润湿性越大。所述组合物在辊表面上的接触角与没有所述表面活性剂的组合物比可以小至少约15％。在一些方面中，所述组合物在辊表面上的接触角与没有所述表面活性剂的组合物比可以小约15％至约60％、小约20％至约60％、或小约20％至约50％。可以使用本领域的普通技术人员已知的方法诸如例如图像分析技术来测量接触角。

本文公开的组合物可以包括表面活性剂。如本文所用，“表面活性剂”包括阴离子、非离子、阳离子、两性和两性离子表面活性剂。

在一些方面中，所述表面活性剂可以是非离子的。

在一些方面中，所述表面活性剂可以是聚醚聚硅氧烷。例如，聚醚聚硅氧烷可以具有式I的化学结构。

其中n可以是0～100的整数；m可以是0～100的整数；x可以是1～3的整数；y可以是0～5的整数；并且R₁可以是氢、卤素、C_1-10烷基、苯基或环烷基。

在一些方面中，n可以是1～50、1～20或1～10的整数；m可以是0～50、0～20或0～10的整数；x可以是1；y可以是0；并且R₁可以是氢、卤素或C_1-10烷基。

在一些方面中，n可以是1至50、1至20或1至10。在一些方面中，n可以是1。在一些方面中，m可以是0至50、0至20或0至10。在一些方面中，m可以是0。

在一些方面中，x可以是1并且y可以是0。

在一些方面中，R₁可以是氢、卤素或C_1-10烷基。在一些方面中，R₁可以是甲基。

如本文所用，术语“烷基”是指优选地具有1至10个碳原子(即，1、2、3、4、5、6、7、8、9或10个碳原子)的直链或支链烃基。烷基包括但不限于甲基、乙基、丙基(例如，正丙基、异丙基)、丁基(例如，正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基)、戊基(例如，正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、仲戊基、3-戊基)、己基、庚基、辛基、壬基和癸基。烯基可以是未被取代的或被一个或多个合适的取代基取代。

如本文所用，术语“环烷基”是指单、双环或三环碳环基(例如，环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环戊烯基、环己烯基、双环[2.2.1]庚基、双环[3.2.l]辛基和双环[5.2.0]壬基等)；任选地包含1或2个双键。环烷基可以是未被取代的或被一个或多个合适的取代基取代。

在一些方面中，所述表面活性剂包括式II：

在一些方面中，所述表面活性剂包括式III：

在一些方面中，所述表面活性剂可以是烷氧基化乙二胺，诸如例如乙二胺四(乙氧基化物-嵌段-丙氧基化物)四醇。

在一些方面中，所述烷氧基化乙二胺可以具有约3000Da至约5000Da的分子量。

本文公开的组合物可以包括约0.005重量％至约0.5重量％的表面活性剂。在一些方面中，组合物可以包括约0.0001重量％至约1重量％的表面活性剂。在一些方面中，组合物可以包括约0.01重量％、约0.02重量％、约0.03重量％或约0.1重量％的表面活性剂。

合适的强度剂可以包括但不限于天然聚合物，诸如淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、黄原胶和瓜尔胶。合适的强度剂可以包括但不限于合成聚合物，诸如聚丙烯酰胺(阳离子、阴离子和两性的)、乙二醛化聚丙烯酰胺(GPAM)、基于聚酰胺型胺表卤醇的聚合物和聚乙烯胺。

在一些方面中，淀粉可以是例如阴离子、阳离子、非离子或两性淀粉，特别是阴离子、非离子或两性淀粉，来自各种植物，包括玉米、马铃薯、小麦、木薯或高粱，任选地通过酶、高温或化学/热转化技术改性，如氧化淀粉、乙基化淀粉或珍珠淀粉。在一些方面中，所述淀粉可以包括：天然淀粉、改性淀粉、淀粉酶、支链淀粉、苯乙烯淀粉、丁二烯淀粉、含有各种量的淀粉酶和支链淀粉例如25％淀粉酶和75％支链淀粉(玉米淀粉)以及20％淀粉酶和80％支链淀粉(马铃薯淀粉)的淀粉；酶处理淀粉；水解淀粉；加热淀粉，在本领域中也称为“糊状淀粉”；阳离子淀粉，诸如由淀粉与叔胺起反应以形成季铵盐产生的那些；非离子淀粉；阴离子淀粉；两性淀粉(含有阳离子和阴离子官能团)；纤维素和纤维素衍生的化合物；以及它们的任何组合和/或它们的显式地排除这些中的一种或多种的组合。

在一些方面中，组合物可以具有约1重量％至约20重量％、约1重量％至约15重量％、约1重量％至约10重量％、或约1重量％至约5重量％的强度剂。在一些方面中，组合物可以具有约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、或约10重量％的强度剂。在一些方面中，组合物可以具有约1重量％至约20重量％、约1重量％至约15重量％、约1重量％至约10重量％、或约1重量％至约5重量％的非离子淀粉。

合适的施胶剂包括但不限于松香施胶剂和水不溶性疏水纤维素施胶剂，诸如烷基乙烯酮二聚体(“AKD”)、烯基琥珀酸酐(ASA)、苯乙烯丙烯酸(SAA)乳液、苯乙烯丙烯酸酯乳液(SAE)、苯乙烯马来酸酐(SMA)乳液、乙烯丙烯酸(EAA)、聚氨酯和它们的混合物。例如，施胶剂可以是Perglutin 400。

合适的着色剂可以包括但不限于具有共轭双键系统的有机化合物；偶氮化合物；金属偶氮化合物；蒽醌类；三芳基化合物，诸如三芳基甲烷；喹啉和相关化合物；酸性染料(含有磺酸盐基团的阴离子有机染料，与诸如明矾的有机配比一起使用)；碱性染料(含有胺官能团的阳离子有机染料)；和直接染料(具有高分子量和特定对纤维素的直接亲和力的酸性染料)；以及上面列举的合适的染料化合物的组合。

在一些方面中，着色剂可以是Cartasol Brown。

目前公开的组合物可以包括各种组分。此外，制剂可以是基于水的、基于烃基的、基于有机溶剂的、基于乳液的(油包水、水包油)等。

其他组分可以包括但不限于荧光增白剂、杀生物剂、助留剂、消泡剂、pH控制剂、沥青控制剂和助滤剂。

例如，组分可以是聚氯化铝(PAC)化合物。可以依照本公开使用任何PAC。在一些方面中，PAC选自由磷酸化聚合氯化铝、硫酸化聚合氯化铝、聚合氯化铝、聚合硫酸氯化硅铝和它们的任何组合组成的组。在一些方面中，PAC是磷酸化聚氯化铝。

在其他方面中，本文公开的任何组合物可以设置在纸压辊的表面上。在一些方面中，纸压辊可以是施胶压辊。组合物可以设置在辊的表面的至少一部分上。在一些方面中，可以将组合物喷涂在施胶压辊的整个表面上方。在一些方面中，可以将组合物喷涂在施胶压辊的表面的至少一部分上方。

提供了一种处理纸的方法。所述方法可以包括：将本文描述的任何组合物施涂到纸压辊上以形成涂布纸压辊；以及使纸与所述涂布纸压辊接触。

在一些方面中，可以将组合物的某些组分在分开的组合物中分开地施涂到纸压辊上。例如，可以将包括强度剂和表面活性剂的组合物与包括施胶剂和表面活性剂的组合物分开地喷涂到辊上。

当在纸涂料组合物中包括表面活性剂时，可以增强经处理后的纸的性质。例如，表面活性剂可以增强组合物中的强度剂的作用。在不受任何特定理论束缚的情况下，表面活性剂允许强度剂穿透纸，从而赋予改进的块体强度特性。

经处理后的纸的科布值可以等于或小于用强度剂和施胶剂但未用表面活性剂处理的纸的科布值。在一些方面中，经处理后的纸的科布值可以等于或小于用强度剂和施胶剂但未用表面活性剂处理的纸的科布值。

在一些方面中，经处理后的纸的科布值与用强度剂或施胶剂处理但未用表面活性剂处理的纸的科布值比可以小约5％至约40％、约5％至约30％、约10％至约30％、或约10％至约20％。

在一些方面中，经处理后的纸与用强度剂但未用表面活性剂处理的纸比可以具有提高的块体强度性质，诸如短跨度压缩测试(SCT)强度、拉伸强度、Concora槽纹边缘压碎(CFC)强度、环压碎强度和爆破强度。块体强度可以通过本领域的普通技术人员已知的任何技术来测量。例如，可以如TAPPI方法T826 om-04中所定义的那样测量SCT；可以如TAPPI方法T494 om-13中所定义的那样测量拉伸强度；可以如TAPPI方法T843 om-02中所定义的那样测量CFC；可以如TAPPI方法T822 om-02中所定义的那样测量环压碎强度；并且可以如TAPPI方法T403 om-02中所定义的那样测量爆破强度。在其他方面中，经处理后的纸的拉伸强度值可以大于用强度剂但未用表面活性剂处理的纸的拉伸强度值。

在一些方面中，块体强度性质可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。在一些方面中，SCT强度可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。在一些方面中，拉伸强度可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。在一些方面中，CFC强度可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。在一些方面中，环压碎强度可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。在一些方面中，爆裂强度可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。

在一些方面中，两种或更多种块体强度性质可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。在一些方面中，爆裂强度和SCT可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。在一些方面中，CFC强度和SCT强度可以增加至少约5％、至少约10％、至少约15％、或至少约20％。

在一些方面中，可以将所述组合物喷涂到所述纸压辊上。

能够在常规造纸设备上实践本公开中描述的方法。尽管造纸设备在操作和机械设计上变化，但是在不同设备上制纸的方法含有常见阶段。造纸通常包括成浆阶段、漂白阶段、备料阶段、湿部阶段和干部阶段。

在成浆阶段中，各个纤维素纤维通过机械和/或化学作用从纤维素的来源释放。纸浆在备料阶段中悬浮于水中。造纸过程的湿部阶段包括在造纸机的线或毛毡上沉积原料悬浮液或纸浆浆料以形成连续纤维网，滤干网并固结网(“压制”)以形成纸张。在造纸过程的干部阶段中，网被干燥并且可以经受附加加工，例如使它通过施胶压制、压延、用表面改性剂喷涂、印刷、切割、使成波状等。除了使用施胶机和/或压光机水箱之外，经干燥后的纸还能够通过使用喷杆进行喷涂来处理。

如本文所用，“干部”意指造纸过程的部分，包括压制段及其之后的部分，其中诸如水的液体介质通常包括基材的质量的不到45％，干部包括但不限于造纸过程的施胶压制部分，在干部中添加的添加剂通常保留在浆料外部的独特涂层中。

本公开设想在上述造纸过程的一个或多个阶段中使用纸涂料组合物。

典型的造纸机包括诸如干燥器、压光系统和表面施胶系统的组件。表面施胶系统可以包括施胶机，其将施胶剂或其他化合物如荧光增白剂施涂到纸的表面。通常，施胶机将各种溶液或制剂施涂到纸的表面。纸在由施胶机处理之前可能已干燥或部分地干燥。

在一些方面中，纸涂料组合物可以作为表面处理被施涂到纸基材。例如，如果基材是纸，则可以将组合物施涂到纸的一面或纸的两面。

在一些方面中，在其上施涂有组合物的纸基材不是皱纹纸。

通常，可以在施胶机处或附近施涂纸涂料组合物，但是能够无疑在造纸工艺中的其他位置处施涂组合物。在大多数情况下，施胶机位于第一干燥段的下游。可以使用常规施胶机来施涂组合物，但是可以使用其他组件/技术(例如喷涂、刮刀或其他常规使用的涂布设备)来施涂组合物。

应该注意，在施胶机处、附近或之后施涂化学品可以与在造纸机的湿部处施涂化学品有区别。一个差异涉及这样的事实，即纸在它到达施胶机之前被干燥或至少部分地干燥。

实施例

在下面报告的实验室工作中，在60℃下对涂料制剂执行表面张力(Wilhelmy板技术)和粘度(具有小样品适配器的Brookfield)的测量。用接近60℃的制剂执行接触角(图像分析技术)测量，但是基材不在此温度下。接下来，使用科布施胶测试来对用线绕棒使用牵伸法涂布的片材测量施胶响应。

实施例1：

下表示出了三种不同的表面活性剂对约5重量％阴离子淀粉溶液的表面张力的影响。所测试的表面活性剂被标记为AK并且表示以下化合物，A＝Tegopren 5840，B＝SilwetL-77，C＝Plurafac RA 300，D＝Dow Corning 502W，E＝Pluronic 31R1，F＝Tetronic 701，G＝Tetronic 901，H＝Airase 5600，I＝Airase 5700，J＝Dow Corning 57，并且K＝DowCorning 501W。表面活性剂A、B、D和K被认为是超润湿剂。表面活性剂E、F和G是消泡剂。表面活性剂H和I是硅酮消泡剂。表面活性剂J是硅酮乙二醇共聚物并且表面活性剂C是低泡润湿剂。

表1.淀粉溶液和表面活性剂的表面张力(“ppm”用于百万分之份数)。

实施例2：

研究2演示了在没有或有表面施胶剂和染料的情况下淀粉溶液的表面张力对表面活性剂的存在的敏感性。

表2.施胶剂和染料对表面张力的影响

实施例3

若干表面活性剂对表面张力和施胶响应的影响被概括在下表3中。在溶液中的表面活性剂浓度维持恒定在约100ppm情况下，这些研究强调不同的表面活性剂影响溶液表面张力和经处理后的纸施胶响应的不同幅度。

表3.表面活性剂对表面张力和施胶响应的影响(科布)。“lb/t”代表每2000磅干纸的活性物质磅数。

下表4概括了结果，其中表面活性剂B和G的剂量在0-300ppm和0-200ppm范围内。在每种情况下，当投配200ppm时观察到表面张力降低了约10mN/m。

表4.表面活性剂B和G的剂量曲线。

实施例5：

在施胶压制应用中，溶液粘度是重要参数：高粘度限制溶液向纸转移，从而负面地影响整体生产速率。下表5示出了涂料溶液中高达100pm的表面活性剂的效果对粘度的影响可忽略不计。

表5.表面活性剂对溶液粘度的影响。

下表概括了含有高达300ppm的表面活性剂B和G的溶液的接触角结果。

表6.表面活性剂对液滴与辊表面接触角的影响。

能够在没有过分实验的情况下鉴于本公开做出并执行本文公开和要求保护的所有组合物和方法。虽然本发明可以体现在许多不同的形式中，但是本文详细描述了本发明的具体优选实施方式。本公开为本发明的原理的范例并且不旨在使本发明限于所说明的特定实施方式。另外，除非明确相反地陈述，否则术语“一个/种”的使用旨在包括“至少一个/至少一种”或“一个或多个/一种或多种”。举例来说，“表面活性剂”旨在包括“至少一种表面活性剂”或“一种或多种表面活性剂”。

按绝对术语或按近似术语给出的任何范围旨在涵盖两者，并且本文所使用的任何定义旨在为澄清的并且不为限制性的。尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地含有某些误差，其必然是由在其相应的测试测量值中存在的标准偏差产生的。此外，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包括的任何和所有子范围(包括所有分数值和整体值)。

此外，本发明涵盖本文所述的各种实施方式中的一些或全部的任何和所有可以的组合。还应当理解的是，对本文所描述的当前优选实施方式的做出的各种改变和修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的。可以在不脱离本发明的精神和范围并且在不减少其预期的优点的情况下进行此类改变和修改。因此，所附权利要求旨在覆盖此类改变和修改。