将含低含量的功能性聚合硅氧烷和非功能性聚合硅氧烷的薄膜涂布于薄页纸的方法

摘要

本文介绍了软薄页纸的生产方法，包括提供干薄页纸纸幅以及将足够量的功能性聚合硅氧烷柔软剂化合物涂布到干纸幅上。这一柔软剂涂布方法包括以下步骤：将功能性聚合硅氧烷化合物与适合的非挥发性稀释剂如非功能性聚合硅氧烷混合，使用挥发性溶剂如水和表面活性剂乳化剂形成含功能性聚合硅氧烷化合物和非挥发性稀释剂的乳液。将该乳液涂布于加热的转移表面，从乳液中蒸发掉挥发性溶剂以形成薄膜，然后将干的薄页纸幅与加热的转移表面接触，优选在功能性聚合硅氧烷材料涂布于纸幅之前，薄页纸幅干燥到其水份低于其平衡水分含量。该方法可进一步包括以下这些步骤：涂布有效量的表面活性剂材料以增强柔软度和/或润湿性控制，和/或涂布有效量的粘合剂材料如淀粉以控制掉毛，和/或赋予薄页纸抗张强度。

说明书

总的来讲，本发明涉及到薄页纸的生产方法，更具体地说，就是制备具有软的丝绸、法兰绒似乎感，具有可触觉、察觉到的提高的松厚度及生理学的表面平滑度的薄页纸的方法。

软薄页纸通常优选用于一次性使用的纸毛巾，面巾纸及卫生纸。然而，已知的提高薄页纸柔软度的方法和手段通常会降低抗张强度。因此，通常薄页纸产品的设计就是设法平衡柔软度与抗张强度。在研究软薄页纸生产的过程中，已推出了机械和化学方法：使用者通过他们的触觉到的薄页纸将是柔软的。这种可触觉、察觉的柔软度的特征在于(但不限于)摩擦、柔韧性和平滑度以及主观描述的术语如象丝绸或法兰绒一样感觉。本发明涉及这样一个方法：它通过加入化学助剂，特别是赋予薄页纸丝绸或法兰绒似的手感而又会使用户感到油滑或油腻的聚合硅氧烷材料来改进薄页纸，特别是高松厚度的皱纹薄页纸可触觉、察觉的柔软度。另外，也可加入表面活性剂材料以进一步提高柔软度和/或表面平滑度和/或至少部分地抵消任何由聚合硅氧烷引起的润湿性降低；并且也可加入粘合剂材料如淀粉以至少部分抵销强度降低和/或由聚合硅氧烷和可能使用的表面活性剂导致的掉毛倾向的增加。

与当代标准比较相当柔软且易通过本发明使柔软度提高的代表性高松厚的皱纹薄页纸公开在下列美国专利中：1967年1月31日颁发给LawrenceH.Sanford和James B.Sisson的第3,301,746号专利，1976年8月10日颁发给Peter G.Ayers的第3,974,025号专利；1976年11月30日颁发给GeorgeMorgan，Jr.和Thomas F.Rich的第3,994,771号专利；1980年3月4日颁发给Paul D.Trokhan的第4,191,609号专利；1987年1月20日颁发给PaulD.Trokhan的第4,637,859号专利。这些纸中的每一种都以图案型紧密区为特征：这些紧密区要比它们各自剩余的部分更紧密，这是由造纸期间印花支承毯(imprinting carrier fabrics)的交叉铜套(crossover knuckle)压紧所致。其它的高松厚度软薄页纸公开在1981年11月17日颁发给Jerry E.Carstens的第4,300,981号专利；1984年4月3日颁发给Edwarol R.Wells和Thomas A.Hensler的第4,440,597号专利中。另外，通过最终干燥之前避免全幅纸页紧密度的提高采取得高松厚度薄页纸的方法公开在1974年6月28日颁发给D.LShaw的第3,821,068号美国专利中；在造纸浆料中与脱粘剂和弹性粘合剂的应用相结合，避免全幅纸页紧度提高的方法公开在1974年5月21颁发给J.L.Salvucci，Jr第3,812,000号美国专利中。

化学脱粘剂(debonder)，如Salvucci所设想的那些(上文已提到)及它们的操作理论被公开在如下代表性的美国专利中，如1973年8月28日颁发给Friemark等人的第3,755,220号专利；1974年10月29日颁发给Meisel等人的第3,844,880号专利，和1979年1月19日颁发给Becker等人的第4,158,594号专利。

薄页纸也用阳离子表面活性剂以及非阳离子表面活性剂处理来提高柔软度。例如，可参看1990年9月25日颁发给Spendel的第4,959,125号美国专利和1990年7月10日颁发给Spendel的第4,940,513号美国专利，该专利公开了用非阳离子，特别是非离子表面活性剂处理来提高薄页纸柔软度的方法。

已经发现，薄页纸特别是高松厚度型紧密薄页纸，可采用各种助剂如植物、动物或合成油，特别是称作硅油的聚硅氧烷材料处理来改进其柔软度。例如参看1991年10月22日颁发给Ampulski等人的第5,059,282号美国专利。Ampulski专利公开了将聚合硅氧烷化合物加到湿薄页纸幅的一种方法(优选纤维浓度为约20％和35％之间)。这些聚硅氧烷化合物赋予薄页纸丝绸般柔软的感觉。然而根据美国专利5059282，在纸幅被干燥和起皱前，在薄页纸幅上加入聚合硅氧烷会对杨克烘缸(Yankee dryer)上的涂布产生干扰并引起起皱不匀及纸页失控。重要的是，本发明的方法消除了这些问题，其中聚合硅氧烷是在纸页离开杨克烘缸后涂布到薄页纸的。

1993年9月21日颁发给Ampulski的第5,246,546号美国专利公开了一种通过将昂贵的功能性聚二甲基聚合硅氧烷化合物涂布于干的薄页纸幅上来生产软薄页纸的改进工艺。不幸的是，功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物相当昂贵，并且仅需涂布极小量即可取得理想的柔软度益处具有重大经济上的重要性。令人吃惊地，专利申请人已发现，当功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物首先用一种易混合的、便宜的非挥发性溶剂如非功能性聚合硅氧烷化合物或矿物油来稀释，使用部分昂贵的功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物可取得同等柔软效果。据信，非功能性聚合硅氧烷的加入可使活性的功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物以较低浓度更均匀地分布在薄页纸上。重要的是，本发明中所描述的硅氧烷混合物相对于美国专利5246546号中所公开的较高浓度的功能性聚合二甲基聚合硅氧烷配方可节约大量成本。

此外，一个众所周知的提高由纤维素浆制成的纸的抗张强度的机械方法是抄纸前机械地精磨纸浆。一般地，磨浆程度越高，抗张强度会越高。然而，与前述的薄页纸抗张强度和柔软度的讨论一致，在造纸浆料和方法的所有其它方面不变时，增加纤维素浆机械精磨对薄页纸柔软度有着反作用。然而，通过应用本发明，抗张强度可在不负影响柔软度的情况下得以提高。或换句话说，柔软度可在不反影响抗张强度的情况下得以改进。

本发明的一个目的是提供一种可提高纸页触觉柔软度的薄页纸生产方法。

本发明的另一个目的是提供一种具有丝绸、法兰绒似手感的薄页纸的生产方法。

本发明的另一个目的是提供一种相对于采用普通技术软化的薄页纸，在特定的抗张强度值下具有提高的触觉柔软度的薄页纸的生产方法。

本发明另一个目的是提供一种通过将功能性聚合硅氧烷化合物薄膜涂布于干薄页纸幅制备软薄页纸的方法。

本发明进一步的目的是提供一种仅需很低含量的昂贵功能性聚硅氧烷化合物软化薄页纸的方法。

这些和其它目的是采用本发明取得的，可在下文中见到。

本发明包括一种软薄页纸生产方法。该方法包括以下步骤：提供干薄页纸幅，并且然后将足够量的聚硅氧烷软化剂化合物涂布于干纸幅。具体地说，软化剂涂布方法包括下列步骤：

a)提供干的薄页纸幅；

b)将功能性聚合硅氧烷化合物与适当的非挥发性稀释剂混合以形成含功能性聚合硅氧烷的溶液；

c)将含功能性聚合硅氧烷溶液与挥发性溶剂和适当的表面活性剂乳化剂混合以形成含功能性聚合硅氧烷的乳液。

d)将含功能性聚合硅氧烷乳液涂布于一个加热的转移表面；

e)从加热的转移表面蒸发掉至少部分挥发性溶剂以形成含功能性聚合硅氧烷化合物和非挥发性稀释剂的薄膜，和

f)将薄膜从加热的转移表面转移到至少薄页纸幅向外的预涂布表面，通过将所述纸幅向外预涂布面与加热的转移表面接触，从而将足够量的功能性聚合硅氧烷化合物转移使得约基于薄页纸幅干纤维重量0.004％～0.75％的上述功能性聚合硅氧烷化合物保留在薄页纸幅中，并且其中保留在薄页纸幅中的功能性聚合硅氧烷化合物对非挥发性稀释剂的重量比为19∶1～1∶19。

如果步骤c)中的挥发性溶剂是水，则热的纸幅最好在与聚合硅氧烷膜接触之前干燥到低于其平衡水分含量(在标准条件)然而，如果大多数的水从转移表面蒸发掉，则该方法在薄页纸平衡水分含量条件下也适用。

所得薄页纸定量优选约为10-65g/m²，纤维密度小于约0.6g/cc。

正如上面所提到的，功能性聚合硅氧烷优选在纸幅干燥和起皱之后涂布于纸幅。在干燥、起皱之后，通过将聚合硅氧烷加到纸幅，就不会产生胶粘附到杨克烘缸的问题(该问题会引起起皱不匀和/或纸页失控)。优选地，聚合硅氧烷化合物在纸幅离开刮刀刀片之后和卷在基辊之前涂布于热的、起皱纸幅。

令人吃惊地，已经发现，可通过低含量功能性聚合硅氧烷来取得明显的薄页纸软化益处。先将功能性聚合硅氧烷与适合的非挥发性稀释剂混合，用适合的乳化剂乳化，用挥发性溶剂如水稀释，并涂布于加热的转移表面，然后蒸发掉挥发性溶剂，将功能性聚合硅氧烷溶液在加工操作前转移到热的纸幅。这里所公开方法的另一个优点是转移到纸幅上的残余挥发性溶剂如水的量很低，因此不会降低产品的其它性能。

此外，所用的聚合硅氧烷的量很低，因此很经济。据信，将非挥发溶剂与功能性聚合硅氧烷化合物混合可使功能性聚合硅氧烷化合物以较低的浓度更均匀地分布在薄页纸上。而且用低含量聚合硅氧烷处理的薄页纸保留了高水平的润湿性，这是薄页纸产品的一个重要特征。

在现有技术中种类繁多的硅氧烷化合物已为人们所熟悉。具体适合的硅氧烷组份包括(但不限定于)聚二甲基硅氧烷；聚二甲基硅氧烷和烯化氧改性的聚二甲基硅氧烷的混合物；有机改性的聚合硅氧烷；环状的和非环状的改性二甲基硅氧烷的混合物及类似物质。数均分子量一般约为10,000或较高。适合的硅氧烷还有四乙氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷和环氧乙烷/二甲基硅氧烷共聚物的含水混合物。功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物的共聚物混合物也是适合的，如四乙氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷和环氧乙烷-二甲基硅氧烷共聚物的混合物。

优选用于本发明方法中的功能性聚合硅氧烷包括氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷，其中约小于10％克分子量聚合物上的支链含有氨基官能团。因为聚合硅氧烷的分子量难于确定，因此这里使用聚合硅氧烷的粘度作为客观确定的分子量标记。例如，已经发现，对动力粘度约为125厘沲的聚合硅氧烷，约2％的取代是很有效的，并且对动力粘度约为5,000,000厘沲或更高的，有无取代均有效。除了这种用氨基官能团取代，也可用羧基，羟基，醚，聚醚，醛，酮，酰胺，酯和硫羟基团进行有效取代。这些中的有效取代基团氨基，羧基，羟基，醚和聚醚基团要比其它的更好；并且氨基官能团是最好的。

典型的商品化功能性聚合硅氧烷包括可从Dow Corning公司买到的Dow8075；和可从Union Carbide公司买到的Silwet 720和Ucarsil EPS。

适合的非挥发性稀释剂包括非功能性聚合硅氧烷化合物，特别是非功能性聚二甲基硅氧烷和有机油。非功能性聚合二甲基硅氧烷的实例包括SF 96-50，SF 96-100，SF 96-350，SF96-500，都可从位于美国纽约Waterford的通用电气公司硅分部买到。适合的有机油实例包括精制的脂肪族烃溶剂如PD-23和PD-25，可从位于美国纽约市的Witco化学公司的Soanneborn分部买到，矿物油，约10个碳和较高的烷烃，芳香族溶剂，卤代溶剂，高分子量醇(如十二烷基乙醇)，较高的酮(如甲基异丁基酮)和醚。

根据本发明，制备用功能性聚合硅氧烷处理的薄页纸的方法还可包括加入有效量的表面活性剂以提高薄页纸的触感表面平滑度和/或至少部分抵消由聚合硅氧烷的加入所产生的薄页纸润湿性的降低。表面活性剂有效量应使得优选约为薄页纸干纤维量的0.01～2％；更优选0.05～1.0％的量保留在薄页纸中。而且表面活性剂最好是非阳离子的；且在薄页纸制成后无迁移现象，以基本上避免由表面活性剂加入引起的制成后薄页纸性能的变化。例如，这可通过使用其熔化温度比一般贮存、航运、交易时的温度高的表面活性剂和本发明实施例的薄页纸产品来达到：例如，熔化温度约为50℃或更高。

根据本发明，薄页纸生产方法也可包括加入有效量的粘合剂如淀粉以至少部分抵消由聚合硅氧烷和可能存在的表面活性剂的加入所引起的抗张强度降低和/或掉毛倾向的增加。粘合剂材料的有效量是使得其保留在薄页纸中的量，优选约为薄页纸干纤维重量的0.01～2％。

除非特别说明，其中所有的百分率、比率、比例都是以重量计。

图1是将含功能性聚合硅氧烷混合物涂布于薄页纸幅的本发明方法具体实施例的示意图。

本发明详述如下

简而言之，本发明提供一种通过将含功能性聚合硅氧烷混合物涂布于干薄页纸幅，赋予薄页纸丝绸、法兰绒似的手感和提高的可触觉、察觉的柔软度的薄页纸。功能性聚合硅氧烷化合物首先与适合的非挥发性稀释剂如非功能性聚合二甲基硅氧烷和/或有机油混合。优选在含功能性聚合硅氧烷材料被涂布于纸幅之前，薄页纸幅被干燥到其水分值低于其平衡水分含量。该方法还包括加入有效量的表面活性剂材料和/或粘合剂材料如淀粉于湿纸幅。总而言之，表面活性剂可包含其中以提高可察觉的触感，生理学表面平滑度和/或确保薄页纸是有足够的润湿性以达预定目的(如卫生纸)；并且粘合剂材料如淀粉也可包含在本方法中，以至少部分抵消由聚合硅氧烷和可能使用的表面活性剂的加入所引起的薄页纸抗张强度降低和/或掉毛倾向的加剧。

已惊奇地发现，根据本发明，当涂布于干薄页纸幅时，很低量的聚合硅氧烷就可赋予薄页纸明显的软化效果。重要的是，已经发现用于软化薄页纸的功能性聚合硅氧烷量低到足以使薄页纸保持有高的润湿性。此外，当聚合硅氧烷化合物被涂布时，薄页纸幅最好被过干并处于高温状态，因此，不必排除任何由聚合硅氧烷溶液带入的水。这就消除了进一步干燥薄页纸幅的必要性，如果聚合硅氧烷是在薄页纸幅处于平衡水分值时涂布，则可能需要进一步干燥薄页纸幅。

此处所用的功能性聚合硅氧烷化合物是指那些具有一个或多个下列基团以取代一个或多个烷基的聚合硅氧烷化合物，这些基团包括氨基，羧基，羟基，醚，聚醚，醛，酮，酰胺，酯硫醇和/或其它官能团，包括这种官能团的烷基和链烯基类似物。例如，氨基烷基官能团可以是一个氨基功能性或一个氨基烷基功能性聚合硅氧烷。如果氨基官能团取代在聚合二甲基聚合硅氧烷上的一个甲基，它被称作氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。这些功能性聚合硅氧烷的所列的典型实例并不意味着排除其它未逐一列入的功能性聚合硅氧烷。

此处所用的非功能性聚合硅氧烷化合物指其中的烷基没有被官能团取代的聚合硅氧烷化合物。

此处所用的非挥发性可混溶的稀释剂指与功能性聚合硅氧烷化合物可共混的材料，它具有很低的蒸汽压力以致于其涂布于纸幅上的大部分基本上不蒸发，因而在加工条件下保留在纸幅中。典型材料包括非功能性聚合硅氧烷化合物，提纯的或高分子量烷烃的(约大于癸烷)混合物，矿物油和石腊油。这些非挥发性可混溶稀释剂的典型实例并不意味着排除其它未逐一列入的非挥发性稀释剂。

其中所用的适合表面活性剂乳化剂指具有适当亲水/亲油平衡的表面活性剂或混合物以能够乳化稀释的功能性聚合硅氧烷混合物。表面活性剂应能够形成足够稳定的乳液以使稀释的功能性聚合二甲基硅氧烷混合物可通过本方法得以涂布。典型材料包括脱水山梨醇单月桂酸酯，脱水山梨醇单棕榈酸酯，脱水山梨醇单硬脂酸酯，聚氧化乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯的混合物。这些乳化剂的典型实例并不意味着排除其它未逐一列入的乳化剂。

此处所用的热薄页纸是指处于高于室温的高温的薄页纸。纸幅的高温优选在至少43℃，更优选至少65℃。

薄页纸幅的水分含量涉及到纸幅温度和纸幅存放处的环境相对湿度。其中所用的术语“过干薄页纸幅”指在23℃和50％相对湿度的标准试验条件下被干燥到低于其平衡水分含量水分值的薄页纸幅。在23℃和50％相对湿度的标准试验条件下，所存放薄页纸的平衡水分含量约为7％。本发明中的薄页纸幅可通过普通干燥设备如杨克烘缸的应用来升高纸页温度以达到过干。过干薄页纸幅水分值优选低于7％，更优选0～6％，最优选0～3％，均以重量计。

暴露于正常环境中的纸页的平衡水分含量为5～8％。当纸页被干燥和起皱时，纸页中的水分含量一般低于3％。制成之后，纸幅从大气中吸收水。在本发明的优选的方法中，当纸页离开刮刀刀片时，可取得低水分含量的好处。通过在纸幅过干时将聚合硅氧烷溶液涂布到纸幅上，可使任何加到纸中的残余水少于从大气中吸收的水。因此，不必进一步干燥，据观测，除因纸从空气中吸收水分而发生强度降低外，无任何抗张强度损失。

总之，本发明适于薄页纸，包括但不限于普通毯压榨的薄页纸；高紧度图案薄页纸如Sanford-Sisson和他的后代所列举的；高松厚度、不紧密的薄页纸如Salvucci举例说明的。这种薄页纸可能具有单或多分层结构，由此生产的薄页纸产品可具有单层或多层结构。薄页纸定量最好在10～65g/m²之间，紧度约为0.60g/cc或更低。优选定量为约低于35g/m²或更低；紧度约为0.30g/cc或更低。最佳紧度在0.04～0.20g/cc之间。

普通压榨的薄页纸及生产方法已众所周知。这种纸主要是通过将造纸浆料沉积于一个多孔的成形网上而制成的。这种成形网被称作长网。一旦浆料沉积到成形网上，它被称作纸幅。纸幅通过压榨脱水并在高温下干燥。根据刚描述的方法，造纸用的特别技术和典型设备对那些熟练技术人员来说已是相当熟悉了。在普通方法中，压力流浆箱提供较低浓度的浆料。流浆箱有一个开口，以将薄的浆料沉积层输送到长网上从而形成湿纸幅。然后纸幅经真空脱水使纤维浓度达到7～25％(相对整个纸幅重量)，再通过压榨进行进一步干燥，其中纸幅承受着由逆向机械构件如圆柱形辊所产生的压力。然后被脱水的纸幅再用称作杨克烘缸的一个蒸汽辊筒进行进一步压榨和干燥。压力可通过机械手段如逆着压向纸幅的逆向圆柱形辊筒产生于杨克烘缸上。可使用多个杨克烘缸辊筒，以有选择性地进行辊筒间的补充压榨。由此形成的薄页纸结构在下文被称作普通压榨的薄页纸结构。由于当纤维潮湿并在受压状态下干燥时，全幅纸页承受着明显的机械压力，因此这种纸页被认为是紧密的。

紧密型图案薄页纸的特征在于具有纤维密度相对低的相对高松厚度区域和纤维密度相对高的一系列高紧度区域。换句话说，高松厚度区被称作枕头形区域。高密度区域被称作关节区域(knuckle region)。高紧度区在高松厚度区域可能是离散型间隔的或可能在高松厚度区内全部或部分内连。生产紧密型图案薄页纸的优选方法公开在1967年1月31日颁发给Sanford和Sisson的第3.301,746号美国专利，1976年8月10日颁发给Peter G.Ayers的第3,974,025号美国专利，1980年3月4日颁发给Paul D.Trokhan的第4,191,609号美国专利和1987年1月20日颁发给Paul D.Trokhan的第4,637,859号美国专利中。所有这些专利在此引以作为参考。

总之，紧密型图案纸幅最好通过将造纸浆料沉积于多孔成形网如长网上来形成湿纸幅并且然后对着一系列支承物并置纸幅。纸幅对着系列支承物被压榨，从而在纸幅中与系列支承物和湿纸幅间接触点相一致的位置形成了紧密区域。操作中未压到的纸幅部分被称作高松厚度区。这种高松厚度区可通过流体压力如真空型装置或吹净烘缸的应用或对着系列支承物机械压榨纸幅来取得进一步紧密化。通过纸幅脱水和有选择性地预干燥，可有效地避免高松厚度区的受压。这可通过流体压力如真空型装置或吹净烘缸的应用来实现，也可通过对着系列支承物机械压榨纸幅，不使高松厚度区受压这一方法来实现。脱水操作，有选择的预干燥和高紧度区的形成可结合或部分结合在一起以减少工艺步骤的总数量。在高紧度区形成，脱水和有选择性预干燥之后，纸幅被完全干燥，优选还要避免机械压榨。最好约8～55％的薄页纸表面包括相对密度至少为高松厚度区密度125％的紧密关节区。

系列支承物优选是印花的支承毯(imprinting Carrier fabric)，其具有图案置换铜套并起系列支承物的作用，这可使应用压力时的高紧度区形成简单化。这些图案铜套(pattern knuckle)形成了前面提到的系列支承物。印花毛毯公开在1967年1月31日颁发给Sanford和Sisson的第3,301,746号美国专利，1974年5月21日颁发给Sdvucci，Jr等的第3,821,068号美国专利，1976年8月10日颁发给Ayers的第3,974,025号美国专利，1971年3月30日颁发给Friedberg等的第3,573,164号美国专利，1969年10月21日颁发给Amneus的第3,473,576号美国专利，1980年12月16日颁发给Trokhan的第4,239,065号美国专利，和1985年7月9日颁发给Trokhan的第4,528,239号美国专利中，所有这些引以作为参考。

浆料优选首先在多孔成形网如长网上形成湿纸幅。然后纸幅被脱水并转移到印花毯。浆料也可一开始就沉积在起印花毯作用的多孔支承物上。一旦成形，纸幅被脱水并优选热预干燥到在40～80％之间的一个选定纤维浓度。脱水优选用吸水箱或其它真空装置或吹净烘缸进行。如上面所述的印花毯的铜套图案在纸幅干燥完成之前印在纸幅上。完成这一过程的一个方法是应用机械压力。例如，这可通过压下对着干燥辊筒如杨克烘缸的表面、支撑印花毯的压区辊来进行，其中纸幅是在压区辊和干燥辊筒之间进行印花。此外，还可应用真空装置如吸水箱或吹净烘缸产生的流体压力在干燥完成之前逆着印花毯模压纸幅。可在起始脱水期间，在一个分开的，其后的工艺段或结合的工艺应用流体压力来促进高紧度区的图案形成。

未压实，无压密图案薄页纸结构公开在1974年5月21日颁发给JosephL.Salvucci，Jr和Peter N.Yiannos的第3,812,000号美国专利，和1980年6月17日颁发给Henry E.Becker，Albert L.McConnell和Richard Schutte的第4,208,459号美国专利中，这两个专利引入以作参考。总之，未压实的无压密图案薄页纸结构可以下列程序生产：将造纸浆料沉积于多孔成形网如长网上以形成湿纸幅，滤水并在无机械压缩状态下除去多余的水，直到纸幅纤维浓度至少为80％时为止，然后使纸幅起皱。通过真空脱水和热干燥从纸幅中将水排除。所得纸页结构是相对的未压紧纤维的柔软但弱的高松厚纸页。优选在起皱之前应用粘合材料于部分纸幅上。

压紧的、无紧密图案薄页纸结构一般被认为是普通的薄页纸结构。一般来说，压紧的无紧密图案薄页纸结构可通下列工艺制成：沉积造纸浆料于多孔网如长网上以形成湿纸幅，滤除纸幅中的水并借助均匀的机械压榨除去多余的水，直到纸幅浓度达25～50％，转移纸幅到热的烘缸如杨克烘缸上并使纸幅起皱。总而言之，水是借助真空，机械压榨和热手段排除的。最终结构很坚固并且一般具有单一密度，但松厚度，吸收性，柔软度都很低。

本发明所用的造纸纤维一般包括由木浆获取的纤维。其它的纤维素纤维浆纤维如棉短绒，蔗渣等也可使用并准备列入本发明范围。合成纤维如人造丝，聚乙烯和聚丙烯也可与纤维素纤维结合应用。可能应用的一种商品聚乙烯纤维是Pulpex^TM，可从Hercules公司(Delware Wilmington)得到。

适用的木浆包括化学浆，如牛皮浆，亚硫酸盐和硫酸盐浆以及机械浆如磨木浆，热机浆(thermomechanical Pulp)和化学改良的热机浆。然而，化学浆是优选的，由于它能赋予薄页纸优良的触感柔软度。可使用由阔叶树(下文也称作阔叶木)和针叶树(下文也称作“针叶木”)制成的纸浆。由回收纸获取的纤维也适用于本发明。这种纤维可包含任何或所有上述所列材料以及其它的非纤维材料如用于原始造纸中的填料和粘合剂。

除造纸纤维之外，用于生产薄页纸结构的造纸浆料可能含有其它加到其中的已知或未知组分或材料。理想的添加剂类型取决于所期望薄页纸的特定最终用途。例如，卫生纸，纸毛巾，面巾纸产品或类似产品，高温强度是其理想特性。因此，向造纸浆料中加入已知的湿强树脂类化学物质是理想的。

一个有关造纸工艺中所使用的湿强树脂类型的综述性论文可见TAPP1专著论文单行本系列第29期，纸和纸板的湿强度，浆、纸工业技术协会(纽约，1965)。最有用的湿强树脂一般是阳离子性的。聚酰胺-表氯醇树脂是一种永久性阳离子湿强树脂，已发现它具有特定的效用。适合类型的这种树脂被公开在1972年10月24日颁发的第3,700,623号美国专利和1973年11月13日颁发的第3,772,076号美国专利中，都属于Keim的专利，引入作参考。有用的聚酰胺-表氯醇树脂的一个商业来源是位于美国Delaware州Wilmingtom市的Hercules公司，市场出售的这种树脂的商标为Kymene^TM557H。

聚丙烯酰胺树脂也被发现具有永久湿强度树脂的效用。这些树脂被公开在1971年1月19日颁发给Coscia等的第3,556,932号美国专利和1971年1月19日颁发给William等的第3,556,933号专利中，均引入作参考。聚丙烯酰胺树脂的一个商业来源是位于美国Connecticut州Stanford市的美国Cyanamid公司，市场上这种树脂的商标为Parez^TM 631 NC。

本发明中发现有用的其它水溶性阳离子树脂是脲醛和三聚氰胺甲醛树脂。这些聚合功能性树脂的较普通官能团是含氮的基团如连到氮上的氨基和羟甲基。聚乙烯亚胺树脂在本发明中也发现是有效用的。另外，淀粉基的暂时湿强树脂如Caldas 10(由日本Carlit公司制造)和CoBond 1000(由National淀粉和化学公司制造)也可用在本发明中。人们将会认识到，将上面所讨论的湿强和暂时湿强树脂类化合物加到浆料中是有选择性的并且对于目前发展的技术是不必要的。

本发明中适用的聚合硅氧烷材料类型包括聚合的，齐聚合的，共聚合的和其它的多单体的硅氧烷材料。此处所用的聚硅氧烷和硅氧烷术语可互换使用。它们应包括所有这种聚合的，齐聚合的，共聚的和其它的多单体的硅氧烷材料。此外，聚合硅氧烷可以是直链、支链或环状结构。

优选的聚合硅氧烷材料包括下列结构中具有单体硅氧烷单元的那些：其中单一个硅氧烷单体单元上的R₁和R₂可以独立地是任何烷基，芳基，链烯基，烷芳基，芳烷基，环烷基，卤代烃和其它基团。这些基团中的任一个都可被取代或未被取代。任何特定单体单元中的R₁和R₂基可不同于下一个邻接单体单元的相应官能团。此外，这些基团可是直链，支链或环状结构。另外，R₁和R₂基也可以另外或独立地是其它的硅氧烷官能团如硅氧烷，聚合硅氧烷和聚硅烷，但不限于这些。R₁和R₂基也可包括各种有机官能团，如醇，羧酸和胺官能团。

已经发现，取代度和取代基的类型会影响赋予薄页纸结构的相对柔软度，丝绸感和亲水性。一般来说，由聚合硅氧烷赋予的柔软度，丝绸感随着取代聚合硅氧烷亲水性的降低而增加。本发明特别优选氨基功能性聚合硅氧烷。

优选的聚合硅氧烷包括具有下列通式的直链有机聚合硅氧烷材料：其中每一个R₁-R₉基团可独立地是任何C₁-C₁₀未取代烷基或芳基，并且R₁₀可以是任何取代的C₁-C₁₀烷基或芳基。优选每一个R₁-R₉独立地是任何C₁-C₄未取代烷基。本领域普通技术人员会认识到，从技术上讲，例如，R₉或R₁₀是否是被取代基团并无差别。优选地，b与(a+b)的克分子量比在0～20％之间，在0～10％之间更好，并且在1～5％之间最佳。

在一个特别优选的具体方案中，R₁～R₉是甲基并且R₁₀是取代或未取代的烷基，芳基或链烯基。这种材料通常描述为聚合二甲基硅氧烷，它是有特别的官能团，这在特殊情况下可能是适当的。典型的聚合二甲基硅氧烷类材料包括：如聚二甲基硅氧烷，具有烷基烃R₁₀基团的聚合二甲基硅氧烷和具有一个或多个氨基，羧基，羟基，醚，聚醚，醛，酮，酰胺，酯，硫醇和/或其它的R₁₀官能团(包含这类官能团的烷基和链烯基类似物)的聚合二甲基硅氧烷。例如，一个作为R₁₀的氨基功能性烷基可以是一个氨基功能性或一个氨基烷基功能性聚合二甲基硅氧烷。这些功能性聚合二甲基硅氧烷的典型实例并不意味着排除其它未逐一列入的那些。

只要用于涂布薄页纸的聚合硅氧烷是流动的或可被制成流动的，那么适用于本发明的聚合硅氧烷粘度可同一般聚合硅氧烷粘度一样在很广的范围变化。可在25厘沲～20,000,000厘沲或更高之间变化，但不限于此。抗流动的高粘度聚合硅氧烷可通过如在表面活性剂中乳化聚合硅氧烷或借助溶剂如已烷使聚合硅氧烷处于溶液中，从而有效地沉积在薄页纸上，所列方法仅是示范性目的。将聚合硅氧烷涂布于薄页纸幅的特定方法将在下文详细讨论。

顺便说一下，尽管不希望受操作理论所限制，可以确信，聚合硅氧烷的触感益处直接涉及到它的数均分子量；并且粘度直接涉及到分子量。相应地，由于相对于确定它们的粘度，直接确定聚合硅氧烷的分子量相当困难，因此，粘度被用于此作为关于赋予薄页纸提高的触觉反应如柔软度，丝绸和法兰绒感的表现操作参数。

公开聚合硅氧烷的参考文献包括1958年3月11日颁发给Geen的第2,826,551号美国专利；1976年6月22日颁发给Drakoff的第3,964,500号美国专利；1982年12月21日颁发给Pader的第4,364,837号美国专利和1960年9月28日颁发给Woolston的第849,433号英国专利。1984年Petrarch系统公司发行的硅化合物第181-217页包括广泛的聚合硅氧烷及描述。

尽管不希望受理论约束，可以确信，功能性聚合二甲基硅氧烷化合物的柔软度益处主要是改进表面润滑性，这与改变松厚度性能如柔韧性相反。功能性聚合二甲基硅氧烷化合物的独特特点是可在很低含量下作用。然而可以确信，柔软度益处的取得不仅与浓度有关，而且与表面覆盖层有关。这就是说，为取得柔软度的改进，需要极小量的表面覆盖层。覆盖层的厚度可很薄，约为几个单层，而不是几百或更多。一旦取得了最佳的表面覆盖度，柔软度改进将达到平衡。使用较多的功能性聚合二甲基硅氧烷也不会继续明显地改进柔软度。

由于功能性聚合二甲基硅氧烷化合物很昂贵，因此对于应用最小量的这种化合物来取得所要求的柔软度益处是有巨大的经济重要性。使用较多仅导致成本增加，但不会进一步改进柔软度。出乎意料地，发现某些方法在改进柔软度上比其它的更有效。即需要很少的功能性聚合二甲基硅氧烷化合物就可达到最佳的柔软度益处。其它的方法要使用10倍到100倍或更多倍的量才能达到基本上相同的柔软度益处。在最有效的方法中，高体积的、很稀的功能性聚合二甲基硅氧烷乳液被喷涂纸页表面上。由于大量的水涂布于纸上，因此需利用热能干燥纸页以除去过量的水。为了使功能性聚合二甲基硅氧烷乳液涂布之后的纸页不必干燥，因此发明了将功能性聚合二甲基硅氧烷喷涂于过干纸页的方法。涂布时所用的水分仅足以使纸页达到其平衡水分含量。在另一个方法中，聚合二甲基硅氧烷乳液被喷涂在热的转移辊上，在那里水在辊上被蒸发，剩下一薄层功能性聚合二甲基硅氧烷化合物，然后该膜被转移到纸的表面。尽管由于这种方法不需要进一步干燥纸页，并不干扰杨克烘缸涂层且不会导致纸的失控，它是一个优选方法；但这种方法需要使用较多的功能性聚合二甲基聚合硅氧烷才能达到理想的柔软度益处。同时从理论上讲，尽管无水的挥发性溶剂将会起作用，但从安全和环境观点上讲，对这些材料的实际限制将使它们在造纸系统中的应用行不通。用大量非挥发性溶剂稀释功能性聚合二甲基硅氧烷也可达到理想的最终柔软度益处。但纸产品将含有溶剂并且它使纸页具有潜在的油滑、油腻感。

当将下列混合物配合在一起并涂布到过干印花纸坯(paper substrate纸基)上时，产生了一个令人吃惊的观测结果。首先用混溶的溶剂如低重量矿物油如可从纽约Witco公司买到的Witco PD-23稀释功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。然后乳化该溶液并用水稀释。将乳液喷涂到热转移辊上，在那里部分水在辊上被蒸发留下一层功能性聚合二甲基聚合硅氧烷/矿物油溶液的薄膜。然后该薄膜被转移到印花纸坯。惊奇地发现，与用无非挥发性溶剂的功能性聚合二甲基硅氧烷化合物涂布于过干纸幅所获得的柔软度益处相比，用一小部分含非挥发性溶剂的乳液的功能性聚合二甲基硅氧烷化合物就可取得柔软度益处。非挥发性溶剂本身没有明显的柔软度改进益处。即在无功能性聚合二甲基硅氧烷化合物的情况下，仅用非挥发性溶剂，柔软度不会明显提高。所用的非挥发性溶剂的总量不足以引起消费者的注意。可以确信，混溶的非挥发性溶剂的加入可使活性的功能性聚合二甲基硅化合物能够涂布到热的转移表面上或纸页中，形成一个薄层，从而产生了柔软度所需的最佳的表面覆盖度。既使量很小，表面覆盖度也足够，因为它被分散在非挥发性稀释剂中。

适合的非挥发性稀释剂包括非功能性聚合二甲基硅氧烷和有机油。非功能性聚合二甲基硅氧烷实例包括SF 96-50，SF 96-100，SF 96-350，SF 96-500(均可从位于纽约州Waterford市通用电气公司的硅分部买到)。适合的有机油实例包括精制的脂肪族烃溶剂如PD-23和PD-25(可从纽约市的Witco化学公司Sonneborn分部买到)，矿物油，约C10和更高的烷烃，芳香族溶剂，卤代溶剂，高分子量醇(如月桂醇)，较高的酮(如甲基异丁基酮)和醚。

非挥发性稀释剂的有用性能包括与功能性聚合二甲基硅氧烷形成混溶溶液的能力。非功能性聚合二甲基硅氧烷稀释剂的粘度可为25～1000厘沲，测定温度为77°F。有机稀释剂材料的粘度为25～1000 SUS，测定温度为100°F(ASTM D2161-63T)。该材料将不会影响功能性聚合二甲基硅氧烷的涂布，闪点应高于150°F(ASTM D92)。

已经发现，起作用的优选材料包括非功能性聚合二甲基硅氧烷SF 96-350和有机材料PD-23和PD-25。

制备涂布于纸页的软化材料的一个有用方法是将功能性聚合二甲基硅氧烷与非挥发性稀释剂结合并混合。然后用本领域技术人员所熟知的适合乳化剂乳化该溶液。然后用水稀释乳化的功能性聚合二甲基非挥发性稀释剂混合物并涂布于印花纸坯上。

尽管不是优选的，也可用已经乳化的功能性聚合二甲基硅氧烷与非挥发性稀释剂混合，然后用水稀释该混合物，再将该材料涂布到印花纸坯上。另一种制备柔软剂的方法是将乳化的功能性聚合二甲基硅氧烷与乳化的非挥发性稀释剂混合。

最好的方法是先将功能性聚合二甲基硅氧烷与非挥发性稀释剂混合。然后用本领域技术人员熟知的适合乳化剂乳化。乳化的功能性聚合二甲基非挥发性稀释剂混合物再用水稀释，然后涂布到印花纸坯上。

正如本领域的普通技术人员将意识到的，功能性聚合二甲基硅氧烷与非挥发性稀释剂的有用结合比例由经济性和想要达到的有用益处所限定。明显地，人们想用尽可能多的低成本材料来稀释昂贵的材料以最大限度地降低成本。然而，这种稀释是有限制的，否则将会导致柔软度的降低。功能性聚合二甲基硅氧烷对非挥发性稀释剂的最宽的重量比范围是95∶5～5∶95，功能性聚合二甲基硅氧烷对非挥发性稀释剂的重量比优选范围是75∶25～10∶90，更优选的范围是50∶50～15∶85。

功能性聚合硅氧烷/非挥发性稀释剂溶液是在薄页纸幅已经干燥和起皱之后并优选在高温状态下涂布于纸页。已经发现，在纸幅干燥和起皱前将聚合硅氧烷化合物涂布于薄页纸幅会干扰烘缸上的涂层(即在烘缸上的胶涂层)并且还会引起起皱不匀和纸页失控。这些问题可被本发明的方法消除，其中聚合硅氧烷化合物是在纸幅干燥和起皱之后涂布于纸幅的。优选地，聚合硅氧烷化合物在纸幅卷到基辊(parent rou)之前涂布于干燥、起皱的纸幅。

还发现，聚合硅氧烷涂布后对纸页进行压光会进一步提高薄页纸产品的柔软度。在无理论约束时，可以确信，通过作用于纸页并将聚合硅氧烷移动到纤维表面，压光会对聚合硅氧烷的分布起帮助作用。因此，本发明的优选实施方案是在纸幅起皱之后，但通过压光辊(calender roll)之前将聚合硅氧烷化合物涂布到热的、过干薄页纸幅上。

功能性聚合硅氧烷优选以水溶液、乳液、或悬浮液状态涂布到热的转移表面。功能性聚合硅氧烷最好以含适当非挥发性稀释剂的溶液状态进行涂布，其中功能性聚合硅氧烷溶解在稀释剂中，或聚合硅氧烷与稀释剂溶混：例如非功能性聚合硅氧烷或矿物油。稀释的聚合硅氧烷可与水混合或更优选用适合的表面活性剂乳化剂在水中乳化。由于聚合硅氧烷在水中的简单混合物必须被搅拌以阻止分层形成水和聚合硅氧烷相，因此乳化的聚合硅氧烷特别便于涂布。

为使整个纸页可从聚合硅氧烷的触觉效果上明显获益，功能性聚合硅氧烷/非挥发性稀释剂溶液应被均匀地涂布到转移表面以进一步均匀转移到薄页纸幅上。以连续的和图案型的分布涂布功能性聚合硅氧烷/非挥发性稀释剂溶液于薄页纸幅均在本发明范围内并符合上述技术条件。而且，功能性聚合硅氧烷/非挥发性稀释剂溶液可涂布到薄页纸幅的一面，也可二面。

均匀地将功能性聚合硅氧烷/非挥发性稀释剂溶液涂布于热转移表面的方法包括喷涂和凹版印刷(pravure printing)涂布。已发现，喷涂是经济的，并且易于准确控制过量和功能性聚合硅氧烷的分布。因此，它是最优选的方法。优选在杨克烘缸之后和基辊之前将含与非挥发性稀释剂混合的乳化的功能性聚合硅氧烷的水混合物从转移表面涂布到干燥的、起皱的薄页纸幅上。图1说明了将含功能性聚合硅氧烷乳液涂布于薄页纸幅的优选方法。参考图1，湿的薄页纸幅1是在通过转向辊2的支承毯14上并且在支承毯14运行通过转向辊16时借助压辊3的作用转移到杨克烘缸5。通过喷涂装置4所涂布的粘合剂将薄页纸幅粘着地固定到杨克烘缸5的圆柱形表面。通过蒸汽加热的杨克烘缸5和以未显示的方法通过干燥罩6加热、循环的热空气来完成干燥。然后纸幅借助刮刀7在杨克烘缸5上干起皱。其后纸幅被称作皱纹纸15。将含乳化的功能性聚合硅氧烷化合物和非挥发性稀释剂的水混合物喷涂到被称作上压光辊10的上加热转移面上和/或被称作下压光辊11的下加热转移面上，喷涂时使用喷涂装置8和9，这取决于将功能性聚合硅氧烷化合物涂布于薄页纸幅的一面还是二面。然后在部分溶剂蒸发后，将纸页15与热的转移表面10和11接触。然后所处理的纸幅越过纸轴12的圆周部分，并由此卷到基辊13上。适合将含聚合硅氧烷液体喷涂于热转移表面之上的装置包括外部混合，空气雾化喷嘴如可从美国作治亚州Tucker市V.I.B系统公司买到的2mm喷嘴。适合将含聚合硅氧烷液体印刷涂布(gravure printing)于热转移表面上的装置包括轮转凹版印刷机。

尽管不希望受理论约束，造纸操作期间所遇到的典型工艺条件及它们对本发明所描述的工艺的影响描述在下文中。杨克烘缸提高了薄页纸的温度并除去了水分。杨克烘缸内的蒸汽压力约为110PSI(750kPa)。这一压力足以将缸的温度提高到约173℃。缸上纸的温度随着纸页中水的排除而升高。当纸页离开刮刀时，其温度可超过120℃。纸页运行通过空间到达压光轴和纸轴会损失一些热量。卷在纸轴上纸的温度经测量约为65℃。最后纸页冷却到室温。这一过程需几小时到几天取决于纸卷的尺寸。纸冷却时也从大气中吸收水分。正如前面提到的，纸页的水分含量涉及到纸页温度和纸页存放处的环境相对湿度。例如，在标准试验条件23℃和50％RH时存放纸页的平衡水分含量约为7％。增加纸页水分含量到7％以上会对纸的抗张强度产生不良效应。例如，水分增加到9％可使纸页抗张强度降低15％。

功能性聚合硅氧烷柔软剂的一个良好的特性是它们以很低含量改进纸页表面柔软度的能力。然而，聚合硅氧烷柔软剂需要相当均匀地分布到纸页表面上以使消费者识别到所改进的柔软度。从工艺观点上讲，以前没有满意的方法将低量聚合硅氧烷化合物均匀涂布于高速运行的薄页纸幅上。在现代高速纸机中，700～1000米/分(25～40英里/小时)的皮带速度是常用的。以这种速度运行的纸页一般在它们的表面有一个空气边界层。一种涂布低量液体的方法是采用喷涂系统并调节空气和/或液体压力。例如，可应用高空气压力来达到低流速的目的。这一般会产生极小的粒子。但难以赋予这些小粒子足够的动量使它们穿过运行在快速移动纸幅表面上的空气边界层。此外，如果增加喷涂液体的粒子尺寸，那么它会以低流速穿过空气边界层，从而使表面覆盖层不均匀。

一个普遍使用的、涂布低量活性材料的方法是首先用溶剂或稀释剂稀释这种材料。然后调节喷涂系统到可以以高流速输送较大的粒子。这种较大粒子可穿过空气边界层。然而，面临着从纸页中排除溶剂和稀释剂的问题。一般地，挥发性有机溶剂不用在造纸中，因为它们易燃或对环境产生危害。对于聚合硅氧烷，如果它先用适合的表面活性剂系统乳化，那么水可用作稀释剂。虽然水不会产生与有机溶剂相同的危险，但它会降低产品质量，引起起皱不匀和/或抗张强度降低。另外，需要从纸页中排除水分。

水问题的一个解决办法是在纸页过干时将稀释的聚合硅氧烷溶液涂布到纸页上。以这种方法加入到纸页的水一般少于纸页冷却到室温时从大气中正常吸收的水。因此，不必进一步干燥，并且不会因为水的加入而使抗张强度降低。然而，水溶液能渗入整个纸页，因此会引起活性材料分布到纸页内部而不是停留在最有效的纸页表面。而且，该工艺被限于过干纸页，这使得在该方法中不添加另外的干燥，在转化过程(一个机外过程)期间的纸页难于涂布。对本方法的另一个限制是由乳化性能(如高浓度倾向具有高粘度，而低浓度增加了喷涂到纸页上的水量)影响的聚合硅氧烷乳液限定的稀释范围和应用范围。

本发明所用的方法通过首先将稀释的乳化聚合硅氧烷溶液喷涂于热的转移表面并在转移到干纸幅之前从聚合硅氧烷溶液中蒸发掉溶剂而解决了上面所描述的问题。出于示范目的，市场上可买到由Dow Corning公司销售的功能性硅氧烷Dow 8075。这种材料是一种氨基功能性聚合硅氧烷。这种材料用通用电气公司硅氧烷分部(General Electnc Silicones)销售的一种非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷SF 96-350稀释到25％的溶液。然后在水中乳化这种混合物。这种混合的乳液在被涂布于热的转移表面之前用水稀释到约低于20％的浓度，以重量计。用在本发明的硅氧烷乳液更优选在被涂布到转移表面之前用水先稀释到约低于15％的浓度，以重量计。

适合作加热转移表面的典型材料包括金属如钢，不锈钢和铬钢和橡胶。当稀释的聚合硅氧烷乳液被喷涂到热转移表面时，如一个钢压光辊，令人吃惊地发现，用这种方法很少或无任何水转移到纸幅上。事实上，在一套工艺条件下，期望纸页水分含量从原来的4％增加到喷涂后的5％。然而，已发现，当纸幅中的硅氧烷含量确实增加到所期望的浓度时，纸页水分含量一点也不增加。令人吃惊地还发现增加纸页水分含量3.5％(如从4％提高到7.5％)仅使水分增加0.7％，即测定的水分含量仅为4.7％。

最令人吃惊的是辊温度约为80℃(低于水的沸点20℃)并且涂布点和转移点间的时间约为0.1秒。令人吃惊地发现，在这些条件下，50％以上的水从辊上蒸发掉，留下了一层聚合硅氧烷乳液的薄膜。经计算，该薄膜约为0.25μm厚(1μm＝10^-6m)。本发明中的这种薄膜可小于10μm，并且更优选厚度小于1μm。

薄膜指在转移表面上任何成薄雾状的薄涂层。通过显微镜观查，这种薄膜可以是连续的，离散的或图案型的，但宏观上观察应是均匀的。

在本发明的方法中，在将聚合硅氧烷乳液转移于干薄页纸之前，优选至少从涂布到加热转移表面的聚合硅氧烷乳液中蒸发掉约50％，更优选至少80％的水。这留下了一个薄膜，经计算，其厚度约为0.075μm。最优选的是从加热转移表面的乳液中蒸发掉95％以上的水，从而留下一个计算厚度约0.05μm的膜以转移到纸幅上。

转移表面上的热会引起聚合硅氧烷粘度的降低，从而提高了其在转移表面上分布成薄膜的能力。然后通过将纸幅与转移表面接触，使膜转移到纸幅上。令人吃惊地发现，聚合硅氧烷对纸幅的转移率相当高。基于喷嘴喷到纸幅的流速和纸幅上所测量的量，典型的转移率约为40～80％。而且，该方法不限于过干纸页。此外所描述的方法还能将聚合硅氧烷柔软剂输送到均衡的干纸上，这取决于由热转移表面从喷涂混合物中所排除的水量。然而涂布到热的过干纸幅是优选的，以确保薄膜中任何残余的水不会影响纸页性能。

将聚合硅氧烷溶液涂布于热的过干纸幅的另一个优点是降低的溶液粘度有助于确保该溶液均匀地涂布到纸页表面上。(可以确信，低粘度溶液是有更好的流动性)。

令人吃惊地发现，在无附加材料如油或洗剂帮助下，涂布于热的、过干薄页纸幅的低含量聚合硅氧烷能赋予薄页纸软化的、丝绸的、法兰绒似的非油腻触感。重要的是，对于本发明许多的实施方案，通过与卫生间用纸的理想的高润湿性相配合可以获得这些优点。优选根据本发明，用功能性聚合硅氧烷化合物处理的薄页纸包括约0.75％或较少的聚合硅氧烷。本发明的一个意想不到的益处是用约0.75％或更少聚合硅氧烷处理的薄页纸能具有明显的柔软度和丝绸状益处，一般地，含小于约0.75％，优选小于约0.5％聚合硅氧烷的薄页纸能使其柔软度和柔滑度和法兰绒似手感质量明显提高，而且还能在不需要添加表面活性剂以抵消任何由聚合硅氧烷引起的润湿性负作用的情况下保持卫生纸的足够润湿性。

薄页纸保留的功能性聚合硅氧烷的最低量至少是在柔软度或丝绸或法兰绒似质量方法使纸页具有触觉差异的一个有效值。最低有效值的变化取决于特定的纸页类型，涂布方法，特定的硅氧烷类型和是否由淀粉、表面活性剂或其它助剂或处理剂来补充聚合硅氧烷。在没有限定涂布的聚合硅氧烷在薄页纸上的留着率范围时，优选至少约0.004％，更优选至少约0.01％，并且最优选至少约0.05％保留在薄页纸中。

为了赋予柔软度的触感，优选足够量的功能性聚合硅氧烷被均匀地处理到薄页纸的两个表面上：即处理到表面纤维的向外表面上。当聚合硅氧烷被涂布于薄页纸的一面时，一般地，其中的一些至少部分地渗透到薄页纸的内部。然而，优选聚合硅氧烷被涂布到薄页纸的二面以确保二面都会获得聚合硅氧烷的益处。

除了用上面所描述的聚合硅氧烷来处理薄页纸之外，已经发现，用表面活性剂来处理这种薄页纸也是很理想的。这类材料是除了用作聚合硅氧烷的乳化剂的任何表面活性剂材料外。

当应用时期望理想的高润湿性，约含0.3％以上聚合硅氧烷的薄页纸应优先用表面活性剂处理。如前所述，在抗张强度一定情况下，为了取得附加柔软度益处，最优选将非阳离子的表面活性剂涂布于热的过干薄页纸幅。为增加亲水性到一个理想值而需要的表面活性剂量将取决于聚合硅氧烷的类型和含量及表面活性剂的类型。然而，作为一个总准则，薄页纸保留约0.01％～2％的表面活性剂、优选是0.05～1.0％，据信对于聚合硅氧烷的含量约0.75％或较低可足以赋予包括卫生纸在内的大多数薄页纸高的润湿性。

优选用于本发明的表面活性剂是非阳离子的并且更优选是非离子的。然而，阳离子表面活性剂也可使用。非阳离子表面活性剂包括阴离子，非离子，两性和两性离子表面活性剂。如上文所述，为有效地避免可能由于含表面活性剂所引起的制成后薄页纸的性能变化，在薄页纸制成之后，优选表面活性剂基本上在原位无迁移。例如，这可通过使用其熔化温度比一般贮存、航运、交易时的温度高的表面活性剂和本发明薄页纸产品来获得。例如熔化温度约为50℃或较高。而且，当涂布于湿纸幅时，该表面活性剂优选是水溶性的。

为赋予前面提到的柔软度/抗张强度益处而涂布于薄页纸幅的非阳离子表面活性剂的量的范围从以取得这种益处而又使最终产品的抗张强度不变的最低有效值到约2％：优选约0.01～1％的非阳离子表面活性剂保留在纸幅中；更优选0.05～1.0％；并且在0.05～0.3％之间最佳。

表面活性剂优选具有8或更多碳原子的烷基链。典型的阴离子表面活性剂是线性的烷基磺酸盐和烷基苯磺酸盐。典型的非离子表面活性剂是烷基苷类包含烷基苷酯如可从纽约市Croda公司买到的Crdesta^TM SL-40；如描述在1977年3月8日颁发给W.K.Langdon等的第4,011,389号美国专利中的烷基苷醚，线性伯醇乙氧基化物如Noedol^R25-12可从Shell化学公司(Houston，TX)买到；烷基聚乙氧基化酯和Pegosperse^TM 200 ML可从Glyco化学品公司(Greenwich CT)买到。烷基聚苷特别优选用于本发明中。上面所列的这些典型表面活性剂只是示例性的，并且并不意味着限定本发明的范围。

除了可能出现在聚合硅氧烷上的任何乳化表面活性剂外，还可以用涂布聚硅氧烷同样的方法和仪器涂布表面活性剂。这些方法包括喷涂和凹印涂布。其它方法包括在与纸幅接触之前涂布到成形网或毯上。除乳化聚合硅氧烷的表面活性剂材料之外，其它表面活性剂均在下文称作“表面活性剂”，并且任何作为乳化的聚合硅氧烷的乳化成分存在的表面活性剂均在下文称作“乳化剂”。

表面活性剂可与聚合硅氧烷同时，在其后或之前涂布于薄页纸上。在一个典型方法中，表面活性剂与聚合硅氧烷同时涂布于过干纸幅，即表面活性剂包含在涂布于热转移表面的稀释聚合硅氧烷溶液中。

如上文所述，也可用相对低量的粘合剂来处理含聚合硅氧烷的薄页纸以控制掉毛和/或提高抗张强度。其中所用的术语“粘合剂”指在现有技术中已知的各种湿和干强助剂。粘合剂可与聚合硅氧烷和可能使用的表面活性剂同时，在其后或之前涂布于薄页纸上。在某些情况中，粘合剂与聚合硅氧烷同时涂布于过干薄页纸幅(即，粘合剂被包含在涂布于热转移表面的稀释聚合硅氧烷溶液中)。

已发现，聚酰胺-表氯醇树脂是优选用于本发明的粘合剂。优选在纸页成形之前，用聚酰胺表氯醇树脂的水溶液处理薄页纸纤维。除减少成品薄页纸的掉毛外，低量的聚酰胺-表氯醇树脂还可改进纸页湿强度。

已发现，淀粉基树脂可被用作本发明中的暂时湿强剂。一般地，适用于本发明的淀粉的特征为水溶性和亲水性。典型的淀粉材料包括玉米淀粉和土豆淀粉，虽然不是为了限制适合的淀粉材料范围；工业上被称作支链淀粉的蜡状玉米淀粉是特别优选的淀粉材料。支链淀粉不同于普通玉米淀粉，这种淀粉完全是支链的，而普通玉米淀粉既包含支链淀粉也包含直链淀粉。支链淀粉的各种独特特性被详细描述在“Amioca-The Starch From Waxy Com”一文中，H.H.Schopmeyer，Food Industries December 1945，pp.106-108(Vol.pp.1476-1478)。

这种淀粉可以粒状或分散形式存在，虽然粒状较好。淀粉优选被蒸煮到足以使粒子溶胀，更优选淀粉粒子已经溶胀，即蒸煮到刚好在淀粉粒子分散前的一个点。这种高度溶胀的淀粉粒子应被称作是“充分蒸煮的”。一般地，分散条件可变化，这取决于淀粉粒子的大小，粒子的结晶度和所存在的直链的量。例如，充分蒸煮的支链淀粉可通过在约190°F(约88℃)加热约4％浓度的淀粉粒子水悬浮液约30～40分钟来制备。

其它可能使用的典型淀粉材料包括改性阳离子淀粉如改变到含有含氮基团如连到氮上的氨基和羟甲基的那些物质，这可从National淀粉和化学公司(新泽西州，Bridge Water市)买到。这种改性淀粉材料至今主要被用作纸浆添加剂以提高湿和/或干强度。然而，当根据本发明，被涂布到过干薄页纸幅时，相对于湿部添加的相同改性淀粉材料，它们可能有降低湿强度的效果。考虑到这种改性淀粉材料比未改性淀粉昂贵，因此一般优选使用未改性淀粉。

淀粉优选以水溶液状态涂布于薄页纸幅。涂布方法与前面描述的聚合硅氧烷涂布方法相同，优选是喷涂；其次是印刷涂布。淀粉可与聚合硅氧烷和/或表面活性剂同时，先于或在其后涂布于薄页纸幅。

优选涂布至少有效量的粘合剂(优选淀粉)于纸页上，相对于无粘合剂处理的同等纸页，它可在干燥时控制掉毛并增加强度。基于干纤维重量计算，优选约0.01～2.0％的粘合剂保留在干纸页中，并且更优选约0.1～1.0％的粘合材料，优选淀粉基粘合材料保留在干纸页中。如前面所提到的，当想要永久性湿强度时(如面巾纸产品)，优选选用聚酰胺-表氯醇树脂。

保留在薄页纸幅上的处理化学品量的分析可通过任何现有技术中所允许的方法来进行。例如，保留在薄页纸中的聚合硅氧烷量可通过聚合硅氧烷的溶剂萃取来确定：先用有机溶剂萃取，然后再利用原子吸收光谱来测定萃取物中的硅量；非离子表面活性剂如烷基苷的量的确定可先用有机溶剂萃取，继之以气相色谱分析法来测定萃取物中表面活性剂的量；阴离子表面活性剂如线性烷基磺酸盐的量可通过用水萃取继之以比色法分析萃取物来确定；淀粉的量可通过用淀粉酶将淀粉分解成葡萄糖继之以比色法确定葡萄糖的量来测定。这些方法是示例性的，并不意味着排除可能适用于测定保留在薄页纸中的特殊成分含量的其它方法。

薄页纸的亲水性一般指薄页纸可被水润湿的倾向。薄页纸的亲水性可通过测定干薄页纸完全用水润湿所需要的时间在某种程度上定量表示。这段时间称作“润湿时间”。为了对润湿时间提供一致和重复的试验，可用下列步骤来确定润湿时间：第一，准备约为4-3/8英寸×4-3/4英寸(约11.1cm×12cm)的调节的纸样(如TAPP1方法T402中所规定的，纸样测定时的环境条件为23±1℃和50±2％RH)；第二，将纸页折叠成原纸1/4大的4层并置纸页，并且然后弄皱成直径约为0.75～1英寸(1.9～2.5cm)的纸球；第三，将成球的纸页放在温度为23±1℃的蒸馏水表面并且计时器同时开始计时；第四，当球形纸页的润湿完成时，停止计时器并读数。完成润湿是用肉眼观察的。

薄页纸的优选亲水性取决于其最终用途。对于用于各种用途中的薄页纸，如卫生纸，能在相对短时间内完全润湿以避免冲水时堵塞厕所就是很理想的。优选润湿时间为2分钟或更低，更优选润湿时间是30秒或更低，最优选润湿时间是10秒或更低。

本发明薄页纸的亲水性可在制成后立即测定。然而，在薄页纸制成后的头两周期间即纸页制成后已经老化两周后，可能会发生纸页中憎水性的明显增加。因此，上述润湿时间优选在这两周未测量。因此，在两周老化期结束时在室温状态下测量的润湿时间被称作“两周润湿时间”。

此处所用的术语，薄页纸的密度是用纸页的定量除以厚度所计算出的平均密度，并进行适当的单位转换。其中所用的薄页纸厚度是其承受95g/英寸²(15.5g/cm²)的压缩载荷时的纸页厚度。

实施例I

该实施例的目的是说明一种根据本发明用功能性聚合硅氧烷处理的软薄页纸的生产方法。

在本发明的生产实践中，采用中间规模(pilot scale)的长网造纸机。纸机有一个具有顶室，中央室和底室的层状流浆箱。正如所指出的，下面所描述的步骤适用于以下实施例，但其也适于以后的这类实施例。简而言之，主要由造纸短纤维组成的第一纤维悬浮液被泵送通过流浆箱顶室和底室，同时主要由造纸长纤维组成的第二纤维悬浮液被泵送通过流浆箱中央室并以叠加方式输送到长网上以在此形成一个三分层的纸幅坯(embryonic web)。第一悬浮液纤维浓度约为0.11％并且纤维是桉树阔叶木硫酸盐浆。第二悬浮液纤维浓度约为0.15％并且纤维是北方针叶木硫酸盐浆。在挡水板和真空箱的帮助下，纸幅在长网上脱水。长网是由Albany国际公司(Appleton，WI)提供的，长84米。湿纸幅坯在转移点约22％的纤维浓度时从长网转移到每英寸分别有5个编织梭口，44个纵向单丝和33个横向单丝的支承毯上。经线构造是4个在上1个在下。纬线结构是1个在上4个在下，经线粘着顺序三角形(Warp PickSequence delta)是2。支承毯承载的纸幅通过真空脱水箱，吹净预干燥缸然后转移到杨克烘缸上。真空箱脱水后纤维浓度约为27％，并且借助预干燥缸的作用，转移到杨克烘缸之前，纤维浓度约为63％；由0.25％的聚乙烯醇水溶液组成的起皱粘合剂由上涂装置成雾状涂布到纸上。在用刮刀干起皱纸页之前，估计纤维浓度增加到99％。刮刀有一个24度的斜角并相对于杨克烘缸固定以提供一个约83度的冲击角；杨克烘缸在约350°F(177℃)，约800fpm(英尺/分钟)(约244米/分钟)速度下运行。加热的压光辊用2mm喷嘴喷涂上聚合硅氧烷乳液，这将在下面进一步描述。然后纸幅在两个加热的压光辊间通过。这两个压光辊以辊重偏置在一起并在660fpm(约201米/分钟)的速度下运行。

喷涂溶液是通过用75份SF 96-350(通用电气公司销售的一种非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷)稀释25份Dow Corning 8075(由Dow Corning公司销售的一种氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷)制成的。这种混合物被乳化并且然后用水稀释到3％(以重量计)。然后这种稀释的聚合硅氧烷水溶液被喷涂到热的下部钢压光辊上。通过喷嘴的水溶液的体积流速约为2加仑/小时-横向英尺(约25升/小时·米)。95％以上的水从压光辊上蒸发，留下稀释的功能性聚合硅氧烷。含有约1％水分的干纸幅与热的压光辊接触。稀释的功能性聚合硅氧烷化合物和非功能性化合物借助直接的压力传递被转移到干纸幅上。一般地，涂布到纸幅的聚合硅氧烷的转移率约为45％。

最终薄页纸的定量为30g/m²，密度为0.10g/cc，并含有0.0250％(以重量计)的氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷化合物，0.075％(以重量计)的SF96-350及1.2％的不均衡的起始水分含量。

实施例II

本实施例的目的是说明一种可用于生产软薄页纸的方法，其中薄页纸是用聚合硅氧烷，表面活性剂和淀粉处理的。

根据上文实施例I中所描述的方法，生产3分层的纸页。这种薄页纸除了用上面所描述的稀释的功能性聚合硅氧烷化合物来处理外，还用Crodesta^TM SL-40(Croda公司销售的一种烷基苷聚酯非离子表面活性剂)和如按说明书描述所制备的充分蒸煮的支链淀粉来处理。这种表面活性剂和淀粉作为通过纸机喷嘴喷涂的水溶液的一部分与乳化的聚合硅氧烷混合物同时被涂布。调节水溶液中非离子表面活性剂Cordesta^TMSL-40的浓度，以使保留在纸页中的表面活性剂的量约为0.10％(基于干纤维重量)。类似地，调节水溶液中淀粉的浓度以使保留在纸页中的支链淀粉的量约为干纤维重量的0.2％。

处理混合物被喷涂到上部的和下部的热转移辊上。水从辊上蒸发并且稀释的功能性聚合硅氧烷、表面活性剂和粘合剂被转移到薄页纸幅的二面。通过上部和下部喷嘴喷到加热辊的体积流速约为1加仑/小时-横向英尺。通过两个喷嘴的合并流速是2加仑/小时-横向英尺。

最终薄页纸定量为30g/m²，密度为0.10g/cc，并且含有以重量计为0.0250％的氨基功能性聚合二甲基聚合硅氧烷，以重量计为0.075％的SF 96-350，以重量计为0.1％的Crodesta^TM SL-40非离子表面活性剂和以重量计0.2％的蒸煮支链淀粉。重要的是，最终薄页纸与仅用聚合硅氧烷混合物处理的薄页纸相比具有丝绸、法兰绒似乎感，提高的触觉柔软度和较高的润湿性及较低的掉毛倾向。

实施例III

本实施例的目的是说明一种可用于生产软薄页纸的方法，其中薄页纸是依据本发明处理的并加工成两层产品。

除以下不同之外，根据上文实施例I所述的方法可生产一种两层的纸页，喷嘴的体积流速约为1.05加仑/小时-横向英尺(约13.3升/小时-米)。经计算，蒸发掉95％的水后的膜厚度约为0.035μm。最终的单层薄页纸定量为16g/m²。

造纸之后，两层处理的纸页以处理面向外的方式被结合在一起。

最终两层薄页纸产品的定量为32g/m²，密度为0.10g/cc，并且含有以重量计为0.025％的氨基功能性聚合二甲基硅氧烷和0.075％的非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。

重要的是，最终薄页纸具有丝绸、法兰绒似手感和提高的触觉柔软度。

实施例IV

本实施例的目的是说明采用普通的干燥和层合造纸生产技术来制造软、吸收性和耐掉毛的多层面巾薄页纸的生产方法。其中薄页纸是依据本发明用功能性聚合硅氧烷和永久性湿强树脂及干强树脂处理的。

一台中间规模的长网纸机被用于本发明的生产实践。第一，根据实施例I的步骤制备化学柔软剂的混合物。

第二，在常规的碎浆机(repulper)中制成以重量计为3％的NSK(北方针叶木硫酸盐浆)水悬浮液。对NSK悬浮液进行轻微打浆并且以0.3％(基于干纤维重量)的速率将2％的永久湿强树脂溶液(即DE州Wilmington市Hercules公司销售的Kymene^TM 557H)加到NSK浆料管线中。永久性湿强树脂在NSK纤维上的吸附可通过设于生产线中的混合器来加强。将1％的干强树脂溶液(即来自DE州Wilmington市Hercules公司的CMC(羧甲基纤维素))以0.05％(基于干纤维重量)的速率加到混合泵(fan pump)前的NSK浆料中。在混合泵处，NSK悬浮液被稀释到约0.2％的浓度。

第三，在常规碎浆机中制成以重量计为3％的桉树纤维水悬浮液。将2％的永久性湿强树脂溶液(即Kymene^TM557H)以0.1％(基于干纤维重量)的速率加到桉树浆料管中，继之以0.025％(基于干纤维重量)的速率加入1％的CMC溶液。

将单独处理的浆料流(浆流1＝100％NSK/浆流2＝100％桉树)分开通过流浆箱并沉积在长网上从而形成含相同份数NSK和桉树的两分层纸幅坯。借助挡水板和真空箱的作用，纸幅在长网上脱水。长网具有每英寸分别有110个纵向95个横向单丝的5梭道丝绸编织结构。湿纸幅坯在约8％的纤维浓度时在转移点从长网转移到引纸毛毯(纽约州Abbany市Albany国际公司生产的Y-31675-1型Superfine Duracomb毯)。再借助真空滤水作用进行进一步的脱水，直到纸幅纤维浓度达到约35％为止。然后将纸幅粘附到杨克烘缸的表面。在用刮刀干起皱纸幅之前，纤维浓度提高到约96％。刮刀有一个25°度的斜角并相对于烘缸固定以提供一个约81度的冲击角；杨克烘缸以约800fpm(英尺/分钟)(约244米/分)的速度运行。除下列不同外，按照实施例I方法，将乳化的软化剂溶液喷涂在下部压光辊上。通过喷嘴的体积流速约为1.05加仑/小时-横向英尺(约13.3升/小时-米)。经计算，95％的水被蒸发后的膜厚度约为0.035μm。干纸幅以650fpm(200米/分)的速度形成纸卷。最终单层薄页纸定量为16g/m²。

造纸完成后，将两层经处理的纸页以处理面向外的方式结合在一起。

最终两层薄页纸产品定量为32g/m²，密度为0.10g/cc，并含有以重量计约为0.2％的永久性湿强树脂，0.0375％的干强树脂和0.025％的氨基功能性聚合二甲基硅氧烷及0.075％的非功能性聚合二甲基聚合硅氧烷。

重要的是，最终薄页纸具有丝绸、法兰绒似手感和提高的触觉柔软度。