Brevet FR2715052A1 — publié le 19950721

Dans la fabrication de nombre de produits du papier, tels que les essuie- mains, les chiffons d'essuyage et analogues, on doit prêter attention à une grande diversité de caractéristiques du produit pour obtenir un produit final offrant la combinaison appropriée d'attributs convenant aux buts poursuivis pour le produit. Parmi ces divers attributs, la résistance, l'aptitude à l'absorption, l'épaisseur et l'extensibilité améliorées ont toujours constitué des objectifs majeurs, en particulier pour les produits vendus et utilisés dans les secteurs des services et de l'industrie. Traditionnellement, nombre de ces produits du papier ont été fabriqués en utilisant un procédé de pressage humide dans lequel une quantité significative d'eau est enlevée d'une nappe étalée humide par pression ou serrage de la nappe pour en expulser l'eau avant le séchage final. En particulier, tandis qu'elle est supportée sur un feutre papetier absorbant, la nappe est serrée entre le feutre et la surface d'un cylindre rotatif chauffé (sécheur frictionneur) en utilisant un rouleau de pression tandis que la nappe est transférée vers la surface du sécheur frictionneur. La nappe est ensuite séparée du sécheur frictionneur à l'aide d'une racle (crêpage) qui sert à délier partiellement la nappe en brisant nombre des liaisons précédemment formées au cours des étapes de pressage humide du procédé. La nappe peut être crêpée à l'état sec ou humide. Le crêpage améliore généralement la souplesse de la nappe, mais au dépens d'une perte significative de la résistance. Plus récemment, le séchage par soufflage transversal est devenu un moyen plus courant de séchage des nappes de papier. Le séchage par soufflage transversal apporte un procédé relativement non compressif d'élimination de l'eau de la nappe en faisant passer de l'air chaud au travers de la nappe jusqu'à ce qu'elle soit sèche. Plus spécifiquement, une nappe étalée humide est transférée depuis la toile de formation jusque sur une toile pour séchage par soufflage transversal, grossière et fortement perméable, et la nappe est retenue sur la toile pour séchage par soufflage transversal jusqu'à ce qu'elle soit sèche. La nappe séchée résultante est plus souple et plus épaisse qu'une feuille non crêpée, séchée de façon traditionnelle, car il se forme moins de liaisons et la nappe est moins comprimée. L'essorage de l'eau depuis la nappe humide est éliminé bien que l'utilisation d'un rouleau de pression pour transférer ultérieurement la nappe vers un sécheur frictionneur puisse toujours être utilisé à des fins de crêpage. Bien qu'il s'agisse d'un procédé incitant à éliminer le sécheur frictionneur et à fabriquer un produit séché par soufflage transversal non crêpé, les feuilles séchées par soufflage transversal non crêpées sont habituellement raides et, si elles ne sont pas calandrées, elles sont rugueuses au toucher comparées à leurs homologues crêpées. Cela est partiellement dû à la forte raideur inhérente et à la résistance des feuilles non crêpées, mais également en partie à la grossièreté de la toile pour séchage par soufflage transversal sur laquelle la nappe humide est conformée et séchée. Par suite, l'utilisation de feuilles séchées par soufflage transversal non crêpées a été limitée à des applications o l'important est que la feuille ait une forte résistance. Ces produits ont des propriétés d'absorption modérées. Il existe donc un besoin en un produit du papier séché par soufflage transversal, non crêpé, offrant une combinaison améliorée de propriétés pour permettre son utilisation comme chiffon d'essuyage ou serviette en papier. Il a maintenant été découvert que, pour certaines feuilles de base séchées par soufflage transversal non crêpées, en particulier les feuilles de base séchées par soufflage transversal non crêpées de poids de base relativement faible, le calibre de la feuille de base est, de façon surprenante, sensiblement indépendant du poids de base de la feuille. (Tel qu'utilisé ici, le terme feuille de base désigne la feuille sèche sortant de la machine à papier, avant tout post- traitement, tel que calandrage, gaufrage ou analogue.) En produisant des serviettes ou des chiffons à jets multiples à partir de jets de feuilles de base séchées par soufflage transversal, non crêpées, individuelles, relativement légères, plutôt qu'en fabriquant les produits à partir d'une feuille unique non crêpée de poids de base élevé, par exemple, on peut obtenir des propriétés améliorées par rapport à la quantité de fibres utilisée, en particulier en ce qui concerne la capacité d'absorption et le calibre pour un niveau de résistance donné. Par suite, on peut produire des serviettes et des chiffons à jets multiples ayant un calibre plus élevé à l'état humide et à sec que les produits courants du commerce, tout en possédant une combinaison de propriétés qui correspondent ou surpassent celles des meilleurs produits à jets multiples crêpés, et surpassent celles des produits antérieurs séchés par soufflage transversal, non crêpés. Il a également été découvert que la capacité d'absorption aqueuse de certaines feuilles de base séchées par soufflage transversal, non crêpées, est également indépendante du calibre de la feuille imparti par des post- traitements à sec, tels que le crêpage, le gaufrage ou le calandrage. A la différence des nappes de papier classiques pressées humides et crêpées, qui s'aplatissent lorsqu'elles sont exposées à de l'eau, les feuilles non crêpées, selon certaines formes d'exécution de l'invention, augmentent sensiblement d'épaisseur lorsqu'elles sont exposées à de l'eau, de telle sorte que le rapport du Calibre Humide au Calibre à Sec (tels que définis ci-après) est d'environ 1,5 ou plus. Pour les utilisations du produit dans lesquelles il est important de pouvoir essuyer de l'eau ou des liquides aqueux répandus, la composition de fabrication des fibres utilisée pour fabriquer la feuille renferme une résine promouvant la résistance à l'état humide car une telle résine augmente la "mémoire" humide de la feuille pour permettre à la feuille, lorsqu'elle est mouillée, de revenir dans l'état o elle se trouvait avant le post-traitement à sec. La feuille séchée par soufflage transversal, non crêpée, à partir de laquelle est obtenu le produit cellulosique à jets multiples selon l'invention peut être obtenue par mise en oeuvre d'un procédé de fabrication comprenant: (a) le dépôt d'une suspension aqueuse de fibres papetières sur une toile de formation poreuse qui retient les fibres et qui permet à l'eau de passer au travers pour former une nappe humide; (b) la déshydratation de la nappe jusqu'à une consistance allant d'environ 10 à environ 30 %; (c) le transfert de la nappe déshydratée jusque sur une toile pour séchage par soufflage transversal ayant un contour superficiel tridimensionnel tel que la dimension dans la direction z, ou profondeur du contour superficiel, est sensiblement supérieur à l'épaisseur de la nappe humide, et la conformation de la nappe humide au contour superficiel de la toile pour séchage par soufflage transversal à l'aide d'une pression positive et/ou négative; et (d) le séchage par soufflage transversal de la nappe. Selon un aspect, l'invention concerne un produit cellulosique à jets multiples et calandré, utile comme chiffon ou serviette, comprenant deux jets séchés par soufflage transversal et non crêpés, ou davantage, ayant un poids de base compris entre environ 10 et environ 30-50 g/m2 par jet et contenant une résine promouvant la résistance à l'état humide, le rapport du Calibre Humide au Calibre à Sec du produit étant d'environ 1,5 ou plus. Ces aspects de l'invention, et d'autres, seront décrits plus loin avec davantage de détails. Les fibres cellulosiques convenant pour la mise en oeuvre de la présente invention comprennent les fibres papetières secondaires (recyclées) et les fibres papetières vierges, selon toutes proportions. De telles fibres comprennent, sans limitation, les fibres de bois feuillus et résineux, ainsi que les fibres ne provenant pas du bois. Une partie de la composition de fabrication peut également renfermer des fibres synthétiques non cellulosiques. On a constaté que l'on pouvait fabriquer un produit de grande qualité ayant un équilibre unique en son genre entre les propriétés en utilisant uniquement, ou de façon prédominante, des fibres secondaires. Le poids de base fini des feuilles ou jets séchés par soufflage transversal individuels utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention peut, de préférence, être compris entre environ 10 et environ 30 g/m2, plus particulièrement entre environ 15 et environ 25 g/m2 et mieux être d'environ g/m2. Ces feuilles séchées par soufflage transversal peuvent être réunies ensemble pour former un produit à jets multiples ayant deux, trois, quatre jets ou davantage. Ces produits à jets multiples ont, de façon inattendue, un calibre et des caractéristiques d'absorption élevés par rapport à la quantité de fibres impliquées. Le poids de base des produits à jets multiples selon l'invention dépend du nombre de jets et du poids de base de chaque jet. On ajoute à la composition de fabrication des résines de résistance à l'état humide pour augmenter la résistance à l'état humide du produit final. Actuellement, les résines de résistance à l'état humide les plus couramment utilisées appartiennent à la classe des polymères appelés résines épichlorohydrine polyamide-polyamine. Il existe dans le commerce de nombreux fournisseurs de ces types de résine, y compris Hercules, Inc. (KymeneR), Henkel Corp. (FibrabondR), Borden Chemical (CascamideR), Georgia-Pacific Corp. et d'autres. Ces polymères sont caractérisés par le fait qu'ils comportent un squelette polyamide contenant des groupes réticulants réactifs distribués le long du squelette. D'autres agents qui se sont avérés utiles dans le cadre de la présente invention comprennent les agents promouvant la résistance à l'état humide reposant sur la réticulation au formaldéhyde de résines polymères. Des exemples types sont constitués par les résines de résistance à l'état humide urée-formaldéhyde et mélamine formaldéhyde. Bien qu'elles ne soient pas aussi couramment utilisées que les résines du type épichlorohydrine polyamide-polyamine, elles sont néanmoins utilisables selon la présente invention. Une troisième classe de résines de résistance à l'état humide qui s'est avérée utile selon l'invention, est celle des dérivés aldéhydes des résines polyamides. Des exemples de tels matériaux sont ceux fabriqués par American Cyanamid sous le nom commercial ParezR, ainsi que par les matériaux décrits dans US-A- 5 085 736; 5 088 344 et 4 981 557 délivrés au nom de Procter & Gamble. Les quantités efficaces de résine ajoutée convenant aux buts poursuivis par l'invention vont d'environ 1,81 kg (4 livres) de résine (solide sec) par tonne de fibres, jusqu'à environ 13,61 kg (30 livres) de résine (solide sec) par tonne de fibres. La quantité exacte de matériau dépend du type spécifique de résine utilisée, du type de fibres utilisées, du type d'appareil de formation utilisé, et des propriétés attendues pour le produit. Habituellement, les quantités préférées de résine utilisées sont comprises dans la gamme allant d'environ 2,27 kg (5 livres) à environ 9,07 kg (20 livres) de résine par tonne de fibres, une gamme particulièrement préférée allant d'environ 3,63 kg (8 livres) à environ 7,26 kg (16 livres) par tonne de fibres. Ces matériaux sont habituellement ajoutés au voisinage de l'extrémité humide de la machine à papier et sont absorbés sur la surface des fibres et des fines avant la formation de la feuille. Les différences entre les quantités de résine nécessaires pour obtenir les effets voulus proviennent des efficacités différentes des résines, des différences entre les fibres et les types de contaminant qui peuvent être contenus dans ou accompagner les fibres (ce qui est particulièrement important lorsque l'on utilise des fibres secondaires ou recyclées). Les procédés de formation convenables comprennent le procédé sur table plate et d'autres procédés de formation classiques bien connus dans l'industrie papetière. Les formeurs à toile double conviennent particulièrement bien pour les poids de base relativement faibles rencontrés dans le cas des serviettes et chiffons selon l'invention. Les toiles de formation peuvent également être classiques, les tissages fins qui offrent un plus grand support aux fibres étant préférés pour produire une feuille ou une nappe plus lisse. Comme toiles de formation convenables, on peut citer celles faites par Asten Forming Fabrics Inc., Appleton, Wisconsin (USA) et qui sont désignées par 856A ou 866A. Conviennent également les toiles en acier inoxydable ou à monofilament d'ouverture de maille 100. Le procédé de séchage peut être n'importe quel procédé de séchage non compressif qui tend à augmenter le calibre ou l'épaisseur de la nappe humide, y compris, sans que cela soit limitatif, le séchage par soufflage transversal, le rayonnement infra-rouge, le séchage par micro-ondes, etc. Du fait de sa disponibilité commerciale et de sa commodité, le séchage par soufflage transversal est un moyen bien connu et préféré pour effectuer le séchage non compressif d'une nappe. Le procédé de séchage par soufflage transversal peut être classique, comme il est bien connu dans l'industrie papetière. Des procédés convenables de séchage par soufflage transversal sont décrits dans US-A-5 048 589 au nom de Cook et al. (1991) intitulé "Non-Creped Hand or Wiper Towel" et US-A-4 440 597 au nom de Wells et al. (1984) intitulé "Wet- microcontracted Paper and Concomitant Process". Un fort degré d'extensibilité de la feuille est souhaitable, tel que dans le sens machine - d'environ 10 % ou plus, de préférence d'environ 15 à environ 30 %, et commodément d'environ 20 %, et il peut être obtenu en utilisant des transferts à vitesse différentielle entre la toile de formation et la toile pour séchage par soufflage transversal, comme il est décrit dans le brevet Wells précité, ou entre n'importe quelles autres toiles utilisées au niveau de l'extrémité humide du procédé. L'utilisation d'une ou plusieurs toiles de transfert entre la toile de formation et la toile pour séchage par soufflage transversal, comme il est décrit dans la demande de brevet américaine n 08/036 649 co- pendante intitulée "Method For Making Smooth Uncreped Throughdried Sheets" déposée le 24 mars 1993 au nom de Steven A. Engel et al. peut également être utilisée pour conférer une extensibilité accrue et pour produire une feuille plus lisse. On préfère que le degré d'extensibilité soit compris entre environ 5 et environ 40 %, et mieux entre environ 15 et environ 30 % dans la feuille non crêpée séchée. Les toiles convenables pour séchage par soufflage transversal comprennent, sans que cela soit limitatif, les produits Asten 920A et 937A et les produits Velostar P800 et 103A également fabriqués par Asten. Ces toiles offrent une tridimensionnalité suffisante pour fournir un calibre indépendant du poids de base de la nappe. La tridimensionnalité des toiles peut être quantifiée par la distance dans la direction z entre les articulations de chaîne et les articulations de trame de la toile. Dans les toiles précitées, cette distance va d'environ 0,17 mm à environ 0,38 mm. On pense que des toiles à couches multiples peuvent avoir une tridimensionnalité encore supérieure. A titre d'exemple, si l'on utilise une toile pour séchage par soufflage transversal Asten Velostar P800 selon la présente invention, et fabrique des feuilles séchées par soufflage transversal, non crêpées, ayant des poids de base d'environ 14, 18, 21, 27, 30 et 32 g/m2, on constate qu'elles présentent sensiblement le même calibre à sec d'environ 0,5 mm tel que déterminé par un procédé différent mais similaire de mesure du calibre. La réunion entre jets des différents jets séchés par soufflage transversal, non crêpés, pour former les produits selon l'invention peut être effectuée par tous moyens de réunion de jets comme cela est bien connu dans l'industrie papetière. La frisure est un des moyens de réunion de jets que l'on préfère. Les produits à jets multiples selon la présente invention, décrits ci-après dans les exemples, sont réunis ensemble avec le côté le plus lisse des jets extérieurs tournés vers l'extérieur. Le côté le plus lisse du jet est le côté qui n'est pas en contact avec la toile pour séchage par soufflage transversal pendant le séchage, côté souvent appelé "côté air" de la feuille. Le côté de la feuille qui est en contact avec la toile pour séchage par soufflage transversal pendant le séchage est souvent appelé "côté séchoir" de la feuille. On pense que des produits à jets multiples ayant un calibre encore supérieur peuvent être obtenus en réunissant ensemble les côtés air de jets voisins. Les produits selon l'invention peuvent avoir une résistance à la rupture par traction dans le sens machine d'environ 1000 g ou plus par jet, de préférence d'environ 2000 g ou plus par jet, en fonction de la forme du produit, et une extensibilité dans le sens machine d'environ 10 % ou plus, et de préférence d'environ 15 à environ 25 I. Plus spécifiquement, on préfère que la résistance à la rupture par traction dans le sens machine pour les essuie-mains soit d'environ 1500 g ou plus, tandis que l'on préfère que la résistance à la rupture par traction dans le sens machine soit d'environ 2000 g ou plus pour les chiffons. Les produits à deux jets selon l'invention peuvent avoir des résistances à la rupture par traction dans le sens machine d'environ 4000 g ou plus, les produits à trois jets selon l'invention peuvent avoir des résistances à la rupture par traction dans le sens machine d'environ 5500 g ou plus, et les produits à quatre jets selon l'invention peuvent avoir des résistances à la rupture par traction dans le sens machine d'environ 7500 g ou plus, ce qui est élevé pour des produits à jets multiples. La résistance à la rupture par traction et l'extensibilité sont mesurées selon les normes ASTM D1117-6 et D1682. Telles qu'utilisées ici, les résistances à la rupture par traction sont rapportées en grammes de force par 7,62 cm (par 3 pouces) de largeur d'échantillon, mais à des fins de commodité elles sont simplement exprimées en "grammes" dans la suite. La Capacité d'Absorption Aqueuse des produits selon l'invention est d'au moins environ 500 % en poids, de préférence d'environ 800 % en poids ou plus, et mieux d'environ 1000 % ou plus. Cette notion se réfère à la capacité d'un produit à absorber de l'eau en une période de temps et elle est mise en relation avec la quantité totale d'eau retenue par le produit à son point de saturation. La procédure spécifique utilisée pour mesurer la "Capacité d'Absorption Aqueuse" est décrite dans la norme fédérale américaine n UU-T-595C et elle est exprimée, en pourcentage, comme étant le poids d'eau absorbée divisé par le poids de l'échantillon. Avantageusement, la Capacité d'Absorption Aqueuse est indépendante du Calibre à Sec du produit. Les produits selon l'invention peuvent également avoir une Vitesse d'Absorption Aqueuse d'environ une seconde ou moins. La "Vitesse d'Absorption Aqueuse" est le temps nécessaire pour qu'une goutte d'eau pénètre la surface d'une serviette ou d'un chiffon selon la norme fédérale américaine UU-P-31b. La Capacité d'Absorption d'Huile des produits selon l'invention peut être d'environ 300 % en poids ou plus, de préférence d'environ 400 % ou plus, et commodément d'environ 400 à environ 550 % en poids. La "Capacité d'Absorption d'Huile" est mesurée selon la procédure décrite dans la norme fédérale américaine UUT 595B. Les produits selon l'invention offrent une Vitesse d'Absorption d'Huile d'environ 20 secondes ou moins, de préférence d'environ 10 secondes ou moins, et mieux d'environ secondes ou moins. La Vitesse d'Absorption d'Huile est mesurée selon la norme fédérale américaine UU-P-31b. Le Calibre à Sec des produits à jets multiples selon l'invention est d'environ 0,6 mm ou plus, de préférence d'environ 0,9 mm ou plus, et commodément d'environ 0,4 à environ 1,3 mm, mieux d'environ 0,4 à 0,8 mm. Le Calibre à Sec des feuilles de base ou jets non calandrés individuels des produits à jets multiples selon l'invention est d'environ 0,4 mm ou plus par jet, de préférence d'environ 0,6 mm ou plus par jet, et commodément d'environ 0,4 à environ 0,8 mm. Le Calibre à Sec est l'épaisseur d'un produit ou d'un jet sec mesurée sous une charge contrôlée. Le procédé de détermination du Calibre à Sec utilise une jauge graduée Starrett (modèle 2320 disponible auprès de Mitutoyo Corporation, Landic Mita Building, 31-19 Shiba, 5-Chome, Minato-Ku, Tokyo 108, Japon) et un bloc plastique (LUCITER) mesurant 100 mm x 100 mm. Le centre du bloc de LUCITE est marqué pour permettre à la pointe de la jauge d'être centrée sur le bloc. L'épaisseur du bloc est telle que la force totale exercée sur l'échantillon par le poids du bloc et le ressort de la jauge est de 225 g. Un échantillon de matériau à mesurer est découpé à une taille de 100 mm x 100 mm. L'échantillon ne doit présenter ni pli, ni ondulation, ni être froissé. L'échantillon est placé sous le bloc de LUCITE et le bloc et l'échantillon sont placés sous la pointe de la jauge avec la pointe de la jauge centrée sur le bloc. La pointe de la jauge est doucement libérée et le Calibre à Sec est lu au 0,01 mm près après 15 à 20 secondes. La procédure est répétée sur quatre échantillons représentatifs additionnels et l'on fait la moyenne des résultats des 5 échantillons. Le Calibre Humide des produits à jets multiples selon l'invention peut être d'environ 0,60 mm ou plus. Pour les produits à trois jets, le Calibre Humide peut être commodément compris entre environ 0,70 et environ 1,2 mm. Les produits à quatre jets auront des calibres plus élevés. Le Calibre Humide des jets individuels peut être d'environ 0,4 mm ou plus, de préférence d'environ 0,6 mm ou plus et commodément d'environ 0,4 à environ 0,8 mm. Le Calibre Humide est mesuré d'une façon similaire au procédé décrit ci-dessus pour le Calibre à Sec, excepté que l'échantillon est immergé dans un bain d'eau jusqu'à ce qu'il soit complètement saturé. L'échantillon est enlevé de l'eau en le tenant soigneusement par deux de ses angles voisins et en enlevant l'excès d'eau en laissant traîner l'échantillon contre le bord du récipient du bain d'eau tandis qu'il est enlevé dudit bain.5 L'échantillon est abaissé sur la face inférieure du bloc de LUCITE depuis un bord (non pas d'un angle) pour éviter la formation de bulles, de plis ou d'ondulations. On procède ensuite à la mesure du Calibre Humide comme indiqué ci-dessus pour le Calibre à Sec. REVENDICATION Produit cellulosique à jets multiples calandré, utile comme chiffon ou serviette, comprenant deux jets séchés par soufflage transversal et non crêpés, ou davantage, ayant un poids de base compris entre environ 10 et environ 30 g/m2 par jet et contenant une résine promouvant la résistance à l'état humide, dans lequel le rapport entre le Calibre Humide et le Calibre à Sec est d'environ 1,5 ou plus.