СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАСПАДАЮЩЕГОСЯ В ВОДЕ БУМАЖНОГО ЛИСТА, ПРИМЕНЕНИЕ ТАКОГО БУМАЖНОГО ЛИСТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕРДЕЧНИКА, ЯВЛЯЮЩЕГОСЯ ОПОРНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ ДЛЯ РУЛОНА, РАСПАДАЮЩИЙСЯ В ВОДЕ БУМАЖНЫЙ ЛИСТ И СЕРДЕЧНИК, ИЗГОТОВЛЕННЫЙ ИЗ ТАКОГО БУМАЖНОГО ЛИСТА
METHOD OF PRODUCTION OF PAPER SHEET DECOMPOSABLE IN WATER, USE OF SUCH PAPER SHEET FOR MANUFACTURING CORE WHICH IS SUPPORTING ELEMENT FOR ROLL, PAPER SHEET DECOMPOSABLE IN WATER AND CORE MADE FROM SUCH PAPER SHEET

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПРЕДЛАГАЕМОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Предлагаемое изобретение относится к изготовлению листа из распадающейся в воде бумаги и использованию такого листа для изготовления сердечника, являющегося опорным элементом для рулона. В частности, предлагаемое изобретение относится к бумаге для гигиенического или бытового использования в рулонах с сердечником.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Упомянутая бумага для гигиенического или бытового использования, например, туалетная бумага, бумажные салфетки или бумажные кухонные полотенца, в некоторых случаях упаковывается в виде рулонов с сердечником.
Упомянутый сердечник представляет собой цилиндр, который обычно изготовлен из картона, и который после полного использования бумажного рулона выбрасывается. Такой сердечник выполняет несколько функций.
Во-первых, он является опорным элементом для бумажного листа, который на него наматывается в процессе изготовления рулона. Обычно такие рулоны получают из очень широкого материнского листа, который наматывают на трубчатый сердечник соответствующей длины, после чего полученный широкий рулон распиливают на отдельные рулоны желаемого размера.
Во-вторых, он обеспечивает поддержание открытого центрального отверстия, противостоит внутренним напряжениям в рулоне и предотвращает спадание его внутренних витков.
Кроме того, он поддерживает форму рулона, противостоит осевым и поперечным напряжениям, которым рулон подвергается при транспортировке и/или при различных манипуляциях, прежде чем он начнет использоваться.
Такой сердечник обычно получают путем наматывания одной или большего количества лент картона на некоторую цилиндрическую форму-сердечник.
Плоский картон является недорогим материалом, который может быть получен из волокон вторичного сырья. Кроме того, это легкий материал, механическая прочность которого является удовлетворительной для такого применения.
Однако ему свойственен тот недостаток, что его нельзя повторно использовать или найти ему другое применение после того, как бумажный рулон полностью использован, и трубчатый сердечник уходит в отходы.
В случае туалетной бумаги не рекомендуется избавляться от сердечника рулона путем отправления его в канализацию, так как, несмотря на то, что он состоит в основном из целлюлозных волокон, в контакте с водой он распадается медленно и при попытке смыва образует затор.
ЦЕЛЬ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявитель поставил своей целью получение сердечника для бумажного рулона, который можно было бы отправлять в канализацию прямо в туалете.
При этом решаются следующие задачи:
- сердечник должен распадаться в контакте с водой,
- его материал должен распадаться в воде со скоростью, достаточной для его удаления до образования затора, при этом скорость распадения трубчатого сердечника должна быть та же, что у абсорбирующей рулонной бумаги, или близка к этой скорости,
- трубчатый сердечник должен противостоять давлению как в радиальном, так и в осевом направлении, и его сопротивление такому давлению должно быть таким же, как у картонного сердечника, на смену которому должен прийти этот сердечник,
- производство этого сердечника должно быть таким же недорогим, как и производство картонных сердечников, известных из предшествующего уровня техники,
- сердечник не должен наносить вред окружающей среде.
Изготовление сердечника предполагает изготовление бумажного листа, из которого получают сердечник.
Таким образом, целью предлагаемого изобретения является создание способа изготовления бумажного листа, способного распадаться в воде.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно предлагаемому изобретению, способ изготовления распадающегося в воде бумажного листа включает следующие стадии: обеспечение наличия по меньшей мере одной ленты из растворимого в воде связующего материала в виде сухой пленки, обеспечение наличия по меньшей мере двух лент, каждая из которых выполнена по меньшей мере из одного слоя целлюлозных волокон, размещение упомянутой ленты из растворимого в воде связующего материала между упомянутыми лентами из целлюлозных волокон, смачивание, соединение и сжатие этих трех лент, высушивание полученной составной ленты.
Количество лент из целлюлозных волокон в составе упомянутой составной ленты не ограничивается двумя. Обычно по меньшей мере две ленты из растворимого в воде связующего материала соединяют с по меньшей мере тремя лентами из целлюлозных волокон. Таким образом, полученный в качестве конечного продукта лист может содержать, например, до 24 слоев из целлюлозных волокон, при этом представляется предпочтительным такой вариант, при котором количество таких слоев не превышает 10.
Способы нанесения пленки или пленок могут быть различными. То же можно сказать и об увлажнении пленки. Например, согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, упомянутый способ включает по меньшей мере одну стадию, на которой ленту из растворимого в воде связующего материала помещают на ленту из целлюлозных волокон и упомянутую ленту из растворимого в воде связующего материала перед наложением на нее ленты из целлюлозных волокон увлажняют.
В соответствии с одной из характеристик предлагаемого изобретения, лист в сухом состоянии содержит растворимый в воде связующий материал в количестве от 20% до 70%, при этом предпочтительным представляется содержание растворимого в воде связующего материала в диапазоне от 25% до 50% от массы готового листа.
В соответствии с одним из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, растворимый в воде связующий материал содержит крахмал, который придает листу одновременно прочность в сухом состоянии и растворимость в воде.
2
2
В соответствии с одной из характеристик предлагаемого изобретения, грамматура (масса одного квадратного метра в граммах) готового листа составляет от 80 г/м до 400 г/м.
В соответствии с еще одной характеристикой предлагаемого изобретения, перед сушкой или после сушки лист подвергают каландрированию, с тем чтобы получить лист толщиной от 0,3 мм до 1,2 мм, при этом представляется предпочтительным диапазон от 0,4 мм до 0,5 мм.
Полученный таким образом лист используется для изготовления сердечника, являющегося опорным элементом для рулона, что осуществляется путем намотки одной или большего количества лент, полученных из этого листа на цилиндрическую форму-сердечник по винтовой линии.
Преимущество такого сердечника состоит в том, что ему контролируемым образом может быть придана способность распадаться в воде в сочетании с прочностью в сухом состоянии, сравнимой с прочностью картона.
2
2
Кроме того, предметом предлагаемого изобретения является распадающийся в воде бумажный лист, полученный вышеописанным способом, грамматура которого составляет от 80 г/м до 400 г/м, и содержание в нем растворимого в воде связующего материала, такого как крахмал, составляет от 20% до 70%.
Еще одним предметом предлагаемого изобретения является сердечник для рулона, состоящий из одной или большего количества намотанных по винтовой линии бумажных лент, полученных из бумажного листа согласно предлагаемому изобретению.
Далее следует более подробное описание примеров осуществления предлагаемого изобретения, которыми не ограничивается его объем, со ссылками на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 на виде сбоку схематично показана реализующая один из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения установка для получения бумажного листа, содержащего введенную внутрь него растворимую в воде пленку, пригодного для изготовления из него сердечника согласно предлагаемому изобретению.
На фиг.2 иллюстрируется один из альтернативных вариантов установки, изображенной на фиг.1; вариант отличается способом нанесения воды на растворимую в воде пленку.
На фиг.3 иллюстрируется еще один альтернативный вариант установки, изображенной на фиг.1, отличающийся способом нанесения воды на растворимую в воде пленку.
На фиг.4 иллюстрируется еще один альтернативный вариант установки, изображенной на фиг.1; вариант отличается компоновкой валиков для изготовления листа из пяти лент из целлюлозных волокон.
На фиг.5 в поперечном сечении иллюстрируется структура составного листа согласно одному из возможных вариантов осуществления предлагаемого изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с примером осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированным на фиг.1, установка содержит два наложенных один на другой валика, оси которых параллельны, и которые вращаются каждый вокруг своей оси: это гладкий стальной валик 3 и выполненный из резины или другого материала валик 5. Эти два валика вращаются, располагаясь один на другом, как показано на фиг.1. Две ленты из целлюлозного волокна, обозначенные как В1 и В2, сматываются с соответствующих питающих катушек. Упомянутые ленты из целлюлозного волокна образованы по меньшей мере одним слоем, предпочтительно - одним или двумя слоями. Лента В1 направляется на валик 3 с прилеганием к последнему. Лента В2 направляется на валик 5 - в зазор между этим валиком и валиком 3. С соответствующей питающей катушки в виде ленты из пленки F поступает растворимый в воде связующий материал, предназначенный для размещения между лентами В1 и В2, который направляется на валик 3, где происходит его наложение на ленту В1. Предусмотрено первое устройство для нанесения жидкости, т.е. воды, которое, пока лента из пленки F наложена на ленту В1 на валике 3, выпускает на ленту из пленки F дозированное количество воды. Связующий материал, наложенный в виде пленки, вступает в реакцию с наносимой на него водой. Благодаря вращению валика 3 две увлажненных ленты - лента В1 и лента из пленки F - достигают упомянутого зазора между двумя валиками, где происходит их соединение с лентой В2, которая накладывается на ленту из пленки F. Таким образом, лента из пленки F оказывается между лентами В1 и В2. Благодаря увлажнению и испытываемому в зазоре между валиками давлению происходит соединение состоящих из целлюлозных волокон лент В1 и В2 между собой через посредство растворимой в воде пленки F, которая в увлажненном состоянии становится клейкой.
С валика 5 сходит составная лента BF, которая может быть направлена, факультативно, на установку каландрирования, которая не показана на прилагаемых чертежах, и далее на подходящую сушильную установку. Для обеспечения большей толщины листа ленту BF направляют на другую установку, где осуществляется наложение на нее еще одной ленты, которая образована из пленки из растворимого в воде связующего материала и одной ленты из целлюлозных волокон, при этом для обеспечения соединения при прижимании и увлажнения пленки на упомянутую дополнительную ленту нанесена жидкость.
Соединить можно столько лент из целлюлозных волокон, перемежаемых пленками из растворимого в воде связующего вещества, сколько требуется для получения листа, имеющего желаемые прочность и толщину.
Когда лента из пленки F имеет достаточную толщину, для повышения ее клеящих свойств при соприкосновениях с лентами из целлюлозных волокон представляется желательным наносить дозированное количество воды на обе ее стороны. Нанесение воды может осуществляться как в жидкой, так и в парообразной форме.
Параметры процессов сжатия и сушки, а факультативно также каландрирования подбираются из соображений получения желаемых окончательной толщины и прочности конечного продукта.
Получаемый таким образом лист наматывают на катушки для последующего использования.
Производственные параметры листа BF выбираются таким образом, чтобы было обеспечено получение сердечника, обладающего желаемыми свойствами.
Для получения лент из целлюлозных волокон могут использоваться длинные целлюлозные волокна, короткие целлюлозные волокна или целлюлозные волокна из вторичного сырья, а также смеси этих волокон.
2
2
2
2
Грамматура каждой ленты из целлюлозного волокна составляет от 15 г/м до 50 г/м, при этом представляется предпочтительным диапазон 30 г/м до 40 г/м.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения в качестве растворимого в воде связующего материала используется крахмал.
Название крахмала носят природные продукты растительного происхождения. Известны крахмалы пшеничный, картофельный, рисовый, тапиоковый, сорговый и другие, это полимерные соединения или полисахариды с большой молекулярной массой. Под термином «крахмал» понимают также продукты - производные натуральных крахмалов, преобразованные путем физической обработки, например, путем нагревания, физико-химической или биологической обработки, например, путем ферментативной обработки, и продукты - производные от производных продуктов натуральных крахмалов или модифицированных крахмалов, такие как катионные, анионные, амфотерные, неионные или химически сшитые крахмалы, а также продукты гидролиза крахмалов, такие как декстринмальтозы.
Крахмал подбирают таким образом, чтобы скорость его растворения была подходящей для добавляемого количества воды.
Могут быть использованы и другие связующие материалы, при условии что они способны выполнять те же функции. В качестве связующего материала может быть использован, например, поливиниловый спирт. Для придания способности выполнять дополнительные функции могут вноситься дополнительные добавки, такие как дезинфицирующие вещества, чистящие агенты и отдушки.
Представляется предпочтительным такое решение, при котором связующий материал окрашен, благодаря чему обеспечивается возможность контроля равномерности его распределения по обеим сторонам. Кроме того, при этом достигается эстетический эффект.
Количество связующего материала в составе листа составляет от приблизительно 20% до приблизительно 70% от общей массы листа.
Лист, каландрированный после стадии сжатия, имеет толщину от 0,3 мм до 1,2 мм.
Использование растворимого в воде связующего материала в виде сухой пленки облегчает операции с этим связующим материалом, что является преимуществом.
На фиг.2 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления предлагаемого изобретения. Можно видеть два валика 3 и 5, подача лент из целлюлозных волокон на которые осуществляется так же, как и в варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг.1. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения нанесение воды осуществляется с помощью наносного устройства 10. Оно содержит имеющий выемки на своей поверхности валик 12, который частично погружен в водную ванночку 13 и передает воду на гладкий наносной валик 11, посредством которого осуществляется нанесение воды на ленту из пленки F. Между упомянутым наносным валиком 11 и валиком 3 протянуты надлежащим образом наложенные друг на друга лента В1 и лента из пленки F. При необходимости дополнительное количество воды может быть нанесено с помощью распылительного устройства 8, установленного с другой стороны ленты из пленки F до ее прижимания к ленте В1 на валике 3.
На фиг.3 проиллюстрирован еще один альтернативный вариант осуществления предлагаемого изобретения, в котором лента, образованная из пленки F растворимого в воде связующего материала, вводится непосредственно между валиками 3 и 5, и к ней прижимаются выполненные из целлюлозных волокон ленты В1 и В2. Кроме того, до введения между выполненных из целлюлозных волокон лент В1 и В2 лента, образованная из пленки F растворимого в воде связующего материала, подвергается увлажнению с помощью двух распылительных устройств 7 и 7′, установленных по обе стороны этой ленты.
На фиг.4 проиллюстрирован процесс непосредственного получения распадающегося в воде бумажного листа из трех бумажных лент В1, В2 и В3. Каждая из этих лент сматывается с соответствующей питающей катушки и образована по меньшей мере из одного слоя из целлюлозных волокон.
По сравнению с установками, рассмотренными выше, в данной установке дополнительно введен второй валик 3′, вращающийся в контакте с валиком 3. Выполненные из целлюлозных волокон ленты В1 и В3 направляются на валики 3 и 3′, соответственно. К каждой из этих лент присоединяются лента, образованная из пленки F1, и лента, образованная из пленки F2, соответственно. Одновременно с этим на свободную поверхность каждой из лент, образованных из пленок F1 и F2, в дозированных количествах с помощью наносных устройств 10 и 10′, соответственно, наносится вода. Так же, как и в установке, проиллюстрированной на фиг.2, наносные устройства 10 и 10′ снабжены цилиндрами 12 и 12′, соответственно, которые частично погружены в водные резервуары 13 и 13′, соответственно. Отбираемая таким образом вода с помощью наносных валиков 11 и 11′ наносится на свободную поверхность лент, образованных из пленок F1 и F2. Еще одна, выполненная из целлюлозных волокон, лента В2, направляется между валиками 3 и 3′. Для увлажнения противоположных поверхностей лент, образованных из пленок F1 и F2 из растворимого в воде связующего материала, факультативно предусмотрено два вспомогательных наносных устройства.
Соединение лент осуществляется между валиками 3 и 3′, после чего составная лента поступает в пространство между валиками 3 и 5, где подвергается сжатию.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ СЕРДЕЧНИКА
Полученный таким образом бумажный лист нарезают на полоски малой ширины, которые наматывают на цилиндрическую форму-сердечник по винтовой линии. На те части витков, где витки накладываются друг на друга, наносят клеящее вещество с целью связать их вместе с образованием трубки.
Технология получения сердечников сама по себе известна. Она приспособлена к типу связующего материала, так как необходимо учитывать скорость дезинтеграции лент под действием клеящего вещества, используемого для связи полосок.
На фиг.5 в качестве иллюстрации в поперечном сечении показан распадающийся в воде составной лист С, полученный способом согласно предложенному изобретению.
Лист состоит из пяти слоев: С1, С2, С3, С4 и С5 из целлюлозных волокон, соединенных с помощью четырех слоев из клеящего вещества: С′1, С′2, С′3 и С′4, каждый из которых приготовлен в виде растворимой в воде пленки на основе поливинилового спирта. В примере была использована пленка типа ВТ (низкотемпературная), которую можно приобрести у компании «Plasticos Hidrosulubles».
2
Грамматура каждого из состоящих из целлюлозных волокон слоев С1-С5 составляла 26 г/м.
Было определено, что полученный составной лист содержал растворимый в воде связующий материал в количестве 0,61 г на один грамм целлюлозных волокон.
После нарезания на полоски такой лист пригоден для изготовления сердечника для бумажного рулона.
ТЕСТЫ НА СДАВЛИВАНИЕ И РАСПАДЕНИЕ В ВОДЕ
Из двух ранее полученных листов был изготовлен цилиндрический сердечник.
Диаметр образующего сердечник цилиндра составлял 40 мм, его длина составляла 97 мм.
ТЕСТ НА СДАВЛИВАНИЕ
Плоскостные (поперечные) и торцевые (продольные) силы сжатия сердечника измерялись с использованием следующей методики.
Подлежащий тестированию сердечник сначала нарезали на цилиндрические участки, ограниченные двумя противолежащими поверхностями, перпендикулярными оси образующего этот сердечник цилиндра, при этом упомянутые участки имели длину 50 мм в направлении, параллельном оси.
Затем такой цилиндрический участок размещали между двумя металлическими пластинами динамометра, при этом упомянутые пластины были параллельны и первоначально отстояли друг от друга на расстояние, несколько превышающее длину испытуемого цилиндрического участка в случае измерения продольного (торцевого) сжатия или несколько превышающее диаметр испытуемого цилиндрического участка в случае измерения плоскостного сжатия.
При измерении силы продольного сжатия испытуемый цилиндрический участок размещали таким образом, что ось образующего его цилиндра была расположена перпендикулярно плоскости, образованной одной или другой из упомянутых пластин.
При измерении силы плоскостного сжатия испытуемый цилиндрический участок размещали таким образом, что ось образующего его цилиндра была расположена параллельно плоскости, образованной одной или другой из упомянутых пластин.
Затем испытуемый цилиндрический участок подвергали сдавливанию между упомянутыми пластинами, производя измерения деформации сжатия, при этом сила регистрировалась в ньютонах.
Оказываемое сердечником сопротивление одновременно измеряли до максимума, то есть, до наступления необратимого разрушения сердечника.
2
Полученные результаты сравнивали с аналогичными результатами, полученными для эталонного картонного сердечника одноленточного типа, грамматура стенки которого составляла 365 г/см.
В результате тестирования было установлено, что сердечник согласно предлагаемому изобретению, в котором содержание связующего материала составляло 0,6 г на один грамм целлюлозных волокон, имеет осевую (продольную) прочность по меньшей мере близкую к таковой у картонного сердечника, или даже превышает прочность последнего, то есть, имеет улучшенную прочность на сдавливание.
Основные напряжения, испытываемые сердечником в процессе изготовления и при последующих манипуляциях до начала применения, имеют плоскостное, т.е. поперечное приложение, поэтому можно считать, что сердечник согласно предлагаемому изобретению полностью соответствует требованиям, предъявляемым в этом аспекте.
ТЕСТ НА РАСПАДЕНИЕ В ВОДЕ
Способность изготовленного согласно вышеописанному способу сердечника к распадению в воде измерялась в соответствии со стандартом NF Q34-020.
Было установлено, что его распадение в воде происходит очень легко.
2
Было установлено также, что сердечник начинал распадаться в воде скорее, чем аналогичный картонный сердечник, полученный путем наматывания одной ленты картона, грамматура которой составляет 280 г/м.
2
Поэтому сердечник согласно предлагаемому изобретению распадается в воде скорее, чем аналогичный картонный сердечник, полученный путем наматывания одной ленты картона, грамматура которой составляет 280 г/м, как с перемешиванием воды, так и в спокойной воде.
В контексте предлагаемого изобретения под аналогичным сердечником понимается сердечник, имеющий по существу тот же диаметр и ту же длину, что и сердечник согласно предлагаемому изобретению.
2
Кроме того, в продолжение сравнительных испытаний для измерения был применен тест согласно стандарту Afnor NF Q34-020, который показал, что витки картонного сердечника с грамматурой 400 г/м (две ленты) разделялись после 60/30 с, и сердечник начинал распадаться через три минуты. Его полное распадение имело место через 10 минут, но при этом оставались кусочки картона.