САЛФЕТОЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРНУЮ ДИСПЕРСИЮ
NAPKIN ARTICLE CONTAINING POLYMER DISPERSION

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Абсорбирующие салфеточные изделия, такие как салфеточные полотенца, косметические салфетки, туалетная бумага и другие подобные изделия, созданы таким образом, чтобы включать несколько важных свойств. Например, изделия должны иметь хороший объем, быть мягкими на ощупь и обладать высокой абсорбцией. Продукт также должен иметь хорошую прочность и устойчивость к разрыву, даже во влажном состоянии. К сожалению, очень трудно производить салфеточные изделия высокой прочности, которые также являются мягкими и высоко абсорбирующими. Обычно, если предпринимаются попытки улучшить одно из свойств изделия, другие характеристики изделия изменяются в худшую сторону.
Например, мягкость обычно увеличивают путем снижения или ослабления связи целлюлозных волокон в салфеточном изделии. Ингибирование или снижение связи волокон, однако, неблагоприятно влияет на прочность салфеточного полотна.
В других вариантах, мягкость повышается путем местного добавления мягчителя на внешние поверхности салфеточного полотна. Мягчитель может содержать, например, силикон. Силикон может наноситься на полотно с помощью печати, нанесения покрытия или распыления. Хотя силиконы делают салфеточные полотна более мягкими на ощупь, силиконы могут быть относительно дорогими и могут снижать прочность полотна, измеряемую как предел прочности на разрыв и/или абсорбированная энергия растяжения.
Для улучшения прочности, в прошлом, к салфеточным изделиям добавляли различные упрочняющие агенты. Упрочняющие агенты могут быть добавлены для улучшения прочности салфеточного полотна в сухом состоянии или прочности салфеточного полотна во влажном состоянии. Некоторые упрочняющие агенты считаются временными, так как они только поддерживают прочность салфеточного полотна во влажном состоянии в течение определенного периода времени. Временные влажные упрочняющие агенты, например, могут придавать прочность туалетной бумаге во время применения, но не предохраняют туалетную бумагу от разложения, когда ее выбрасывают в туалет и смывают в канализационную трубу или отстойник.
Связующие агенты также местно наносят на салфеточные изделия отдельно или вместе с операциями крепирования. Например, один из конкретных способов, который оказался очень удачным для производства бумажных полотенец и салфеток, описан в патенте США №3879257, Gentile et al., который полностью включен сюда в качестве ссылки. У Gentile et al. описан способ, в котором связующий материал наносят в виде тонкого определенного рисунка на волокнистое полотно. Затем полотно приклеивают к нагретой крепируемой поверхности и крепируют с поверхности. Связующий материал наносят на другую сторону полотна и полотно так же крепируют. Способ, описанный у Gentile et al., дает продукты для вытирания, имеющие исключительный объем, исключительную мягкость и хорошую впитывающую способность. Поверхностные области полотна также имеют превосходную прочность, стойкость к изнашиванию и свойства вытирать насухо.
Хотя способ и изделия, описанные у Gentile et al., предоставляют множество достижений в области производства бумажных впитывающих изделий, дальнейшее улучшение различных аспектов бумажных впитывающих изделий остается желательным. Например, все еще существует необходимость в определенных упрочняющих агентах, которые могут быть введены в салфеточные полотна без значительного неблагоприятного воздействия на мягкость полотен. Также существует необходимость в упрочняющем агенте, который может быть введен в полотно на любой стадии его производства. Например, существует необходимость в усиливающем агенте, который может быть добавлен к листовой целлюлозе до образования пульпы, водной суспензии волокон, применяемой для получения салфеточного полотна, к формованному салфеточному полотну до сушки и/или к салфеточному полотну, которое уже высушено.
Более того, в прошлом, аддитивные композиции, местно наносимые на салфеточные полотна, имели тенденцию, при определенных обстоятельствах, создавать проблему слипания, что приводит к склеиванию двух соседних салфеточных листов. Как таковая, существует необходимость в аддитивной композиции или усиливающем агенте, которые местно наносят на салфеточное полотно без создания проблем слипания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В общем, данное описание относится к влажным и сухим салфеточным изделиям, имеющим улучшенные свойства благодаря присутствию аддитивной композиции. Салфеточное изделие может включать, например, туалетную бумагу, косметические салфетки, бумажные полотенца, промышленные салфетки, влажные салфетки и подобные. Салфеточное изделие может содержать один слой или может содержать множество слоев. Аддитивная композиция может быть введена в салфеточное изделие для улучшения прочности изделия без значительного отрицательного воздействия на мягкость и/или слипание. Аддитивная композиция также может повышать прочность без сопутствующих проблем со слипанием. Аддитивная композиция может содержать, например, водную дисперсию, содержащую термопластичную смолу. Аддитивная композиция может быть добавлена к салфеточному изделию путем предварительной обработки волокон до формирования суспензии, добавления в конце стадии влажной обработки и/или местного нанесения на полотно во время или после процесса получения. В одном варианте, аддитивная композиция наносится местно на полотно, например во время операции крепирования.
3
В одном варианте, например, данное изобретение относится к салфеточному изделию, содержащему салфеточное полотно, содержащее волокна целлюлозы. Салфеточное полотно, например, может иметь пухлость в сухом состоянии, по крайней мере, 3 см/г. В соответствии с данным изобретением салфеточные изделия также содержат аддитивную композицию, присутствующую на или в салфеточном полотне. Аддитивная композиция содержит неволокнистые олефиновые полимеры, такие как альфа-олефиновые полимеры.
Аддитивная композиция, например, может содержать пленкообразователь, и олефиновый полимер может содержать сополимер этилена и, по крайней мере, одного сомономера, содержащего алкен, такой как 1-октен. Аддитивная композиция также может содержать диспергирующий агент, такой как карбоновая кислота. Примеры конкретных диспергирующих агентов, например, включают жирные кислоты, такие как олеиновая кислота или стеариновая кислота.
В одном конкретном варианте аддитивная композиция может содержать сополимер этилена и октена в сочетании с сополимером этилен-акриловой кислоты. Сополимер этилен-акриловой кислоты является не только термопластичной смолой, но также служит в качестве диспергирующего агента. Сополимер этилена и октена может присутствовать в сочетании с сополимером этилен-акриловой кислоты в массовом соотношении от около 1:10 до около 10:1, например от около 2:3 до около 3:2.
Композиция олефинового полимера может иметь кристалличность менее около 50%, например менее около 20%. Олефиновый полимер также может иметь индекс расплава менее около 1000 г/10 мин, например менее около 700 г/10 мин. Олефиновый полимер также может иметь относительно небольшой размер частиц, например от 0,1 микрона до около 5 микронов, при нахождении в водной дисперсии.
Аддитивная композиция может быть объединена с волокнами целлюлозы до формования салфеточного полотна. Альтернативно или в дополнение, аддитивная композиция может быть местно нанесена на, по крайней мере, одну сторону салфеточного полотна. Например, аддитивная композиция может быть распылена или напечатана на салфеточное полотно. В одном конкретном варианте салфеточное полотно крепируют после нанесения аддитивной композиции.
2
2
3
3
Основная масса бумажного полотна может варьироваться в зависимости от конкретного получаемого изделия. Для туалетной бумаги и косметических салфеток, например, салфеточное полотно может иметь основную массу от около 6 до около 40 г/м. Для бумажных полотенец или инвентаря для вытирания, с другой стороны, бумажное полотно может иметь основную массу от около 15 до около 90 г/м. Пухлость бумажного полотна также может варьироваться от около 3 до 20 см/г, например, от около 5 до 15 см/г.
В альтернативном варианте аддитивная композиция может содержать сополимер этилен-акриловой кислоты. Сополимер этилен-акриловой кислоты может присутствовать в аддитивной композиции в сочетании с диспергирующим агентом, таким как жирная кислота.
Данное изобретение также относится к различным способам получения салфеточных изделий. В одном варианте способ включает стадии формирования водной суспензии волокон. Волокна включают волокна целлюлозы. Затем водную суспензию волокон формуют в салфеточное полотно и салфеточное полотно сушат. В соответствии с данным изобретением аддитивную композицию добавляют в водную суспензию волокон или наносят на салфеточное полотно. Аддитивная композиция может включать водную дисперсию неволокнистого альфа-олефинового полимера, сополимера этилен-акриловой кислоты или их смеси. Кроме того, водная дисперсия может содержать диспергирующий агент.
Аддитивная композиция может быть нанесена на салфеточное полотно в количестве от около 0,1 до около 50% масс., например от около 0,5 до около 10% масс. Другие особенности и аспекты данного изобретения более подробно описаны ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полное и достаточное для воспроизведения описание данного изобретения, включая наилучший образ его осуществления для специалиста в данной области техники, представлено ниже более конкретно в остальной части описания, включая ссылки на сопутствующие чертежи, в которых:
на фигуре 1 представлена схематическая диаграмма машины для получения салфеточного полотна, иллюстрирующая получение многослойного салфеточного полотна, имеющего множество слоев в соответствии с данным изобретением;
на фигуре 2 представлена схематическая диаграмма одного варианта способа получения некрепированных высушенных сквозной сушкой салфеточных полотен для применения в соответствии с данным изобретением;
на фигуре 3 представлена схематическая диаграмма одного варианта способа получения крепированных во влажном состоянии, салфеточных полотен для применения в соответствии с данным изобретением;
на фигуре 4 представлена схематическая диаграмма одного варианта способа нанесения аддитивных композиций на каждую сторону салфеточного полотна и крепирования одной стороны полотна в соответствии с данным изобретением;
на фигуре 5 представлена горизонтальная проекция одного варианта шаблона, который применяют для нанесения аддитивных композиций на салфеточное полотно в соответствии с данным изобретением;
на фигуре 6 представлен другой вариант шаблона, который применяют для нанесения аддитивных композиций на бумажные полотенца в соответствии с данным изобретением;
на фигуре 7 представлена горизонтальная проекция другого альтернативного варианта шаблона, который применяют для нанесения аддитивных композиций на салфеточные полотна в соответствии с данным изобретением;
на фигуре 8 представлена схематическая диаграмма альтернативного варианта способа нанесения аддитивной композиции на одну сторону салфеточного полотна и крепирования одной стороны полотна в соответствии с данным изобретением; и
на фигурах 9-26 представлены результаты, полученные в описанных ниже примерах.
Повторяющееся применение номеров позиций в данном описании и на чертежах предназначено для обозначения одинаковых или аналогичных деталей или элементов данного описания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Специалисту в данной области техники понятно, что данное обсуждение является описанием только примерных вариантов и не является ограничивающим более широких аспектов данного изобретения.
В общем, данное изобретение связано с введением аддитивной композиции в салфеточное полотно для улучшения прочности полотна. Прочность полотна может быть увеличена без значительного негативного действия на ощущаемые свойства мягкости полотна. Аддитивная композиция может содержать полиолефиновую дисперсию. Например, полиолефиновая дисперсия может содержать полимерные частицы, имеющие относительно маленький размер, например менее около 5 микронов, в водной среде, при нанесении или введении в салфеточное полотно. При высушивании, однако полимерные частицы обычно неразличимы. Например, в одном варианте аддитивная композиция может содержать пленкообразующую композицию, которая образует прерывистую пленку. В некоторых вариантах полиолефиновая дисперсия может также содержать диспергирующий агент.
Как более подробно описано ниже, аддитивная композиция может быть введена в салфеточное полотно с применением различных методик и на различных стадиях производства салфеточного изделия. Например, в одном варианте аддитивная композиция может быть объединена с водной суспензией волокон, которую применяют для получения салфеточного полотна. В альтернативном варианте аддитивная композиция может быть нанесена на сухую пульпу, которую применяют для получения водной суспензии волокон. В еще одном варианте аддитивная композиция может быть местно нанесена на салфеточное полотно, пока салфеточное полотно является влажным или после того, как салфеточное полотно будет высушено. Например, аддитивная композиция может быть нанесена на салфеточное полотно во время операции крепирования. В частности, было обнаружено, что аддитивная композиция хорошо подходит для приклеивания салфеточного полотна к крепирующей поверхности во время процесса крепирования.
Было обнаружено, что применение аддитивной композиции, содержащей полиолефиновую дисперсию, придает различную пользу и преимущества в зависимости от конкретного варианта. Например, было обнаружено, что аддитивная композиция улучшает средний геометрический предел прочности на разрыв и среднюю геометрическую энергию растяжения, абсорбированную обработанными салфеточными полотнами, по сравнению с необработанными полотнами. Далее, указанные выше свойства прочности на разрыв могут быть улучшены без значительного отрицательного воздействия на жесткость салфеточных полотен по сравнению с необработанными полотнами и по сравнению с салфеточными полотнами, обработанными силиконовыми композициями, которые обычно получали в прошлом. Таким образом, салфеточные полотна в соответствии с данным изобретением могут иметь ощущаемую мягкость, сходную или эквивалентную салфеточным полотнам, обработанным силиконовой композицией. Салфеточные полотна, полученные в соответствии с данным изобретением, однако, могут иметь значительно улучшенные свойства прочности при тех же уровнях ощущаемой мягкости.
Увеличение свойств прочности также сравнимо с салфеточными полотнами известного уровня техники, обработанными связующим материалом, таким как сополимер этилен-винилацетата. Проблемы слипания, однако, которые приводят к слипанию соседних листов, значительно снижаются, если салфеточные полотна получают в соответствии с данным изобретением, по сравнению с полотнами, обработанными аддитивной композицией на основе сополимера этилен-винилацетата, как делали в прошлом.
Представленные выше преимущества и польза могут быть получены введением аддитивной композиции в салфеточное полотно фактически на любой стадии производства полотна. Аддитивная композиция обычно содержит водную дисперсию, содержащую, по крайней мере, одну термопластичную смолу, воду и, необязательно, по крайней мере, один диспергирующий агент. Термопластичная смола присутствует в дисперсии в виде частиц относительно небольшого размера. Например, средний объемный размер частиц полимера может быть менее около 5 микронов. Актуальный размер частиц может зависеть от различных факторов, включая термопластичный полимер, присутствующий в дисперсии. Таким образом, средний объемный размер частиц может быть от около 0,05 микрона до около 5 микронов, например менее около 4 микронов, например менее около 3 микронов, например менее около 2 микронов, например менее около 1 микрона. Размер частиц может быть измерен на светорассеивающем анализаторе размера частиц Coulter LS230 или другом подходящем оборудовании. При присутствии в водной дисперсии и при присутствии в салфеточном полотне термопластичная смола обычно находится в неволокнистой форме.
Гранулометрический состав полимерных частиц в дисперсии может быть менее или равным до около 2,0, например менее 1,9, 1,7 или 1,5.
Примеры водных дисперсий, которые могут быть введены в аддитивную композицию в соответствии с данным изобретением, описаны, например, в публикации заявки на патент США №2005/0100754, публикации заявки на патент США №2005/0192365, публикации РСТ №WO 2005/021638 и публикации РСТ №WO 2005/021622, которые включены сюда в качестве ссылки.
n
2n
Термопластичная смола, содержащаяся в аддитивной композиции, может варьироваться в зависимости от конкретного применения и желаемого результата. В одном варианте, например, термопластичной смолой является олефиновый полимер. В данном описании олефиновый полимер относится к классу ненасыщенных углеводородов с открытой цепью, имеющих общую формулу CH. Олефиновый полимер может присутствовать в виде сополимера, такого как интерполимер. В данном описании в основном олефиновый полимер относится к полимеру, который содержит менее около 1% замещения.
4
20
2
1
20
6
20
3
В одном конкретном варианте, например, олефиновый полимер может содержать альфа-олефиновый сополимер этилена с, по крайней мере, одним сомономером, выбранным из группы, включающей С-С линейный, разветвленный или циклический диен, или соединение этиленвинила, такое как винилацетат, и соединение, представленное формулой HC=CHR, где R является C-C линейной, разветвленной или циклической алкильной группой или С-С арильной группой. Примеры сомономеров включают пропилен, 1-бутен, 3-метил-1-бутен, 4-метил-1-пентен, 3-метил-1-пентен, 1-гептен, 1-гексен, 1-октен, 1-децен и 1-додецен. В некоторых вариантах сополимер этилена имеет плотность менее около 0,92 г/см.
4
20
2
1
20
6
20
В других вариантах термопластичная смола содержит альфа-олефиновый сополимер пропилена с, по крайней мере, одним сомономером, выбранным из группы, включающей этилен, С-С линейный, разветвленный или циклический диен и соединение, представленное формулой НС=CHR, где R является C-С линейной, разветвленной или циклической алкильной группой или С-С арильной группой. Примеры сомономеров включают этилен, 1-бутен, 3-метил-1-бутен, 4-метил-1-пентен, 3-метил-1-пентен, 1-гептен, 1-гексен, 1-октен, 1-децен и 1-додецен. В некоторых вариантах сомономер присутствует в количестве от около 5 до около 25% масс. сополимера. В одном варианте применяют пропилен-этиленовый сополимер,
Другие примеры термопластичных смол, которые могут применяться в соответствии с данным изобретением, включают гомополимеры и сополимеры (включая эластомеры) олефина, такие как этилен, пропилен, 1-бутен, 3-метил-1-бутен, 4-метил-1-пентен, 3-метил-1-пентен, 1-гептен, 1-гексен, 1-октен, 1-децен и 1-додецен, обычно представленные полиэтиленом, полипропиленом, поли-1-бутен, поли-3-метил-1-бутен, поли-3-метил-1-пентен, поли-4-метил-1-пентен, этилен-пропиленовый сополимер, этилен-1-бутеноый сополимер и пропилен-1-бутеновый сополимер; сополимеры (включая эластомеры) альфа-олефина с конъюгированным или не конъюгированным диеном, обычно представленные этилен-бутадиеновым сополимером и этилен-этилиденовым сополимером; и полиолефины (включая эластомеры), такие как сополимеры двух или более альфа-олефинов с конъюгированным диеном, обычно представленные этилен-пропилен-бутадиеновым сополимером, этилен-пропилен-дициклопентадиеновым сополимером, этилен-пропилен-1,5-гексадиеновым сополимером и этилен-пропилен-этилиденнорборненовым сополимером; сополимеры этилена-винилового соединения, такие как этилен-винилацетатные сополимеры с N-метилольными функциональными сомономерами, сополимеры этилен-винилового спирта с N-метилольными функциональными сомономерами, сополимер этилен-винилхлорида, сополимеры этилен-акриловой кислоты или этилена-(мет)акриловой кислоты, и этилен-(мет)акрилатный сополимер; стирольные сополимеры (включая эластомеры), такие как полистирол, ABS, акрилонитрил-стирольный сополимер, метилстирол-стирольный сополимер; и стирольные блок-сополимеры (включая эластомеры), такие как стирол-бутадиеновый сополимер и его гидрат, и стирол-изопрен-стирольный триблоксополимер; поливиниловые соединения, такие как хлорид поливинила, хлорид поливинилидена, сополимер хлорида винил-хлорида винилидена, акрилат полиметила и меткрилат полиметила; полиамиды, такие как нейлон 6, нейлон 6,6, и нейлон 12; термопластичные сложные полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат; поликарбонат, оксид полифенилена и подобные. Эти смолы могут применяться отдельно или в сочетании двух или более.
В конкретных вариантах применяют полиолефины, такие как полипропилен, полиэтилен и их сополимеры и смеси, а также этилен-пропилен-диеновые тройные сополимеры. В некоторых вариантах олефиновые полимеры включают гомогенные полимеры, описанные в патенте США №3645992 Elston; полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), описанный в патенте США №4076698 Anderson; гетерогенно разветвленный линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП); гетерогенно разветвленный линейный полиэтилен очень низкой плотности (ЛПЭОНП); гомогенно разветвленные линейные сополимеры этилена/альфа-олефина; гомогенно разветвленные практически линейные полимеры этилена/альфа-олефина, которые могут быть получены, например, способом, описанным в патентах США №№5272236 и 5278272, описание способа включено сюда в качестве ссылки; и получаемые свободнорадикальной полимеризацией при высоком давлении этиленовый полимеры и сополимеры, такие как полиэтилен низкой плотности (ПЭНП).
В еще одном варианте данного изобретения термопластичная смола содержит сополимер этилен-карбоновой кислоты, такой как сополимеры этилен-акриловой кислоты (ЭАК) и этилен-метакриловой кислоты, такие как, например, доступные под торговьм наименованием PRIMACOR™ от The Dow Chemical Company, NUCREL™ от DuPont и ESCOR™ от ExxonMobil, и описанные в патентах США №№4599392, 4988781 и 59384373, каждый из которых полностью включен сюда в качестве ссылки, и сополимеры этилен-винилацетата (ЭВА). Полимерные композиции, описанные в патентах США №№6538070, 6566446, 5869575, 6448341, 5677383, 6316549, 6111023 или 5844045, каждый из которых полностью включен сюда в качестве ссылки, также применимы в некоторых вариантах. Конечно, также могут применяться смеси полимеров. В некоторых вариантах смеси включают два различных полимера Зиглера-Натта. В других вариантах смеси могут включать смеси полимеров Зиглера-Ватта и металлоцена. В других вариантах применяемая здесь термопластичная смола представляет собой смесь из двух различных металлоценовых полимеров.
В одном конкретном варианте термопластичная смола включает альфа-олефиновый сополимер этилена и сомономера, включающего алкен, такой как 1-октен. Сополимер этилена и октена может присутствовать в аддитивной композиции отдельно или в сочетании с другой термопластичной смолой, такой как сополимер этилен-акриловой кислоты. Особенно предпочтительно, сополимер этилен-акриловой кислоты является не только термопластичной смолой, но также служит в качестве диспергирующего агента. В некоторых вариантах аддитивная композиция должна содержать пленкообразующую композицию. Также было обнаружено, что сополимер этилен-акриловой кислоты может содействовать образованию пленок, в то время как сополимер этилена и октена снижает жесткость. При нанесении на салфеточное полотно композиция может образовывать или может не образовывать пленку на изделии, в зависимости от того, как наносят композицию и количества наносимой композиции. При образовании пленки на салфеточном полотне пленка может быть сплошной или прерывистой. Если присутствуют оба, массовое соотношение между сополимером этилена и октена и сополимера этилен-акриловой кислоты может быть от около 1:10 до около 10:1, например от около 3:2 до около 2:3.
Термопластичная смола, такая как сополимер этилена и октена, может иметь кристалличность менее около 50%, например менее около 25%. Полимер может быть получен с применением катализатора с единым центром полимеризации на металле и может иметь средневесовую молекулярную массу от около 15000 до около 5 миллионов, например от около 20000 до около 1 миллиона. Молекулярно-массовое распределение полимера может быть от около 1,01 до около 40, например от около 1,5 до около 20, например от около 1,8 до около 10.
В зависимости от термопластичного полимера индекс расплава полимера может варьироваться от около 0,001 г/10 мин до около 1000 г/10 мин, например от около 0,5 г/10 мин до около 800 г/10 мин. Например, в одном варианте индекс расплава термопластичной смолы может быть от около 100 г/10 мин до около 700 г/10 мин.
Термопластичная смола также может иметь относительно низкую температуру плавления. Например, температура плавления термопластичной смолы может быть менее около 140°С, например менее чем 130°С, например менее чем 120°С. Например, в одном варианте температура плавления может быть менее около 90°С. Температура стеклования термопластичной смолы также может быть относительно низкой. Например, температура стеклования может быть менее около 50°С, например менее около 40°С.
Одна или более термопластичные смолы могут содержаться в аддитивной композиции в количестве от около 1 до около 96% масс. Например, термопластичная смола может присутствовать в водной дисперсии в количестве от около 10 до около 70% масс., например от около 20 до около 50% масс.
В дополнение к, по крайней мере, одной термопластичной смоле водная дисперсия может содержать диспергирующий агент. Диспергирующим агентом является агент, который способствует образованию и/или стабилизации дисперсии. Один или более диспергирующих агента могут быть введены в состав аддитивной композиции.
В общем, может применяться любой подходящий диспергирующий агент. В одном варианте, например, диспергирующий агент содержит, по крайней мере, одну карбоновую кислоту, соли, по крайней мере, одной карбоновой кислоты или сложный эфир карбоновой кислоты или соль сложного эфира карбоновой кислоты. Примеры карбоновых кислот, применяемых в качестве диспергатора, включают жирные кислоты, такие как монтановая кислота, стеариновая кислота, олеиновая кислота и подобные. В некоторых вариантах карбоновая кислота, соль карбоновой кислоты или фрагмент, по крайней мере, одной карбоновой кислоты сложного эфира карбоновой кислоты или фрагмент, по крайней мере, одной карбоновой кислоты соли сложного эфира карбоновой кислоты имеет менее 25 атомов углерода. В других вариантах, карбоновая кислота, соль карбоновой кислоты или фрагмент, по крайней мере, одной карбоновой кислоты сложного эфира карбоновой кислоты или фрагмент, по крайней мере, одной карбоновой кислоты соли сложного эфира карбоновой кислоты имеет от 12 до 25 атомов углерода. В некоторых вариантах предпочтительны карбоновая кислота, соль карбоновой кислоты или фрагмент, по крайней мере, одной карбоновой кислоты сложного эфира карбоновой кислоты или фрагмент, по крайней мере, одной карбоновой кислоты соли сложного эфира карбоновой кислоты, которые имеют от 15 до 25 атомов углерода. В других вариантах количество атомов углерода составляет от 25 до 60. Некоторые примеры солей содержат катион, выбранный из группы, включающей катион щелочного металла, катион щелочноземельного металла или катион аммония или алкиламмония.
В других вариантах диспергирующий агент выбирают из группы, включающей полимеры этилен-карбоновой кислоты и их соли, такие как сополимеры этилен-акриловой кислоты или сополимеры этилен-метакриловой кислоты.
В других вариантах диспергирующий агент выбирают из карбоксилатов алкилового эфира, петролейных сульфонатов, сульфонированного полиоксиэтиленированного спирта, сульфированных или фосфатированных полиоксиэтиленированных спиртов, полимерных диспергирующих агентов на основе оксида этилена/ оксида пропилена/ оксида этилена, первичных и вторичных этоксилатов спирта, алкилгликозидов и алкилглицеридов.
Если в качестве диспергирующего агента применяют сополимер этилен-акриловой кислоты, сополимер также может быть термопластичной смолой.
В одном конкретном варианте водная дисперсия содержит сополимер этилена и октена, сополимер этилен-акриловой кислоты и жирную кислоту, такую как стеариновая кислота или олеиновая кислота. Диспергирующий агент, такой как карбоновая кислота, может присутствовать в водной дисперсии в количестве от около 0,1 до около 10% масс.
В дополнение к указанным выше компонентам водная дисперсия также содержит воду. Вода может быть добавлена в виде деионизированной воды, при желании. рН водной дисперсии обычно составляет менее около 12, например от около 5 до около 11,5, например от около 7 до около 11. Водная дисперсия может иметь содержание сухих веществ менее около 75%, например менее около 70%. Например, содержание сухих веществ в водной дисперсии может варьироваться от около 5 до около 60%. В общем, содержание сухих веществ может варьироваться в зависимости от способа, которым аддитивную композицию наносят или вводят в состав салфеточного полотна. Например, при введении в салфеточное полотно во время его получения, то есть при добавлении в водную суспензию волокон, может применяться относительно высокое содержание сухих веществ. При местном нанесении, например распылением или печатью, однако, может применяться более низкое содержание сухих веществ для улучшения обрабатываемости через распыляющее или печатающее устройство.
Хотя для получения водной дисперсии может применяться любой метод, в одном варианте дисперсия может быть получена методом перемешивания в расплаве. Например, месильная машина может содержать смеситель Banbury, одночервячный экструдер или многочервячный экструдер. Перемешивание в расплаве может проводиться в условиях, которые обычно применяют для перемешивания в расплаве одной или более термопластичных смол.
В одном конкретном варианте способ включает перемешивание в расплаве соединений, которые составляют дисперсию. Машина для перемешивания в расплаве может включать множество входов для различных компонентов. Например, экструдер может включать четыре входа, расположенных в ряд. Далее, при желании, вакуумный вентиляционный клапан может быть добавлен в качестве необязательной позиции экструдера.
В некоторых вариантах дисперсию сначала разбавляют до содержания от около 1 до около 3% масс. воды и затем, последовательно, далее разбавляют до содержания более чем около 25% масс. воды.
При обработке салфеточных полотен в соответствии с данным изобретением аддитивная композиция, содержащая водную полимерную дисперсию, может быть нанесена на салфеточное полотно местно, или может быть введена в салфеточное полотно путем предварительного смешивания с волокнами, которые затем применяют для получения полотна. При местном нанесении аддитивная композиция может быть нанесена на салфеточное полотно, находящееся в сухом или влажном состоянии. В одном варианте аддитивная композиция может быть местно нанесена на полотно в процессе крепирования. Например, в одном варианте аддитивная композиция может быть разбрызгана на полотно или на нагретый сушильный барабан для прилипания полотна к сушильному барабану. Затем полотно может быть крепировано с сушильного барабана. Если аддитивную композицию наносят на полотно и затем его прилепляют к сушильному барабану, композиция может быть однородно нанесена на всю поверхность полотна или в соответствии с конкретным шаблоном.
При местном нанесении на салфеточное полотно аддитивная композиция может быть разбрызгана на полотно, экструдирована на полотно или напечатана на полотно. При экструдировании на полотно может применяться любое подходящее экструдирующее устройство, такое как щелевой экструдер для нанесения покрытий или экструдер для выдутого из расплава красителя. При печати на полотно, может применяться любое подходящее печатающее устройство. Например, может применяться струйный принтер или устройство ротационной глубокой печати.
В одном варианте аддитивная композиция может быть нагрета до или во время нанесения на салфеточное полотно. Нагревание композиции может снизить вязкость для облегчения нанесения. Например, аддитивная композиция может быть нагрета до температуры от около 50 до около 150°С.
Салфеточные изделия в соответствии с данным изобретением могут включать однослойные салфеточные изделия или многослойные салфеточные изделия. Например, в одном варианте продукт может включать два слоя или три слоя.
3
В общем, любое подходящее салфеточное полотно может быть обработано в соответствии с данным изобретением. Например, в одном варианте основа может представлять собой салфеточное изделие, такое как туалетная бумага, косметическая салфетка, бумажное полотенце, промышленная салфетка и подобные. Салфеточные изделия обычно имеют объемную плотность, по крайней мере, 3 см/г. Бумажные изделия могут содержать один или более слоя и могут быть получены из любого подходящего типа волокна.
Волокна, подходящие для получения салфеточных полотен, включают любые природные или синтетические целлюлозные волокна, включающие, но не ограниченные ими, недревесные волокна, такие как хлопок, абака, кенаф, сабаи, лен, эспарто, солому, джут, жмых, волокна шелка-сырца и волокна листьев ананаса; и древесные или целлюлозные волокна, такие как полученные из лиственных и хвойных деревьев, включая волокна хвойной древесины, такие как крафт-целлюлоза из северной и южной хвойной древесины; волокна лиственной древесины, такие как эвкалипт, клен и тополь. Целлюлозные волокна могут быть получены в высокопродуктивных и низкопродуктивных формах и могут быть превращены в пульпу любым известным методом, включая крафтовый, сульфитный, высокопродуктивные методы превращения в пульпу и другие известные методы превращения в пульпу. Также могут применяться волокна, полученные методами превращения в пульпу в органическом растворителе, включая волокна и методы, описанные в патенте США №4793898, выданном 27 декабря 1988, Laamanen et al.; патенте США №4594130, выданном 10 июня 1986, Chang et al.; и патенте США №3585104. Полезные волокна также могут быть получены превращением в пульпу в антрахиноне, представленном в патенте США №5595628, выданном 21 января 1997, Gordon et al.
Часть волокон, например, вплоть до 50% или менее на сухую массу, или от около 5 до около 30% на сухую массу, могут быть синтетическими волокнами, такими как вискоза, полиолефиновые волокна, полиэфирные волокна, бикомпонентные волокна с сердечником, мультикомпонентные связующие волокна и подобные. Примером полиэтиленового волокна является Pulpex, от Hercules, Inc. (Wilmington, DE). Может применяться любой известный метод отбеливания. Синтетические целлюлозные волокна включают вискозу во всех ее разновидностях и другие волокна, полученные из вискозы или химически модифицированной целлюлозы.
Могут применяться химически обработанные природные целлюлозные волокна, такие как мерсеризированная пульпа, химически жесткие волокна или поперечно-сшитые волокна, или сульфонированные волокна. Для получения хороших механических свойств при применении волокон для получения бумаги может быть желательным, чтобы волокна были относительно неповрежденные и в значительной степени неочищенные или только слегка очищенные. Хотя могут применяться переработанные волокна, свежие волокна обычно применяют из-за их механических свойств и отсутствия примесей. Могут применяться мерсеризированные волокна, регенерированные целлюлозные волокна, целлюлоза, произведенная микробами, вискоза и другой целлюлозный продукт или производные целлюлозы. Подходящие волокна для получения бумаги также включают переработанные волокна, свежие волокна или их смеси. В определенных вариантах для получения высокого объема и хороших свойств сжатия волокна могут иметь садкость согласно канадскому стандарту, по крайней мере, 200, более предпочтительно, по крайней мере, 300, еще более предпочтительно, по крайней мере, 400, и наиболее предпочтительно, по крайней мере, 500.
Другие волокна для получения бумаги, которые могут применяться в соответствии с данным изобретением, включают бумажные обрывки или переработанные волокна и высокопродуктивные волокна. Высокопродуктивные целлюлозные волокна включают такие волокна для получения бумаги, полученные методами превращения в пульпу, дающими выход около 65% или выше, более предпочтительно, около 75% или выше, и еще более предпочтительно, от около 75 до около 95%. Выходом является полученное количество обработанных волокон, выраженное в процентах от исходной древесной массы. Такие методы превращения в пульпу включают отбеленную хемитермомеханическую пульпу (ВСТМР), хемитермомеханическую пульпу (СТМР), давление/давление термомеханическую пульпу (РТМР), термомеханическую пульпу (ТМР), термомеханическую химическую пульпу (ТМСР), высокопродуктивные сульфитные пульпы и высокопродуктивные крафт-целлюлозы, где во всех случаях полученные волокна имеют высокие уровни лигнина. Высокопродуктивные волокна хорошо известны своей жесткостью в сухом и влажном состоянии относительно типовых химически превращенных в пульпу волокон.
В общем, любой метод, которым может быть получено бумажное полотно, также может применяться в соответствии с данным изобретением. Например, в методе получения бумаги в соответствии с данным изобретением может применяться крепирование, влажное крепирование, двойное крепирование, тиснение, влажное прессование, сухое прессование, сквозная сушка, сушка на воздухе с крепированием, сушка на воздухе без крепирования, гидроперепутывание, укладка воздухом, коформование и другие методы, известные в данной области техники.
Также в качестве продуктов в соответствии с данным изобретением подходят салфеточные листы, которые уплотнены или впечатаны по шаблону, такие как салфеточные листы, описанные в любом из следующих патентов США №№: 4514345, выданном 30 апреля 1985, Johnson et al.; 4528239, выданном 9 июля 1985, Trokhan; 5098522, выданном 24 марта 1992; 5260171, выданном 9 ноября 1993, Smurkoski et al.; 5275700, выданном 4 января 1994, Trokhan; 5328565, выданном 12 июля 1994, Rasch et al.; 5334289, выданном 2 августа 1994, Trokhan et al.; 5431786, выданном 11 июля 1995, Rasch et al.; 5496624, выданном 5 марта 1996, Steltjes Jr. et al.; 5500277 выданном 19 марта 1996, Trokhan et al.; 5514523, выданном 7 мая 1996, Trokhan et al.; 5554467, выданном 10 сентября 1996, Trokhan et al.; 5566724, выданном 22 октября 1996, Trokhan et al.; 5624790, выданном 29 апреля 1997, Trokhan et al.; и 5628876, выданном 13 мая 1997, Ayers et al., описания которых включены сюда в качестве ссылок в том объеме, в котором они не противоречат сказанному здесь. Такие листы с оттиском могут иметь сеть уплотненных областей, которые получаются путем оттиска по сушильному барабану с применением впечатывающего полотна, и области, которые относительно менее уплотнены (т.е. «купола» на салфеточном листе), соответствующие местам прогиба впечатывающего полотна, где салфеточный лист, совмещенный с местами прогиба, выгнут вследствие перепада давлений воздуха поперек мета прогиба с получением областей более низкой плотности типа подушек или куполов на салфеточном листе.
Салфеточное полотно также может быть получено без значительной внутренней прочности соединения волокна с волокном. В этом смысле, волокнистая композиция, применяемая для получения основного полотна, может быть обработана химическим разрыхляющим агентом. Разрыхляющий агент может быть добавлен к суспензии волокон во время процесса превращения в пульпу или может быть добавлен непосредственно в пульпораспределитель. Подходящие разрыхляющие агенты, которые могут применяться в соответствии с данным изобретением, включают катионные разрыхляющие агенты, такие как соли четвертичного амина с жирным диалкилом, соли третичного амина с моножирным алкилом, соли первичного амина, четвертичные соли имидазолина, четвертичную соль силикона и соли амина с ненасыщенным жирным алкилом. Другие подходящие разрыхляющие агенты описаны в патенте США №5529665, Kaun, который включен сюда в качестве ссылки. В частности, у Kaun описано применение катионных композиций силикона в качестве разрыхляющих агентов.
В одном варианте разрыхляющий агент, применяемый в способе в соответствии с данным изобретением, представляет собой органический хлорид четвертичного аммония и, особенно, соль амина на основе силикона с хлоридом четвертичного аммония. Например, разрыхляющим агентом может быть PROSOFT TQ1003, продаваемый Hercules Corporation. Разрыхляющий агент может быть добавлен к суспензии волокон в количестве от около 1 кг на метрическую тонну до около 10 кг на метрическую тонну волокон, присутствующих в суспензии.
В альтернативном варианте разрыхляющий агент может быть агентом на основе имидазолина. Разрыхляющий агент на основе имидазолина может быть получен, например, от Witco Corporation. Разрыхляющий агент на основе имидазолина может быть добавлен в количестве от 2,0 до около 15 кг на метрическую тонну.
В одном варианте разрыхляющий агент может быть добавлен в композицию волокон согласно способу, описанному в заявке РСТ с номером международной публикации WO 99/34057, поданной 17 декабря 1998, или в заявке РСТ с номером международной публикации WO 00/66835, поданной 28 апреля 2000, которые обе включены сюда в качестве ссылки. В указанных выше публикациях описан способ, в котором химическую добавку, такую как разрыхляющий агент, адсорбируют в целлюлозные волокна для получения бумаги в больших количествах. Способ включает стадию обработки суспензии волокон избытком химической добавки, выстаивание в течение времени, достаточного для адсорбции, фильтрацию суспензии для удаления неадсорбированных химических добавок и повторное диспергирование фильтрованной пульпы в свежей воде перед получением нетканого полотна.
Необязательные химические добавки также могут быть добавлены в водную композицию для получения бумаги или в сформованное начальное полотно для придания дополнительных преимуществ изделию и способу, и они не должны противодействовать предполагаемым преимуществам данного изобретения. Представленные ниже материалы являются примерами дополнительных химикатов, которые могут быть нанесены на полотно вместе с аддитивной композицией в соответствии с данным изобретением. Химикаты включены в качестве примеров и не ограничивают объем данного изобретения. Такие химикаты могут быть добавлены на любой стадии процесса получения бумаги, включая добавление одновременно с аддитивной композицией в процессе получения пульпы, где указанная добавка или добавки смешивают непосредственно с аддитивной композицией.
Дополнительные типы химикатов, которые могут быть добавлены к бумажному полотну, включают, но не ограничены ими, добавки, улучшающие впитывающую способность, обычно в виде катионных, анионных или неионных поверхностно-активных веществ, гигроскопические вещества и пластификаторы, такие как полиэтиленгликоли с низкой молекулярной массой и полигидроксисоединения, такие как глицерин и пропиленгликоль. Материалы, которые обеспечивают здоровье кожи, такие как минеральное масло, экстракт алоэ, витамин Е, силикон, лосьоны и подобные могут быть введены в конечные изделия.
В общем, продукты в соответствии с данным изобретением могут применяться в сочетании с любыми известными материалами и химикатами, которые не противодействуют предполагаемому применению. Примеры таких материалов включают, но не ограничены ими, агенты для контроля запаха, такие как поглотители запаха, волокна и частицы активированного угля, детская присыпка, пищевая сода, хелатирующие агенты, цеолиты, парфюмерные добавки или другие отдушки, соединения циклодекстрина, окислители и подобные. Также могут применяться суперабсорбирующие частицы, синтетические волокна или пленки. Дополнительные необязательные компоненты включают катионные красители, оптические отбеливатели, гигроскопические вещества, мягчительные средства и подобные.
Салфеточные полотна, которые могут быть обработаны в соответствии с данным изобретением, могут включать один гомогенный слой волокон, или могут включать многослойные или слоистые структуры. Например, слой салфеточного полотна может включать два или три слоя волокон. Каждый слой может иметь разные композиции волокон. Например, на Фиг.1 показан один вариант устройства для получения многослойной композиции пульпы. Как показано, трехслойный пульпораспределитель 10 обычно включает верхнюю стенку пульпораспределителя 12 и нижнюю стенку пульпораспределителя 14. Пульпораспределитель 10 также включает первую перегородку 16 и вторую перегородку 18, которые разделяют три слоя сырья волокон. Каждый из слоев волокон содержит разбавленную водную суспензию волокон для получения бумаги. Конкретные волокна, содержащиеся в каждом слое, обычно зависят от получаемого продукта и желаемых результатов. Например, композиция волокон каждого слоя может варьироваться в зависимости от того, получают ли туалетную бумагу, косметические салфетки или бумажные полотенца. В одном варианте, например, средний слой 20 содержит крафт-целлюлозу из южной древесины, либо отдельно, либо в сочетании с другими волокнами, такими как высокопроизводительные волокна. Внешние слои 22 и 24, с другой стороны, содержит волокна хвойной древесины, такие как крафт-целлюлоза северной хвойной древесины.
В альтернативном варианте средний слой может содержать волокна хвойной древесины для прочности, а внешние слои могут содержать волокна лиственной древесины, такие как волокна эвкалипта, для мягкости.
Бесконечная движущаяся формующая сетка 26, подходящим образом поддерживаемая и движимая валиками 28 и 30, принимает слоистое сырье для получения бумаги, выходящее из пульпораспределителя 10. Как только она оказывается на сетке 26, слоистая суспензия волокон выпускает воду через сетку как показано стрелками 32. Удаление воды достигается сочетаниями силы тяжести, центробежной силы и вакуумного отсоса в зависимости от формующей конфигурации.
Формованные многослойные бумажные полотна также описаны в патенте США №5129988, Farrington Jr., который включен сюда в качестве ссылки.
В соответствии с данным изобретением аддитивная композиция, в одном варианте, может быть объединена с водной суспензией волокон, которую подают в пульпораспределитель 10. Аддитивная композиция, например, может наноситься только на один слой в многослойной композиции волокон или на все слои. При добавлении в конце процесса обработки во влажном состоянии или другим объединением с водной суспензией волокон, аддитивная композиция оказывается введенной в состав волокнистого слоя.
При объединении с водной суспензией волокон в конце процесса обработки во влажном состоянии, в аддитивной композиции также может присутствовать вещество для повышения удерживаемости. Например, в одном конкретном варианте вещество для повышения удерживаемости может содержать хлорид полидиаллалдиметиламмония. Аддитивная композиция может быть введена в салфеточное полотно в количестве от около 0,01 до около 30% масс., например от около 0,5 до около 20% масс. Например, в одном варианте, аддитивная композиция может присутствовать в количестве вплоть до около 10% масс. Указанные выше проценты даны по отношению к массе твердых веществ, которые добавляют в салфеточное полотно.
2
2
2
2
Основная масса бумажных полотен, полученных в соответствии с данным изобретением, может варьироваться в зависимости от конечного продукта. Например, способ может применяться для получения туалетной бумаги, косметических салфеток, промышленных салфеток, бумажных полотенец и подобных. В общем, основная масса бумажных изделий может варьироваться от около 10 до около 110 г/м, например от около 20 до около 90 г/м. Для туалетной бумаги и косметических салфеток, например, основная масса может варьироваться от около 10 до около 40 г/м. Для бумажных полотенец, с другой стороны, основная масса может варьироваться от около 25 до около 80 г/м.
3
3
Пухлость салфеточного полотна также может варьироваться от 3 до 20 см/г, например от около 5 до 15 см/г. «Пухлость» листа рассчитывают как соотношение толщины сухого бумажного листа, выраженной в микронах, деленной на основную массу в сухом состоянии, выраженную в граммах на квадратный метр. Полученную пухлость листа выражают в кубических сантиметрах на грамм. Более конкретно, толщину измеряют как общую толщину пачки из десяти листов, и делят показатель общей толщины пачки на десять, где каждый лист в пачке расположен одинаковыми сторонами вверх. Толщину измеряют согласно методу тестирования TAPPI T411 om-89 "Thickness (caliper) of Paper, Paperboard, and Combined Board" с учетом примечания 3 для пачек листов. Микрометром, применяемым для проведения T411 om-89, является Emveco 200-A Tissue Caliper Tester от Emveco, Inc., Newberg, Oregon. Микрометр имеет усилие 2,00 килопаскаля (132 граммов на квадратный дюйм), площадь нажимной лапы 2500 квадратных миллиметров, диаметр нажимной лапы 56,42 миллиметров, время пребывания 3 секунды и скорость опускания 0,8 миллиметров в секунду.
2
2
2
В многослойных изделиях основная масса каждого бумажного полотна, присутствующего в изделии, также может варьироваться. В общем, общая основная масса многослойного изделия является такой же, как указана выше, например от около 20 до около 110 г/м. Таким образом, основная масса каждого слоя может быть от около 10 до около 60 г/м, например от около 20 до около 40 г/м.
Как только водную суспензию волокон формуют в салфеточное полотно, салфеточное полотно может быть обработано с применением различных методик и методов. Например, согласно Фиг.2, показан способ получения высушенных сквозным методом салфеточных листов. (Для простоты, различные натяжные валы, применяемые на схеме для определения нескольких гонов полотна, показаны, но не пронумерованы. Понятно, что варианты аппарата и метода, показанных на Фиг.2, могут быть проведены не выходя за рамки общего способа.) Показана двухсеточная отливная машина, имеющая пульпораспределитель 34 для получения бумаги, такой как многослойный пульпораспределитель, который выпрыскивает или выпускает поток 36 водной суспензии волокон для получения бумаги на формующую сетку 38, расположенную на формующем валу 39. Формующая сетка служит для поддержки и продвижения свежеполученного влажного полотна для дальнейшей обработки, в то время как полотно частично обезвоживается до консистенции около 10% массы в сухом состоянии. Может быть проведено дополнительное обезвоживание влажного полотна, такое как вакуумный отсос, пока влажное полотно находится на формующей сетке.
Затем влажное полотно переносится с формующей сетки на перемещающую сетку 40. В одном варианте перемещающая сетка может двигаться с меньшей скоростью, чем формующая сетка, для придания повышенной прочности полотну. Это обычно называют «стремительным» перемещением. Предпочтительно, перемещающая сетка имеет пористость, равную или меньше, чем тот же показатель формующей сетки. Относительная разница скорости между двумя сетками может быть от 0-60%, более конкретно, от около 15-45%. Перемещение предпочтительно осуществляют с помощью вакуумной направляющей 42 таким образом, чтобы формующая сетка и перемещающая сетка одновременно сходились и расходились в ведущей кромке вакуумной щели.
Затем полотно переносят с перемещающей сетки на сквозную сушильную сетку 44 с помощью вакуумного транспортного вала 46 или вакуумной транспортной направляющей, необязательно снова при применении перенося с фиксированным интервалом, как описано выше. Сквозная сушильная сетка может двигаться практически с той же скоростью или с другой скоростью по отношению к перемещающей сетке. При желании, сквозная сушильная сетка может двигаться с меньшей скоростью для дальнейшего улучшения прочности. Перемещение может проводиться с применением вакуума для обеспечения деформации листа для соответствия сквозной сушильной сетке, что дает желаемый объем и внешний вид, при желании. Подходящие сквозные сушильные сетки описаны в патенте США №5429686, выданном Kai F. Chiu et al. и патенте США №5672248, Wendt et al., которые включены сюда в качестве ссылки.
В одном варианте сквозная сушильная сетка содержит высокие и длинные вдавливающие кулаки. Например, сквозная сушильная сетка может иметь от около 5 до около 300 вдавливающих кулаков на квадратный дюйм, которые возвышаются на, по крайней мере, около 0,005 дюйма над плоскостью сетки. Во время сквозной сушки полотно может быть макроскопически расположено для соответствия поверхности сквозной сушильной сетки и образования трехмерной поверхности. Плоские поверхности, однако, также могут применяться в соответствии с данным изобретением. Сторона полотна, контактирующая со сквозной сушильной сеткой, обычно называется «сеточная сторона» бумажного полотна. Сеточная сторона бумажного полотна, как описано выше, может иметь форму, которая соответствует поверхности сквозной сушильной сетки после высушивания полотна в сквозной сушилке. Противоположная сторона бумажного полотна, с другой стороны, обычно называется «воздушная сторона». Воздушная сторона полотна обычно более гладкая по сравнению с сеточной стороной при обычном процессе сквозной сушки.
Уровень вакуума, применяемый для переноса полотна, может быть от около 3 до около 15 дюймов ртутного столба (от 75 до около 380 миллиметров ртутного столба), предпочтительно около 5 дюймов (125 миллиметров) ртутного столба. Вакуумная направляющая (отрицательное давление) может быть дополнена или заменена применением положительного давления с противоположной стороны полотна для вдувания полотна на следующую сетку в дополнение к или в качестве замены всасывания его на следующую сетку с помощью вакуума. Также вакуумный вал или валы могут применяться для замены вакуумной направляющей(их).
Находясь на сквозной сушильной сетке, полотно окончательно высушивается до консистенции около 94% или выше с применением сквозной сушилки 48 и затем переносится на несущую сетку 50. Высушенный основной лист 52 переносят на катушку 54 с применением несущей сетки 50 и необязательной несущей сетки 56. Необязательный сеткоповоротный валик 58, находящийся под давлением, может применяться для облегчения переноса полотна с несущей сетки 50 на сетку 56. Подходящими для этой цели несущими сетками являются Albany International 84M или 94М и Asten 959 или 937, которые все представляют собой относительно гладкие сетки, имеющие мелкий шаблон. Хотя они не показаны, каландрование на катушке или последующее каландрование в автономном режиме может применяться для улучшения гладкости и мягкости основы.
В одном варианте катушка 54, показанная на Фиг.2, может двигаться со скоростью ниже скорости сетки 56 в процессе мгновенной передачи для создания крепа в бумажном полотне 52. Например, относительная разница скоростей катушки и сетки может быть от около 5 до около 25% и, в частности, от около 12 до около 14%. Мгновенная передача на катушку может осуществляться либо отдельно, либо в сочетании с процессом мгновенной передачи на ранних стадиях, например между формующей сеткой и перемещающей сеткой.
В одном варианте бумажное полотно 52 представляет собой текстурированное полотно, которое высушено в трехмерном состоянии, таким образом, что водородные связи, объединяющие волокна, по существу образуются пока полотно не находится в плоском, планарном состоянии. Например, полотно может быть сформовано пока оно находится на высоко текстурированной сквозной сушильной сетке или другом трехмерном субстрате. Способы получения некрепированных высушенных сквозной сушкой полотен включают, например, описанные в патенте США №5672248, Wendt. et al.; патенте США №5656132, Farrinaton. et al.; патенте США №6120642, Lindsav and Burazin: патенте США №6096169, Hermans et al.; патенте США №6197154, Chen et al.; и патенте США №6143135, Hada et al., которые все полностью включены сюда в качестве ссылок.
Как описано выше, аддитивная композиция может быть объединена с водной суспензией волокон, применяемой для получения салфеточного полотна 52. Альтернативно, аддитивная композиция может быть местно нанесена на салфеточное полотно после его формования. Например, как показано на Фиг.2, аддитивная композиция может быть нанесена на салфеточное полотно до сушилки 48 или после сушилки 48.
На Фиг.2 показан способ получения некрепированных салфеточных полотен, высушенных сквозной сушкой воздухом. Необходимо понимать, однако, что аддитивная композиция может быть нанесена на салфеточные полотна в других способах получения салфеток. Например, согласно Фиг.3, показан один вариант способа получения влажных прессованных крепированных салфеточных полотен. В этом варианте пульпораспределитель 60 выпускает суспензию волокон на формующую сетку 62, которая поддерживается и приводится в движение множеством направляющих валков 64. Вакуумная камера 66 расположена под формующей сеткой 62 и адаптирована для удаления воды из композиции волокон для способствования формованию полотна. С формующей сетки 62 формованное полотно 68 переносят на вторую сетку 70, которая может быть либо проволочной, либо состоять из нетканого материала. Сетка 70 поддерживается для движения по непрерывной траектории с помощью множества направляющих валков 72. Также добавлен форматный вал 74, разработанный для облегчения переноса полотна 68 с сетки 62 на сетку 70.
С сетки 70 полотно 68, в этом варианте, переносят на поверхность вращаемого нагретого сушильного барабана 76, такого как американский сушильный барабан.
В соответствии с данным изобретением аддитивная композиция может быть введена в салфеточное полотно 68 объединением с водной суспензией волокон, содержащейся в пульпораспределителе 60 и/или местным нанесением аддитивной композиции во время процесса. В одном конкретном варианте аддитивная композиция в соответствии с данным изобретением может быть нанесена местно на салфеточное полотно 68, в то время как полотно движется на сетке 70, или может быть нанесена на поверхность сушильного барабана 76 для переноса на одну сторону салфеточного полотна 68. В таком случае, аддитивную композицию применяют для прилипания салфеточного полотна 68 к сушильному барабану 76. В этом варианте в то время как полотно 68 проходит через часть непрерывной траектории поверхности сушилки, тепло, применяемое к полотну, вызывает испарение большей части влаги, содержащейся в полотне. Полотно 68 затем снимают с сушильного барабана 76 с помощью крепирующего шабра 78. Крепирование полотна 78, после формования, далее ослабляет внутренние связи в полотне и повышает мягкость. Нанесение аддитивной композиции на полотно во время крепирования, с другой стороны, может увеличить прочность полотна.
В дополнение к нанесению аддитивной композиции во время получения салфеточного полотна аддитивная композиция также может применяться в постформовочных процессах. Например, в одном варианте, аддитивная композиция может применяться во время процесса печати-крепирования и наноситься на ранее сформованное полотно. Конкретно, было обнаружено, что при местном нанесении на салфеточное полотно аддитивная композиция хорошо подходит для прилипания салфеточного полотна к крепирующей поверхности, например при операции печати-крепирования.
Например, после формования и высушивания салфеточного полотна, в одном варианте, аддитивная композиция может быть нанесена на, по крайней мере, одну сторону полотна, и затем, по крайней мере, одна сторона полотна может быть крепирована. В общем, аддитивная композиция может быть нанесена только на одну сторону полотна, и только одна сторона полотна может быть крепирована, аддитивная композиция может быть нанесена на обе стороны полотна, и только одна сторона полотна может быть крепирована, или аддитивная композиция может быть нанесена на каждую сторону полотна, и каждая сторона полотна может быть крепирована,
Согласно Фиг.4, иллюстрирован один вариант системы, которая может применяться для нанесения аддитивной композиции на салфеточное полотно и крепирования одной стороны полотна. Вариант, показанный на Фиг.4, может быть поточным или автономным процессом. Как показано, салфеточное полотно 80, полученное способом, иллюстрированным на Фиг.2 или Фиг.3, или похожим способом, пропускают через станцию нанесения первой аддитивной композиции, в целом обозначенную 82. Установка 82 включает зазор, образованный гладким резиновым прижимным валком 84 и формным валом глубокой печати 86. Вал глубокой печати 86 соединен с резервуаром, содержащим первую аддитивную композицию 90. Вал глубокой печати 86 наносит аддитивную композицию 90 на одну сторону полотна 80 по предварительно выбранному шаблону.
Полотно 80 затем контактирует с нагретым валом 92 после прохождения вала 94. Нагретый вал 92 может быть нагрет до температуры, например, вплоть до около 200°С, и особенно от около 100 до около 150°С. В общем, полотно может быть нагрето до температуры, достаточной для высушивания полотна и выпаривания воды.
Необходимо понимать, что кроме нагретого вала 92, любое подходящее нагревающее устройство может применяться для высушивания полотна. Например, в альтернативном варианте полотно может быть помещено в инфракрасный нагреватель для высушивания полотна. Кроме применения нагретого вала или инфракрасного нагревателя, другие нагревающие устройства могут включать, например, любые подходящие конвекционные печи или микроволновые печи.
С нагретого вала 92 полотно 80 может быть протянуто тянущими валиками 96 во вторую установку нанесения второй аддитивной композиции, в целом обозначенную 98. Установка 98 включает транспортный валик 100, находящийся в контакте с валом глубокой печати 102, который соединен с резервуаром 104, содержащим вторую аддитивную композицию 106. Подобно установке 82 вторую аддитивную композицию 106 наносят на обратную сторону полотна 80 по предварительно выбранному шаблону. После нанесения второй аддитивной композиции полотно 80 прилипает к крепирующему валу 108 с помощью прижимного валка 110. Полотно 80 переносят на поверхность крепирующего барабана 108 на определенное расстояние и затем удаляют с него под действием крепирующего шабра 112. Крепирующий шабер 112 осуществляет операцию контролируемого шаблонного крепирования на второй стороне салфеточного полотна.
После крепирования салфеточное полотно 80, в этом варианте, протягивают через сушильную станцию 114. Сушильная станция 114 может включать любую форму нагревательного устройства, такую как печь, запускаемую инфракрасным теплом, микроволновой энергией, горячим воздухом иди подобными. Сушильная установка 114 может быть необходима в некоторых вариантах для высушивания полотна и/или отверждения аддитивной композиции. В зависимости от выбранной аддитивной композиции, однако, в других вариантах может отсутствовать необходимость в сушильной установке 114.
Температура, до которой салфеточное полотно нагревается в сушильной камере 114, может зависеть от конкретных термопластичных смол, применяемых в аддитивной композиции, количества композиции, наносимой на полотно, и типа применяемого полотна. В некоторых вариантах, например, салфеточное полотно может быть нагрето с применением потока газа, такого как воздух, при температуре от около 100 до около 200°С.
В варианте, иллюстрированном на Фиг.4, хотя аддитивная композиция наносится на каждую сторону салфеточного полотна, только одна сторона полотна проходит процесс крепирования. Необходимо понимать, однако, что в других вариантах обе стороны полотна могут быть крепированы. Например, нагретый вал 92 может быть заменен крепирующим барабаном, таким как 108, показанный на Фиг.4.
Крепирование салфеточного полотна, как показано на Фиг.4, повышает мягкость полотна благодаря разрушению связей между волокнами, содержащимися в салфеточном полотне. Применение аддитивной композиции к внешней стороне салфеточного полотна, с другой стороны, не только содействует крепированию, но также увеличивает прочность в сухом состоянии, прочность во влажном состоянии, растяжимость и прочность на разрыв полотна. Далее, аддитивная композиция снижает выделение бумажной пыли из салфеточного полотна.
В общем, первая аддитивная композиция и вторая аддитивная композиция, наносимые на салфеточное полотно, как показано на Фиг.4, могут содержать одинаковые ингредиенты или могут содержать разные ингредиенты. Альтернативно, аддитивные композиции могут содержать одинаковые ингредиенты в различных количествах, при желании.
Аддитивную композицию наносят на основное полотно, как описано выше, по предварительно выбранному шаблону. В одном варианте, например, аддитивная композиция может быть нанесена на полотно по сетчатому шаблону таким образом, чтобы шаблон образовывал взаимосвязанный сетевидный рисунок на поверхности.
В альтернативном варианте, однако, аддитивную композицию наносят на полотно по шаблону, который представляет собой последовательность отдельных форм. Нанесение аддитивной композиции отдельными формами, такими как точки, обеспечивает достаточную прочность полотну, не закрывая большую часть площади поверхности полотна.
В соответствии с данным изобретением аддитивную композицию наносят на каждую сторону салфеточного полотна так, чтобы она покрывала от около 15 до около 75% площади поверхности полотна. Более конкретно, в большинстве вариантов аддитивная композиция покрывает от около 20 до около 60% площади поверхности каждой стороны полотна. Общее количество аддитивной композиции, наносимой на каждую сторону полотна, может быть в интервале от около 1 до около 30% масс. по отношению к общей массе полотна, например от около 1 до около 20% масс., например от около 2 до около 10% масс.
В указанных выше количествах аддитивная композиция может проникать в салфеточное полотно после нанесения в количестве вплоть до около 30% от общей толщины, в зависимости от различных факторов. Было обнаружено, что большая часть аддитивной композиции в первую очередь остается на поверхности полотна после нанесения на полотно. Например, в некоторых вариантах аддитивные композиции проникают в полотно менее чем на 5%, например менее чем на 3%, например менее чем на 1% от толщины полотна.
Согласно Фиг.5, показан один из вариантов шаблона, который может применяться для нанесения аддитивной композиции на салфеточное полотно в соответствии с данным изобретением. Как показано, шаблон на Фиг.5 представляет собой последовательность отдельных точек 120. В одном варианте, например, точки могут быть расположены так, чтобы количество точек на дюйм составляло от около 25 до около 35 в машинном направлении или поперек машинного направления. Точки могут иметь диаметр, например от около 0,01 до около 0,03 дюйма. В одном конкретном варианте точки могут иметь диаметр от около 0,02 дюйма и могут присутствовать в шаблоне так, чтобы приблизительно 28 точек на дюйм было расположено в машинном направлении или поперек машинного направления. В этом варианте точки могут покрывать от около 20 до около 30% площади поверхности одной стороны салфеточного полотна, и, более конкретно, могут покрывать около 25% площади поверхности полотна,
Кроме точек могут применяться другие отдельные формы. Например, как показано на Фиг.7, представлен шаблон, в котором шаблон складывается из отдельных форм, каждая из которых состоит из трех удлиненных шестиугольников. В одном варианте шестиугольники могут иметь длину около 0,02 дюйма и ширину около 0,006 дюйма. Приблизительно от 35 до 40 шестиугольников может быть расположено в машинном направлении и поперек машинного направления. При применении шестиугольников, как показано на Фиг.7, шаблон может покрывать от около 40 до около 60% площади поверхности полотна, и более конкретно, около 50% площади поверхности полотна.
Согласно Фиг.6, показан другой вариант шаблона для нанесения аддитивной композиции на салфеточное полотно. В этом варианте шаблоном является ячеистая сетка. Более конкретно, сетчатый шаблон имеет форму ромбов. При применении, сетчатый шаблон может обеспечивать большую прочность полотна по сравнению с шаблонами, в основе которых лежит последовательность отдельных форм.
Способ, который применяют для нанесения аддитивной добавки на салфеточное полотно в соответствии с данным изобретением, может варьироваться. Например, могут применяться различные способы печати для печати аддитивной композиции на основу, в зависимости от конкретного варианта. Такие способы печати могут включать прямую глубокую печать с применением двух отдельных типов глубокой печати для каждой стороны, офсетную глубокую печать с применением двусторонней печати (обе стороны отпечатываются одновременно) или постанционную печать (последовательную печать каждой стороны в один проход). В другом варианте может применяться сочетание офсетной и прямой глубокой печати. В еще одном варианте также может применяться флексографическая печать с применением двусторонней или постанционной печати для нанесения аддитивной композиции.
2
Согласно способу в соответствии с данным изобретением могут быть получены множественные и различные салфеточные изделия. Например, салфеточные изделия могут представлять собой однослойные изделия для вытирания. Изделием могут быть, например, косметические салфетки, туалетная бумага, бумажные полотенца, носовые платки, промышленные салфетки и подобные. Как указано выше, основная масса может варьироваться от около 10 до около 110 г/м.
3
3
3
Салфеточные изделия в соответствии с данным изобретением могут иметь относительно хорошие характеристики объема. Например, салфеточные полотна могут иметь пухлость более чем около 8 см/г, например более чем около 10 см/г, например более чем около 11 см/г.
В одном варианте салфеточные полотна, полученные в соответствии с данным изобретением, могут быть введены в многослойные изделия. Например, в одном варианте, салфеточное полотно, полученное в соответствии с данным изобретением, может быть присоединено к одному или более салфеточным полотнам для получения изделия для вытирания, имеющего желаемые характеристики. Другие полотна, соединенные с салфеточными полотном в соответствии с данным изобретением, могут включать, например, крепированное во влажном состоянии полотно, крепированное высушенное сквозной сушкой полотно, каландрованное полотно, тисненое полотно, высушенное сквозной сушкой полотно, крепированное высушенное сквозной сушкой полотно, некрепированное высушенное сквозной сушкой полотно, гидроперепутанное полотно, коформованное полотно, полученное аэродинамическим способом полотно и подобные.
В одном варианте при введении салфеточного полотна, полученного в соответствии с данным изобретением, в многослойное изделие, может быть желательным наносить аддитивную композицию только на одну сторону салфеточного полотна и затем крепировать обработанную сторону полотна. Затем крепированную сторону полотна применяют для получения внешней поверхности многослойного изделия. Необработанную и некрепированную сторону полотна, с другой стороны, присоединяют любыми подходящими средствами к одному или более слоям.
Например, согласно Фиг.8, показан один вариант способа нанесения аддитивной композиции только на одну сторону салфеточного полотна в соответствии с данным изобретением. Способ, показанный на Фиг.8, похож на способ, показанный на Фиг.4. Поэтому одинаковые номера позиций применяются для обозначения одинаковых элементов.
Как показано, полотно 80 подают в установку нанесения аддитивной композиции, в целом обозначенную 98. Установка 98: транспортный валик 100, находящийся в контакте с валом глубокой печати 102, который соединен с резервуаром 104, содержащим аддитивную композицию 106. На установке 98 аддитивную композицию 106 наносят на одну сторону полотна 80 по предварительно выбранному шаблону.
После нанесения аддитивной композиции полотно 80 прилипает к крепирующему валу 108 с помощью прижимного валка 110. Полотно 80 протягивают по поверхности крепирующего барабана 108 на некоторое расстояние и затем удаляют с него с применением крепирующего шабра 112. Крепирующий шабер 112 осуществляет контролируемое шаблонное крепирование на обработанной стороне полотна.
После крепирующего барабана 108 салфеточное полотно 80 пропускают через сушильную установку 114, в которой сушат и/или отверждают аддитивную композицию 106. Затем полотно 80 наматывают на вал 116 для применения в получении многослойных изделий или однослойного изделия.
При обработке только одной стороны салфеточного полотна 80 аддитивной композицией, в одном варианте, может быть желательно наносить аддитивную композицию по шаблону, который покрывает более 40% площади поверхности одной стороны полотна. Например, шаблон может покрывать от около 40 до около 60% площади поверхности одной стороны полотна. В одном конкретном варианте аддитивная композиция может наноситься по шаблону, показанному на Фиг.7.
В одном конкретном варианте в соответствии с данным изобретением двухслойное изделие получают из первого бумажного полотна и второго бумажного полотна, где оба бумажных полотна обычно получают способом, показанным на Фиг.8. Например, первое бумажное полотно, полученное в соответствии с данным изобретением, может быть соединено со вторым бумажным полотном, полученным в соответствии с данным изобретением, таким образом, чтобы крепированные стороны полотен образовывали внешние стороны полученного изделия. Крепированные поверхности обычно мягче и более гладкие, что дает двухслойное изделие, имеющее улучшенные общие характеристики.
Способ, которым первое бумажное полотно накладывают на второе бумажное полотно, может варьироваться в зависимости от конкретного применения и желаемых характеристик. В некоторых вариантах альфа-олефиновый интерполимер в соответствии с данным изобретением может служить в качестве агента, связывающего слои. В других вариантах связующий материал, такой как адгезив или связующие волокна, наносят на оба полотна для соединения полотен вместе. Адгезивом может быть, например, латексный адгезив, адгезив на основе крахмала, ацетатный, такой как этилен-винилацетатный, адгезив, адгезив на основе поливинилового спирта и подобные. Должно быть понятно, что другие связующие материалы, такие как термопластичные пленки и волокна, могут применяться для соединения полотен. Связующий материал может быть равномерно распределен на поверхностях полотна для прочного соединения полотен вместе, или может быть нанесен в отдельных областях.
Данное описание может быть лучше понятно из представленных ниже примеров.
ПРИМЕР 1
Для иллюстрации свойств салфеточных изделий, полученных в соответствии с данным изобретением, образцы различных салфеточных изделий обрабатывают аддитивной композицией и подвергают стандартизированным тестам. Для сравнения также тестируют необработанный образец салфетки, образец салфетки, обработанный силиконовой композицией, и образец салфетки, обработанный этилен-винилацетатным связующим веществом.
2
Более конкретно, образцы салфетки включают листы бумаги, содержащие три слоя. Каждый слой из трех слоев образцов салфетки получают способом, похожим на тот, который изображен на Фиг.3. Каждый слой имеет основную массу около 13,5 г/м. Более конкретно, каждый слой получают из композиции наслоенных волокон, содержащей центральный слой из волокон, расположенных между двумя другими внешними слоями волокон. Внешние слои каждого слоя содержат эвкалиптовую крафт-целлюлозу, полученную от Aracruz, офис которой расположен в Miami, FL, USA. Каждый из двух внешних слоев составляет приблизительно 33% от общей массы волокон листа. Центральный слой, который составляет приблизительно 34% от общей массы волокон листа, состоит на 100% из северной хвойной крафт-целлюлозы, полученной от Neenah Paper Inc., офис которой находится в Alphiaretta, GA, USA. Три слоя соединяют вместе таким образом, чтобы стороны салфетки, прижимаемые к сушилке, были обращены к внешним поверхностям 3-слойного образца салфетки.
3-слойные листы салфетки покрывают аддитивными композициями, полученными в соответствии с данным изобретением. Вторую группу образцов покрывают силиконовой композицией, третью группу образцов покрывают этилен-винилацетатным сополимером.
Листы салфеток покрывают указанными выше композициями с применением устройства глубокой печати. Салфеточное полотно подают в каучуково-каучуковый зажим устройства глубокой печати для нанесения указанных выше композиций на обе стороны полотна. Валы для глубокой печати представляют собой электронно гравированные медные валы с хромовым покрытием от Specialty Systems, Inc., Louisville, Ky. Валы имеют линейный растр 200 ячеек на линейный дюйм и объем 8,0 миллиардов кубических микронов (МКМ) на квадратный дюйм поверхности вала. Типовые размеры ячеек для этого вала имеют 140 в ширину и 33 микрона глубину с применением гравированного резца 130 градусов. Каучуковая основа офсетных накатных валиков представляет собой листьевой полиуретан с твердостью по твердометру 75 по Шору А от Amerimay Roller company. Union Grove, Wisconsin. Процесс имеет следующие параметры: 0,375 дюйма натяг между валами глубокой печати и каучуковыми накатными валками и 0,003 дюйма зазор между расположенными рядом накатными валками. Синхронизированное офсетное/офсетное устройство глубокой печати запускают на скорости 150 футов в минуту с применением регулировки скорости вала глубокой печати (дифференциал) для отмеривания указанных выше композиций с получением желаемой скорости добавления. Способ дает дополнительный уровень 6,0% масс. от общего добавления, по отношению к массе салфетки (3,0% на каждую сторону).
3
3
3
Для образцов, обработанных аддитивными композициями, полученными в соответствии с данным изобретением, в представленной ниже таблице показаны компоненты аддитивной композиции для каждого образца. В представленной ниже таблице пластомер AFFINITY™ EG8200 представляет собой альфа-олефиновый сополимер, содержащий сополимер этилена и октена, который получают от The Dow Chemical Company of Midland, Michigan, U.S.A. Сополимер PRIMACOR™ 5980i представляет собой сополимер этилен-акриловой кислоты, также получаемый от The Dow Chemical Company. Сополимер этилен-акриловой кислоты также может служить не только как термопластичный полимер, но и как диспергирующий агент. INDUSTRENE 106 содержит олеиновую кислоту, которая продается Chemtura Corporation, Middlebur, Connecticut. Полимер, обозначенный "ПЭОП", представляет собой экспериментальный пластомер или эластомер на основе пропилена ("ПЭОП"), имеющий плотность 0,867 граммов/см, измеренную по ASTM D792, скорость течения расплава 25 г/10 мин при температуре 230°С при 2,16 кг, измеренную по ASTM D1238, и содержание этилена 12% масс. по отношению к ПЭОП. Такие ПЭОП продукты описаны в W003/040442 и заявке на патент США 60/709688 (поданной 19 августа 2005), каждый из которых полностью включен сюда в качестве ссылки. Пластомер AFFINITY™ PL1280 представляет собой альфа-олефиновый сополимер, содержащий сополимер этилена и октена, который также получают от The Dow Chemical Company. Диспергирующий агент UNICID 350 представляет собой линейное, содержащее функциональные группы первичной карбоновой кислоты, поверхностно-активное вещество с гидрофобом, содержащим в среднем 26-углеродную цепь, полученное от Baker-Petrolite Inc., Sugar Land, Texas, U.S.A. Диспергирующий агент AEROSOL OT-100 представляет собой сульфосукцинат диоктилнатрия, полученный от Cytec Industries, Inc., of West Paterson, New Jersey, U.S.A. Сополимер PRJMACOR™ 5980i содержит 20,5% масс. акриловой кислоты и имеет скорость течения расплава 13,75 г/10 мин при температуре 125°С и 2,16 кг, измеренную по ASTM D1238. Пластомер AFFINITY™ EG8200G имеет плотность 0,87 г/см, измеренную по ASTM D792 и имеет скорость течения расплава 5 г/10 мин при температуре 190°С и 2,16 кг, измеренную по ASTM D1238. Пластомер AFFINITY™ PL1280G, с другой стороны, имеет плотность 0,90 г/см, измеренную по ASTM D792 и имеет скорость течения расплава 6 г/10 мин при температуре 190°С и 2,16 кг, измеренную по ASTM D1238.
Аддитивная композиция в каждом из образцов также содержит противомикробный агент DOWICIL™ 200 от The Dow Chemical Company, который представляет собой консервант с активной композицией 96% хлорида цис-1-(3-хлораллил)-3, 5, 7-триаза-1-азониаадамантана (также известный как Quatemium-15).
Образцы подвергают следующим тестам.
Предел прочности на разрыв. Среднегеометрический предел прочности на разрыв (GMT) и среднегеометрическая абсорбированная энергия растяжения (GMTEA):
Тестирование предела прочности на разрыв проводят с применением образцов салфетки, имеющих температуру 23±1°С и относительную влажность 50±2% в течение минимум 4 часов. 2-слойные образцы разрезают на полоски шириной 3 дюйма в машинном направлении (МН) и поперек машинного направления (ПМН) с применением точного пробоотборника модели JDC 15M-10 от Thwing-Albert Instruments, офисы которой расположены в Philadelphia, Pennsylvania, U.S.A.
Измерительную базу растягивающей рамки устанавливают четыре дюйма. Растягивающая рамка представляет собой рамку Alliance RT/1, управляемую программным обеспечением TestWorks 4. Растягивающую рамку и программное обеспечение получают от MTS Systems Corporation, офисы которой расположены в Minneapolis, Minnesota, U.S.A.
2
Затем 3'' полоски помещают в захватывающие лапки растягивающей рамки и подвергают натяжению 10 дюймов в минуту до тех пор, пока образец не порвется. Нагрузку на полоску бумаги отслеживают как функцию от натяжения. Рассчитанные выходные данные включают предельную нагрузку (грамм-сила/3′′, измеренную в грамм-сила), предельное растяжение (%, рассчитанный делением удлинения образца на его исходную длину и умножением на 100%), % растяжения при 500 грамм-силы, абсорбцию энергии растяжения (TEA) при разрыве (грамм-сила·см/см, рассчитанная интегрированием или через площадь под диаграммой растяжения вплоть до 70% разрыва образца), и наклон А (килограмм-сила, измеренный как наклон диаграммы растяжения от 57-150 грамм-силы).
Каждый образец салфетки (минимум пять повторов) тестируют в машинном направлении (МН) и поперек машинного направления (ПМН). Среднегеометрические значения предела прочности на разрыв и абсорбции энергии растяжения (TEA) рассчитывают как квадратный корень из значений, полученных в машинном направлении (МН) и поперек машинного направления (ПМН). Это дает среднее значение, которое не зависит от направления тестирования. Применяемые образцы показаны ниже.
Модуль упругости (максимальный наклон) и среднегеометрический модуль (GMM) как показатели жесткости бумаги:
f
Модуль упругости (максимальный наклон) Е(кг) представляет собой модуль упругости, определенный в сухом состоянии и выраженный в единицах килограммов силы. Стандартизированные TAPPI образцы шириной 3 дюйма помещают в захватывающие лапки аппарата для испытания на растяжение с измерительной базой (расстояние между захватывающими лапками) 4 дюйма. Захватывающие лапки раздвигают со скоростью ползуна 25,4 см/мин, и наклон определяют как наименьшую площадь между значениями нагрузки 50 грамм-силы и 100 грамм-силы, или, по крайней мере, площадь между значениями нагрузки 100 грамм-силы и 200 грамм-силы, которая из них больше. Если образец слишком слабый для выдерживания нагрузки, по крайней мере, 200 грамм-силы без разрыва, добавляют еще один слой до тех пор, пока многослойный образец не сможет выдержать, по крайней мере, 200 грамм-силы без разрыва. Среднегеометрический модуль или среднегеометрический наклон рассчитывают как квадратный корень из значений модулей упругости (максимальных наклонов) в машинном направлении (МН) и поперек машинного направления (ПМН) с получением среднего значения, которое не зависит от направления тестирования.
Результаты тестирования графически показаны на Фиг.9-14. Как показывают результаты, аддитивная композиция в соответствии с данным изобретением улучшает среднегеометрический предел прочности на разрыв образцов и среднегеометрическую абсорбированную энергию без значительного ухудшения жесткости листов по сравнению с необработанным образцом и образцом, обработанным силиконовой композицией. Далее, соотношение среднегеометрического модуля к среднегеометрической прочности на разрыв для образцов, обработанных аддитивной композицией, полученной в соответствии с данным изобретением, показывает одинаковые характеристики по сравнению с образцами, обработанными связующим агентом на основе этилен-винилацетатного сополимера. Отмечено, однако, что характеристики слипания листов, обработанных аддитивной композицией, намного лучше по сравнению с образцом, обработанным этилен-винилацетатным сополимером.
В дополнение к результатам, показанным на чертежах, также проводят индивидуальное тестирование мягкости образцов. Мягкость на ощупь образцов, обработанных аддитивной композицией в соответствии с данным изобретением, эквивалентна мягкости на ощупь образцов, обработанных силиконовой композицией.
ПРИМЕР 2
В этом примере аддитивные композиции, полученные в соответствии с данным изобретением, печатают на некрепированное, высушенное сквозным методом (UCTAD) полотно основы по шаблону и крепируют с крепирующего барабана. Аддитивную композицию применяют для прилипания полотна основы к барабану. Затем образцы тестируют и сравнивают с некрепированным, высушенным сквозным методом полотном основы, которое не проходит стадию печатного крепирования с печатью (образец не по изобретению №1) и с некрепированным, высушенным сквозным методом полотном основы, которое проходит подобную стадию крепирования с печатью этилен-винилацетатного сополимера (образец не по изобретению №2).
2
Некрепированное высушенное сквозным методом полотно основы получают способом, похожим на способ, показанный на Фиг.2. Основа имеет основную массу около 50 г/м. Более конкретно, основу получают из многослойной композиции волокон, содержащей центральный слой волокон, расположенный между двумя внешними слоями волокон. Оба внешних слоя основы состоят на 100% из северной хвойной крафт-целлюлозы. Один внешний слой содержит около 10,0 килограммов (кг)/метрическую тонну (Мтонну) сухого волокна разрыхляющего агента (ProSoft TQ1003 от Hercules, Inc.). Другой внешний слой содержит около 5,0 килограммов (кг)/метрическую тонну (Мтонну) сухого волокна агента, увеличивающего прочность в сухом и влажном состоянии (KYMENE 6500, от Hercules, Incorporated, расположенной в Wilmington, Delaware, U.S.A.). Каждый из внешних слоев составляет около 30% от общей массы волокна листа. Центральный слой, который составляет около 40% от общей массы волокна листа, состоит на 100% масс. из северной хвойной крафт-целлюлозы. Волокна в этом слое также обрабатывают 3,75 кг/Мтонну разрыхляющим агентом ProSoft TQ1003.
2
Различные образцы основ затем подвергают процессу крепирования с печатью. Процесс крепирования с печатью представлен на Фиг.8. Лист подают в устройство глубокой печати, где аддитивную композицию впечатывают на поверхность листа. На одну сторону листа печать наносят с применением прямой глубокой печати. На лист впечатывают шаблон из «точек» диаметром 0,020, как показано на Фиг.5, где 28 точек, лист прижимают и снимают с вращающегося барабана, нагревая лист до температуры от около 180 до 390°F, например от около 200 до 250°F. Наконец, лист сматывают в рулон. Затем полученный отпечатанный/крепированный лист превращают в рулоны однослойных бумажных полотенец обычным методом. Полученный продукт имеет основную массы в сухом состоянии приблизительно 55,8 г/м. Как описано выше, для сравнительных целей, один образец подвергают похожему процессу крепирования с печатью с применением связующего агента AIRFLEX 426 от Air Products, Inc. of Allentown, Pennsylvania. AIRFLEX 426 представляет собой эмульсию эластичного, непоперечно сшитого, полиэтилен-винилацетатного полимера. Аддитивные композиции, которые наносят на различные образцы, перечислены в представленных ниже таблицах. В таблицах пластомер AFFINITY™ EG8200 содержит сополимер этилена и сополимера октена, a PRIMACOR™ 5980i содержит сополимер этилена и акриловой кислоты. INDUSTRENE 106 содержит олеиновую кислоту. Все три соединения получают от The Dow Chemical Company.
DOWICIL™ 200, противомикробный агент, который является консервантом и имеет активную композицию из 96% хлорида цис 1-(3-хлораллил)-3,5,7-триаза-1-азониаадамантана (также известный как Quaternium-15), полученный от The Dow Chemical Company, также присутствует в аддитивных композициях.
Образцы тестируют методами, описанными в примере 1. Кроме того, образцы также подвергают представленному ниже тесту.
Испытание на растяжение в сухом/влажном состоянии (% поперек машинного направления):
Испытание на растяжение в сухом состоянии описано в примере 1, где измерительная база (расстояние между захватывающими лапками) составляет 2 дюйма. Прочность на растяжение во влажном состоянии измеряют по той же методике, что и прочность в сухом состоянии за исключением того, что образцы увлажняют до тестирования. Более конкретно, для увлажнения образца лоток размером 3′′×5′′ наполняют дистиллированной или деионизированной водой при температуре 23±2°С. Воду добавляют в лоток слоем приблизительно один см.
Затем от универсальной чистящей прокладки 3М "Scotch-Brite" отрезают кусок размером 2,5′′×4′′. Кусок липкой ленты для маскирования длиной приблизительно 5" помещают вдоль одного из 4" краев прокладки. Липкую ленту для маскировки применяют для удерживания чистящей прокладки.
Затем чистящую прокладку помещают в воду заклеенной стороной вверх. Прокладка остается в воде на все время проведения теста до его завершения. Тестируемый образец помещают на промокательную бумагу, которая соответствует TAPPI T205. Чистящую прокладку вынимают из водяной бани и слегка простукивают три раза на экран, связанный с емкостью для замачивания. Затем чистящую прокладку осторожно помещают на образец параллельно ширине образца приблизительно по центру. Чистящую прокладку выдерживают на месте в течение приблизительно одной секунды. Затем образец сразу же помещают в устройство испытания на растяжение и тестируют. Для расчета соотношения прочности на разрыв во влажном/сухом состоянии прочность на разрыв во влажном состоянии делят на прочность на разрыв в сухом состоянии.
Результаты показаны на Фиг.15-19. Как показано на чертежах, аддитивные композиции улучшают среднегеометрическую прочность на разрыв и среднегеометрическую абсорбцию энергии образцами салфетки, без существенного отрицательного влияния на жесткость по сравнению с необработанным образцом. Также во время тестирования было сделано наблюдение, что аддитивные композиции не создают проблем слипания листов по сравнению с образцами, обработанными этилен-винилацетатным сополимером.
ПРИМЕР 3
В этом примере салфеточное полотно получают в основном согласно способу, показанному на Фиг.3. Для прилипания салфеточного полотна к крепирующей поверхности, которая в данном случае представляет собой американский сушильный барабан, аддитивные композиции, полученные в соответствии с данным изобретением, распыляют на сушилку до контакта сушилки с полотном. Затем образцы подвергают различным стандартным тестам.
Для целей сравнения также получают образцы с применением стандартного набора для крепирования PVOH/KYMENE.
В этом примере 2-слойные салфеточные изделия получают и тестируют согласно тем же тестам, которые описаны в примерах 1 и 2. Для получения образцов применяют следующий способ.
Сначала 80 фунтов высушенной на воздухе северной хвойной крафт-целлюлозы (СХКЦ) помещают в разбиватель целлюлозы и разбивают ее в течение 15 минут при консистенции 4% при температуре 120 градусов F. Затем СХКЦ целлюлозу очищают в течение 15 минут, переносят в массный бассейн и последовательно разбавляют до консистенции приблизительно 3%. (Примечание: очистка распушает волокна для повышения их потенциала связывания.) Затем СХКЦ целлюлозу разбавляют до консистенции около 2% и закачивают в машинный бассейн так, что машинный бассейн содержит 20 фунтов высушенной на воздухе СХКЦ в консистенции около 0,2-0,3%. Указанные выше хвойные волокна применяют в качестве внутреннего прочного слоя в 3-слойной структуре салфетки.
Два килограмма KYMENE 6500, от Hercules, Incorporated, расположенной в Wilmington, Delaware, U.S.A., на метрическую тонну древесного волокна и два килограмма на метрическую тонну древесного волокна PAREZ 631 NC от LANXESS Corporation., расположенной в Trenton, New Jersey, U.S.A., добавляют и перемешивают с волокнами целлюлозы в течение, по крайней мере, 10 минут перед прокачиванием суспензии целлюлозы через пульпораспределитель.
Сорок фунтов высушенной на воздухе Aracruz ECF, эвкалиптовой лиственной крафт-целлюлозы (ЭЛКЦ) от Aracruz, расположенной в Rio de Janeiro, RJ, Brazil, помещают в разбиватель целлюлозы и разбивают в течение 30 минут до консистенции около 4% при температуре 120 градусов Фаренгейта. ЭЛКЦ целлюлозу затем переносят в массный бассейн и далее разбавляют до консистенции около 2%.
Затем суспензию ЭЛКЦ целлюлозы разбавляют, делят на два равных количества и закачивают в консистенции около 1% в два раздельных машинных бассейна так, что каждый машинный бассейн содержит 20 фунтов высушенной на воздухе ЭЛКЦ. Эту суспензию целлюлозы разбавляют до консистенции около 0,1%. Две суспензии волокон ЭЛКЦ целлюлозы представляют два внешних слоя 3-слойной салфетки.
Два килограмма KYMENE 6500 на метрическую тонну древесного волокна добавляют и перемешивают с волокнами лиственной целлюлозы в течение, по крайней мере, 10 минут перед прокачиванием суспензии целлюлозы через пульпораспределитель.
Волокна целлюлозы из всех трех машинных бассейнов закачивают в пульпораспределитель в консистенции около 0,1%. Волокна целлюлозы из каждого машинного бассейна подают через различные коллекторы в пульпораспределитель для получения 3-слойной салфетки. Волокна укладывают на формующую сетку. Затем воду удаляют вакуумом.
Влажный лист с консистенцией около 10-20% переносят на прессовое сукно или прессовое полотно, где его далее обезвоживают. Затем лист переносят на американский сушильный барабан через зазор с прижимным валком. Консистенция влажного полотна после прохождения зазора с прижимным валком (консистенция после прижимного валка или КППВ) составляет приблизительно 40%. Влажный лист прилипает к американскому сушильному барабану благодаря адгезиву, который наносят на поверхность сушильного барабана. Из штанг опрыскивателя, расположенных под американским сушильным барабаном, на поверхность барабана распыляют либо адгезивную композицию, которая представляет собой смесь поливинилового спирта/KYMENE/Rezosol 2008M, либо аддитивную композицию в соответствии с данным изобретением. Rezosol 2008M доступен от Hercules, Incorporated, расположенной в Wilmington, Delaware, U.S.A.
Одна порция типовой адгезивной композиций в машине для отливки бумаги вручную (МОБР) обычно содержит 25 галлонов воды, 5000 мл раствора поливинилового спирта с содержанием твердого вещества 6%, 75 мл раствора KYMENE с содержанием твердого вещества 12,5% и 20 мл раствора Rezosol 2008M с содержанием твердого вещества 7,5%,
Аддитивные композиции в соответствии с данным изобретением имеют содержание твердого вещества от 2,5 до 10%.
Лист сушат до консистенции около 95%, пока он проходит американский сушильный барабан до крепирующего шабра. Крепирующий шабер далее шабрит лист бумаги и незначительные количества покрытия сушильного барабана с американского сушильного барабана. Затем крепированную салфеточную основу наматывают на 3" стержень в мягкие рулоны для преобразования. Два рулона крепированной бумаги затем разматывают и складывают вместе таким образом, что обе крепированные стороны находятся на внешней стороне 2-слойной структуры. Механическое обжатие краев структуры удерживает слои вместе. Затем сложенный лист прорезают по краям до стандартной ширины приблизительно 8,5 дюймов и фальцуют. Образцы салфетки адаптируют и тестируют.
Аддитивные композиции в соответствии с данным изобретением, которые наносят на образцы и тестируют в этом примере, представлены ниже:
DOWICIL™ 200, противомикробный агент, который является консервантом и имеет активную композицию из 96% хлорида цис 1-(3-хлораллил)-3,5,7-триаза-1-азониаадамантана (также известный как Quaternium-15), полученный от The Dow Chemical Company, также присутствует в аддитивных композициях.
Как показано выше, процент твердых веществ в растворе различных аддитивных композиций варьируется. Изменение содержания твердых веществ в растворе также изменяет количество твердых веществ, добавленных в полотно основы. Например, при содержании твердых веществ в растворе 2,5%, предполагают, что от около 35 до около 60 кг/Мт твердых веществ добавлено в салфеточное полотно. При содержании твердых веществ в растворе 5%, предполагают, что от около 70 до около 130 кг/Мт твердых веществ добавлено в салфеточное полотно. При содержании твердых веществ в растворе 10%, предполагают, что от около 140 до около 260 кг/Мт твердых веществ добавлено в салфеточное полотно.
Результаты этого примера показаны на Фиг.20-24. Как показано на Фиг.20, например, среднегеометрическая прочность на разрыв образцов, полученных в соответствии с данным изобретением, была больше, чем этот показатель неизобретенного образца, обработанного обычным связующим материалом. Похожие результаты также получены для среднегеометрической абсорбированной энергии.
Кроме тестирования свойств образцов, некоторые из образцов также фотографируют. Например, согласно Фиг.25А, 25В, 25С и 25D, четыре образца показаны при 500-кратном увеличении. В частности, на Фиг.25А представлена фотография образца не по изобретению, на Фиг.25В представлена фотография образца №1, на Фиг.25С представлена фотография образца. №3 и на Фиг.25D представлена фотография образца №5. Как показано, аддитивная композиция в соответствии с данным изобретением имеет тенденцию к образованию прерывистой пленки на поверхности салфеточного полотна. Далее, чем больше содержание твердых веществ в растворе, тем больше образуется пленка. Эти цифры показывают, что аддитивная композиция обычно остается на поверхности салфеточного полотна.
На Фиг.26 представлена фотография поперечного сечения образца, представленного на Фиг.25D. Из фотографии можно увидеть, что даже при содержании твердых веществ в растворе 10%, большая часть аддитивной композиции остается на поверхности салфеточного полотна. Поэтому аддитивная композиция проникает в полотно на менее около 25% толщины полотна, например на менее около 15% толщины полотна, например на менее около 5% толщины полотна.
Таким образом, полагают, что аддитивная композиция придает значительную прочность салфеточному полотну. Далее, так как пленка является прерывистой, капиллярные свойства полотна не подвергаются значительному отрицательному воздействию. Особенное предпочтительно то, что эти результаты получены также без значительного увеличения жесткости салфеточного полотна и без значительного снижения мягкости на ощупь.
Эти и другие модификации и вариации данного изобретения могут быть осуществлены на практике специалистом в данной области техники не выходя за суть и объем данного изобретения, которое более четко представлено в формуле изобретения. Кроме того, должно быть понятно, что аспекты различных вариантов могут быть взаимозаменяемыми полностью или частично. Далее, специалист в данной области техники поймет, что представленное выше описание дано только в качестве примера и не ограничивает данное изобретение, описанное далее в формуле изобретения.