САЛФЕТОЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ, ИМЕЮЩИЕ УЛУЧШЕННЫЕ СВОЙСТВА В ПОПЕРЕЧНОМ МАШИННОМ НАПРАВЛЕНИИ
NAPKIN ARTICLES, HAVING IMPROVED PROPERTIES IN TRANSVERSE MACHINE DIRECTION

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При производстве салфеточных изделий, таких как туалетная бумага, множество характеристик изделия нужно принимать во внимание, чтобы обеспечить готовый продукт с соответствующей комбинацией свойств, подходящих для конкретного предназначения продукта. Улучшение мягкости салфетки без снижения прочности представляет собой постоянно возникающую задачу при производстве салфеток, особенно товаров высшего сорта. Однако мягкость является свойством восприятия салфетки, состоящим из множества факторов, включающих толщину, гладкость и ворсистость.
Чтобы улучшить мягкость салфеточных изделий, при этом сохраняя достаточную прочность, предлагались различные двухслойные изделия. Однако в смысле экономии при производстве многослойные изделия являются обычно более дорогостоящими для производства, чем однослойные изделия. Таким образом, существует необходимость в однослойной салфетке с высокой объемностью и мягкостью при сохранении прочности.
Обычно салфеточные изделия выполняли при использовании процессов сжатия во влажном состоянии, в которых значительное количество воды удалялось из уложенного влажным способом полотна посредством сжатия полотна перед конечной сушкой. В одном варианте выполнения, например, полотно, поддерживаемое впитывающим бумагоделательным фетром, сжимают между фетром и поверхностью вращающегося нагретого цилиндра (сушильный барабан Янки) при использовании прижимного валка, когда полотно переносится к поверхности барабана Янки для конечной сушки. Высушенное полотно затем перемещают с барабана Янки с помощью ракеля (крепирование), который служит для частичного разъединения высушенного полотна путем разрушения множества соединений, предварительно образованных в процессе стадий сжатия во влажном состоянии. Крепирование, в общем, улучшает мягкость полотна, хотя и снижает прочность.
В последнее время сквозная сушка стала более популярной в качестве средства сушки салфеточных полотен. Сквозная сушка обеспечивает относительно не сжимающий способ удаления воды из полотна путем прохождения горячего воздуха через полотно до его высыхания. Более конкретно, полотно, уложенное влажным способом, переносят на грубый, хорошо проницаемый материал сквозной сушки и удерживают на материале сквозной сушки, пока оно по меньшей мере почти полностью не высохнет. Полученное высушенное полотно может быть более мягким и объемным, чем лист, сжатый во влажном состоянии, поскольку образуется меньше бумагоделательных соединений и поскольку полотно является менее плотным. Выжимание воды из влажного полотна исключается, хотя последующий перенос полотна на сушильный барабан Янки для крепирования все еще часто используют для конечной сушки и/или смягчения полученной салфетки.
В самое последнее время достаточные улучшения были получены в высокообъемных листах, как описано в патентах США №5607551, 5772845, 5656132, 5932068 и 6171442, все из которых включены сюда посредством ссылки. Эти патенты описывают мягкие салфетки, выполненные сквозной сушкой без использования сушильного барабана Янки.
Даже учитывая преимущества, описанные в вышеуказанных патентах, все еще необходимы дополнительные улучшения в процессах, используемых для производства салфеточных продуктов, таких как туалетная бумага, салфетки для лица и бумажные полотенца. Настоящее изобретение, в общем, направлено на салфеточные продукты, имеющие улучшенные свойства, особенно в поперечном машинном направлении.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Салфеточное изделие, как используют в этом изобретении, включает бумажные продукты, выполненные из основного полотна, такие как туалетная бумага, салфетки для лица, бумажные полотенца, промышленные салфетки, кухонные салфетки, прокладки, медицинские подушечки и другие аналогичные изделия.
Волокна пульпы, как используют здесь, включают все известные целлюлозные волокна или смеси волокон, содержащие целлюлозные волокна. Волокна, подходящие для производства полотен по настоящему изобретению, содержат любые натуральные целлюлозные волокна, включающие недревесные волокна, такие как хлопок, абака, кенаф, трава сабаи, лен, трава эспарто, солома, джутовые волокна, жмых, волокна пуха молочая, волокна из листьев ананаса; и древесные волокна, такие как волокна, полученные из лиственных и хвойных деревьев, включая волокна древесины мягких пород, такие как крафт-волокна северной и южной древесины мягких пород; волокна древесины твердых пород, такие как эвкалипт, клен, береза и осина, но не ограничивающиеся ими. Древесные волокна могут быть изготовлены в виде волокон с высоким выходом или волокон с низким выходом и могут быть пульпированы любым известным способом, включая крафт, сульфит, способы пульпирования волокон с высоким выходом и другие известные способы пульпирования. Также можно использовать волокна, изготовленные органозольными способами пульпирования, включая волокна и способы, описанные в патенте США №4793898, выданном 27 декабря 1988, Laamanen и др., патенте США №4594130, выданном 10 июня 1986 года, Chang и др. и патенте США №3585104. Подходящие волокна также могут быть произведены путем антрахинонового пульпирования, приведенного в патенте США №5595628, выданном 21 января 1997 года, Gordon и др. Часть волокнистой композиции, такая как до 50% или менее сухого веса или от около 5% до около 35% сухого веса, может представлять собой синтетические волокна, такие как вискоза, полиолефиновые волокна, полиэфирные волокна, бикомпонентные волокна, типа оболочка-сердцевина, многокомпонентные связующие волокна и т.п. Примерные полиэтиленовые волокна представляют собой Pulpex, поставляемые компанией Hercules, Inc (Вильмингтон, Делавэр). Можно использовать любой известный способ отбеливания. Искусственные целлюлозные типы волокон включают вискозу во всем ее разнообразии и другие волокна, полученные из вискозы или химически модифицированной целлюлозы. Можно использовать химически обработанные натуральные целлюлозные волокна, такие как мерсеризорванные пульпы, химически упрочненные или поперечно сшитые волокна, или сульфированные волокна. Для обеспечения хороших механических свойств при использовании бумагоделательных волокон может быть предпочтительно, чтобы волокна были относительно неповрежденными и почти совершенно неочищенными или только слегка очищенными. Хотя можно использовать повторно используемые (восстановленные) волокна, исходные волокна, в общем пригодны из-за их механических свойств и отсутствия загрязнений. Мерсеризованные волокна, регенерированные целлюлозные волокна, целлюлоза, полученная при помощи бактерий, вискоза и другие целлюлозные материалы или производные целлюлозы можно использовать. Подходящие бумагоделательные волокна также могут включать волокна повторного использования, натуральные волокна или их смеси. В конкретных вариантах выполнения, допускающих высокую объемность и хорошие свойства сжатия, волокна могут иметь тонкость помола по канадскому стандарту по меньшей мере 200, более конкретно по меньшей мере 300, еще более конкретно по меньшей мере 400 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 500.
Другие волокна пульпы, которые можно использовать в настоящем изобретении, включают бумажные отходы или повторно используемые волокна и волокна с высоким выходом. Волокна пульпы с высоким выходом представляют собой те бумагоделательные волокна, произведенные посредством процессов пульпирования, обеспечивающих выход около 65% или выше, более конкретно около 75% или выше, или еще более конкретно от около 75% до около 95%. Выход представляет полученное в результате количество обработанных волокон, выраженное в виде процентного соотношения исходной древесной массы. Такие процессы пульпирования включают отбеленную химикотермомеханическую пульпу (ВСТМР), химикотермомеханическую пульпу (СТМР), сжимаемую/сжимаемую термомеханическую пульпу (РТМР), термомеханическую пульпу (ТМР), термомеханическую химическую пульпу (ТМСР), сульфитные пульпы с высоким выходом, и крафт-пульпы с высоким выходом, все из которых оставляют в полученных волокнах высокие степени лигнина. Волокна с высоким выходом хорошо известны своей жесткостью как в сухом, так и во влажном состояниях относительно обычных химически пульпированных волокон.
Прочность на растяжение, среднее геометрическое прочности на растяжение (GMT), поглощенная энергия растяжения (TEA) и процентное растяжение
Испытание на растяжение проводят при использовании образцов салфеток, которые находятся в условиях 23°С +/- °C и 50% +/- 2% относительной влажности в течение, как минимум, 4 часов. Образцы разрезают на полоски шириной 3 дюйма в машинном направлении (МН) и поперечном машинном направлении (ПН) при использовании точного устройства для разрезания образца модели JDC 15М-10, поставляемого Thwing-Albert Instruments, офис которой расположен в Филадельфии, Пенсильвания, США.
Рабочая длина растягивающей рамки установлена на 4 дюйма. Растягивающая рамка может представлять собой рамку Alliance RT/1, работающую с программным обеспечением TestWorks 4. Растягивающая рамка и программное обеспечение поставляются компанией MTS System Corporation, офис которой расположен в Миннеаполисе, Миннесота, США.
Полоску, размером 3 дюйма, затем помещают в зажимы растягивающей рамки и подвергают растяжению 10 дюймов в минуту до точки повреждения образца. Напряжение на полоску салфетки определяют как функцию растяжения. Расчетные выходные данные включают пиковую нагрузку (грамм-сила/3 дюйма, измеренную в грамм-сила), пиковое растяжение (%, рассчитанный путем деления удлинения образца на исходную длину образца и умножения на 100%), % растяжения @ 500 грамм-силы, поглощенная энергия растяжения (TEA) при разрушении (грамм-сила · см/кв.см, рассчитанная путем интегрирования или взятия площади под кривой напряжение-растяжение до 70% разрушения образца), и наклон А (килограмм-сила, измеренный как наклон кривой напряжение-растяжение от 57-150 грамм-сила).
Каждый вид салфетки (минимум 5 подходов) испытывают в машинном направлении (МН) и в поперечном машинном направлении (ПН). Среднее геометрическое прочности на растяжение и поглощенной энергии растяжения (TEA) рассчитывают как квадратный корень продукта в машинном направлении (МН) и в поперечном машинном направлении (ПН). Это позволяет получить среднее значение, которое не зависит от направления испытания.
Наклон А в машинном направлении или наклон А в поперечном машинном направлении представляет собой значение жесткости листа и также касается модуля упругости. Наклон образца в машинном направлении или в поперечном машинном направлении представляет собой величину наклона кривой напряжение-растяжение листа, взятого в процессе испытания на растяжение (см.определение прочности при растяжении выше) и выражается в единицах грамм-силы. Более конкретно, наклон А взят по меньшей мере как наименьший квадрат данных между значениями напряжения 70 грамм-силы и 157 грамм-силы.
Растяжение в поперечном машинном направлении/натяжение в поперечном машинном направлении представляет собой величину прочности на растяжение, необходимую для производства 1% растяжения в образце в поперечном машинном направлении. Это значение вычисляют путем взятия пиковой нагрузки в поперечном машинном направлении и деления ее на натяжение, полученное при 500 грамм-силы или любой меньшей пиковой нагрузки.
Поглощенная энергия растяжение в поперечном машинном направлении/ растяжение в поперечном машинном направлении представляет собой величину поглощенной энергии растяжения, необходимую для создания 1% растяжения. Эту величину рассчитывают путем деления поглощенной энергии растяжения в поперечном машинном направлении на растяжение образца в поперечном машинном направлении.
2
Объемность рассчитывают как коэффициент толщины сухого салфеточного листа, выраженный в микронах, разделенный на вес сухой основы, выраженный в граммах на квадратный метр. Полученную объемность листа выражают в кубических сантиметрах на грамм. Более конкретно, толщину измеряют как общую толщину стопки из десяти обычных листов и делят общую толщину стопки на десять, при этом каждый лист в стопке размещен одной и то же стороной вверх. Толщину измеряют в соответствии с испытательным методом TAPPI, Т411 om-89 «Толщина бумаги, картона и многослойного картона» с замечанием 3 для сложенных в стопку листов. Микрометр, используемый для осуществления Т411 om-89, представляет собой испытательное устройство для толщины салфетки Emveco 200-А, доступное от компании Emveco, Inc., Ньюберг, Орегон. Микрометр имеет нагрузку 2,00 кПа (132 грамма на квадратный дюйм), площадь прижимного устройства 2500 мм, диаметр прижимного устройства 56,42 мм, время срабатывания 3 с и скорость замедления 0,8 мм/с.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение, в общем, направлено на салфеточные изделия, имеющие улучшенные свойства в поперечном машинном направлении. Эти свойства включают относительно высокую пиковую растяжимость, относительно низкий наклон и повышенную поглощенную энергию растяжения в поперечном машинном направлении. Таким образом, изделия, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, имеют относительно низкую жесткость с повышенной растяжимостью при относительно высоких уровнях прочности.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что вышеуказанные свойства могут быть получены, в частности, в некрепированных высушенных в воздушном потоке полотнах. Кроме того, эти свойства могут быть получены без нанесения каких-либо соединительных материалов или связующих на поверхности полотна или иного включения таких материалов в полотно. В соответствии с настоящим изобретением полотна образованы в процессе сушки сквозным потоком воздуха, в котором как переносящий материал, так и материал устройства для сушки в воздушном потоке представляют собой текстурированные материалы, имеющие, по существу, равномерное высокое распределение натяжения в поперечном машинном направлении. В прошлом переносящий материал стремился быть более гладким и менее текстурированным, чем материал, сушащийся в воздушном потоке.
3
3
3
В одном варианте выполнения настоящее изобретение направлено на однослойное салфеточное изделие, которое содержит салфеточное полотно, содержащее волокна пульпы. Например, салфеточное полотно может содержать волокна пульпы в количестве, превышающем около 50 вес.%, как например, в количестве, превышающем 90 вес.%. Салфеточное полотно может иметь объемность в сухом состоянии по меньшей мере около 3 см/г, как например, около 8 см/г, такую как по меньшей мере около 10 см/г. В соответствии с настоящим изобретением салфеточное полотно может иметь среднее геометрическое прочности на растяжение менее около 1000 г/3 дюйма, такую как менее около 900 г/3 дюйма, такую как менее около 700 г/3 дюйма. При этих уровнях прочности салфеточное полотно может иметь прочность в поперечном машинном направлении более около 11%, такую как выше около 13%, такую как выше около 15%. Наклон А в поперечном машинном направлении изделия может быть менее около 3 кг, такой как менее около 2,5 кг. Растяжение в поперечном машинном направлении/натяжение в поперечном машинном направлении может составлять менее около 50, как например, менее около 30. С другой стороны, поглощенная энергия растяжения в машинном направлении/растяжение в поперечном машинном направлении может быть менее около 0,4, такое как менее около 0,35, такое как менее около 0,3.
В одном варианте выполнения салфеточное полотно может содержать некрепированнное, высушенное в воздушном потоке полотно. Например, полотно может быть образовано в процессе влажной укладки и сушки в воздушном потоке. В этом процессе полотно может переноситься на переносящем материале, расположенном непосредственно сверху по ходу потока от устройства сушки в воздушном потоке. От переносящего материала полотно может переноситься к материалу для сушки в воздушном потоке, который выполнен для переноса полотна через устройство сушки в воздушном потоке. Чтобы получить вышеописанные свойства как переносящий материал, так и материал устройства для сушки в воздушном потоке могут представлять собой текстурированные материалы, имеющие основную структуру в машинном направлении.
Например, переносящий материал и материал устройства для сушки в воздушном потоке могут представлять собой многослойные материалы, имеющие от около 5 до около 15 выступающих элементов на сантиметр, как например от около 9 до около 11 выступающих элементов на сантиметр в машинном направлении. Выступающие элементы имеют высоту от около 0,3 мм до около 5 мм, такую как от около 0,3 мм до около 1 мм, такую как от около 0,3 мм до около 0,5 мм. Выступающие элементы могут содержать ребра, которые имею ширину от около 0,3 мм до около 1 мм. Если смотреть в поперечном машинном направлении, ребра могут иметь синусоидальную частоту от около 0,5 мм до около 2 мм.
При переносе на по меньшей мере одном из переносящего материала или материала устройства для сушки в воздушном потоке, салфеточное полотно может быть формовано на материале, что, как было обнаружено, улучшает свойства полотна, особенно в поперечном машинном направлении.
В одном варианте выполнения салфеточный продукт может демонстрировать улучшенные свойства, даже по отношению к множеству имеющихся в продаже двухслойных изделий. Например, в одном варианте выполнения салфеточное изделие может иметь растяжимость в поперечном машинном направлении выше около 15%, при этом имея растяжение в поперечном машинном направлении/натяжение в поперечном машинном направлении менее около 30 и среднее геометрическое прочности на растяжение в поперечном машинном направлении/растяжимость в поперечном машинном направлении менее около 0,4. Салфеточное изделие также может иметь наклон в поперечном машинном направлении менее около 1000 г/3 дюйма, такой как менее около 700 г/3 дюйма, такой как менее около 500 г/3 дюйма.
Другие признаки и объекты настоящего изобретения описаны более подробно ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полное и поясняющее описание настоящего изобретения, включая наилучшие варианты его выполнения для специалиста в данной области, изложены далее более конкретно, включая ссылки на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в сечении одного варианта осуществления процесса выполнения салфеточных полотен в соответствии с настоящим изобретением; и
Фиг.2 - вид в сечении в поперечном машинном направлении одного примерного варианта выполнения переносящего материала, который можно использовать в процессе по настоящему изобретению.
Повторное использование ссылочных позиций в настоящем описании и чертежах предназначено для обозначения одинаковых или аналогичных признаков или элементов настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Специалисту в данной области должно быть понятно, что настоящее описание представляет собой описание только примерных вариантов выполнения и не предназначено для ограничения более широких объектов настоящего изобретения, причем эти более широкие объекты выполнены в примерной конструкции.
В общем, настоящее изобретение направлено на салфеточные изделия, имеющие уникальную комбинацию свойств и на способ производства изделий. Более конкретно, салфеточные изделия, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, имеют улучшенные свойства, особенно в поперечном машинном направлении или в направлении ширины салфеточного полотна, когда его формируют в процессе производства салфетки. Салфеточные изделия, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут содержать однослойные изделия или многослойные изделия, такие как двухслойные изделия, такие салфеточные изделия могут включать туалетную бумагу и салфетки для лица. Могут быть произведены бумажные полотенца, прокладки и другие аналогичные изделия.
Салфеточные полотна в соответствии с настоящим изобретением, в общем, содержат некрепированные полотна, высушенные в воздушном потоке. Чтобы получить полотна с улучшенными свойствами, салфеточное полотно перемещают в процессе сушки в воздушном потоке при использовании переносящего материала, непосредственно выше по ходу потока от материала для сушки в воздушном потоке, при этом оба материала содержат, по существу, равномерные и сильно натянутые материалы. Например, эти материалы могут иметь равномерное распределение натяжения в поперечном машинном направлении, с от около 5% до около 25% натяжения длины пути в поперечном машинном направлении, как например, от около 10% до около 20% натяжения длины пути в поперечном машинном направлении. В одном конкретном варианте выполнения, например, материал может иметь натяжение длины пути в поперечном машинном направлении приблизительно 15%.
Как описано выше, салфеточные полотна, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, имеют улучшенные свойства, особенно в поперечном машинном направлении. Например, салфеточные полотна имеют относительно низкую жесткость, повышенную растяжимость и повышенный срок службы, все в поперечном машинном направлении.
Например, в одном варианте выполнения салфеточное полотно может быть выполнено в соответствии с настоящим изобретением так, что оно имеет среднее геометрическое прочности на растяжение (GMT) менее около 1000 г/3 дюйма, такое как менее 700 г/3 дюйма, такое как менее 500 г/3 дюйма и растяжение в поперечном машинном направлении по меньшей мере около 11%, такое как по меньшей мере около 13%, такое как по меньшей мере около 15%. Кроме того, салфеточное полотно может иметь соотношение прочность растяжение в поперечном машинном направлении/растяжение в поперечном машинном направлении менее около 50, такое как менее около 40, такое как менее около 30, которое указывает количество грамм прочности растяжения для получения 1% растяжения.
Салфеточные полотна могут иметь также соотношение поглощенной энергии растяжения в поперечном машинном направлении (ТЕА)/растяжение в поперечном машинном направлении менее около 0,4, такое как менее около 0,3. Кроме того, чтобы обеспечить улучшенные характеристики растяжимости и прочности в поперечном машинном направлении, изделие также демонстрирует относительно низкую жесткость. Например, изделия могут иметь наклон в поперечном машинном направлении менее около 3 кг, такой как менее около 2,5 кг.
2
2
2
2
Вес основы салфеточных изделий, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, может изменяться в зависимости от конкретного применения и от того, является ли изделие однослойным изделием или многослойным изделием. Для однослойных изделий, например, вес основы изделий может составлять от около 15 г/м до около 45 г/м. С другой стороны, для многослойных изделий вес основы может составлять от около 15 г/м до около 50 г/м. Как указано выше, такие изделия имеют среднее геометрическое прочности на растяжение, в общем, менее около 1000 г/3 дюйма и особенно хорошо подходят для производства салфеток для лица и туалетной бумаги. Салфеточное изделие может продаваться потребителю в виде спирально смотанного изделия или может продаваться в виде отдельных сложенных стопкой листов.
Салфетки могут также быть произведены с вышеописанными свойствами, при этом сводя к минимуму наличие отверстий. Степень присутствия отверстий может быть определена в соответствии с индексом покрытия отверстиями (Pinhole Coverage Index), индексом расчета отверстий (Pinhole Count Index) и индексом размера отверстий (Pinhole size index), все из которых определяют при помощи способа оптических испытаний, известного в уровне техники и описанного в заявке США №2003/0157300 Al, Burazin и др., под названием "Wide Wale Tissue Sheets and Method of Making same", опубликованной 21 августа 2003 года, которая включена сюда посредством ссылки. Более конкретно, индекс покрытия отверстиями представляет собой среднее арифметическое процента площади от площади поверхности образца, если смотреть сверху, которая покрыта или занята отверстиями. Салфеточные полотна, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут иметь коэффициент покрытия отверстиями от около 0,25 или ниже, как например, от около 0,20 или ниже, как например, от около 0,15 или ниже, и в одном варианте выполнения от около 0,05 до около 0,15.
Индекс расчета отверстий представляет собой количество отверстий на 100 квадратных сантиметров, которое имеет эквивалентный диаметр круга (ECD) выше 400 микрон. Полотна, выполненные в соответствии с настоящим описанием, могут иметь индекс расчета отверстий около 65 или менее, такой как около 60 или менее, такой как около 50 или менее, такой как около 40 или менее, и в одном варианте выполнения от около 5 до около 50, такой как от около 5 до около 40.
Индекс размера отверстий представляет собой значение, эквивалентное диаметру круга (ECD) для всех отверстий, имеющих эквивалентный диаметр круга более 400 микрон. Для полотен, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, индекс размера отверстий может составлять около 600 или менее, как например, от около 500 или менее, как например, от около 40 до около 600, как например, от около 450 до около 550.
Основные полотна, которые можно использовать в способе по настоящему изобретению, могут меняться в зависимости от конкретного применения. Например, полотна могут быть выполнены из любого подходящего типа волокон. Например, основное полотно может быть выполнено из волокон пульпы, других натуральных волокон, искусственных волокон и т.п.
Волокна пульпы, подходящие для целей настоящего описания, включают любые целлюлозные волокна, которые известны как подходящие для выполнения салфеточных изделий, особенно те волокна, которые подходят для выполнения полотен с относительно низкой плотностью, такие как салфетки для лица, туалетная бумага, бумажные полотенца, обеденные салфетки и т.п. Подходящие волокна включают натуральные (исходные) волокна древесины мягких пород и волокна древесины твердых пород, а также вторичные или повторно переработанные целлюлозные волокна и их смеси. Особенно подходящие волокна древесины твердых пород включают эвкалиптовые и кленовые волокна. Как используют здесь, вторичные волокна означают любое целлюлозное волокно, которое предварительно было изолировано от его исходной матрицы с помощью физического, химического или механического средства и, кроме того, было сформировано в волокнистое полотно, высушено до содержания влаги около 10 вес.% или ниже и затем повторно изолировано от его матрицы полотна с помощью некоторого физического, химического или механического средства.
Салфеточные полотна, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть выполнены с гомогенной композицией волокон или могут быть выполнены из слоистой композиции волокон, образующей слои в однослойном изделии. Слоистые основные полотно могут быть образованы при использовании оборудования, известного в данной области, такого как многослойный напорный ящик. Как прочность, так и мягкость основного полотна может регулироваться по желанию в многослойных салфетках таких, которые производят в многослойных напорных ящиках.
Например, различные композиции волокон можно использовать в каждом слое, чтобы образовать слой с желаемыми характеристиками. Например, слои, содержащие волокна мягкой древесины, имеют более высокие прочности растяжения, чем слои, содержащие волокна твердой древесины. Волокна древесины твердых пород, с другой стороны, могут повысить мягкость полотна. В одном варианте выполнения однослойное основное полотно по настоящему изобретению включает первый наружный слой и второй наружный слой, содержащий, в основном, волокна древесины твердых пород. Волокна древесины твердых пород могут быть смешаны, при желании, с бумажными отходами в количестве до 30 вес.% и/или волокнами древесины мягких пород, в количестве до около 30 вес.%. Основное полотно, кроме того, включает средний слой, расположенный между первым наружным слоем и вторым наружным слоем. Средний слой может содержать, в основном, волокна мягких пород древесины. При желании другие волокна, такие как волокна с высоким выходом или искусственные волокна могут быть смешаны с волокнами мягких пород древесины.
При выполнении полотна из слоистых композиций волокон, относительный вес каждого слоя может меняться в зависимости от конкретного применения. Например, в одном варианте выполнения при выполнении полотна, содержащего три слоя, каждый слой может составлять от около 15% до около 50% от общего веса полотна, как например, от около 25% до около 35% веса полотна.
Салфеточное полотно может содержать волокна пульпы и может быть образовано способом влажной укладки, включающим устройство для сушки в сквозном воздушном потоке. В процессе влажной укладки композицию волокон объединяют с водой с образованием водной суспензии. Водную суспензию распыляют на проволоку или фетр и сушат с образованием полотна.
В одном варианте выполнения основное полотно образовано с помощью процесса сушки в воздушном потоке при отсутствии крепирования. Более конкретно, в соответствии с настоящим изобретением текстурированный и сильно натянутый переносящий материал и аналогично текстурированный и сильно натянутый материал для сушки в воздушном потоке используют в данном способе при производстве полотен и это способствует получению улучшенных и уникальных свойств. Ссылаясь на Фиг.1, изображена схема процесса, показывающая способ выполнения некрепированных, высушенных сквозной сушкой листов в соответствии с этим вариантом выполнения. Показано двухсеточное формующее устройство, имеющее бумагоделательный напорный ящик 10, который инжектирует или осаждает поток 11 водной суспензии волокон для изготовления бумаги на формующий материал 13, который служит для поддержания и переноса вновь образованного влажного полотна вниз по ходу потока в процесс, когда полотно частично обезвожено до консистенции от около 10% сухого веса. Более конкретно, суспензию волокон осаждают на формующий материал 13 между формующим валком 14 и другим обезвоживающим материалом 12. Дополнительное обезвоживание влажного полотна может осуществляться, например, посредством вакуумного всасывания, при этом влажное полотно поддерживается формующим материалом.
Влажное полотно затем переносят от формующего материала к переносящему материалу 17, перемещающемуся с более низкой скоростью, чем формующий материал, чтобы обеспечить улучшенную растяжимость в материале. Перенос предпочтительно осуществляют с помощью вакуумного устройства 18 или всасывающего переноса, чтобы избежать сжатия влажного материала, при желании, полотно может быть перенесено на переносящем материале 17 под давлением, достаточным, чтобы вызвать соответствие листа материалу.
Полотно затем переносят от переносящего материала к материалу 19 для сквозной сушки с помощью вакуумного переносящего валка 20 или вакуумного переносящего устройства. Материал для сквозной сушки может перемещаться приблизительно с той же скоростью относительно переносящего материала или с другой скоростью. При желании, материал для сквозной сушки может перемещаться с более низкой скоростью для дополнительного улучшения растяжимости. Перенос предпочтительно осуществляют с помощью вакуума, чтобы обеспечить деформацию листа для соответствия материалу сквозной сушки, таким образом обеспечивая желаемую объемность и внешний вид.
Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением процесс осуществляют так, что как переносящий материал 17, так и материал 19 для сквозной сушки воздухом содержат текстурированные материалы, имеющие, по существу, равномерное распределение натяжения в поперечном машинном направлении. Например, эти материалы могут иметь натяжение по длине пути в машинном направлении от около 10% до около 20%, как например, от около 14 до около 16%.
Подходящие текстурированные или 3-размерные материалы, которые можно использовать в качестве переносящего материала и материала для сквозной сушки воздухом, представляют собой материалы, которые включают верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. В процессе формования и/или сквозной сушки воздухом верхняя поверхность поддерживает влажное салфеточное полотно. Влажное салфеточное полотно соответствует верхней поверхности и в процессе формования натягивается в 3-мерной топографической форме, соответствующей 3-мерной топографии верхней поверхности материала. Смежно нижней поверхности материал имеет несущий слой, который объединяет материал и обеспечивает относительно ровную поверхность для контакта с различными машинными элементами салфетки.
Переносящий материал и материал для сквозной сушки воздухом, например, могут иметь текстурированные поверхности для контакта с листом, содержащие, по существу, непрерывные ребра в машинном направлении, разделенные углублениями (см., например, патентную заявку США №2003/0157300 Al, Burazin и др., которая включена сюда посредством ссылки).
Например, оба материала могут иметь основную конструкцию в машинном направлении, содержащую от около 5 до около 15 выступающих элементов на сантиметр в машинном направлении, как например, от около 9 до около 11 выступающих элементов на сантиметр. Эти выступающие элементы могут иметь высоту от около 0,3 мм до около 5 мм, такую как от около 0,3 мм до около 1 мм, такую как от около 0,3 мм до около 0,5 мм. Выступающие элементы могут содержать ребра, которые имеют ширину от около 0,3 мм до около 1 мм. Контур материала в поперечном машинном направлении, например, может иметь приблизительно структуру волны, такую как синусоидальная волна. Например, ссылаясь на Фиг.2 только для примера, показано поперечное сечение материла 100 в поперечном машинном направлении, показывающее структуры волны. Для материалов, используемых в соответствии с настоящим изобретением, волна может иметь амплитуду от около 0 мм до около 0,7 мм, такую как около 0 мм и частоту от около 0,5 мм до около 2 мм, такую как 1 мм.
В одном варианте выполнения как переносящий материал, так и материал для сквозной сушки воздухом могут содержать одинаковый материал или отличный, но подобный материал. В одном конкретном варианте выполнения переносящий материал и материал для сквозной сушки воздухом содержат материал t-1207-6, полученный от Voith Fabrics, Inc.
Использование текстурированных и сильно натянутых материалов, которые описаны выше, как в положении переносящего материала, так и положении материала для сквозной сушки воздухом, обеспечивает неожиданно полученные продукты, имеющие уникальную комбинацию свойств и улучшенные характеристики, особенно в поперечном машинном направлении. Ранее использовали множество традиционных процессов, использующих переносящий материал, который имел относительно ровную поверхность (менее текстурированную, чем материал для сквозной сушки), чтобы обеспечить гладкость полотна. Авторы настоящего изобретения, однако, обнаружили, что при использовании текстурированного и сильно натянутого материала, как описано выше, можно обеспечить различные преимущества и пользу.
Уровень вакуума, используемый для устройств переноса материала, может быть, например, от около 3 до около 25 дюймов ртутного столба, такой как от около 6 дюймов ртутного столба до около 15 дюймов ртутного столба. Вакуумное устройство (отрицательное давление) может быть дополнено или заменено использованием положительного давления с противоположной стороны полотна для выдувания полотна на следующий материал в дополнение к его всасыванию на следующий материал с помощью вакуума или в качестве замены такого всасывания. Также вакуумный валок или валки можно использовать для замены вакуумного устройства (устройств).
Поддерживаемое материалом для сквозной сушки полотно сушат до консистенции около 94% или выше с помощью устройства 21 сквозной сушки, а затем переносят к несущему материалу 22. Высушенный основной лист 23 транспортируют к бобине 24 с использованием несущего материала 22 и дополнительного несущего материала 25. Возможный вращающийся ролик под давлением 26 можно использовать для облегчения переноса полотна от несущего материала 22 к материалу 25. Подходящие несущие материалы для этой цели представляют собой Albany International 84М или 94М и Asten 959 или 937, все из которых представляют собой относительно гладкие материалы, имеющие тонкий узор.
Смягчающие агенты, иногда упоминаемые как разрыхлители, можно использовать для улучшения мягкости салфеточного изделия, и такие смягчающие агенты могут быть включены в волокна перед, в процессе или после формирования водной суспензии волокон. Такие агенты обычно могут быть распылены или нанесены печатью на полотно после формования, еще во влажном состоянии. Подходящие агенты включают, без ограничения, жирные кислоты, воски, четвертичные аммониевые соли, диметил дигидрогенированный жирный хлорид аммония, метил сульфат четвертичного аммония, карбоксилированный полиэтилен, кокамид диэтанол амин, коко бетаин, лаурил саркозинат натрия, частично этоксилированная четвертичная соль аммония, дистеарил диметил хлорид аммония, полисилоксаны и т.п. Примеры подходящих промышленно доступных химических смягчающих агентов включают, без ограничения, Berocell 596 и 584 (четвертичные соединения аммония), производимый Eka Nobel Inc., Adogen 442 (диметил дигидрогенированный жирный хлорид аммония), произведенный Sherex Chemical Company, Quasoft 203 (четвертичная соль аммония), произведенный Quaker Chemical Company и Arquad 2НТ-75 дигидрогенированный жирный хлорид аммония, произведенный Akzo Chemical Company. Подходящие количества смягчающих агентов будут сильно меняться в зависимости от выбранного вещества и желаемого результата. Такие количества могут составлять, без ограничения, от около 0,05 до около 1 вес.% на основе веса волокна, более конкретно от около 0,25 до около 0,75 вес.% и еще более конкретно около 0,5 вес.%.
Чтобы обеспечить растяжимость салфетки в машинном направлении, между материалами в одной или более точках переноса влажного полотна может быть обеспечена разность скоростей. Этот процесс известен как быстрый перенос. Разность скоростей между материалами может составлять от около 5 до около 75% или выше, как например, от около 10 до около 35%. Например, в одном варианте выполнения разность скоростей может составлять от около 20 до около 30% на основании скорости более медленного материала, оптимальная разность скоростей будет зависеть от разных факторов, включая конкретный тип выполняемого изделия. Как упомянуто ранее, повышение растяжимости, приданной полотну, пропорционально разности скоростей. Для однослойной некрепированной высушенной сквозной сушкой салфетки, имеющей вес основы около 30 грамм на квадратный метр, например, разность скоростей от около 20 до около 30 процентов между формующим материалом и переносящим материалом, обеспечивает растяжение в машинном направлении в готовом продукте от около 15 до около 25 процентов. Растяжимость может быть придана полотну при использовании одного устройства для переноса с разностью скоростей или двух, или более устройств для переноса с разностью скоростей влажного полотна перед сушкой. Следовательно, может быть один или более переносящих материалов. Степень растяжимости, приданная полотну, следовательно, может быть разделена среди одного, двух, трех или более устройств для переноса с разностью скоростей.
Полотно переносится с материала для сквозной сушки для конечной сушки предпочтительно с помощью вакуума, чтобы обеспечить макроскопическую трансформацию полотна для придания желаемой объемности и внешнего вида.
Как описано выше, полотна, выполненные в соответствии с процессом по настоящему изобретению, обладают комбинацией уникальных свойств, особенно в поперечном машинном направлении. Можно получить эти свойства путем нанесения гибкого связующего на полотно при его производстве. Как используют здесь, «связующее» относится к любому подходящему связующему агенту, который наносят на полотно для соединения полотна и может включать материалы, такие как сополимеры этилена и винил ацетата. Свойства полотен, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, однако, обеспечивают без необходимости нанесения связующего на какую-либо поверхность полотна.
После того как полотно образовано и высушено, салфеточное изделие по настоящему изобретению подвергают процессу преобразования, в котором образованное основное полотно подготавливают для конечной упаковки. Например, в одном варианте выполнения, салфеточное полотно может быть спирально свернуто в рулоны для производства, например, туалетной бумаги. Альтернативно салфеточное полотно может быть разрезано на листы, чтобы служить в качестве туалетных салфеток или салфеточных изделий для лица. В одном варианте выполнения салфеточное полотно может быть объединено с другим полотном для производства двухслойного салфеточного изделия.
Следующий пример предназначен для иллюстрации конкретных вариантов выполнения настоящего изобретения, без ограничения объема прилагаемых пунктов формулы изобретения.
ПРИМЕР
Некрепированная высушенная сквозной сушкой салфетка была произведена аналогично процессу, показанному на Фиг.1. В соответствии с настоящим описанием переносящий материал непосредственно выше по ходу потока от устройств для сквозной сушки воздухом и следующий за ним материал устройства для сквозной сушки воздухом представляли собой t-1207-6 материал, полученный от Voith Fabrics, Inc.
Основное полотно, выполненное из около 28-29% крафт древесины мягких северных пород (NSWK) и около 71-72% крафт эвкалипта, которые уложены следующим образом: 36 вес.% эвкалипта/28 вес.% NSWK/36 вес.% эвкалипта.
Эвкалипт обрабатывали 1,75 кг/мт активного разрыхлителя, a NSWK очищали между 0 и 2,5 HPD/T при добавлении 5 кг/мт PAREZ прочного во влажном состоянии каучука.
Салфетку обезвоживали с помощью вакуума до консистенции около 26-28% перед входом в устройство для сквозной сушки воздухом, а затем сушили в устройстве для сквозной сушки воздухом до около 1% конечного содержания влаги для сматывания в исходные рулоны.
Одиннадцать различных образцов салфетки, выполненных в соответствии с вышеописанным процессом, были изготовлены и испытаны на различные свойства. Также испытывали множество салфеточных изделий, полученных в мире. Были получены следующие результаты:
Как показано выше, образцы, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, демонстрируют улучшенные свойства, особенно в поперечном машинном направлении по сравнению с образцами, имеющимися в продаже. Образцы, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, имели самое высокое растяжение в поперечном машинном направлении и самое меньшее натяжение в поперечном направлении, требуемое для 1% растяжения. Образцы, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, также демонстрировали самую низкую величину поглощенной энергии натяжения для создания 1% растяжения. Кроме того, образцы, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, демонстрировали самый низкий наклон в машинном направлении по сравнению с коммерческими продуктами.
Эти и другие модификации и изменения настоящего изобретения могут быть применены на практике специалистами в данной области без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, которое более конкретно изложено в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, следует понимать, что объекты различных вариантов выполнения могут быть взаимозаменяемыми как полностью, так и частично. Кроме того, специалистам в данной области должно быть очевидно, что вышеприведенное описание представлено только для примера и не предназначено для ограничения изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения.