КРЕПИРОВАНИЕ НА ТКАНИ И ПРОЦЕСС СУШКИ В ТКАНИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АДСОРБИРУЮЩЕГО БУМАЖНОГО ПОЛОТНА
CREEPING ON FABRIC AND FABRIC DRYING PROCESS FOR MANUFACTURING ADSORBING PAPER CLOTH

Предпосылки к созданию изобретения
Способы изготовления тонкой бумаги для получения туалетной бумаги, полотенец и т.п. хорошо известны и они включают различные процессы, например, сушку с использованием сушильной машины «Янки», сушку посредством просасывания воздуха, крепирование на ткани, крепирование в сухом состоянии, крепирование в мокром состоянии и т.д. Обычные способы прессования в мокром состоянии (CWP) обладают определенными преимуществами в сравнении с обычными способами сушки посредством просасывания воздуха, включающими: (1) меньшие затраты энергии, связанные с механическим удалением воды, в сравнении с испарением при сушке горячим воздухом; (2) более высокую производительность, которую легче достигают при использовании процессов, включающих прессование в мокром состоянии для формования волокнистого слоя. С другой стороны, сушка посредством просасывания воздуха была принята, и для ее развития были затрачены новые капиталовложения, особенно для изготовления мягкой, объемной, тонкой бумаги высокого качества и полотенечного ассортимента.
Weldon
Klowak
Edwards
Hermans
Wells
.
Крепирование на ткани использовали в бумагоделательных процессах, включавших механическое обезвоживание или обезвоживание с уплотнением волокнистого слоя как средство оказания влияния на свойства продукта. См. патенты США № 4689119 и № 4551199, зарегистрированные на имя ; № 4849054 и № 4834838, зарегистрированные на имя ; и № 6287426, зарегистрированный на имя и др. Внедрению процессов крепирования на ткани препятствовала сложность осуществления переноса волокнистого слоя с высокой или средней сухостью в сушильную машину. Следует также обратить внимание на патент США № 6350349, зарегистрированный на имяи др., в котором раскрыт способ переноса в мокром состоянии волокнистого слоя с вращаемой передающей поверхности на ткань. Другие патенты, относящиеся в более общей форме к крепированию на ткани, включают следующие патенты США №: 4834838, 4482429, 4445638, а также № 4440597, зарегистрированный на имя и др
Lindsey
.
Wendt
.
Hermans
.
Trokhan
Drew
.
В бумагоделательных способах также использовали формование на ткани как средство для обеспечения текстуры и объемности. В этом отношении следует рассмотреть патент США № 6610173, зарегистрированный на имяи др, в котором предложен способ впечатывания волокнистого слоя во время прессования в мокром состоянии, в результате чего образовывали асимметричные выступы, соответствовавшие отклоняющим трубкам отклоняющего элемента. В патенте США № 6610173 говорится, что перенос при различии в скоростях во время прессования служит улучшению формования и впечатыванию волокнистого слоя посредством отклоняющего элемента. Говорится, что изготовленные тонкие бумажные волокнистые слои обладали комплексами физических и геометрических свойств, например, уплотненной рисунчатой сетчатой структурой и повторяющимся рисунком выступов, имеющих асимметричные структуры. По вопросу формования в мокром состоянии волокнистого слоя с использованием текстурированных тканей следует познакомиться также со следующими патентами США: № 6017417 и № 5672248, зарегистрированными на имяи др; № 5508818 и № 5510002, зарегистрированными на имя и др, и № 4637859, зарегистрированным на имя . По вопросу использования тканей для придания текстуры в основном сухому полотну следует познакомиться с патентом США № 6585855, зарегистрированным на имя и др, а также с Публикацией США № US 2003/00064.
Morgan, Jr.
.
Morton
Trokhan
Крепированные продукты, получаемые с применением сушки посредством просасывания воздуха, описаны в следующих патентах: в патенте США № 3994771, зарегистрированном на имя и др; патенте США № 4102737, зарегистрированном на имя ; патенте США № 4529480, зарегистрированном на имя . Способы, описанные в этих патентах, содержат, в очень общем виде, процессы формования волокнистого слоя на перфорированной опоре, предварительную сушку волокнистого слоя, укладку волокнистого слоя на рабочий орган сушильной машины «Янки» с определением зоны контакта, частично путем вдавливания ткани, и крепирование продукта на выпуске из сушильной машины «Янки». Обычно требуется относительно водопроницаемый волокнистый слой, что осложняет использование вторичной композиции на тех уровнях, которые были бы желательны. Перенос в сушильную машину «Янки» обычно производят при сухости волокнистого слоя от около 60% до около 70%.
Как сказано выше, продукты, полученные с применением сушки посредством просасывания воздуха, часто обладают повышенной объемностью и мягкостью; однако, при тепловом обезвоживании с использованием горячего воздуха имеет место тенденция к повышению энергоемкости. Операции прессования в мокром состоянии, при которых волокнистые слои механически обезвоживают, являются предпочтительными с точки зрения перспектив энергопотребления и более легко применимыми к композициям, содержащим вторичное волокно, при использовании которого имеет место тенденция к образованию волокнистого слоя меньшей проницаемости, чем при использовании первичного волокна. Много усовершенствований предложено для увеличения объемности и адсорбционной способности продуктов, обезвоживаемых с уплотнением, которые обычно обезвоживают, частично, с помощью бумагоделательного сукна.
Fiscus
Scattolino
В патенте США № 5851353, зарегистрированном на имя и др., описан способ сушки с использованием сушильных барабанов мокрых волокнистых слоев для изготовления продуктов в виде тонкой бумаги, в котором частично обезвоженный мокрый волокнистый слой удерживают между парой формующих тканей. Удерживаемый волокнистый слой обрабатывают, обводя вокруг множества сушильных барабанов, например, просушивая, начиная с сухости от около 40% до сухости, составляющей по меньшей мере около 70%. Тканями для формования полотна защищают волокнистый слой от непосредственного контакта с сушильными барабанами и сообщают тиснение волокнистому слою. Следует также обратить внимание на патент США № 5336373, зарегистрированный на имя и др.
Несмотря на достижения в данной области, при использовании существующих способов прессования в мокром состоянии не получали волокнистых слоев с высокой адсорбционной способностью и предпочтительными физическими свойствами, особенно с повышенным относительным удлинением в поперечном направлении при относительно малых значениях отношения прочности при растяжении в продольном и поперечном направлениях, что желательно при использовании высококачественной тонкой бумаги и полотенец.
Согласно настоящему изобретению адсорбционную способность, объемность и относительное удлинение волокнистого слоя, получаемого с применением прессования в мокром состоянии, можно улучшать в широких пределах путем крепирования на ткани в мокром состоянии волокнистого слоя и переформования волокон на крепирующей ткани, в то же время сохраняя высокую скорость, эффективность тепловой обработки и возможность использования в композиции вторичного волокна, как это обычно практикуется в процессах прессования в мокром состоянии. Способ согласно изобретению обладает дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что можно легко модифицировать существующее оборудование для осуществления способа согласно изобретению, используя, например, сушильные барабаны, особенно пригодные для применения энергии, получаемой из восстанавливаемых источников и/или источников более низкого качества, менее дорогих и более доступных видов топлива.
Краткое описание изобретения
Изделия, крепированные на ткани согласно настоящему изобретению, обычно содержат области скопления волокон относительно повышенной плотности, соединенные с областями меньшей плотности. Особенно предпочтительные продукты содержат растяжимую сетчатую структуру, которую можно расширять, т.е. увеличивать ее пористость и объемность посредством вытяжки до большей длины. Это очень необычное и неожиданное свойство можно в дальнейшем оценить при рассмотрении микрофотографий, представленных на Фиг.1-6, и при ознакомлении с физическими свойствами, проиллюстрированными на Фиг.7-12, а также с другими данными, представленными ниже в разделе «Подробное описание изобретения».
На Фиг.1 представлена микрофотография (продольное сечение, слева направо) области скопления волокон невытянутого, крепированного на ткани волокнистого слоя. Видно, что этот волокнистый слой содержит микроскладки, расположенные в поперечном направлении относительно продольного направления (машинного направления), т.е. гребешки, или складки, проходящие в поперечном направлении (вглубь фотографии). На Фиг.2 представлена микрофотография волокнистого слоя, похожая на микрофотографию на Фиг.1, на которой волокнистый слой был подвергнут вытяжке, составлявшей 45%. На фигуре видно, что микроскладки были расширены, и при этом волокна были рассеяны из области скопления волокон вдоль продольного направления. Не связывая это явление с какой-либо определенной теорией, предполагается, что эта особенность изобретения, т.е. переформирование, или раскрывание складок материала в области скопления волокон, приводит к обретению материалом необычных макроскопических свойств.
Таким образом, согласно настоящему изобретению создан способ изготовления крепируемого на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна, включающий: обезвоживание с уплотнением композиции для изготовления бумаги для формования исходного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги; укладку обезвоженного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна, на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60%; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости передающей поверхности. Рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы крепировать волокнистый слой при съеме с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани с образованием волокнистого слоя с растяжимой сетчатой структурой, содержащей множество взаимосвязанных областей с различной местной плотностью, включающей по меньшей мере (i) множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством (ii) множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью. Способ дополнительно содержит: сушку волокнистого слоя; вытяжку волокнистого слоя, где растяжимая сетчатая структура волокнистого слоя отличается тем, что она содержит связанную волокнистую матрицу, которая обладает повышенной пористостью при вытяжке. Волокнистый слой может быть подвергнут вытяжке после крепирования на ткани и до достижения волокнистым слоем воздушной сухости; предпочтительно волокнистый слой сушат до сухости, составляющей по меньшей мере около 90%, до процесса его вытяжки.
Волокнистый слой может быть вытянут по меньшей мере приблизительно на 10%, 15%, 30% или 45% после его крепирования на ткани. Обычно волокнистый слой подвергают вытяжке, составляющей приблизительно до 75%, после крепирования на ткани.
Способ согласно изобретению можно выполнять при степени крепирования на ткани, составляющей от около 10% до около 300%, и при степени восстановления крепирования, составляющей от около 10% до около 100%. Степень восстановления крепирования может составлять по меньшей мере около 20%; по меньшей мере около 30%; по меньшей мере около 40%; по меньшей мере около 50%; по меньшей мере около 60%; по меньшей мере около 80% или по меньшей мере около 100%. Аналогичным образом, крепирование на ткани может составлять по меньшей мере около 40%; по меньшей мере около 60% или по меньшей мере около 80% или более.
Способ предпочтительно включает процесс вытяжки волокнистого слоя до достижения пористости, составляющей по меньшей мере около 6 г/г. Процесс вытяжки волокнистого слоя до достижения пористости, составляющей по меньшей мере около 7 г/г, 8 г/г, 9 г/г, 10 г/г или более, может быть желательным в некоторых вариантах исполнения. Предпочтительные способы содержат процесс вытяжки высушенного волокнистого слоя для увеличения его пористости по меньшей мере приблизительно на 5%; по меньшей мере приблизительно на 10%; по меньшей мере приблизительно на 25%; по меньшей мере приблизительно на 50% или более.
Обычно способ согласно изобретению изготовления крепированного на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна включает процесс вытяжки волокнистого слоя преимущественно для утонения областей скопления волокон волокнистого слоя, которые обычно содержат волокна с ориентацией, наклоненной в поперечном направлении. Наиболее предпочтительно области скопления волокон содержат множество микроскладок c линиями складок, проходящими в поперечном направлении по отношению к продольному направлению, так, что при вытяжке волокнистого слоя в продольном направлении происходит расширение микроскладок.
Неожиданно было установлено, что в результате вытяжки волокнистого слоя происходит увеличение его объемности и уменьшение разносторонности волокнистого слоя. Посредством стадии вытяжки особенно эффективно влияют на уменьшение показателя трения по методике TMI (TMI - Институт обрабатываемости, США) стороны волокнистого слоя, обращенной к ткани.
Другой аспект изобретения содержит способ изготовления крепированного на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна, включающий: обезвоживание с уплотнением композиции для изготовления бумаги для формования исходного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги; укладку обезвоженного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна, на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60%; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности. Рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы волокнистый слой крепировать с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани с образованием волокнистого слоя с растяжимой сетчатой структурой, содержащей множество взаимосвязанных областей с различной местной плотностью, включающей по меньшей мере (i) множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством (ii) множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью. Способ дополнительно включает: сушку волокнистого слоя; вытяжку волокнистого слоя, где растяжимая сетчатая структура волокнистого слоя отличается тем, что она содержит связанную волокнистую матрицу, которая обладает способностью к увеличению объемности при вытяжке. Способ предпочтительно включает процесс вытяжки высушенного волокнистого слоя для увеличения объемности волокнистого слоя по меньшей мере приблизительно на 5% или 10%.
Другой способ изготовления крепированного на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна согласно изобретению включает: обезвоживание с уплотнением композиции для изготовления бумаги для формования исходного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги; укладку обезвоженного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна, на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60%; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности. Рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы волокнистый слой крепировать с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани с образованием волокнистого слоя с растяжимой сетчатой структурой, содержащей множество взаимосвязанных областей с различной местной плотностью, включающей по меньшей мере (i) множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством (ii) множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью. Способ дополнительно включает: сушку волокнистого слоя; вытяжку волокнистого слоя, где посредством стадии вытяжки высушенного волокнистого слоя эффективно влияют на уменьшение разносторонности волокнистого слоя. Посредством вытяжки волокнистого слоя можно уменьшить разносторонность волокнистого слоя по меньшей мере приблизительно на 10%; по меньшей мере приблизительно на 20% или по меньшей мере приблизительно на 40% или более.
Еще одним другим аспектом изобретения является способ изготовления крепированного на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна, включающий стадии: обезвоживание с уплотнением композиции для изготовления бумаги для формования исходного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги; укладку обезвоженного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна, на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60%; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности. Рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы волокнистый слой крепировать с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани с образованием волокнистого слоя с растяжимой сетчатой структурой, содержащей множество взаимосвязанных областей с различной местной плотностью, включающей по меньшей мере (i) множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством (ii) множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью. Способ дополнительно включает: сушку волокнистого слоя; вытяжку волокнистого слоя, где посредством стадии вытяжки волокнистого слоя преимущественно утоняют области скопления волокон в волокнистом слое.
Еще одним другим аспектом изобретения является способ изготовления крепированного на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна, включающий: обезвоживание с уплотнением композиции для изготовления бумаги для формования исходного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги; укладку обезвоженного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна, на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60%; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности. Рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы волокнистый слой крепировать при съеме с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани с образованием волокнистого слоя с растяжимой сетчатой структурой, содержащей множество взаимосвязанных областей с различной местной плотностью, включающей по меньшей мере (i) множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством (ii) множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью. Способ дополнительно включает: сушку волокнистого слоя; вытяжку волокнистого слоя, где волокнистый слой обладает относительным удлинением при разрыве, составляющим по меньшей мере 20% до вытяжки. Предпочтительно волокнистый слой, изготавливаемый таким образом, обладает относительным удлинением при разрыве, составляющим по меньшей мере 30% или 45% до вытяжки. В некоторых предпочтительных вариантах исполнения волокнистый слой обладает относительным удлинением при разрыве, составляющим по меньшей мере 60% до вытяжки.
Еще один дополнительный способ изготовления целлюлозного волокнистого слоя согласно настоящему изобретению включает: формование исходного волокнистого слоя из композиции для изготовления бумаги; причем исходный волокнистый слой обладает, в общем, хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги; перенос волокнистого слоя, обладающего, в общем, хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; сушку волокнистого слоя до сухости от около 30% до около 60%, включая обезвоживание с уплотнением волокнистого слоя до или одновременно с переносом на передающую поверхность; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60% с использованием крепирующей ткани с рисунчатой крепирующей поверхностью; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности. Рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы волокнистый слой крепировать с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани таким образом, чтобы волокнистый слой содержал множество областей скопления волокон, расположенных в виде рисунка, соответствующего рисунку крепирующей поверхности ткани. Способ дополнительно включает: удерживание мокрого волокнистого слоя в крепирующей ткани; сушку мокрого волокнистого слоя при удерживании его в крепирующей ткани до сухости, составляющей по меньшей мере около 90%; и вытяжку высушенного волокнистого слоя; причем посредством стадии вытяжки высушенного волокнистого слоя эффективно влияют на увеличение его пористости. В некоторых случаях волокнистый слой сушат посредством использования множества сушильных барабанов при удерживании его в ткани, тогда как в других случаях волокнистый слой сушат с использованием сушильного устройства с ударным воздействием воздухом при удерживании его в крепирующей ткани.
В предпочтительном варианте исполнения волокнистый слой подвергают вытяжке на линии; возможно, наиболее предпочтительно вытяжку производят путем постепенного приращения величины вытяжки в несколько стадий, причем в каждой стадии производят только частичную вытяжку волокнистого слоя. Волокнистый слой может быть подвергнут вытяжке между первым валом, перемещаемым в продольном направлении со скоростью, большей скорости крепирующей ткани, и вторым валом, перемещаемым в продольном направлении со скоростью, большей скорости первого вала, или между парой зон контакта, или между зоной контакта и валом, действующими с различными скоростями, если это желательно. Кроме того, высушенный волокнистый слой можно каландрировать на линии.
Другой способ согласно изобретению изготовления крепируемого на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна содержит: обезвоживание с уплотнением композиции для изготовления бумаги для формования исходного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги; укладку обезвоженного волокнистого слоя, обладающего очевидным хаотическим распределением волокна, на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60%; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности. Рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы волокнистый слой крепировать с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани с образованием волокнистого слоя с растяжимой сетчатой структурой, содержащей множество взаимосвязанных областей с различной местной плотностью, включающей по меньшей мере (i) множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством (ii) множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью. Способ дополнительно включает: сушку волокнистого слоя и вытяжку волокнистого слоя, где волокнистый слой сушат в барабанной двухъярусной сушильной части таким образом, чтобы сторона волокнистого слоя, обращенная к ткани, и противоположная сторона волокнистого слоя контактировали с поверхностью по меньшей мере одного сушильного барабана. Двухъярусные барабанные сушильные части схематически показаны на Фиг.31 и 33.
Целлюлозное адсорбирующее полотно согласно изобретению можно изготавливать путем: приготовления целлюлозного волокнистого слоя из водной композиции для изготовления бумаги, при котором волокнистый слой обеспечивают множеством областей скопления волокон с растяжимой сетчатой структурой, имеющей относительно большую местную плотность, взаимосвязанную посредством множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью; причем сетчатая структура дополнительно отличается тем, что она содержит связанную волокнистую матрицу, которая обладает способностью к увеличению пористости при вытяжке; сушки волокнистого слоя, при которой по существу сохраняют его растяжимую сетчатую структуру, и последующей вытяжки волокнистого слоя. Согласно этому способу волокнистый слой можно сушить до сухости, составляющей до вытяжки по меньшей мере около 90% или 92%. При вытяжке волокнистого слоя происходит увеличение его объемности и пористости; однако, при вытяжке уменьшается его разносторонность. Результаты являются очень желательными и неожиданными. Очень хорошие результаты достигают при использовании композиции, содержащей вторичное волокно.
Особенно необычная отличительная особенность изобретения заключается в том, что при вытяжке волокнистого слоя его толщина уменьшается меньше его плотности. В общем, при вытяжке волокнистого слоя отношение уменьшения (%) его толщины к уменьшению (%) его плотности составляет менее 1; обычно при вытяжке волокнистого слоя отношение уменьшения (%) его толщины к уменьшению (%) его плотности составляет менее приблизительно 0,85; а предпочтительно при вытяжке волокнистого слоя отношение уменьшения (%) его толщины к уменьшению (%) его плотности составляет менее приблизительно 0,7. В особенно предпочтительном варианте исполнения при вытяжке волокнистого слоя отношение уменьшения (%) его толщины к уменьшению (%) его плотности составляет менее приблизительно 0,6.
Дополнительные аспекты способа согласно изобретению следующие: приготовление целлюлозного волокнистого слоя с растяжимой сетчатой структурой, снабженной множеством микроскладок с линиями складок, проходящими в поперечном направлении по отношению к продольному направлению; сушка волокнистого слоя путем введения в контакт волокнистого слоя с поверхностью сушильного устройства, при которой растяжимую сетчатую структуру волокнистого слоя по существу сохраняют и при которой высушенный волокнистый слой отличается тем, что микроскладки можно расширять посредством вытяжки волокнистого слоя, и при этом пористость волокнистого слоя увеличивается. Волокнистый слой можно вводить в одноярусную или двухъярусную барабанную сушильную часть при сухости, составляющей менее приблизительно 70%, и сушить до сухости, составляющей более приблизительно 90%, в одноярусной сушильной части.
Способы изготовления целлюлозного адсорбирующего полотна согласно изобретению содержат: приготовление целлюлозного волокнистого слоя из водной композиции для изготовления бумаги; причем волокнистый слой обеспечивают расширяемой сетчатой структурой, содержащей области скопления волокон, обладающие относительно большой местной плотностью, взаимосвязанные посредством множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью; сушку волокнистого слоя при существенном сохранении расширяемой волокнистой сетчатой структуры; расширение высушенного волокнистого слоя для увеличения его пористости. Волокна в областях скопления волокон обычно обладают наклоном в поперечном направлении, а в соединительных областях волокна обладают наклоном вдоль направления между областями скопления волокон. Высушенный волокнистый слой может быть расширен для увеличения его пористости по меньшей мере приблизительно на 1 г/г; по меньшей мере приблизительно на 2 г/г или по меньшей мере приблизительно на 3 г/г.
Продукты согласно изобретению включают адсорбирующий целлюлозный волокнистый слой, содержащий множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью, отличающийся тем, что при вытяжке волокнистого слоя увеличивается его пористость. Во многих случаях при вытяжке возможно увеличение пористости приблизительно до 25%, 35%, 50% или более. В одном предпочтительном варианте исполнения при вытяжке волокнистого слоя, составляющей 30%, увеличение пористости составляет по меньшей мере около 5%, а в другом при вытяжке высушенного волокнистого слоя, составляющей 45%, увеличение пористости составляет по меньшей мере около 20%.
Другим продуктом согласно изобретению является адсорбирующий целлюлозный волокнистый слой, содержащий множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью, отличающийся тем, что при вытяжке волокнистого слоя происходит увеличение его объемности. Обычно при вытяжке волокнистого слоя, составляющей 30%, увеличение его объемности составляет по меньшей мере около 5%, а при вытяжке волокнистого слоя, составляющей 45%, увеличение его объемности составляет по меньшей мере около 10%.
Другими продуктами согласно изобретению являются адсорбирующие целлюлозные волокнистые слои, содержащие множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью, отличающиеся тем, что посредством вытяжки волокнистого слоя эффективно влияют на уменьшение его разносторонности и преимущественное утонение областей скопления волокон. Продукты из адсорбирующего целлюлозного волокнистого слоя могут содержать вторичное волокно, иногда по меньшей мере в количестве 50 мас.% или более 50 мас.% вторичного волока.
Как было отмечено выше, продукты обладают необычным и неожиданным свойством, заключающимся в том, что толщина волокнистого слоя при его вытяжке уменьшается медленнее уменьшения его плотности, так что при его вытяжке отношение уменьшения (%) его толщины к уменьшению (%) его плотности составляет менее приблизительно 0,85. Предпочтительно при его вытяжке отношение уменьшения (%) его толщины к уменьшению (%) его плотности составляет менее приблизительно 0,7. В некоторых особенно предпочтительных продуктах при вытяжке волокнистого слоя отношение уменьшения (%) его толщины к уменьшению (%) его плотности составляет менее приблизительно 0,6. Обычно продукты из волокнистого слоя согласно изобретению обладают плотностью, составляющей от около 5-30 фунтов/3000 кв. футов стопы бумаги.
Другим необычным аспектом продуктов согласно изобретению является то, что они содержат восстанавливаемый крепированный материал как часть матрицы продукта. Обычно волокнистый слой содержит восстанавливаемое крепирование, составляющее по меньшей мере около 10%. В некоторых продуктах желательно иметь восстанавливаемое крепирование, составляющее по меньшей мере около 25%; по меньшей мере около 50% или по меньшей мере около 100%.
Изобретением создан адсорбирующий целлюлозный волокнистый слой с расширяемой сетчатой структурой областей скопления волокон, обладающих относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством множества соединительных областей, обладающих меньшей местной плотностью, отличающийся тем, что пористость волокнистого слоя может быть увеличена путем расширения областей скопления волокон. В предпочтительных вариантах исполнения в областях скопления волокон волокна наклонены в поперечном направлении, а в соединительных областях волокна наклонены вдоль направления между областями скопления волокон; причем в областях скопления волокон имеется множество микроскладок с линиями складок, проходящими в поперечном направлении по отношению к продольному направлению. Адсорбирующий целлюлозный волокнистый слой может быть расширен для увеличения его пористости в сравнении с условиями непосредственно после сушки (или в сравнении с подобным волокнистым слоем, который не был подвержен расширению) по меньшей мере приблизительно на 1 г/г; по меньшей мере меньшей мере приблизительно на 2 г/г; по меньшей мере меньшей мере приблизительно на 3 г/г или более.
Другие отличительные особенности и преимущества изобретения станут очевидными при ознакомлении с последующим описанием и прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Изобретение описано подробно ниже со ссылками на чертежи, на которых одинаковыми номерами позиций обозначены подобные части и на которых изображено:
на Фиг.1 - фотография (120-кратное увеличение) сечения в продольном направлении области скопления волокон в крепированном на ткани бумажном полотне, которое не подвергали вытяжке после крепирования на ткани;
на Фиг.2 - фотография (120-кратное увеличение) сечения в продольном направлении области скопления волокон в крепированном на ткани бумажном полотне, изготовленном согласно изобретению, которое было подвергнуто вытяжке, составлявшей 45%, после крепирования на ткани;
на Фиг.3 - фотография (10-кратное увеличение) крепированного на ткани волокнистого слоя со стороны крепирующей ткани, который сушили в ткани;
на Фиг.4 - фотография (10-кратное увеличение) крепированного на ткани волокнистого слоя со стороны крепирующей ткани, который сушили в ткани, а затем подвергли вытяжке, составлявшей 45%;
на Фиг.5 - фотография (10-кратное увеличение) волокнистого слоя, представленного на Фиг.3, со стороны, обращенной к сушильному устройству;
на Фиг.6 - фотография (10-кратное увеличение) волокнистого слоя, представленного на Фиг.4, со стороны, обращенной к сушильному устройству;
на Фиг.7 - диаграмма зависимости пористости от вытяжки различных адсорбирующих продуктов;
на Фиг.8 - диаграмма зависимости плотности, толщины и объемности от вытяжки крепированного на ткани, обработанного на барабанной сушилке волокнистого слоя согласно изобретению;
на Фиг.9 - диаграмма зависимости плотности, толщины и объемности от вытяжки крепированного на ткани, обработанного на сушильной машине «Янки» волокнистого слоя;
на Фиг.10 - диаграмма зависимости показателя трения по методике TMI (TMI - Институт обрабатываемости, США) от объемности крепированного на ткани, обработанного на барабанной сушилке волокнистого слоя согласно изобретению;
на Фиг.11 и 12 - диаграммы зависимости показателя трения по методике TMI и пористости от вытяжки (%) крепированного на ткани, высушенного в ткани волокнистого слоя согласно изобретению;
на Фиг.13 - микрофотография (8-кратное увеличение) разреженного волокнистого слоя, содержащего множество областей скопления волокон, обладающих относительно большой плотностью, взаимосвязанных посредством множества соединительных областей, обладающих меньшей плотностью, расположенных между ними;
на Фиг.14 - микрофотография, на которой изображен участок волокнистого слоя в увеличенном масштабе (32-кратное увеличение), представленного на Фиг.13;
на Фиг.15 - микрофотография (8-кратное увеличение) рыхлого волокнистого слоя, представленного на Фиг.13, уложенного на крепирующую ткань, используемую для изготовления волокнистого слоя;
на Фиг.16 - микрофотография волокнистого слоя с плотностью 19 фунт/3000 кв. фут, крепированного на ткани со степенью крепирования 17%;
на Фиг.17 - микрофотография волокнистого слоя с плотностью 19 фунт/3000 кв. фут, крепированный на ткани со степенью крепирования 40%;
на Фиг.18 - микрофотография волокнистого слоя с плотностью 27 фунт/3000 кв. фут, крепированного на ткани со степенью крепирования 28%;
на Фиг.19 - вид поверхности (10-кратное увеличение) адсорбирующего бумажного полотна, на которой размечены участки для взятия образцов для исследования поверхности и сечений на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ);
на Фиг.20-22 - фотографии, выполненные на СЭМ, поверхности образца материала, взятого из бумажного полотна, представленного на Фиг.19;
на Фиг.23 и 24 - фотографии, выполненные на СЭМ, сечения в направлении, поперечном продольному направлению, бумажного полотна, представленного на Фиг.19;
на Фиг.25 и 26 - фотографии, выполненные на СЭМ, сечения в продольном направлении бумажного полотна, представленного на Фиг.19;
на Фиг.27 и 28 - фотографии, выполненные на СЭМ, сечения в продольном направлении бумажного полотна, представленного на Фиг.19;
на Фиг.29 и 30 - фотографии, выполненные на СЭМ, сечения в направлении, поперечном продольному направлению, бумажного полотна, представленного на Фиг.19;
на Фиг.31 - схема бумагоделательной машины для изготовления адсорбирующего бумажного полотна согласно настоящему изобретению;
на Фиг.32 - схема части другой бумагоделательной машины для изготовления продуктов согласно настоящему изобретению;
на Фиг.33 - схема части еще одной другой бумагоделательной машины для изготовления продуктов согласно настоящему изобретению;
на Фиг.34 - диаграмма зависимости пористости от плотности волокнистого слоя при его вытяжке;
на Фиг.35 - диаграмма модулей в продольном направлении волокнистого слоя согласно изобретению, на которой соответствующие абсциссы смещены с целью обеспечения четкости;
на Фиг.36 - диаграмма зависимости модуля в продольном направлении от относительного удлинения продуктов согласно настоящему изобретению, обработанных на барабанной сушилке;
на Фиг.37 - диаграмма зависимости изменения толщины от плотности различных продуктов согласно изобретению;
на Фиг.38 - диаграмма зависимости изменения толщины и пористости от изменения плотности различных крепированных на ткани волокнистых слоев;
на Фиг.39 - диаграмма зависимости толщины крепированных на ткани волокнистых слоев от приложенного разрежения;
на Фиг.40 - диаграмма зависимости толщины крепированных на ткани волокнистых слоев от приложенного разрежения при использовании различных крепирующих тканей;
на Фиг.41 - диаграмма зависимости показателя трения по методике TMI различных волокнистых слоев согласно изобретению от вытяжки;
на Фиг.42 - диаграмма зависимости изменения пористости различных продуктов от изменения плотности;
на Фиг.43 - диаграмма репрезентативных кривых, выражающих отношение прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении от разности скоростей потока и сеточного транспортера при изготовлении продуктов согласно изобретению и при обычном способе прессования в мокром состоянии (CWP) адсорбирующего бумажного полотна.
Подробное описание изобретения
Ниже приведено подробное описание изобретения со ссылками на некоторые варианты исполнения и ряд примеров. Целью такого рассмотрения является только иллюстрация изобретения. Для специалиста в данной области вполне очевидны возможные модификации конкретных примеров в пределах сущности и объема настоящего изобретения, изложенного в прилагаемой формуле изобретения.
Терминология, использованная в настоящем описании, употребляется в ее обычном значении, соответствующем примерным определениям, приведенным непосредственно ниже.
Когда в данном описании и формуле изобретения говорится о том, что имеет место очевидное хаотическое распределение ориентации волокон в исходном волокнистом слое (или используется подобная терминология), то имеется ввиду распределение ориентации волокон, которое получается при известных технологиях формования, используемых при напуске композиции на формующую ткань. Во время микроскопических исследований обнаруживают, что расположение волокон представляет картину хаотической ориентации, даже если (в зависимости от соотношения скоростей потока композиции и транспортерной ткани) может иметь место значительный уклон ориентации в сторону продольного направления, в результате чего прочность при растяжении волокнистого слоя в продольном направлении превышает прочность при растяжении в поперечном направлении.
2
Под термином «плотность» (BWT), (bwt) и т.д. (если не указано иное) понимают массу стопы бумажных полотен площадью 3000 кв.фут. (278,7 м). Под термином «сухость» понимают процентное содержание твердых веществ в исходном волокнистом слое, например, вычисленное в расчете на содержание абсолютно сухого вещества. Под термином «воздушная сухость» понимают содержание остаточной влажности, обычно - приблизительно до 10% влажности для волокнистой массы и приблизительно до 6% для бумаги. Считается, что исходный волокнистый слой, содержащий 50% воды и 50% абсолютно сухой волокнистой массы, обладает сухостью 50%.
Под термином «целлюлозный», «целлюлозное полотно» и т.п. понимают любой продукт, включая волокно для изготовления бумаги, содержащее целлюлозу в качестве основного компонента. Под словами «волокно для изготовления бумаги» понимают первичные волокнистые массы или повторно используемые (вторичные) целлюлозные волокна или смеси волокон, содержащие целлюлозные волокна. Волокна, пригодные для изготовления полотен согласно настоящему изобретению, включают: недревесные волокна, например, хлопковое волокно или производные от хлопкового волокна, манильскую пеньку, кенаф, траву sabai, лен, траву эспарто, солому, джут, коноплю, багассу, пух молочая, волокно из листьев ананаса; древесные волокна, например, получаемые из твердых и мягких пород древесины, включающие волокна из древесины мягких пород, например, крафт-целлюлозные волокна северных и южных мягких пород древесины; волокна древесины твердых пород, например, эвкалипта, клена, березы, тополя (осины) и т.п. Волокно для изготовления бумаги может быть получено из источников этих волокон любым из способов, включая химические способы получения волокнистой массы, известные специалистам в данной области, включая: сульфатную, сульфитную, полисульфидную, натронную целлюлозную волокнистую массу и т.д. Волокнистая масса может быть отбеленной, если это желательно, химическими средствами, включающими использование хлора, двуокиси хлора, кислорода, щелочной перекиси и т.д. Продукты согласно настоящему изобретению могут содержать смесь обычных волокон (полученных из первичной целлюлозы или из повторно используемых источников) и очень грубых, богатых лигнином трубчатых волокон, например, отбеленную химическую термомеханическую волокнистую массу (ОХТМВМ) (BCTMP - латин. алф.). Под термином «композиция» и подобными терминами понимают водные композиции, содержащие волокно для изготовления бумаги, возможно, полимеры, придающие прочность в мокром состоянии, разрыхлители и т.п. для изготовления бумажной продукции.
Под термином «барабанная сушка» понимают сушку (обработку) волокнистого слоя путем введения волокнистого слоя в контакт с сушильным барабаном, но без прикрепления волокнистого слоя к поверхности сушильного устройства, обычно потому, что волокнистый слой находится также в контакте с тканью. В одноярусной системе только одну сторону волокнистого слоя вводят в контакт с барабанами, тогда как в обычной двухъярусной системе обе стороны волокнистого слоя вводят в контакт с сушильными поверхностями, как это показано на Фиг.32 и 33, рассмотренных далее.
Trokhan
Farrington
Под словами «обезвоживание с уплотнением» волокнистого слоя или композиции в настоящем описании понимают механическое обезвоживание посредством прессования в мокром состоянии на обезвоживающем сукне, например, в некоторых вариантах исполнения посредством использования механического прессования, которым воздействуют непрерывно на поверхность волокнистого слоя, например, в зоне контакта между прессующим валом и башмаком пресса, где волокнистый слой находится в контакте с бумагоделательным сукном. Термин «обезвоживание с уплотнением» используют для различения процессов, в которых первоначальное обезвоживание волокнистого слоя производят в основном тепловыми средствами, как, например, сказано в патенте США № 4529480, зарегистрированном на имя , и в патенте США № 5607551, зарегистрированном на имя и др., упомянутых выше. Обезвоживание с уплотнением волокнистого слоя, таким образом, относится, например, к удалению воды из исходного волокнистого слоя, обладающего сухостью меньше 30% или около этого значения, посредством его прессования, и/или к повышению сухости волокнистого слоя приблизительно на 15% или более посредством его прессования.
Под словами «крепирующая ткань» и подобной терминологией понимают ткань или транспортерную ленту, на которой имеется рисунок, пригодный для осуществления способа согласно настоящему изобретению, и предпочтительно являющуюся достаточно проницаемой, чтобы можно было сушить волокнистый слой, удерживаемый при этом в крепирующей ткани. В случаях, когда волокнистый слой переносят на другую ткань или поверхность (отличную от крепирующей ткани) для сушки, крепирующая ткань может обладать меньшей проницаемостью.
Под словами «со стороны ткани» и подобными терминами понимают сторону волокнистого слоя, находящуюся в контакте с крепирующей и сушильной тканью. Под словами «со стороны сушильного устройства» или «со стороны барабанов» понимают сторону волокнистого слоя, противоположную стороне, обращенной к ткани.
Сокращение fpm означает «футов в минуту»; тогда как под термином «сухость» понимают содержание (мас.%) волокна в волокнистом слое.
Под сокращением MD понимают продольное направление (ПрН) (машинное направление; под сокращением CD понимают поперечное направление (ПН) (относительно машинного направления).
К числу параметров зоны контакта относятся (без ограничения): давление в зоне контакта, длина зоны контакта, твердость опорного вала, угол в точке подхода ткани, угол в точке отдаления ткани, равномерность и разность скоростей поверхностей в зоне контакта.
Под длиной зоны контакта понимают расстояние, на котором находятся в контакте поверхности, входящие в эту зону.
Под словами «растяжимая сетчатая структура» понимают структуру, которая «по существу сохраняется», в то время как пористость волокнистого слоя может быть увеличена при его вытяжке.
Под термином «на линии» и подобными терминами понимают стадию процесса, выполняемую без удаления волокнистого слоя с бумагоделательной машины, на которой изготавливают этот волокнистый слой. Волокнистый слой вытягивают или каландрируют «на линии», если его вытягивают или каландрируют, не разделяя на части до намотки.
Под словами «транспортирующая передающая поверхность» понимают поверхность, с которой волокнистый слой переносят с крепированием в крепирующую ткань. «Транспортирующей передающей поверхностью» может служить поверхность вращаемого барабана, как сказано ниже, или поверхность непрерывной гладкой перемещаемой ткани или другой перемещаемой ткани, которая может иметь текстурированную поверхность и т.д. Транспортирующая передающая поверхность требуется для поддержания волокнистого слоя и с ее помощью осуществляют крепирование при большом содержании твердого вещества, о чем сказано ниже.
Толщину и/или объемность, о которых идет речь в данном описании, можно измерять, используя 1, 4 или 8 толщин бумажных полотен, в соответствии с указанными условиями. Бумажные полотна настилают друг на друга и измерение толщины настила производят в области его центральной части. Предпочтительно, чтобы испытываемые образцы были подвергнуты кондиционированию в атмосфере при температуре 23°С±1,0°C (73,4°F±1,8°F) и относительной влажности 50% в течение по меньшей мере около 2 часов, после чего определяют их толщину, используя прибор модели 89-II-JR или электронный толщиномер Progage, компании Thwing-Albert, со щупами диаметром 2 дюйма (50,8 мм), при постоянной нагрузке 539±10 г и при скорости опускания подвижного щупа 0,231 дюйма/сек. Для испытания готовой продукции каждое бумажное полотно, подвергаемое испытаниям, должно содержать такое же число слоев, как и продукт при продаже. Для испытаний вообще отбирают восемь бумажных полотен и настилают друг на друга. Для испытаний салфеток их разворачивают до настилания. Для испытаний базового бумажного полотна его сматывают с рулона, каждое бумажное полотно, подвергаемое испытаниям, должно содержать такое же число слоев, как и снимаемое с наката. Для испытаний базового бумажного полотна с наката бумагоделательной машины, следует использовать слои по одному. Бумажные полотна настилают друг на друга, совмещая их продольные направления. При испытаниях изготовленной по заказу тисненой или отпечатанной продукции следует попытаться исключить проведение измерений в этих областях, если это вообще возможно. Объемность может быть также выражена в единицах, соответствующих отношению объем/масса, полученных путем деления значения толщины на значение плотности.
Адсорбционную способность (АС) продуктов согласно изобретению определяют, используя простой прибор для измерения адсорбционной способности. Простой прибор для измерения адсорбционной способности особенно пригоден для определения гидрофильности и адсорбционной способности образца тонкой бумаги, салфеток или полотенец. При этих испытаниях образец тонкой бумаги, салфеток или полотенца диаметром 2,0 дюйма располагают между верхней плоской пластиковой крышкой и нижней рифленой предметной пластиной. Кружок образца тонкой бумаги, салфетки или полотенца удерживают на месте за его края на ширине 1/8 дюйма. Образец не сжимают держателем. На образец в центральную область нижней предметной пластины наливают деионизированную воду при температуре 73°F (22,78°С) через трубку диаметром 1 мм. Эта вода находится под гидростатическим напором (-5) мм. Поток инициируют импульсом, подаваемым при начале измерений с помощью механизма прибора. Вода, таким образом, поглощается образцом тонкой бумаги, салфетки или полотенца из этой центральной входной точки по радиальным направлениям от центра к периферии за счет капиллярности. Когда скорость поглощения воды становится меньше 0,005 г воды за 5 сек, испытания прекращают. Количество воды, вылитое из емкости и поглощенное образцом, определяют взвешиванием и регистрируют в граммах воды на квадратный метр образца или в граммах воды на грамм бумажного полотна. Практически использовали гравиметрический прибор для определения адсорбционной способности компании M/K Systems Inc. Это коммерчески доступный прибор компании M/K Systems Inc. (12 Garden Street, Danvers, Mass., 01923, США). Адсорбционную способность (по воде) (АС) (WAC), также сокращенно обозначаемую SAT, в действительности измеряют этим прибором. Адсорбционная способность (по воде) (АС) (WAC) определяется точкой, в которой линия на диаграмме изменения массы во времени имеет «нулевой» наклон, т.е. образец перестает поглощать воду. Критерий прекращения испытания выражается в максимальном изменении массы поглощенной воды в течение фиксированного периода времени. Это является базовой оценкой нулевого наклона линии на диаграмме изменения массы во времени. В программе используют интервал изменения, составляющий 0,005 г за 5 сек, в качестве критерия прекращения испытания, если не указано условие «Slow SAT» (медленное поглощение), в соответствии с которым критерий прекращения испытания составляет 1 мг за 20 сек.
Показатели: прочность при растяжении в сухом состоянии (в продольном направлении и в поперечном направлении), относительное удлинение, отношение этих показателей, модуль, модуль разрыва, кривая «нагрузка-удлинение» - определяют, используя стандартную разрывную машину компании «Инстрон» или другой пригодный прибор для определения относительного удлинения при растяжении, который может быть выполнен в различных конфигурациях, причем обычно в качестве образцов используют полоски тонкой бумаги или полотенца шириной 3 или 1 дюйм, кондиционированных в атмосфере при температуре 23°C±1°С (73,4°F±1°F) и при относительной влажности 50% в течение 2 часов. Испытания на растяжение выполняют при скорости перемещения подвижного зажима 2 дюйма/мин. Модуль выражают в фунт/дюйм на дюйм удлинения, если не указано иное.
Под относительной прочностью при растяжении понимают просто отношение значений, определенных выше описанными способами. Если не указано иное, то под прочностью при растяжении понимают свойства высушенного бумажного полотна.
Под выражением «отношение крепирования на ткани» понимают разницу скоростей крепирующей ткани и формующего сеточного транспортера и обычно ее вычисляют как отношение скорости волокнистого слоя непосредственно перед крепированием на ткани к скорости волокнистого слоя непосредственно после крепирования на ткани, так как формующий сеточный транспортер и передающую поверхность обычно, но не обязательно, перемещают с одинаковой скоростью.
Отношение крепирования на ткани равно скорости передающего цилиндра, деленной на скорость крепирующей ткани.
Степень крепирования на ткани может быть также выражена в процентах:
Степень крепирования на ткани (%) = (Отношение крепирования на ткани - 1)×100%
Волокнистый слой, крепируемый с передающего цилиндра, перемещаемого со скоростью поверхности 750 фут/мин, на ткань, перемещаемую со скоростью 500 фут/мин, обладает отношением крепирования на ткани, равным 1,5, и степенью крепирования на ткани, равной 50%.
Отношение вытяжки вычисляют аналогичным образом, обычно как отношение скорости намотки к скорости крепирующей ткани. Вытяжку можно выразить в процентах, вычитая 1 из отношения вытяжки и умножая на 100(%). «Вытяжку», приложенную к пробному образцу, вычисляют по отношению окончательной длины к его длине до вытяжки. Под «вытяжкой» понимают удлинение относительно длины волокнистого слоя непосредственно после сушки, если не указано иное. Эту величину можно выразить также в процентах. Например, пробный образец длиной 4 дюйма, подвергнутый вытяжке до 5 дюймов, обладает отношением вытяжки 5/4, или 1,25, а степень вытяжки составляет 25%.
Суммарное отношение крепирования вычисляют как отношение скорости формующего сеточного транспортера к скорости намотки, а суммарную степень крепирования вычисляют по формуле:
Суммарная степень крепирования, % = (Суммарное отношение крепирования - 1)×100%
В процессе, проводимом со скоростью формующего сеточного транспортера 2000 фут/мин и скоростью намотки 1000 фут/мин, суммарное отношение крепирования на линии или суммарное отношение крепирования, будет равно 2, а суммарная степень крепирования равна 100%.
Под «восстанавливаемым крепированием» волокнистого слоя понимают величину крепирования на ткани, восстановленную при удлинении волокнистого слоя, или при его вытяжке. Эту величину вычисляют по следующей формуле и выражают в процентах:
www. testingmachines.com
В процессе при суммарной степени крепирования, составляющей 25%, и степени крепирования на ткани, составляющей 50%, степень восстанавливаемого крепирования равна 50%.
Под «восстанавливаемым крепированием» понимают восстановление после крепирования при количественной оценке крепирования и вытяжки, сообщенных конкретному волокнистому слою. Примерные вычисления различных количественных величин для бумагоделательной машины 40 типа, показанного на Фиг.31, снабженной формующим сеточным транспортером 52, передающим цилиндром 76, крепирующей тканью 80, а также накатом 106, приведены в Таблице 1, ниже. Восстанавливаемое крепирование на ткани является признаком продукта, который относится к объемности и пористости, как это показано на чертежах и в примерах, приведенных ниже.
<b>Таблица 1</b>Примерные вычисления крепирования на ткани, вытяжки и восстанавливаемого крепирования
Скорость формую-щего сеточного транспортера, фут/мин
Скорость крепирую-щей ткани, фут/мин.
Скорость намотки, фут/мин
Отношение крепирова-ния на ткани
Степень крепирования на ткани, %
Отноше-ние вытяжки
Степень вытяжки, %
Отноше-ние суммарной вытяжки
Степень суммарной вытяжки, %
Степень восстанавливае-мого крепирования, %
1000
500
750
2,00
100%
1,5
50%
1,33
33%
67%
2000
1500
1600
1,33
33%
1,067
6,7%
1,25
25%
25%
2000
1500
2000
1,33
33%
1,33
33%
1,00
0%
100%
3000
1500
2625
2,00
100%
1,75
75%
1,14
14%
86%
3000
2000
2500
1,50
50%
1,25
25%
1,20
20%
60%
Dwiggins
.
Значения показателей трения и разносторонности вычисляют путем модификации методики TMI, рассмотренной в патенте США № 6827819, зарегистрированном на имя и др; эта модифицированная методика описана ниже. Изменение (%) значений показателей трения, или разносторонности, при вытяжке выражается как разность между начальным значением до вытяжки и значением после вытяжки, деленная на начальное значение и выраженная в процентах.
Измерения отклонений в показателях разносторонности и трения могут быть выполнены путем использования прибора Lab Master Slip & Friction со специальным высокочувствительным верхним и опорным блоком для измерения нагрузки, применяемым по выбору и приобретаемым по заказу; модель 32-90, поставляемого компанией Testing Machines Inc. (2910 Expressway Drive South Islandia, N.Y. 11722 800-678-3221, приспособленного к работе с датчиком трения Friction Sensor, поставляемым компанией Noriyuki Uezumi Kato Tech Co., Ltd. (Kyoto Branch Office Nihon-Seimei-Kyoto-Santetsu Bldg. 3F Higashishiokoji-Agaru, Nishinotoin-Dori Shimogyo-ku, Kyoto 600-8216, Япония, 81-75-361-6360 katotech@mx1.alpha-web.ne.jp)
Программное обеспечение к прибору Lab Master Slip & Friction модифицировали таким образом, чтобы приспособить его к выполнению следующих действий: (1) определению и непосредственной записи мгновенных показателей силы, воздействующей на датчик трения при перемещении его по образцам; (2) вычисление средних значений показателей; (3) вычисление значений отклонение-абсолютное значение разности между каждым значением в мгновенной точке и вычисленным средним значением; (4) вычисление среднего отклонения от сканированного значения, в граммах.
Перед испытаниями предназначенные к испытаниям образцы следовало кондиционировать в атмосфере при температуре 23,0°±1°C (73,4°F±1,8°F) и относительной влажности 50%±2%. Испытания также следовало производить при тех же условиях. Образцы следовало брать только за края и уголки и любое прикосновение к области образов, предназначенных к испытаниям, следовало сводить к минимуму, так как образцы были очень чувствительными, и физические свойства можно было легко изменить при грубом обращении или при попадании жира с рук испытателя.
Готовили образы, предназначенные к испытаниям, используя устройство для резки бумаги, чтобы получать ровные края, например, у полосок шириной 3 дюйма (в поперечном направлении) и длиной 5 дюймов (в продольном направлении); любые бумажные полотна с очевидными признаками неоднородности исключали и заменяли приемлемыми бумажными полотнами. Эти размеры соответствовали образцам для стандартных испытаний на прочность при растяжении, что позволяло один и тот же образец, который сначала растягивали при испытаниях на прочность при растяжении, затем использовать в испытаниях по определению поверхностного трения.
Каждый пробный образец укладывали на предметный столик прибора и края пробного образца совмещали с передним краем предметного столика и зажимного приспособления. Сверху на пробный образец укладывали металлическую рамку в центре предметного столика, обеспечивая плоскостность пробного образца под рамкой осторожным разглаживанием наружных краев бумажного полотна. Датчик очень аккуратно располагали на пробном образце так, чтобы рычажок датчика находился посередине держателя датчика. Два сканирующих устройства задействовали с каждой стороны каждого пробного образца.
F1
F2.
D1
D2
Для вычисления значений показателей трения по TMI образца задействовали в продольном направлении два сканирующих устройства головки датчика с каждой стороны каждого бумажного полотна, и при этом средние отклонения от первого задействованного в продольном направлении сканирующего устройства, которым испытывали сторону бумажного полотна, обращенную к ткани, регистрировали как MD; результат, полученный на втором сканирующем устройстве, которым испытывали сторону бумажного полотна, обращенную к ткани, регистрировали как MD Величины MDи MD, которые были результатами испытаний сканирующих устройств, которыми испытывали сторону бумажного полотна, обращенную к сушильному устройству (сторону, контактировавшую с барабанами барабанной сушилки или с рабочим органом сушильной машины «Янки»).
Значение показателя трения по TMI полотна со стороны, обращенной к ткани, вычисляют следующим образом:
F
F1
F2
где FV- значение показателя трения со стороны, обращенной к ткани; MD - значение показателя трения со стороны, обращенной к ткани, полученное с помощью одного сканирующего устройства; MD - значение показателя трения со стороны, обращенной к ткани, полученное с помощью второго сканирующего устройства.
Аналогичным образом вычисляют значение показателя трения по TMI полотна со стороны, обращенной к сушильному устройству:
D
D1
D2
где FV- значение показателя трения со стороны, обращенной к сушильному устройству; MD - значение показателя трения со стороны, обращенной к сушильному устройству, полученное с помощью одного сканирующего устройства; MD - значение показателя трения со стороны, обращенной к сушильному устройству, полученное с помощью второго сканирующего устройства.
Суммарное значение показателя трения полотна можно вычислять как среднее значение показателей трения со стороны, обращенной к ткани, и со стороны, обращенной к сушильному устройству, следующим образом:
AVG
F
D
где FV- среднее значение показателей трения со стороны, обращенной к ткани, и со стороны, обращенной к сушильному устройству; FV - значение показателя трения со стороны, обращенной к ткани; FV - значение показателя трения со стороны, обращенной к сушильному устройству.
Разносторонность бумажного листа предлагается оценивать по различию показателей трения с двух сторон бумажного полотна. Разносторонность определяют следующим образом:
AVG
где FV- среднее значение показателей трения со стороны, обращенной к ткани, и со стороны, обращенной к сушильному устройству;
а индексами «U» и «L» обозначены большие и малые значения отклонений показателей трения с двух сторон (со стороны, обращенной к ткани, и со стороны, обращенной к сушильному устройству) - это значит, что большее значение показателя трения всегда будет находиться в числителе.
У продуктов, крепированных на ткани, значение показателя трения со стороны, обращенной к ткани, больше, чем со стороны, обращенной к сушильному устройству. При определении разносторонности учитывают не только относительное различие между двумя сторонами бумажного полотна, но и суммарный уровень трения. В соответствии с этим обычно предпочтительными являются низкие значения разносторонности.
Сокращениями PLI или pli обозначены фунт-сила/погонный дюйм (фунт/п. дюйм).
Твердость по Pusey и Jones (P&J) (определяемую методом вдавливания) определяют по методике ASTM D 531 и выражают числом, характеризующим вдавливание (используют стандартные образцы и условия) (ASTM - Американское общество по испытанию бумажных материалов).
Под «разностью скоростей» понимают разность линейных скоростей.

Пористость и/или относительную пористость, как сказано ниже, определяют путем пропитки бумажного полотна неполярной жидкостью POROFIL и измерения количества поглощенной жидкости. Объем поглощенной жидкости эквивалентен объему пор в структуре бумажного полотна. Относительное увеличение массы (PWI) (%) выражают массой (г) жидкости, поглощенной 1 граммом волокна структуры бумажного полотна, умноженной на 100, как сказано ниже. Более конкретно, для каждого однослойного образца бумажного полотна, подвергаемого испытаниям, подбирают 8 бумажных полотен и вырезают квадрат размером 1×1 дюйм (1 дюйм в продольном направлении и 1 дюйм в поперечном направлении). Для образцов многослойной продукции каждый слой испытывают как отдельный объект. Множество образцов следует отделить в виде отдельных единичных слоев и 8 бумажных полотен следует вырезать из каждой позиции (слоя), используемой для испытаний. Для измерения адсорбционной способности сухую массу каждого испытываемого пробного образца определяют взвешиванием с точностью до 0,0001 г (до ближайшего значения) и регистрируют. Укладывают пробный образец в чашку, содержащую жидкость POROFIL, имеющую удельную массу 1,875 г/куб. см, поставляемую компанией Coulter Electronics Ltd. (Northwell Drive, Luton, Beds, Англия) (часть № 9902458). Спустя 10 секунд захватывают пробный образец пинцетом за один угол, за самый край (1-2 мм), и вынимают из жидкости. Удерживают пробный образец этим углом вверх в течение 30 сек и дают возможность стечь избыточному количеству жидкости. Слегка прикладывают пробный образец (меньше, чем на полсекунды) нижним углом к бумажному фильтру № 4 (фильтр компании Whatman Lt., Maidstone, Англия) для удаления любого избыточного количества жидкости (до последней капли). Сразу же взвешивают пробный образец, в течение 10 сек, и регистрируют массу с точностью до 0,0001 г (до ближайшего значения). Относительное увеличение массы (PWI) (%) каждого пробного образца, выраженное в форме массы (г) жидкости POROFIL, поглощенной 1 граммом волокна, вычисляют следующим образом:
1
где W = масса сухого пробного образца, г;
2
W = масса мокрого пробного образца, г.
Относительное увеличение массы (PWI) (%) всех восьми отдельных пробных образцов определяют так же, как описано выше, и среднее значение, вычисленное по восьми пробным образцам, принимают за относительное увеличение массы (PWI) данного образца.
Относительную пористость вычисляют путем деления относительного увеличения массы (PWI) на 1,9 (плотность жидкости) для выражения отношения в процентах, поскольку пористость (г/г) - это просто относительное увеличение массы; т.е. относительное увеличение массы (PWI), деленное на 100.
Во время крепирования на ткани в зоне контакта под давлением волокно перераспределяется на ткани, делая процесс толерантным к условиям, отличающимся от идеальных условий формования, что иногда можно наблюдать при работе формующего устройства Фурдринье. Формующая часть формующего устройства Фурдринье содержит две основные составляющие части: напорный ящик и стол формующего устройства Фурдринье. Последний состоит из ветви сеточного транспортера, перемещаемой по различным устройствам для регулирования дренажа. Реальное формование происходит на формующем столе формующего устройства Фурдринье. Гидродинамические эффекты дренажа, ориентированный сдвиг и турбулентность, создаваемые вдоль стола, обычно являются факторами регулирования в процессе формования. Конечно, напорный ящик также оказывает существенное влияние на процесс, обычно в масштабе, который значительно больше, чем структурные элементы бумажного волокнистого слоя. Таким образом, при работе напорного ящика могут возникать такие крупномасштабные эффекты, как колебания в распределении расходов потока, скоростей и концентраций волокнистой массы по всей ширине машины; вихревые струи, образующиеся впереди и направляемые в продольном направлении ускоряющимся потоком при приближении к срезу; варьирующиеся по времени большие волны или пульсации потока, поступающего в напорный ящик. Наличие образующихся в продольном направлении вихрей на выходе из напорного ящика - обычное явление. Формующие устройства Фурдринье дополнительно описаны в книге Паркера Дж. Д. The Sheet Forming Process, Ed., TAPPI Press, 1972, переизданной в 1994 г. (г. Атланта, шт. Джорджия, США) (TAPPI - Техническая ассоциация бумагоделательной промышленности, США).
Согласно настоящему изобретению адсорбирующий волокнистый слой формуют путем диспергирования волокна для изготовления бумаги в водной композиции (суспензии) и напуска водной композиции на формующий сеточный транспортер бумагоделательной машины, обычно в виде потока, выпускаемого из напорного ящика. Можно использовать любую пригодную технологию формования. Например, обширный, но не исчерпывающий, перечень, помимо формующих машин Фурдринье, включает: серповидную формующую часть, формующую часть с двумя сеточными транспортерами с С-образным охватом; формующую часть с двумя сеточными транспортерами с S-образным охватом; формующую часть с отсасывающим грудным валом. В качестве формующей ткани может быть использована любая пригодная перфорированная структура, включающая однослойные ткани, двухслойные ткани, трехслойные ткани, фотополимерные ткани и т.п. Неисчерпывающий перечень аналогов формующих тканей включает решения, описанные в патентах США № 4157276, 4605585, 4161195, 3545705, 3549742, 3858623, 4041989, 4071050, 4112982, 4149571, 4182381, 4184519, 4314589, 4359069, 4376455, 4379735, 4453573, 4564052, 4592395, 4611639, 4640741, 4709732, 4759391, 4759976, 4942077, 4967085, 4998568, 5016678, 5054525, 5066532, 5098519, 5103874, 5114777, 5167261, 5199261, 5199467, 5211815, 5219004, 5245025, 5277761, 5328565 и 5379808, которые включены в настоящую заявку в полном объеме путем ссылки. Одна формующая ткань, особенно пригодная для осуществления настоящего изобретения, является формующей тканью модели 2164, изготавливаемой компанией Voith Fabrics Corp. (Shreveport, шт. Луизиана, США).
Формование волокнистого слоя из вспененной водной композиции на формующем сеточном транспортере или формующей ткани можно использовать для регулирования проницаемости или пористости бумажного полотна при крепировании его на ткани. Способы формования волокнистого слоя из вспененной композиции раскрыты в патенте США № 4543156 и Канадском патенте № 2053505, сущность которых включена в настоящую заявку путем ссылки. Вспененную волокнистую композицию готовят из водной суспензии волокна, смешанного с вспененным жидким носителем непосредственно перед ее введением в напорный ящик. Концентрация волокна в суспензии волокнистой массы, подаваемой в систему, составляет в пределах от около 0,5 мас.% до около 7,0 мас.%, предпочтительно - в пределах от около 2,5 мас.% до около 4,5 мас.%. Суспензию волокнистой массы добавляют во вспененную жидкость, включающую воду, воздух и поверхностно-активное вещество, содержащую 50-80 об.% воздуха, благодаря чему образуется вспененная волокнистая композиция с концентрацией волокна в пределах от около 0,1 мас.% до около 3,0 мас.%, получаемая простым смешиванием в результате естественной турбулентности и смешивания, присущих элементам, используемым в процессе. Добавление волокнистой массы в форме суспензии малой концентрации приводит к избыточному количеству вспененной жидкости, отходящей с формующих сеточных транспортеров. Избыточное количество вспененной жидкости выводят из системы и ее можно использовать где-то в другом месте или обрабатывать для извлечения из нее поверхностно-активных веществ.
Композиция может содержать химические добавки, вводимые для изменения физических свойств изготавливаемой бумаги. Эти химические вещества хорошо известны специалистам в данной области и их можно использовать в любом известном сочетании. Такие добавки могут быть модификаторами поверхности, умягчителями, разрыхлителями, упрочнителями, латексами, средствами для повышения непрозрачности, осветляющими веществами, красителями, пигментами, клеящими веществами, изолирующими химическими веществами, удерживающими добавками, средствами для понижения растворимости, органическими или неорганическими сшивающими веществами или их сочетаниями; упомянутые химические вещества могут по выбору содержать высокомолекулярные спирты, крахмалы, полипропиленгликолевые (PPG) сложные эфиры, полиэтиленгликолевые (PEG) сложные эфиры, фосфолипиды, поверхностно-активные вещества, полиамины, HMCP (гидрофобно-модифицированные катионные полимеры), HMAP (гидрофобно-модифицированные анионные полимеры) и т.п.
Coscia
Williams
»
Cellulose Chemistry и Technology
Alkaline-Curing Polimeric Amine-Epichlorohydrin,
Волокнистую массу можно смешивать с веществами для регулирования прочности, например, веществами, повышающими прочность в мокром состоянии; веществами, повышающими прочность в сухом состоянии; разрыхлителями/умягчителями и т.д. Соответствующие вещества, повышающие прочность в мокром состоянии, известны специалистам в данной области. Широкий, но не исчерпывающий, перечень пригодных добавок, способствующих повышению прочности, включает: карбамидоформальдегидные полимеры, меламинформальдегидные полимеры, глиоксилированные полиакриламидные полимеры, полиамид-эпихлоргидриновые полимеры и т.п. Термореактивные полиакриламиды изготавливают путем осуществления взаимодействия акриламида с диаллилдиметиловым хлористым аммонием (DADMAC) для получения катионного сополимера полиакриламида, который в конце вводят во взаимодействие с глиоксалем для получения катионного полимера, глиоксилированного полиакриламида, обеспечивающего сшивание и повышающего прочность в мокром состоянии. Эти вещества, в общем, описаны в патентах США: № 3556932, зарегистрированном на имя и др., и № 3556933, зарегистрированном на имя и др., включенных в настоящую заявку в полном объеме путем ссылки. Полимеры этого типа коммерчески доступны под торговым названием PAREZ 631NC и выпускаются компанией Bayer Corporation. Можно использовать различные молевые соотношения акриламид/-DADMAC/глиоксаля для изготовления сшивающих полимеров, пригодных в качестве веществ, придающих прочность в мокром состоянии. Кроме того, глиоксаль может быть заменен другими диальдегидами для сообщения термореактивных, придающих прочность в мокром состоянии, характеристик. Особенно пригодными являются полиамид-эпихлоргидриновые полимеры, придающие прочность в мокром состоянии, примером которых могут служить вещества, продаваемые под торговыми названиями Kymene 557LX и Kymene 557H, выпускаемые компанией Hercules Incorporated (г. Вильмингтон, шт. Делавер, США), и Amres, выпускаемый компанией Georgia-Pacific Resins, Inc. Эти полимеры и способ их изготовления описаны в патенте США № 3700623 и в патенте США № 3772076, каждый из которых включен в полном объеме в настоящую заявку путем ссылки. Обширное описание полиэпигалогидриновых полимеров, приведенное в Главе 2  написанной Espy, в книге «Wet Strength Resins and Their Application(«Полимеры, придающие прочность в мокром состоянии, и их применение») (под редакцией L. Chan, 1994), включено в настоящую заявку в полном объеме путем ссылки. Достаточно всеобъемлющий перечень полимеров, придающих прочность в мокром состоянии, приведен Westfelt в издании Volume 13, p. 813, 1979, которое включено в настоящую заявку путем ссылки.
Можно также использовать соответствующие вещества, временно придающие прочность в мокром состоянии. Обширный, но не исчерпывающий, перечень пригодных веществ, временно придающих прочность в мокром состоянии, включает: алифатические и ароматические альдегиды, включая глиоксаль, малоновый диальдегид, янтарный диальдегид, глютаральдегид и диальдегидные крахмалы, а также замещенные или прореагировавшие крахмалы, дисахариды, полисахариды, хитозан или другие прореагировавшие полимерные продукты реакции мономеров или полимеров, содержащих альдегидные группы и, возможно, азотные группы. К числу представительных азотосодержащих полимеров, которые можно соответствующим образом подвергнуть взаимодействию с альдегидсодержащими мономерами или полимерами, относятся виниламиды, акриламиды и соответствующие азотосодержащие полимеры. Эти полимеры сообщают положительный заряд альдегидсодержащим продуктам реакции. Кроме того, можно использовать и другие коммерчески доступные вещества, временно придающие прочность в мокром состоянии, например, PAREZ 745, выпускаемое компанией Bayer, вместе с веществами, описанными, например, в патенте США № 4605702.
Полимером, временно придающим прочность в мокром состоянии, может быть любой из широкого ряда водорастворимых органических полимеров, содержащих альдегидные звенья и катионные звенья, используемые для повышения прочности при растяжении бумажной продукции в сухом и в мокром состоянии. Такие полимеры описаны в патентах США № 4675394, 5240562, 5138002, 5085736, 4981557, 5008344, 4603176, 4983748, 4866151, 4804769 и 5217576. Можно использовать модифицированные крахмалы, продаваемые под торговыми марками CO-BOND 1000 и CO-BOND 1000 Plus, выпускаемые компанией National Starch и Chemical Co. (г. Бриджвотер, шт. Нью-Джерси, США). Перед использованием катионный альдегидный растворимый в воде полимер может быть приготовлен путем предварительного нагрева водной суспензии, содержащей приблизительно 5% твердого вещества, выдерживаемой при температуре приблизительно 240°F (115,56°С) и при pH около 2,7 в течение приблизительно 3,5 мин. В конце суспензию можно резко охладить и разбавить путем добавления воды для получения смеси, содержащей приблизительно 1,0% твердого вещества при температуре менее приблизительно 130°F (54,44°С).
Другие вещества, временно придающие прочность в мокром состоянии, также выпускаемые компанией National Starch и Chemical Co., продаются под торговыми марками CO-BOND 1600 и CO-BOND 2300. Эти крахмалы поставляют в форме водных коллоидных дисперсий, и они не требуют предварительного нагрева перед их использованием.
Coscia
.
Williams
Можно использовать вещества, временно придающие прочность в мокром состоянии, например, глиоксилированный полиакриламид. Вещества, временно придающие прочность в мокром состоянии, например, глиоксилированные полиакриламидные полимеры, изготавливают путем осуществления взаимодействия акриламида с диаллилдиметиловым хлористым аммонием (DADMAC) для получения катионного полиакриламидного сополимера, который в конце вводят во взаимодействие с глиоксалем для получения катионного сшивающего полимера, глиоксилированного полиакриламида, временно или полупостоянно придающего прочность в мокром состоянии. Эти вещества, в общем, описаны в патенте США № 3556932, зарегистрированном на имя и др, и в патенте США № 3556933, зарегистрированном на имя и др., которые включены в настоящую заявку путем ссылки. Полимеры этого типа коммерчески доступны под торговым названием PAREZ 631NC и выпускаются компанией Bayer Industries. Можно использовать различные молевые соотношения акриламид/-DADMAC/глиоксаля для изготовления сшивающих полимеров, пригодных в качестве веществ, придающих прочность в мокром состоянии. Кроме того, глиоксаль может быть заменен другими диальдегидами для сообщения термореактивных, придающих прочность в мокром состоянии характеристик.
Пригодные вещества, придающие прочность в сухом состоянии, включают: крахмал, гуаровую смолу, полиакриламиды, карбоксиметилцеллюлозу и т.п. Особенно пригодна карбоксиметилцеллюлоза, например, продаваемая под торговым названием Hercules CMC, выпускаемая компанией Hercules Incorporated (г. Вильмингтон, шт. Делавер, США). Согласно одному варианту исполнения волокнистая масса может содержать от около 0 до около 15 фунт/т вещества, придающего прочность в сухом состоянии. Согласно другому варианту исполнения волокнистая масса может содержать от около 1 до около 5 фунт/т вещества, придающего прочность в сухом состоянии.
Chemistry and Industry
J.Am. Oil Chemist's Soc
,
J.Am.Oil Chemist's Soc.,
Соответствующие разрыхлители также известны специалистам в данной области. Разрыхлители или умягчители можно также вводить в волокнистую массу или наносить распылением на волокнистый слой после его формования. Согласно настоящему изобретению можно также использовать умягчители, включающие, но не ограниченные этим перечнем, класс амидоаминовых солей, полученных из частично нейтрализованных кислотой аминов. Такие вещества описаны в патенте США № 4720383. В работах Evans, , 5 July 1969, pp. 893-903; Egan., Vol. 55 (1978), pp. 118-121; и Trivedi и др.,  June 1981, pp. 754-756, включенных в полном объеме в настоящую заявку путем ссылки, сказано, что умягчители часто коммерчески доступны только в виде комплексных смесей скорее, чем в виде отдельных компаундов. Хотя ниже в описании внимание сфокусировано на преобладающих видах, следует понимать, что коммерчески доступные смеси можно, в общем, использовать на практике.
Quasoft 202-JR является пригодным умягчителем, который можно получать путем алкилирования продукта конденсации олеиновой кислоты и диэтилентриамина. В условиях синтеза, при которых создают дефицит алкилирующего вещества (например, диэтилсульфата) и используют только одну стадию алкилирования, выполняемую после регулирования значения pH, для протонирования неэтилированных веществ, получают в результате смесь, состоящую из катионных этилированых и катионных неэтилированных веществ. Малую часть (например, около 10%) полученного амидоамина циклизируют до имидазолиновых компаундов. Так как только имидазолиновые части этих веществ являются четвертичными аммониевыми компаундами, то композиции в целом являются pH-восприимчивыми. Таким образом, при практическом использовании согласно настоящему изобретению этого класса химических веществ, pH в напорном ящике должен приблизительно составлять 6-8, более предпочтительно - 6-7, а наиболее предпочтительно - 6,5-7,0.
Четвертичные аммониевые компаунды, например, диалкилдиметиловые четвертичные соли аммония также пригодны, особенно если алкильные группы содержат около 10-24 атомов углерода. Эти компаунды обладают преимуществом, заключающимся в относительной невосприимчивости к pH.
Можно использовать биологически разлагаемые умягчители. Представительные биологически разлагаемые катионные умягчители/разрыхлители раскрыты в патентах США № 5312522, 5415737, 5262007, 5264082 и 5223096, включенных в настоящую заявку в полном объеме путем ссылки. Компаунды являются биологически разлагаемыми двойными сложными эфирами четвертичных аммиачных компаундов, кватернизованными амин-эфирами и биологически разлагаемыми сложными эфирами на основе растительных масел, взаимодействующими с четвертичным хлоридом аммония и двойным сложным эфиром диэруцилдиметилхлоридом аммония, и являются представительными биологически разлагаемыми умягчителями.
В некоторых вариантах исполнения особенно предпочтительная разрыхлительная композиция содержит четвертичный аминовый компонент, а также неионное поверхностно-активное вещество.
Curran
Исходный волокнистый слой обычно обезвоживают на бумагоделательном сукне. Можно использовать любое пригодное сукно. Например, сукна могут содержать двухслойную базовую тканую структуру, трехслойную базовую тканую структуру или ламинированную базовую тканую структуру. Предпочтительными сукнами являются сукна, обладающие ламинированной базовой тканой структурой. Сукном мокрого пресса, которое может быть особенно пригодно для осуществления настоящего изобретения, является сукно марки Vector 3, изготавливаемое компанией Voith Fabric. Аналоги прессовых сукон описаны в патентах США, включающих патенты № 5657797, 5368696, 4973512, 5023132, 5225269, 5182164, 5372876 и 5618612. Можно также использовать прессовое сукно отличающейся структуры, описанное в патенте США № 4533437, зарегистрированном на имя и др.
Пригодные крепирующие ткани содержат однослойные, многослойные или композиционные структуры, предпочтительно разреженные структуры. Ткани могут обладать, по меньшей мере, одной из следующих характеристик: (1) со стороны крепирующей ткани, находящейся в контакте с волокнистым слоем в мокром состоянии (с «верхней» стороны) число нитей на дюйм в продольном направлении (плотность ткани по основе) составляет от 10 до 200, число нитей на дюйм в поперечном направлении (плотность ткани по утку) также составляет от 10 до 200; (2) диаметр нити обычно составляет меньше 0,050 дюйма; (3) с верхней стороны расстояние между самой высокой точкой перегибов нитей основы и самой высокой точкой перегибов нитей утка составляет от около 0,001 дюйма до около 0,02 дюйма или 0,03 дюйма; (4) между этими двумя уровнями могут быть перегибы, образованные либо нитями основы, либо нитями утка, которые придают топографии ткани трехмерный внешний вид, содержащий возвышения и впадины, которая сообщается волокнистому слою; (5) ткань может быть ориентирована любым пригодным способом так, чтобы достигался желаемый эффект при выполнении процесса и сообщались продукту требуемые свойства; перегибы продольных (основных) нитей могут быть на верхней стороне для увеличения выступов в продольном направлении в продукте, или продольные желобки могут быть расположены на верхней стороне, если желательно получить больше выступов в поперечном направлении для оказания влияния на характеристики крепирования при переносе волокнистого слоя с передающего цилиндра на крепирующую ткань; (6) ткань может быть изготовлена так, чтобы получались определенные геометрические рисунки, благоприятно воспринимаемые глазом, которые обычно повторяют между каждыми 2-50 основными нитями. В число пригодных коммерчески доступных грубых тканей входит ряд тканей, изготавливаемых компанией Voith Fabrics.
Trokhan
Крепирующая ткань может быть, таким образом, такого класса, который описан в патенте США № 5607551 (колонки 7-8), зарегистрированном на имя Farrington и др, а также в патенте США № 4239065, зарегистрированном на имя , и в патенте США № 3974025, зарегистрированном на имя Ayers. Такие ткани могут содержать от около 20 до около 60 мононитей на дюйм и их изготавливают из полимерных мононитей, имеющих диаметры обычно в пределах от около 0,008 до около 0,025 дюйма. Основные и уточные мононити могут иметь (но это не является обязательным требованием) одинаковый диаметр.
В некоторых случаях мононити переплетают таким образом и придают им такую взаимнодополняющую изогнутую конфигурацию по меньшей мере в направлении оси Z (в направлении толщины ткани), чтобы создавать первую группу или массив расположенных в одной плоскости перекрестий обеих групп мононитей, расположенных в верхней плоскости, и предварительно определенную вторую группу или массив перекрестий, расположенных под верхней поверхностью. Массивы распределены таким образом, что части перекрестий, расположенных в верхней плоскости, определяют массив впадин, подобных тем, которые имеются в корзине из ивовых прутьев, в верхней поверхности ткани, причем эти впадины расположены в шахматном порядке как в продольном, так и в поперечном направлениях, и так, что каждая впадина перекрывает по меньшей мере одно перекрестие, расположенное под верхней поверхностью. Впадины дискретно по периметру окружены на виде в плане столбчатообразными скоплениями, содержащими части множества перекрестий, расположенных в плоскости верхней поверхности. Петля ткани может содержать термофиксированные мононити из термопластического вещества; верхние поверхности расположенных в одной плоскости перекрестий, расположенных в верхней плоскости, могут представлять одноплановую плоскую поверхность. Особые варианты исполнения изобретения включают атласные переплетения, а также гибридные переплетения из трех или большего числа систем основных нитей, и плотность по основе и утку может составлять от около 10×10 до около 120×120 мононитей на дюйм (от 4×4 до около 47×47 на сантиметр), хотя предпочтительный диапазон плотности по основе и утку составляет от около 18×16 до около 55×48 мононитей на дюйм (от 9×8 до около 22×19 на сантиметр).
Lee
Smith
Вместо прессующей ткани в качестве крепирующей можно использовать ткань сушильной машины, если это желательно. Пригодные ткани описаны в патентах США № 5449026 (ткань) и № 5690149 (настланные в продольном направлении ленты из нитей), зарегистрированном на имя , а также в патенте США № 4490925, зарегистрированном на имя  (спиральная структура).
Если используют формующее устройство Фурдринье или другое щелевое формующее устройство, как это показано на Фиг.31, то исходный волокнистый слой можно кондиционировать с помощью отсасывающих ящиков и паровой камеры до достижения содержания твердых веществ, соответствующего уровню, пригодному для переноса на обезвоживающее сукно. Исходный волокнистый слой можно переносить на сукно с применением отсоса. В серпообразной формующей машине использование вспомогательного отсоса является необязательным, так как исходный волокнистый слой формуют между формующей тканью и сукном.
Watson
Watson
Предпочтительным путем осуществления изобретения является применение сушильных барабанов для сушки волокнистого слоя с обеспечением его контакта с крепирующей тканью, которую также используют в качестве сушильной ткани. Сушку с применением сушильных барабанов используют отдельно или в сочетании с сушильным устройством с ударным воздушным воздействием, причем это сочетание особенно пригодно, если в линии имеется в наличии двухъярусная сушильная часть, как это описано ниже. Сушильное устройство с ударным воздушным воздействием можно также использовать в качестве единственного средства для сушки волокнистого слоя, так как волокнистый слой удерживают в ткани, если это желательно, или можно использовать в сочетании с барабанными сушилками. Соответствующее роторное сушильное оборудование с ударным воздушным воздействием описано в патенте США № 6432267, зарегистрированном на имя , и в патенте США № 6447640, зарегистрированном на имя  и др. Так как способ можно легко осуществлять на существующем оборудовании при его разумной модификации, любые существующие плоские сушильные машины можно с успехом использовать для сокращения капиталовложений.
Morgan, Jr.
Morton
Trokhan
В альтернативном варианте исполнения, волокнистый слой можно сушить посредством прососа воздуха после крепирования на ткани, как это хорошо известно в данной области. К репрезентативным ссылкам можно отнести: патент США № 3342936, зарегистрированный на имя Cole и др.; патент США № 3994771, зарегистрированный на имя и др.; патент США № 4102737, зарегистрированный на имя ; патент США № 4529480, зарегистрированный на имя .
На Фиг.1 представлено поперечное сечение (120-кратное увеличение) в продольном направлении крепированного на ткани, но не подвергнутого вытяжке полотна 10, на котором видны области 12 скопления волокна. Можно увидеть, что волокна в области 12 скопления волокна имеют наклоненную ориентацию в поперечном направлении, особенно с правой стороны области 12, где волокнистый слой контактирует с перегибом крепирующей ткани.
На Фиг.2 представлено полотно 10, подвергнутое вытяжке, составлявшей 45%, после крепирования на ткани и сушке. Здесь видно, что области 12 были утонены или рассеяны в продольном направлении при расширении, или разворачивании, микроскладок. Подвергнутый вытяжке волокнистый слой обладает увеличенной объемностью и пористостью в сравнении с не подвергнутым вытяжке волокнистым слоем. Структурные изменения и изменения свойств дополнительно проиллюстрированы на Фиг.3-12.
На Фиг.3 представлена фотография (10-кратное увеличение) крепированного на ткани волокнистого слоя со стороны, обращенной к ткани, согласно изобретению, который был изготовлен без существенной последующей вытяжки. На Фиг.3 видно, что полотно 10 содержит множество очень выраженных областей 12 скопления волокон с большой плотностью, содержащих волокна, ориентированные под наклоном к поперечному направлению (ПН), соединенных областями 14 с малой плотностью. На фотографии видно, что соединительные области 14 содержат волока, ориентация которых наклонена вдоль направления между областями 12 скопления волокон. Кроме того, видно, что линии микроскладок областей 12 скопления волокон проходят вдоль поперечного направления.
На Фиг.4 представлена фотография (10-кратное увеличение) крепированного на ткани волокнистого слоя со стороны, обращенной к ткани, согласно изобретению, который был крепирован на ткани, высушен и затем подвергнут вытяжке, составлявшей 45%. На Фиг.4 видно, что полотно 10 все еще содержит множество областей 12 скопления волокон с большой плотностью, соединенных областями 14 с малой плотностью; однако при сравнении Фиг.3 и 4 видно, что области 12 скопления волокон значительно менее выражены после вытяжки волокнистого слоя.
На Фиг.5 представлена микрофотография (10-кратное увеличение) волокнистого слоя, представленного на Фиг.3, со стороны, обращенной к сушильному устройству, т.е. со стороны волокнистого слоя, противоположной стороне, обращенной к крепирующей ткани. Этот волокнистый слой крепировали на ткани и сушили без вытяжки. Здесь видны области 12 скопления волокон с относительно большой плотностью, а также области 14 с меньшей плотностью, которыми соединены области скопления волокон. Эти отличительные особенности, в общем, менее выражены на стороне волокнистого слоя, обращенной к сушильному устройству или к сушильным барабанам; за исключением, однако, утонения или развертывания складок в областях скопления волокон, которые можно более легко обнаружить на стороне волокнистого слоя, обращенной к сушильному устройству, если крепированный на ткани волокнистый слой 10 был подвергнут вытяжке, как это показано на Фиг.6.
На Фиг.6 представлена микрофотография (10-кратное увеличение) крепированного на ткани волокнистого слоя 10 со стороны, обращенной к сушильному устройству, изготовленного согласно изобретению, который был крепирован на ткани, высушен и затем подвергнут вытяжке, составлявшей 45%. Здесь видно, что области 12 скопления волокон с относительно большой плотностью «разрыхлены» или в некоторой степени развернуты складки при их утонении (что также видно на Фиг.1 и 2 при большем увеличении). Области 14 с меньшей плотностью остаются относительно неизмененными при вытяжке волокнистого слоя. Другими словами, при вытяжке волокнистого слоя преимущественно утоняются области скопления волокон. На Фиг.6, кроме того, видно, что относительно спрессованные области 12 скопления волокон бумажного полотна были расширены.
Не связывая это явление с какой-либо определенной теорией, авторы считают, что при крепировании на ткани волокнистого слоя, как это описано в настоящей заявке, образуется связанная волокнистая сетчатая структура, обладающая выраженными колебаниями местной плотности. Сетчатая структура может быть по существу сохранена, например, при сушке волокнистого слоя, так как при вытяжке высушенного волокнистого слоя происходит некоторое рассеивание или утонение областей скопления волокон и увеличение пористости волокнистого слоя. Эта отличительная особенность изобретения отчетливо подтверждается изображением на Фиг.6, где микроскладки в волокнистом слое в областях 12 раскрыты при вытяжке волокнистого слоя на большей длине. На Фиг.5 соответствующие области 12 не подвергнутого вытяжке волокнистого слоя остаются сжатыми.
На Фиг.7-12 так же проиллюстрированы отличительные особенности процессов и продуктов согласно настоящему изобретению.
На Фиг.7 представлена диаграмма зависимости пористости от вытяжки (%) крепированного на ткани волокнистого слоя, обработанного на барабанной сушилке (который сушили во внедренном в ткань состоянии), и подобного волокнистого слоя, который крепировали на ткани и затем укладывали с введением связующего на рабочий орган сушильной машины «Янки», с которого волокнистый слой снимали с крепированием. На Фиг.7 показано, что два волокнистых слоя обладали очень разными свойствами при вытяжке. Пористость волокнистого слоя, который крепировали на ткани, укладывали с введением связующего на рабочий орган сушильной машины «Янки», с которого волокнистый слой снимали с крепированием с помощью шабера, уменьшалась при вытяжке. С другой стороны, пористость волокнистого слоя, который крепировали на ткани и затем удерживали в ткани и обрабатывали на барабанной сушилке, значительно увеличивалась при вытяжке.
На Фиг.8 представлена диаграмма зависимости плотности, толщины и объемности от вытяжки (%) крепированного на ткани, обработанного на барабанной сушилке волокнистого слоя. По диаграмме видно, что плотность уменьшается значительно в большей степени, чем толщина при более высоких значениях вытяжки, приводя к увеличению объемности (объемность равна толщине, деленной на плотность). Эти данные согласуются с изображением на Фиг.6, на которой видно утонение областей 12 скопления волокон при раскрывании микроскладок.
На Фиг.9 представлена диаграмма, подобная диаграмме на Фиг.8, на которой видно уменьшение в более или менее аналогичной степени при вытяжке толщины и плотности крепированного на ткани и обработанного на сушильной машине «Янки» и крепированного волокнистого слоя.
На Фиг.10 представлена диаграмма зависимости показателя трения по методике TMI (TMI - Институт обрабатываемости, США) от объемности различных крепированных на ткани и обработанных на барабанной сушилке образцов, тогда как на Фиг.11 и 12 представлены диаграммы зависимости показателя трения по методике TMI и пористости от вытяжки (%). При анализе этих диаграмм видно, что разносторонность волокнистого слоя уменьшается при вытяжке в большей степени благодаря уменьшению показателя трения волокнистого слоя со стороны, обращенной к ткани, при его вытяжке.
Способ и предпочтительные продукты согласно изобретению дополнительно можно оценить по Фиг.13-30. На Фиг.13 представлена микрофотография волокнистого слоя 20 с очень малой плотностью, разреженной структурой, содержащей множество областей 22 скопления волокон с большой плотностью, соединенных областями 24 с малой плотностью. Целлюлозные волокна соединительных областей 24 обладают ориентацией, наклоненной вдоль направления, в котором они пролегают между столбчатыми областями 22, что, вероятно, наиболее отчетливо видно на Фиг.14, выполненной в большем масштабе. Ориентация и колебания местной плотности неожиданны с точки зрения того факта, что исходный волокнистый слой обладал очевидной хаотической ориентацией волокна при формовании и его переносили в большой степени ненарушенным на передающую поверхность до крепирования на ткани с этой поверхности в мокром состоянии. Приданная упорядоченная структура отчетливо видна при очень малых плотностях, где волокнистый слой 20 содержит разреженные участки 26 и, таким образом, он обладает разреженной сетчатой структурой.
На Фиг.15 показан волокнистый слой вместе с крепирующей тканью 28, на которой волокна были перераспределены в крепирующей зоне контакта в мокром состоянии после обычно хаотического формования при сухости 40-50% или около этого значения до крепирования при съеме с передающего цилиндра.
Хотя структуру, содержащую столбчатые и переориентированные области, можно легко разглядеть в вариантах исполнения с разреженной структурой при очень малой плотности, упорядоченную структуру продуктов согласно изобретению можно также рассмотреть при увеличенной плотности, где покрывные области волокна 30 перекрывают столбчатые и соединительные области, как показано на Фиг.16-18, таким образом, что бумажное полотно 32 обладает по существу непрерывными поверхностями, как это показано более четко на Фиг.25 и 28, где более темные области являются областями с меньшей плотностью, тогда как почти сплошные белые области представляют собой относительно спрессованное волокно.
Сильное воздействие переменных параметров обработки и т.д. также можно оценить по Фиг.16-18. На Фиг.16 и 17 показано полотно с плотностью 19 фунтов; однако, более рельефный рисунок, с точки зрения колебания плотности, виден на Фиг.17, так как степень его крепирования на ткани была значительно больше (40% против 17%). Аналогичным образом, на Фиг.18 показан волокнистый слой с большей плотностью (27 фунтов) при степени его крепирования 28%, где столбчатые, соединительные и покрывные области более рельефны.
Перераспределение волокон из обычно хаотического расположения в рисунчатое распределение, включая наклон ориентации, а также областей скопления волокон, соответствующее структуре крепирующей ткани, можно дополнительно оценить при анализе Фиг.19-30.
На Фиг.19 представлена микрофотография (10-кратное увеличение) целлюлозного волокнистого слоя, из которого приготовили ряд образцов и выполнили микрофотографии на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) для дополнительного представления волокнистой структуры. В левой части Фиг.19 видна область поверхности, с которой были выполнены микрофотографии (в негативном изображении) поверхностей 20, 21 и 22. На этих микрофотографиях видно, что волокна соединительных областей обладают ориентацией, наклоненной вдоль их направления между столбчатыми областями, как было отмечено выше со ссылками на микрофотографии. На Фиг.20, 21 и 22 дополнительно показано, что сформованные покрывные области обладают ориентацией волокон вдоль продольного направления. Эта отличительная особенность проиллюстрирована достаточно четко на Фиг.23 и 24.
На Фиг.23 и 24 представлены поперечные сечения (негативы) вдоль линии XS-А на Фиг.19. Показано, особенно при 200-кратном увеличении (см. Фиг.24), что волокна ориентированны по направлению к плоскости наблюдения, или в продольном направлении, так как большая часть волокон была разрезана при вырезании образца.
На Фиг.25 и 26 представлены поперечные сечения (негативы) вдоль линии XS-B на образце на Фиг.19, на которых видно меньшее количество разрезанных волокон, особенно в средних частях микрофотографий, что вновь указывает на наклон ориентации в продольном направлении в этих областях. Следует отметить наличие на Фиг.25 U-образных складок, которые видны в области скопления волокон в левой части фигуры.
На Фиг.27 и 28 представлены микрофотографии (СЭМ) (негативы) сечений образца на Фиг.19 вдоль линии XS-C. На этих фигурах показано, что столбчатые области (с левой стороны) «собраны грудами» с образованием более высокой местной плотности. Кроме того, на микрофотографии на Фиг.28 видно, что в столбчатой области (слева) было разрезано большое количество волокон, что указывает на переориентацию волокон в этой области в направлении, поперечном продольному направлению, в данном случае - вдоль поперечного направления. Также примечательно то, что количество наблюдаемых кончиков волокон уменьшается при перемещении взгляда слева направо, что указывает на ориентацию к продольному направлению, если перемещать взгляд по направлению от столбчатых областей.
На Фиг.29 и 30 представлена микрофотография (СЭМ) (негатив) сечения вдоль линии XS-D на Фиг.19. Здесь видно, что наклон ориентации волокон изменяется при перемещении взгляда в поперечном направлении. Слева, в соединительной области, видно большое количество «кончиков», что указывает на наклон в продольном направлении. В средней части меньше кончиков, где проходит край столбчатой области, что указывает на больший наклон в поперечном направлении до тех пор, пока взгляд не приблизится к другой соединительной области, и вновь наблюдается изобилие разрезанных кончиков волокон, что вновь указывает на увеличенный наклон в продольном направлении.
Желательное перераспределение волокон достигается посредством соответствующего выбора сухости, ткани или рисунка ткани, параметров зоны контакта и разности скоростей, т.е. разности скоростей передающей поверхности и крепирующей ткани. Разности скоростей, составляющие по меньшей мере 100 фут/мин, 200 фут/мин, 500 фут/мин, 1000 фут/мин, 1500 фут/мин или даже больше 2000 фут/мин могут требоваться при некоторых условиях для достижения желаемого перераспределения волокон и сочетания свойств, что станет понятно при ознакомлении с последующим описанием. Во многих случаях разности скоростей, составляющие от около 500 фут/мин до около 2000 фут/мин, достаточны. Скорость формования исходного волокнистого слоя, например, путем регулирования потока, напускаемого из напорного ящика, и скорость формующего сеточного транспортера или ткани так же важны для достижения желательных свойств продукта, особенно относительной прочности при растяжении в продольном и поперечном направлениях. Аналогичным образом, сушку можно выполнять при сохранении растяжимой сетчатой структуры волокнистого слоя, особенно если желательно существенное увеличение объемности посредством вытяжки волокнистого слоя. В последующем описании показано, что для достижения желаемого набора характеристик продукта выбирают или регулируют следующие существенные параметры: сухость в конкретной точке процесса (особенно при крепировании на ткани); рисунок ткани; параметры зоны контакта крепирующей ткани; отношение крепирования на ткани; разность скоростей, особенно между передающей поверхностью и крепирующей тканью и между скоростью потока из напорного ящика и скоростью формующего сеточного транспортера; обработку волокнистого слоя после крепирования на ткани. Проведено сравнение продуктов согласно изобретению с обычными продуктами; результаты сравнения представлены в Таблице 2.
<b>Таблица 2</b>Сравнение типичных свойств волокнистого слоя
Свойство
Обычное прессование в мокром состоянии (CWP)
Обычная сушка прососом воздуха
Высокоскоростное крепирование на ткани
Адсорбционная способность, г/г
4
10
6-9
Толщина*
40
120+
50-115
Отношение прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении
>1
>1
<1
Относительное удлинение в поперечном направлении, %
3-4
7-15
5-15
*Толщина 8 бумажных полотен, мил. (мил = 0,001 дюйма = 0,0254 мм)
На Фиг.31 схематически изображена бумагоделательная машина 40, которая может быть использована для осуществления настоящего изобретения. Бумагоделательная машина 40 содержит: формовочную часть 42; прессовую часть 44; крепирующий вал 46, на котором волокнистый слой крепируют при переносе с передающего вала 76; а также барабанную сушильную часть 48. Формовочная часть 42 содержит: напорный ящик 50; формующую ткань, или сеточный транспортер, 52, поддерживаемую множеством валов для образования формующего стола 51. Имеются также формующий вал 54, опорные валы 56, 58, а также вал 60.
Прессовая часть 44 содержит: бумагоделательное сукно 62, поддерживаемое на валах 64, 66, 68, 70, и башмачный прессовый вал 72. Башмачный прессовый вал 72 содержит башмак 74 для прессования волокнистого слоя относительно передающего барабана, или вала, 76. Передающий вал, или барабан, 76 может быть нагреваемым, если это желательно. Вал 76 содержит передающую поверхность 78, на которую укладывают волокнистый слой при изготовлении. С помощью крепирующего вала 46 поддерживают, частично, тиснильную ткань 80, которую также поддерживают с помощью множества валов 82, 84 и 86.
Сушильная часть 48 также содержит множество сушильных барабанов 88, 90, 92, 94, 96, 98 и 100, как показано на схеме, где барабаны 96, 98 и 100 расположены в первом ярусе, а барабаны 88, 90, 92 и 94 расположены во втором ярусе. Барабаны 96, 98 и 100 непосредственно контактируют с волокнистым слоем, тогда как барабаны, расположенные в другом ярусе, контактируют с тканью. При таком двухъярусном расположении, где волокнистый слой отделен от барабанов 90 и 92 тканью, иногда целесообразно располагать сушильные устройства с ударным воздушным воздействием около позиций 90 и 92, которые могут быть выполнены в виде сверленых барабанов, чтобы был организован воздушный поток, указанный схематически позициями 91 и 93.
В бумагоделательной машине имеется также наматывающая часть 102, содержащая направляющий вал 104 и приемный вал 106, показанный схематически на чертеже.
Бумагоделательная машина 40 действует следующим образом: волокнистый слой транспортируют в продольном направлении, указанном стрелками 108, 112, 114, 116 и 118, как это показано на Фиг.31. Композицию для изготовления бумаги с малой концентрацией, обычно - менее 0,5%, обычно - около 0,2% или менее, напускают на ткань, или сеточный транспортер, 52 для формования волокнистого слоя 110 на столе 51, как показано на чертеже. Волокнистый слой 110 перемещают в продольном направлении к прессовой части 44 и переносят на прессовое сукно 62, как показано на Фиг.31. Здесь волокнистый слой обычно обезвоживают до сухости в пределах около 10-15% на сеточном транспортере 52 до переноса на сукно. Вал 64 также может быть отсасывающим валом, чтобы способствовать переносу волокнистого слоя на сукно 62. На сукне 62 волокнистый слой 110 обезвоживают до сухости, обычно составляющей от около 20% до около 25%, до ввода в прессовую зону контакта, обозначенную позицией 120. В зоне контакта 120 волокнистый слой прессуют на цилиндре 76 посредством башмачного прессового вала 72. Здесь с помощью башмака 74 оказывают давление, которое через волокнистый слой передается поверхности 78 передающего вала 76 при сухости волокнистого слоя в пределах от около 40% до около 50%. Передающий вал 76 перемещают в продольном направлении, указанном стрелкой 114, с первой скоростью.
Ткань 80 перемещают в направлении, указанном стрелкой 116, и ею захватывают волокнистый слой 110 в крепирующей зоне контакта, обозначенной позицией 122. Ткань 80 перемещают со второй скоростью, меньшей первой скорости передающей поверхности 78 вала 76. Таким образом, волокнистый слой крепируют на ткани в продольном направлении со степенью крепирования, обычно находящейся в пределах от около 10% до около 300%.
Крепирующей тканью определяют крепирующую зону контакта на расстоянии, где крепирующая ткань 80 может находиться в контакте с поверхностью 78 вала 76, т.е. где может быть приложено значительное давление к волокнистому слою относительно передающего цилиндра. По этой причине опорный (или крепирующий) вал 46 может быть снабжен мягкой деформируемой поверхностью, посредством чего можно увеличить длину крепирующей зоны контакта и увеличить угол крепирования тканью между тканью с бумажным полотном и точкой контакта, или можно использовать башмачный прессовый вал в качестве вала 46 для увеличения эффективного контакта с волокнистым слоем в зоне контакта 122, где осуществляют сильное воздействие посредством крепирующей ткани и где волокнистый слой 110 переносят на ткань 80 и перемещают в продольном направлении. Путем использования другого оборудования в крепирующей зоне контакта можно регулировать угол крепирования тканью или угол отдаления от крепирующей зоны контакта. На валу 46 может быть использовано покрытие, обладающее твердостью по Pusey и Jones от около 25 до около 90. Таким образом, можно оказывать влияние на характер и степень перераспределения волокон, расслоение/разрыхление, которые могут происходить в зоне контакта 122 крепирующей ткани, регулированием этих параметров зоны контакта. В некоторых вариантах исполнения может быть желательным реструктурирование межволоконных характеристик в направлении оси z, тогда как в других случаях может быть желательным влияние на свойства только в плоскости волокнистого слоя. Посредством параметров крепирующей зоны контакта можно оказывать влияние на распределение волокон в волокнистом слое во множестве различных направлений, включая изменение в направлении по оси z, а также в продольном и поперечном направлениях. В любом случае при переносе с передающего цилиндра на крепирующую ткань производят сильное воздействие, заключающееся в том, что ткань перемещают медленнее, чем волокнистый слой, и происходит значительное изменение скорости. Обычно волокнистый слой крепируют где-то в пределах 10-60% и даже больше во время переноса с передающего цилиндра на ткань.
Крепирующая зона контакта 122 обычно простирается на большем расстоянии, чем крепирующая зона контакта ткани, на величину, составляющую где-то в пределах от около 3,175 мм (1/8") до около 50,8 мм (2"), обычно - в пределах 12,7-50,8 мм (Ѕ"-2"). При использовании крепирующей ткани с плотностью по утку 32 нити на дюйм, волокнистый слой 110, таким образом, будет сталкиваться в зоне контакта с уточными мононитями где-то в пределах от около 4 до 64 раз.
Давление в зоне контакта 122, т.е. давление между крепирующим валом 46 и передающим валом 76, обычно составляет 20-200 фунтов на погонный дюйм (фунт/п. дюйм), предпочтительно 40-70 фунт/п. дюйм.
После крепирования на ткани волокнистый слой 110 удерживается в ткани 80 и его вводят в сушильную часть 48. В сушильной части 48 волокнистый слой сушат до сухости от около 92% до около 98% перед намоткой в рулон 106. Следует отметить, что в сушильной части используют множество нагреваемых сушильных валов 96, 98 и 100, которые непосредственно контактируют с волокнистым слоем, находящимся на ткани 80. Сушильные барабаны, или валы, 96, 98, и 100 нагревают паром до повышенной температуры, подходящей для сушки волокнистого слоя. Валы 88, 80, 92 и 94 также являются нагреваемыми, хотя эти валы контактируют непосредственно с тканью, а не непосредственно с волокнистым слоем. По выбору может быть установлен отсасывающий формующий ящик в позиции 103, если это желательно, для создания разрежения для воздействия на волокнистый слой, удерживаемый в ткани 80.
В особенно предпочтительном варианте исполнения рулон 106 наматывают с более высокой скоростью, чем транспортируют ткань 80, в результате чего волокнистый слой 110 подвергается вытяжке, т.е. его растягивают при передаче с ткани 80 в рулон 106. Вытяжка при намотке в рулон где-то в пределах 10-100% является подходящей во многих случаях. В альтернативном варианте исполнения волокнистый слой может быть подвергнут вытяжке вне линии.
Rugowski
В некоторых вариантах исполнения изобретения может быть желательным исключение вытяжки в свободном состоянии, например, вытяжки в свободном состоянии между крепирующей тканью и сушильной тканью, между сушильной тканью и рулоном 106. Это можно легко осуществить доведением крепирующей ткани до барабана наката и переносом волокнистого слоя непосредственно с ткани в рулон, как это, в общем, описано в патенте США № 5593545, зарегистрированном на имя и др.
Настоящим изобретением предложено использование относительно невысокоценных источников энергии для обеспечения тепловой энергией процесса сушки волокнистого слоя. Это означает, что, согласно изобретению, не обязательно использовать высококачественный нагретый воздух, требующийся для сушки прососом воздуха, или нагретый воздух, пригодный для сушильной камеры, так как барабаны 96, 98 и 100 можно нагревать, используя любой источник, включая тепло, получаемое при утилизации отходов. Кроме того, можно использовать существующие технические возможности для получения тепла при утилизации отходов, и поэтому замена оборудования для осуществления процесса может быть минимальной. В общем, значительное преимущество изобретения заключается в том, что для его осуществления можно использовать имеющиеся установки, например, сушильные барабаны, формующие машины Фурдринье, плоские бумагоделательные машины для получения базового бумажного полотна отличного качества, для выработки тонкой бумаги и полотенец, таким образом, существенно снижая объемы требуемых капитальных вложений для выпуска продукции отличного качества. Во многих случаях бумагоделательные машины могут быть переоборудованы без необходимости передвижки мокрого или сухого концов машины.
На Фиг.32 показана часть бумагоделательной машины 200, содержащая прессовую часть 202, оснащенную прессовым сукном 203 и передающим валом 206. Волокнистый слой 205 переносят путем прессования в мокром состоянии волокнистого слоя на цилиндр 206, как об этом было сказано ранее со ссылкой на Фиг.31.
Бумагоделательная машина 200 также содержит часть 208 для крепирования на ткани, в которой волокнистый слой 205 крепируют на ткани 210.
Далее расположена одноярусная сушильная часть 212, содержащая множество сушильных барабанов 214, 216, 218, и 220. Для поддержки ткани 210 сушильная часть 212 снабжена также множеством направляющих валов, например, валов 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234 и 236. После сушильной части волокнистый слой 205 переносят в вытяжную часть 238, содержащую первый вытяжной вал 240, а также второй вытяжной вал 242.
Далее, ниже по ходу, расположены: станция 244 каландра, содержащая валы 246 каландра, направляющий вал 250 и накат 252.
Бумажное полотно формуют, прессуют и укладывают на опорный вал 206 так же, как и в обычной бумагоделательной машине. Для этого предусмотрен прессовый вал 254, а также множество направляющих валов, например, вал 256, по которому перемещают сукно 203. Опорный вал 206 может быть нагреваемым любым существующим способом, что служит повышению эффективности процесса прессования. Посредством стадии прессования обезвоживают бумажное полотно и прикрепляют его к валу 206 в достаточной степени для проведения его вокруг цилиндра 206 до точки 208, в которой бумажное полотно 205 крепируют на ткани 210, пропуская через зону контакта 208, где поддерживают разницу скоростей. При переносе в зоне контакта 208 бумажного полотна на ткань его формуют, существенно внедряя в ткань таким образом, что бумажное полотно и ткань удерживают вместе вплоть до окончательной сушки. Для дальнейшего улучшения процесса формования по выбору устанавливают отсасывающий ящик 258. Обычно с помощью отсасывающего ящика 258 увеличивают приблизительно на 50% или более толщину в зависимости от перепада давлении, с которым воздействуют на сочетание бумажное полотно/ткань. Для этого можно поддерживать перепад давлений в пределах где-то от около 5 дюймов до около 30 дюймов ртутного столба.
Вслед за используемой по выбору обработкой бумажного полотна с помощью отсасывающего ящика, его сушат до желательной окончательной сухости, все еще удерживая в ткани, в части 212 посредством сушильных барабанов 214-220. Специалисту в данной области должно быть понятно, что часть 212 является «одноярусной» сушильной установкой. Бумажное полотно отделяют от ткани 210 и подают на вал 240. Предпочтительно поверхность вала 240 перемещают со скоростью, несколько большей скорости ткани 210. Другой вал 242 перемещают со скоростью, несколько большей скорости вала 240 и существенно большей скорости ткани 210, для вытяжки бумажного полотна до достижения желаемого удлинения. Волокнистый слой 205 можно затем каландрировать на станции 244 каландра, если это желательно. Во многих случаях применения способа согласно изобретению каландрирование в линии, как это показано на Фиг.32, является предпочтительным.
Согласно изобретению полотно подвергают вытяжке до каландрирования для придания волокнистому слою 205 очень хороших свойств на ощупь, а также для улучшения адсорбционной способности. Придание гладкости на ощупь можно также производить путем сушки полотна, внедренного в ткань, по меньшей мере до около 80% сухости, и последующей окончательной сушки в обычной сушильной части, содержащей сушильные барабаны, где обе стороны волокнистого слоя вводят в контакт с горячим сушильным цилиндром. Такой обработкой снижают различия на ощупь между стороной полотна, обращенной к сушильному барабану, или к сушилке, и стороной полотна, обращенной к ткани. Одна такая линия, описанная ниже, показана схематически на Фиг.33.
На Фиг.33 показан, частично схематически, еще один вариант исполнения бумагоделательной машины 300, содержащей прессовую часть 302, в которой волокнистый слой 304 переносят с бумагоделательного сукна 306 на передающий цилиндр 308. Прессовая часть 302 содержит прессовый вал 310, а также направляющие валы, например, вал 312 для поддержания сукна 306.
Рядом с передающим цилиндром 308 предусмотрена станция 314 крепирования на ткани, содержащая крепирующую зону контакта 316, в которой волокнистый слой 304 переносят на крепирующую ткань 318. Крепирующую ткань 318 поддерживают с помощью множества валов, например, валов 320, 322, 324, 326 и 328. В часть крепирующей ткани включают по выбору один или больше сушильных барабанов, например, сушильный барабан 330, для сушки волокнистого слоя при перемещении его в продольном направлении 335. После крепирования на ткани волокнистый слой переносят в двухъярусную часть 332, содержащую сушильные барабаны. Часть 332 содержит первую сушильную ткань 334, а также вторую сушильную ткань 336. По выбору может быть установлена вакуумная направляющая 338 для способствования переносу волокнистого слоя с крепирующей ткани на сушильную ткань. Каждая сушильная ткань обеспечена множеством направляющих валов, например, валами 340, 342, 344, 346 и т.д.
Эта часть также содержит первый ярус 346 сушильных барабанов, а также второй ярус 348 сушильных барабанов. Ярус 346 содержит сушильные барабаны 350, 352, 354 и 356, тогда как ярус 348 содержит сушильные барабаны 358, 360, 362 и 364.
Волокнистый слой 304 формуют с использованием обычных средств и обезвоживают с уплотнением в прессовой части 302, где волокнистый слой 304 с очевидным хаотическим распределением ориентации волокон укладывают на передающий цилиндр 308. Затем волокнистый слой крепируют с поверхности цилиндра 308 в крепирующую зону контакта 316. Следует иметь ввиду, что для этого ткань 318 перемещают со скоростью, меньшей скорости поверхности цилиндра 308, для сообщения крепирования тканью волокнистому слою и переформирования очевидно хаотического волокнистого слоя, уложенного на цилиндр 308 таким образом, чтобы в волокнистом слое наклон волокон был таким, который показан на различных микрофотографиях. По выбору в позиции 375 можно создавать разрежение, если это желательно.
После крепирования волокнистый слой перемещают в продольном направлении, указанном стрелкой 335, посредством ткани 318, а затем по выбору сушат с помощью одного или большего числа сушильных барабанов, например, барабана 330, до переноса волокнистого слоя на сушильную ткань.
По выбору волокнистый слой 304 переносят на сушильную ткань, например, ткань 334, с помощью вакуумной направляющей 338. Волокнистый слой сушат на поверхности сушильных барабанов 350-364 путем поочередного контакта поверхности волокнистого слоя с сушильными барабанами, как это показано на чертеже.
На чертеже показано, что сторона волокнистого слоя, обращенная к ткани, контактирует с поверхностями сушильных барабанов яруса 348, т.е. барабанов 358, 360, 362 и 364. На чертеже показано, что сторона крепированного на ткани волокнистого слоя 304, обращенная к окружающей атмосфере, контактирует с поверхностями сушильных барабанов яруса 346, т.е. барабанов 350, 352, 354 и 356. С помощью этого процесса во время сушки уменьшают разносторонность волокнистого слоя. Осязаемые свойства, а также адсорбционную способность дополнительно улучшают обеспечением вытяжки и/или каландрирования, как об этом сказано ранее со ссылками на Фиг.31.
Примеры 1-8 и Примеры A-F
Ряд адсорбирующих бумажных полотен был изготовлен с использованием линии класса, показанного на Фиг.31-33, с различной степенью крепирования на ткани и суммарной степенью крепирования. В общем, использовали композицию, содержавшую крафт-целлюлозу из южных пород мягкой древесины и крафт-целлюлозу из южных пород твердой древесины в соотношении 50%/50%, и ткань модели 36m (ткань модели М обращена перегибами уточных нитей к бумажному полотну). Химические вещества, такие как разрыхлители и упрочняющие полимеры, не использовали. Отношение крепирования на ткани составляло около 1,6. Бумажное полотно крепировали на ткани при приблизительно 50-процентной сухости при давлении около 25 фунт/п. дюйм опорного вала; затем бумажное полотно сушили во внедренном в ткань состоянии путем введения в контакт с нагреваемыми сушильными барабанами; снимали с ткани и наматывали в рулон на накате бумагоделательной машины. Данные этих испытаний обозначены как Примеры 1-8 в Таблице 3, где также указана вытяжка, произведенная после крепирования на ткани.
Дополнительные испытания выполняли на линии, используя обезвоживание с уплотнением, крепирование на ткани и сушку на машине «Янки» (вместо сушильных барабанов), в которой волокнистый слой прикрепляли к цилиндру сушильной машины «Янки» посредством поливинилового спирта, содержавшего связующее, и снимали посредством крепирования шабером. Данные этих испытаний приведены в Таблице 3 в форме Примеров A-F.
Микрофотографии отобранных продуктов приведены на Фиг.1-6, а результаты испытаний, описанных выше, также представлены на Фиг.7-12. Видно, что продукт, внедренный в ткань, просушенный на барабанной сушилке, обладает очень необычными характеристиками, когда его подвергают вытяжке после крепирования на ткани. Как сказано выше, необычные свойства включают увеличение пористости и объемности при вытяжке. Разносторонность волокнистого слоя также снижена после крепирования на ткани и сушки в барабанной сушилке.
Не связывая это явление с какой-либо определенной теорией, авторы считают, что, если связанность крепированной на ткани, растяжимой сетчатой структуры волокнистого слоя сохраняется во время сушки, то при вытяжке волокнистого слоя происходит развертывание складок или утонение каким-либо иным способом областей скопления волокон волокнистого слоя, что приводит к увеличению адсорбционной способности. В Таблице 4 показано, что свойства продуктов, полученных с использованием обычного способа прессования в мокром состоянии (CWP) и сушки с прососом воздуха (TAD), значительно меньше изменяются при вытяжке, чем свойства адсорбирующего бумажного полотна согласно изобретению, крепированного на ткани и просушенного в барабанной сушилке. Эти результаты рассмотрены дополнительно ниже вместе с дополнительными примерами.
После выполнения обычных операций, описанных выше, выполняли дополнительные пропуски базового бумажного полотна, внедренного в ткань и просушенного (на барабанной сушилке) и на сушильной машине «Янки». Просушиваемый в сушильной машине «Янки» материал был прикреплен к рабочему органу сушильной машины «Янки» с помощью связующего на поливиниловом спирте и его крепировали с помощью шабера. Свойства материала, просушенного в сушильной машине «Янки», меньше изменялись при вытяжке (до тех пор, пока не выбирали большую часть относительного удлинения), чем это имело место при сушке материала в барабанной сушилке. Данные испытаний приведены в Таблицах 5-12 и на Фиг.34-43. В испытаниях использовали ткани моделей 44G, 44M и 36M, ориентированные в продольном или в поперечном направлениях. Формование посредством разрежения с помощью отсасывающего ящика, например, ящика 258 (Фиг.32), с использованием узкой щели 6,35 мм (ј дюйма) и более широкой щели 38,1 мм (1,5 дюйма) при разрежении до около 635 мм (25 дюймов) ртутного столба.
На диаграмме на Фиг.34 видно, что пористость материалов, обработанных на барабанной сушилке, увеличивается в более значительной степени при снижении плотности из-за вытяжки бумажного полотна. Кроме того, какого-либо увеличения пористости материала, обработанного на сушильной машине «Янки» и крепированного шабером, не обнаруживали до тех пор, пока удлинение не становилось относительно большим.
Данные Таблиц 6 и 7, а также диаграмм на Фиг.35 и 36 показывают, что характеристики «нагрузка-удлинение» материала, обработанного на барабанной сушилке, и материала, обработанного на сушильной машине «Янки», являются похожими; однако, материал, обработанный на барабанной сушилке, обладает более высоким начальным модулем, что может быть полезным при обработке материала на линии. Модуль вычисляют путем деления приращения нагрузки (фунт.) (на дюйм ширины образа) на наблюдаемое дополнительное удлинение. Номинально, количественную величину определяют в фунт/кв. дюйм.
На Фиг.37 представлена диаграмма зависимости изменения толщины от плотности при вытяжке. Уменьшение толщины волокнистого слоя, обработанного на сушильной машине «Янки», приблизительно соответствовало (1:1) уменьшению плотности (т.е. приблизительно была постоянной объемность), тогда как плотность волокнистого слоя, обработанного на барабанной сушилке, уменьшалась значительно сильнее толщины. Этот результат соответствует данным Примеров 1-8 и данным, касающимся пористости. Относительное уменьшение плотности может быть вычислено и его можно сравнить с данными различных процессов. Плотность материала, обработанного на сушильной машине «Янки» и не подвергнутого вытяжке, составляла около 26 фунтов, а уменьшение толщины составляло около 28% после вытяжки до достижения значения плотности около 20,5 фунта; это означает, что материал обладал только около 72% его первоначальной толщины. Уменьшение плотности составляло около 5,5/26, или 21%; таким образом, отношение уменьшения толщины к уменьшению плотности составляет приблизительно 28/21, или 1,3. Диаграмма на Фиг.37 показывает, что уменьшение толщины материала, обработанного на барабанной сушилке, происходит гораздо медленнее уменьшения плотности при вытяжке материала. Если бумажное полотно, обработанное на барабанной сушилке, подвергают вытяжке, начиная с плотности около 22 фунтов до около 14 фунтов, то толщина уменьшается только приблизительно на 20%, а отношение уменьшения толщины к уменьшению плотности составляет около 20/36, или 0,55.
Диаграмма на Фиг.38 показывает, что пористость материала, обработанного на сушильной машине «Янки», не изменяется с уменьшением плотности при вытяжке до тех пор, пока волокнистый слой подвергают вытяжке, составляющей 15-20%. Это согласуется с тем фактом, что толщина и плотность изменяются с приблизительно равными скоростями, когда материал, обработанный на сушильной машине «Янки», подвергают вытяжке. С другой стороны, тот факт, что пористость материала, обработанного на барабанной сушилке, увеличивается гораздо больше, чем изменяется толщина, согласуется с наблюдаемым увеличением объемности при вытяжке.
Диаграммы на Фиг.39 и 40 показывают, что толщина зависит от выбора обработки разрежением и крепирующей ткани; хотя в Таблице 12 и на Фиг.41 показано, что материал, внедренный в ткань и просушиваемый в барабанной сушилке, обладает существенно большими значениями показателя трения по TMI (TMI - институт обрабатываемости, США). В общем, значения показателя трения уменьшаются с вытяжкой материала. По данным, приведенным в Таблице 12 и на Фиг.41, можно заключить, что, хотя образцы пропускали при выработке только в продольном направлении, при вытяжке образцов значения показателей трения с любой стороны бумажного полотна сходились; например, образцы, обработанные в барабанной сушилке, обладали средними значениями показателя трения со стороны, обращенной к ткани, и со стороны, обращенной к сушильным барабанам, 2,7/0,65 до вытяжки и средними значениями показателя трения после вытяжки, составлявшей 55%,-1,8/1,1.
Различия между продуктами согласно изобретению и обычными продуктами можно четко определить по Таблице 4 и Фиг.42. Видно, что обычные продукты, обработанные путем сушки с прососом воздуха (TAD), не обладают существенным увеличением пористости (<5%) при вытяжке, и что увеличение пористости не прогрессирует за пределами вытяжки в 10%; это означает, что пористость не увеличивается в значительной степени (менее 1%) при вытяжке волокнистого слоя свыше 10%. Полотенечное полотно, подвергнутое обычному прессованию в мокром состоянии (CWP), при испытаниях обладало средним увеличением пористости при вытяжке, составлявшей 10%; однако, пористость уменьшалась при большем удлинении, но опять-таки не происходило прогрессирования пористости. Продукты согласно настоящему изобретению обладали большим прогрессирующим увеличением пористости при их вытяжке. Легко достигалось увеличение пористости на 20%, 30%, 40% и более.
Другие отличия между способом и продуктами, предложенными в изобретении, и обычными способом и продуктами показаны на Фиг.43. На Фиг.43 представлены диаграммы значений отношений прочности при растяжении (пределов прочности на разрыв) в продольном и поперечном направлениях при различной разности скоростей (фут/мин) потока напускаемой из напорного ящика композиции и формующего сеточного транспортера. Верхняя U-образная кривая является типичной для адсорбирующего бумажного полотна, подвергнутого обычному прессованию в мокром состоянии (CWP). Нижняя, более широкая, кривая является типичной для продукта согласно изобретению, крепированного на ткани. Легко понять, рассматривая Фиг.43, что отношения прочности при растяжении в продольном и поперечном направлениях ниже 1,5 или около этого значения достигают согласно изобретению в широком диапазоне разности скоростей потока напускаемой из напорного ящика композиции и формующего сеточного транспортера, диапазоне, который более чем в два раза превышает диапазон кривой для бумажного полотна, подвергнутого обычному прессованию в мокром состоянии (CWP). Таким образом, регулирование разности скоростей потока напускаемой из напорного ящика композиции и формующего сеточного транспортера может быть использовано для достижения желаемых свойств бумажного полотна.
При рассмотрении Фиг.43 также видно, что отношения прочности при растяжении в продольном и поперечном направлениях меньше 1 сложно или невозможно получить при обычном прессовании волокнистого слоя в мокром состоянии (CWP). Кроме того, бумажные полотна с такими соотношениями, равными 1 или меньшими 1, получают посредством применения настоящего изобретения без образования чрезмерного количества комплексов волокон, или «хлопьев», что не является характерным для обычных бумажных полотен, обработанных на прессе в мокром состоянии (CWP), с малыми значениями относительной прочности при растяжении. Это различие имеет место, частично, потому, что требуются относительно малые разности скоростей для достижения малых значений прочности при растяжении при обычной обработке волокнистого слоя на прессе в мокром состоянии (CWP), и, возможно, частично из-за того, что волокно перераспределяется на крепирующей ткани при крепировании при переносе с передающей поверхности согласно изобретению. Неожиданно было установлено, что бумажные полотна с такими соотношениями, равными 1, согласно изобретению обладают способностью противостоять распространению надрывов в поперечном направлении и обладают тенденцией к самовосстановлению. Это является главным преимуществом данного способа, так как волокнистый слой, даже при относительной прочности при растяжении, равной 1, обладает пониженной тенденцией к легкому обрыву при намотке.
Во многих продуктах свойства в поперечном направлении являются более важными, чем свойства в продольном направлении, особенно это относится к коммерчески реализуемым полотенечным материалам, прочность которых в поперечном направлении в мокром состоянии является очень важным свойством. Основной причиной повреждения изделий является «прорыв» или отрыв только кусочка полотенца, скорее чем повреждение всего бумажного полотна. Согласно изобретению относительную прочность бумажного полотна при растяжении в поперечном направлении можно выборочно повысить посредством регулирования разности скоростей потока из напорного ящика и формующего сеточного транспортера и крепирования посредством ткани.
Альтернативные варианты исполнения
«на месте»
Настоящее изобретение также содержит обычные процессы, в которых волокнистый слой обезвоживают с уплотнением, крепируют с внедрением в крепирующую ткань и сушат  в этой ткани. Таким образом, с помощью этого процесса исключают существенную проблему переноса частично высушенного волокнистого слоя в сушильную машину «Янки», и благодаря этому можно использовать существующие бумагоделательные машины или существующее оборудование при средних капиталовложениях для изготовления бумажных полотен отличного качества. Предпочтительно переменные параметры крепирования на ткани выбирают таким образом, чтобы переориентировать волокна в волокнистом слое на ткани с, очевидно, хаотического расположения волокон, получающегося при его формовании, в преобразованную микроструктуру, диктуемую частично конструкцией ткани. Ткань выбирают таким образом, чтобы получать желаемые текстуру и физические свойства продукта, но в то же время и композицию можно также приспособить к назначению готовой продукции.
В одном аспекте настоящего изобретения создан способ изготовления адсорбирующего целлюлозного волокнистого слоя, пригодного для производства бумажных полотенец или тонкой бумаги, включающий: формование исходного волокнистого слоя из композиции для изготовления бумаги; перенос волокнистого слоя на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; сушку волокнистого слоя до сухости от около 30% до около 60% до или одновременно с переносом на передающую поверхность; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60% в крепирующей зоне контакта ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, перемещаемой со второй скоростью, меньшей упомянутой скорости передающей поверхности, где волокнистый слой крепируют с поверхности; и сушку волокнистого слоя при удерживании его в ткани до сухости, составляющей по меньшей мере 90%. Волокнистый слой обладает адсорбционной способностью, составляющей по меньшей мере около 5 г/г. В предпочтительном варианте исполнения сушка волокнистого слоя после крепированния на ткани заключается в обеспечении контакта волокнистого слоя с множеством сушильных барабанов. Сушку предпочтительно производят до сухости от около 92% до 95%, когда волокнистый слой находится в ткани. Стадия формования исходного волокнистого слоя может содержать: (i) формование волокнистого слоя на формующей машине Фурдринье и (ii) перенос волокнистого слоя на бумагоделательное сукно.
Способ соответствующим образом выполняют при степени крепирования на ткани (определение приведено выше), составляющей от около 10% до около 100%, например, при степени крепирования на ткани, составляющей по меньшей мере около 40%, 60% или 80%.
Волокнистый слой может обладать относительным удлинением в поперечном направлении от около 5% до около 20%. Некоторые предпочтительные варианты исполнения являются такими, в которых: (a) волокнистый слой обладает относительным удлинением в поперечном направлении, составляющим по меньшей мере 5%, и отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении - менее приблизительно 1,75; (b) волокнистый слой обладает относительным удлинением в поперечном направлении, составляющим по меньшей мере 5%, и отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении - менее около 1,5; (c) волокнистый слой обладает относительным удлинением в поперечном направлении, составляющим по меньшей мере 10%, и отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении - менее приблизительно 2,5; (d) волокнистый слой обладает относительным удлинением в поперечном направлении, составляющим по меньшей мере 15%, и отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении - менее приблизительно 3,0; и (e) волокнистый слой обладает относительным удлинением в поперечном направлении, составляющим по меньшей мере 20%, и отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении - менее приблизительно 3,5. Кроме того, волокнистый слой в некоторых случаях обладает отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении, составляющим менее приблизительно 1,1, например, отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении, составляющим от около 0,5 до около 0,9; а иногда волокнистый слой обладает отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении, составляющим от около 0,6 до около 0,8. В других случаях волокнистый слой обладает отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении, равным 2 или 3, по выбору - до 4.
Обычно волокнистый слой крепируют на ткани при сухости от около 45% до около 60%, соответствующим образом в большинстве случаев волокнистый слой крепируют на ткани при сухости от около 40% до около 50%. Адсорбционная способность, составляющая по меньшей мере около 7 г/г, является предпочтительной; адсорбционная способность, составляющая 9 г/г, является еще более предпочтительной, а адсорбционная способность, составляющая 11 г/г или 13 г/г, является еще более предпочтительной.
В другом аспекте изобретения создан способ изготовления целлюлозного волокнистого слоя, обладающего повышенной адсорбционной способностью, включающего: формование исходного волокнистого слоя из композиции для изготовления бумаги; перенос волокнистого слоя на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; сушку волокнистого слоя до сухости от около 30% до около 60% до или одновременно с переносом на передающую поверхность; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60% с использованием рисунчатой крепирующей ткани; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности, причем рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы крепировать волокнистый слой при съеме с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани и сушить волокнистый слой в крепирующей ткани до сухости, составляющей по меньшей мере 90%, где волокнистый слой обладает адсорбционной способностью, составляющей по меньшей мере около 5 г/г.
В еще одном дополнительном аспекте изобретения создан способ изготовления крепируемого на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна, включающий стадии: обезвоживание с уплотнением композиции для изготовления бумаги для формования исходного волокнистого слоя, обладающего, в общем, хаотическим распределением волокна для изготовления бумаги; укладку обезвоженного волокнистого слоя, обладающего, в общем, хаотическим распределением волокна, на транспортирующую передающую поверхность, перемещаемую с первой скоростью; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности при сухости от около 30% до около 60% с использованием рисунчатой крепирующей ткани; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности, причем рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы крепировать волокнистый слой с поверхности и перераспределять на крепирующей ткани для формования волокнистого слоя с сетчатой структурой, содержащей множество взаимосвязанных областей с различной ориентацией волокна, включающей по меньшей мере (i) множество областей скопления волокон с наклоном ориентации в направлении, поперечном продольному направлению, взаимосвязанных посредством (ii) множества соединительных областей, в которых наклон ориентации волокон смещен от ориентации волокон областей скопления волокон; сушку волокнистого слоя в ткани до сухости, составляющей по меньшей мере 90%. Множество областей скопления волокон и соединительных областей обычно повторяются в виде регулярного рисунка взаимосвязанных волокнистых областей по всему волокнистому слою, где наклон ориентации волокон в областях скопления волокон и в соединительных областях проходит в поперечных направлениях друг относительно друга. В одном предпочтительном варианте исполнения волокна областей скопления волокон существенно ориентированы в поперечном направлении, тогда как в другом множество областей скопления волокон обладает более высокой местной плотностью, чем соединительные области. В общем, по меньшей мере часть соединительных областей состоит из волокон, которые существенно ориентированы в продольном направлении, а предпочтительно имеется повторяющийся рисунок, содержащий множество областей скопления волокон, первое множество соединительных областей, ориентация волокон в которых наклонена к продольному направлению, и второе множество соединительных областей, ориентация волокон в которых наклонена к продольному направлению, но смещена от наклона ориентации волокон первого множества соединительных областей. В таких случаях волокна по меньшей мере одного из множеств соединительных областей существенно ориентированы в продольном направлении, а области скопления волокон могут содержать множество U-образных складок, как показано, например, на Фиг.13. Эти признаки присутствуют, например, тогда, когда крепирующая ткань является крепирующей тканью, содержащей поперечно направленные перегибы, которыми определены крепирующие поверхности, расположенные поперек продольного направления, и распределение областей скопления волокон соответствует расположению поперечно направленных перегибов на крепирующей ткани.
В еще одном дополнительном аспекте изобретения создан способ изготовления крепируемого на ткани адсорбирующего целлюлозного волокнистого слоя, включающий: формование исходного волокнистого слоя из композиции для изготовления бумаги, причем исходный волокнистый слой обладает очевидно хаотическим распределением волокон для изготовления бумаги; последующее обезвоживание исходного волокнистого слоя, обладающего очевидно хаотическим распределением волокон, путем припрессовывания волокнистого слоя в мокром состоянии к транспортирующей передающей поверхности, перемещаемой с первой скоростью; крепирование на ткани волокнистого слоя с передающей поверхности до сухости, составляющей от около 30% до около 60% с использованием рисунчатой крепирующей ткани; причем стадию крепирования выполняют под давлением в зоне контакта крепирующей ткани, ограниченной между передающей поверхностью и крепирующей тканью, где ткань перемещают со второй скоростью, меньшей скорости упомянутой передающей поверхности, причем рисунок ткани, параметры зоны контакта, разность скоростей и сухость волокнистого слоя выбирают таким образом, чтобы крепировать волокнистый слой с передающей поверхности и перераспределять на крепирующей ткани для формования волокнистого слоя с сетчатой структурой, содержащей множество взаимосвязанных областей с различной местной плотностью, включающей, по меньшей мере (i) множество столбчатых областей скопления волокон с относительно большой местной плотностью, взаимосвязанных посредством (ii) множества соединительных областей с меньшей местной плотностью, в которых ориентация волокон наклонена к направлению между столбчатыми областями; и, вслед за крепированием на ткани волокнистого слоя, сушку волокнистого слоя до сухости, большей 90%, например, посредством обеспечения контакта волокнистого слоя с множеством сушильных барабанов. Предпочтительно стадию припрессовывания волокнистого слоя в мокром состоянии к передающей поверхности выполнять посредством башмачного пресса.
Еще один другой способ изготовления крепированного на ткани адсорбирующего целлюлозного полотна согласно изобретению включает: формование исходного волокнистого слоя из композиции для изготовления бумаги, причем исходный волокнистый слой обладает очевидно хаотическим распределением волокон для изготовления бумаги; последующее обезвоживание исходного волокнистого слоя, обладающего очевидно хаотическим распределением волокон, путем припрессовывания волокнистого слоя в мокром состоянии к вращаемому передающему цилиндру, перемещаемому с первой скоростью; крепированние на ткани волокнистого слоя с передающего цилиндра при сухости от около 30% до около 60% в крепирующей зоне контакта ткани, ограниченной между передающим цилиндром и крепирующей тканью, перемещаемой со второй скоростью, меньшей скорости упомянутого передающего цилиндра, где волокнистый слой крепируют с цилиндра и переформировывают на крепирующей ткани; и сушку волокнистого слоя с использованием множества сушильных барабанов, при котором волокнистый слой обладает адсорбционной способностью, составляющей по меньшей мере около 5 г/г, и относительным удлинением в поперечном направлении, составляющим по меньшей мере около 4%, а также отношением прочности при растяжении в продольном направлении к прочности при растяжении в поперечном направлении, составляющим менее приблизительно 1,75.
Хотя изобретение описано со ссылками на некоторые примеры, возможность модификации этих примеров в пределах сущности и объема изобретения совершенно очевидна для специалистов в данной области. Принимая во внимание сказанное выше, существенные знания, накопленные в данной области, ссылки, включая ссылки на заявки, находящиеся одновременно на рассмотрении, оговоренные выше в разделе, касающемся аналогов, и в разделе «Подробное описание изобретения», сущности которых включены в настоящую заявку путем ссылки, авторы считают, что нет необходимости в более подробном описании.