CN103069076A - 具有独特物理性质的纸制品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纸制品，所述制品具有形成图案的多个镶嵌单元格。每个单元格均具有中心和在至少两个方向上从中心延伸的至少两个连续平台区域以及多个枕区域，所述多个枕区域每一个均被连续平台区域中的至少一个围绕。连续平台区域中的每一个至少分叉以形成在分叉前具有第一宽度的连续平台区域部分和在分叉后具有第二宽度的至少两个连续平台区域部分。第一宽度大于第二宽度。具有第一宽度的连续平台区域部分中的每一个具有第一数密度，并且具有第二宽度的所述至少两个连续平台区域部分中的每一个具有第二数密度。第一数密度小于第二数密度。

Description

具有独特物理性质的纸制品
发明领域
本发明涉及纸制品。更具体地，本发明涉及具有限定的物理参数的多重层片纸制品。
发明背景
一次性产品如面巾纸、薄页卫生纸、纸巾等通常由一个或多个纸幅制成。如果这些产品要执行它们的预期任务，则构成这些产品的纸幅必须表现出某些物理特性。在这些特性中更为重要的是强度、柔软性和吸收性。强度为纸幅在使用期间保持其物理完整性的能力。柔软性为当使用者在其手中揉绉纸材以及当其身体结构的各种部分与纸幅接触时，使用者所感知到的悦人的触感。柔软性一般随着纸幅硬度的减小而提高。吸收性为纸幅的特性，所述特性允许其吸收并保留流体。通常，纸幅的柔软性和/或吸收性在损害纸幅强度的情况下而增加。因此，已试图开发出一些造纸方法以提供具有期望的强度特性的柔软且具有吸收性的纸幅。
用于制造纸制品的工艺一般涉及制备纤维素纤维的含水浆液以及后续地从浆液中排水，同时重新布置纤维以形成胚网。可采用各种类型的机器以有助于该脱水工艺。一种典型的制造工艺采用了前述长网造纸机金属丝造纸机，其中纸材浆液被输送到行进的环状金属丝的表面上(在此处发生初始脱水)。在常规的湿压工艺中，纤维被直接转移到毛细管脱水带(在此处发生附加脱水)。在有结构的幅材工艺中，纤维网随后被转移到造纸带(在此处进行纤维的重新布置)。
有结构的工艺中的一种优选的造纸带具有由硬化的感光树脂骨架围绕的多孔织造构件。该树脂骨架可设有多个离散的、分离的被称为偏转管的通道。这种造纸带可被称为偏转构件，因为被偏转到这些管中的造纸纤维在施加差别化流体压力时被重新布置。造纸工艺中带的利用提供了以下可能性：产生具有某些期望的强度特性、吸收特性和柔软特性的纸材。一种示例性造纸带公开于美国专利4,529,480中。
偏转管可通过以下方式提供用于产生Z方向的纤维方向的装置：当从纤维素纤维的含水浆液中除去水时，使得纤维能够沿偏转管的周边偏转。总纤维偏转取决于偏转管相对于纤维长度的尺寸和形状。大管允许更小的纤维累积在管的底部，这继而限制了沉积在其中的后续纤维的偏转。相反，小管允许大纤维桥接横跨管开口，其中极少纤维发生偏转。由形成尖锐拐角或小半径的周边限定的偏转管增加了纤维桥接的可能性，所述桥接最小化纤维偏转。示例性管形状及它们对纤维桥接的影响描述于美国专利5,679,222中。
在形成纤维素纤维网时，纤维主要取向在幅材的X-Y平面中，从而提供可忽略的Z方向结构刚度。在湿压工艺中，由于取向在X-Y平面中的纤维被机械压力压实，因此纤维被按压在一起，从而增加了纸幅密度，同时减小了厚度。相比之下，在有结构的工艺中，纤维在幅材Z方向上的取向增强了幅材的Z方向结构刚度及其对应的对机械压力的抵抗。因此，最大化Z方向上的纤维取向最大化了厚度。
根据有结构的幅材工艺生产的纸材的特征可在于具有横跨其表面而分布的两个物理上不同的区域。一个区域为连续网络区域，其具有较高密度和高内在强度。另一个区域为包含多个穹顶的区域，所述穹顶被网络区域完全环绕。与网络区域相比，这后一种区域中的穹顶具有较低密度和较低内在强度。
在造纸工艺期间，穹顶被生产为造纸带的纤维纬线偏转管。偏转管防止沉积在其中的纤维被压实，因为纸幅在干燥工艺期间被压缩。因此，与幅材的压实区域相比，穹顶为更厚的，具有更低密度和内在强度。因此，纸幅的厚度受穹顶内在强度的限制。一种示例性成型纸材描述于美国专利4,637,859中。
在初始形成幅材之后(其随后变成纤维素纤维结构)，造纸机将幅材传送至该机器的干燥端。在常规机器的干燥端中，在最终干燥之前，压毡将幅材压实成具有均匀密度和基重的纤维素纤维结构的单一区域。最终干燥可通过加热筒诸如Yankee干燥筒或通过常规脱水压机来实现。通风干燥可在消费品中产生显著的改善。在通风干燥工艺中，成型网被转移到可透气的通风干燥带。该“湿法转移”通常发生在捡拾器处，在该点幅材可首先被模塑成通风干燥带的外形。换句话讲，在干燥工艺期间，胚网呈现由纤维素纤维的布置方式和偏转所导致的具体图案或形状。通风干燥工艺可生产具有不同密度区域的有结构的纸材。该类型的纸材已用于商业上成功的产品中，诸如纸巾和
Figure BDA00002830981000032
卫生纸。传统上常规的毡干燥不生产具有这些优点的有结构的纸材。然而，期望使用常规的干燥以等同于或大于通风干燥工艺的速度来生产有结构的纸材。
一旦完成了造纸工艺的干燥相，就完成了纤维的布置和偏转。然而，取决于成品的类型，纸材可经历附加工艺，诸如压延、软化剂施用和转换加工。这些工艺趋于压实纸材的穹顶区域并减小总体厚度。因此，生产具有两个物理上不同区域的高厚度成品纸制品要求在抵抗机械压力的穹顶中形成纤维素纤维结构。
有利的是提供湿压纸幅，其具有增加的强度和芯吸能力。还有利的是提供一种非压花的图案化纸幅，其具有较高密度的连续网络、分散贯穿于连续网络中的多个较低密度穹顶、以及至少部分每个环绕低密度穹顶的减缩厚度的过渡区域。
发明概述
本公开的一个实施方案提供了一种纸制品，其包括形成在其中的图案。该图案包括多个镶嵌单元格。所述多个单元格中的每个格均包括中心和多个枕区域，其中有至少两个连续平台区域在至少两个方向上从所述中心延伸，所述枕区域被这些连续平台区域中的至少一个围绕。每个枕区域均包括未致密化的纤维结构，并且平台区域中的每一个均包括致密化的纤维结构。这些连续平台区域中的至少一个至少分叉以形成在分叉前具有第一宽度的连续平台区域部分，和在分叉后具有第二宽度的至少两个连续平台区域部分。具有第二宽度的所述至少两个连续平台区域部分中的每一个均与具有第一宽度的连续平台区域部分流体连通。第一宽度大于第二宽度。具有第一宽度的连续平台区域部分中的每一个在该格内具有第一数密度，并且具有第二宽度的所述至少两个连续平台区域部分中的每一个在该格内具有第二数密度。第一数密度小于第二数密度。
本公开的另一个实施方案提供了一种纸制品，其包括形成在其中的图案。该图案包括多个镶嵌单元格。所述多个单元格中的每个格均包括中心和多个平台区域，其中有至少两个连续枕区域在至少两个方向上从所述中心延伸，所述多个平台区域被这些连续枕区域中的至少一个围绕。每个枕区域均包括未致密化的纤维结构，并且平台区域中的每一个均包括致密化的纤维结构。这些连续枕区域中的至少一个至少分叉以形成在分叉前具有第一宽度的连续枕区域部分，和在分叉后具有第二宽度的至少两个连续枕区域部分。具有第二宽度的所述至少两个连续枕区域部分中的每一个均与具有第一宽度的连续枕区域部分流体连通。第一宽度大于第二宽度。具有第一宽度的连续枕区域部分中的每一个在该格内具有第一数密度，并且具有第二宽度的所述至少两个连续枕区域部分中的每一个在该格内具有第二数密度。第一数密度小于第二数密度。
附图简述
图1为由具有第一幅材接触面的多个单元格形成的示例性多孔压印构件的平面图的示意图，所述接触面包括宏观单平面的图案化连续网络幅材压印表面，所述压印表面在多孔压印构件内限定多个离散的、分离的、非连接的偏转管；
图2为由具有第一幅材接触面的多个单元格形成的可供选择的多孔压印构件的平面图的示意图，所述接触面包括偏转管的宏观单平面的图案化连续网络，所述偏转管在多孔构件内限定多个离散的、分离的幅材压印表面；
图3为示例性单元格的示意图，其中平台区域表现出以远远更小标度重复的几何图案；
图4为使用图1和3的多孔压印构件形成的模塑纸幅的照片，示出了平台区域和枕区域；
图5为使用图1的多孔压印构件制造的示例性纸幅的照片，示出了通过起绉而缩短的较低密度穹顶，这些穹顶分散贯穿于较高密度的连续网络区域中；
图6为图4的纸幅的相对侧的照片，示出了分散贯穿于较高密度的连续网络区域中的较低密度穹顶；并且
图7-11示出了适于用作连续网络幅材压印表面的示例性图案的示例性示意图。图7-8示出了分散贯穿于较高密度的连续网络区域中的较低密度穹顶的示例性图案，所述网络区域具有分形几何图案。图9示出了分散贯穿于较高密度的连续网络区域中的较低密度穹顶的示例性图案，所述网络区域具有构形几何图案。图10示出了分散贯穿于较低密度的连续网络区域中的较高密度区域的示例性图案，所述网络区域具有分形几何图案。图11示出了分散贯穿于较低密度的连续网络区域中的较高密度区域的示例性图案，所述网络区域具有构形几何图案。
发明详述
如本文所用，术语“纸幅”、“幅材”、“纸片”、“纤维结构”和“纸制品”均可互换使用，其是指适于消费者使用的纸制品片如纸巾、卫生纸和面巾纸。在一个实例中，本发明的纸制品为一次性的。例如，本发明的纤维结构为非纺织品纤维结构。作为本发明主题的幅材产品可用作擦拭工具，以用于泌尿后和肠运动后的清洁(卫生纸)、耳鼻喉排出物(面巾纸)、以及多功能吸收和清洁用途(吸收巾)。本发明的产品能够为可冲洗的，即，诸如卫生纸。在一个优选的实施方案中，纸制品可围绕芯或以无芯方式回旋卷绕以形成卷起的纸制品。这些卷起的产品可包括多个连接的且穿孔的片，这些片可从邻近的片可分离地分配。
用于制备纤维结构的工艺的非限制性实例包括已知的湿纺造纸工艺、气纺造纸工艺、以及通常被称为非织造工艺的湿溶液和干长丝纺丝工艺。可对纤维结构进行进一步加工，以使得形成成品纤维结构。例如，在典型的造纸工艺中，成品纤维结构在造纸结束时被卷绕在卷轴上。该完成的纤维结构随后可被转换加工为成品，例如卫生纸制品。仅以非限制性实例的方式，符合本发明的纤维结构可通过包括以下步骤的工艺来制备：形成含水造纸配料；将该配料沉积在具有多孔表面的多孔压印构件上；以及从该配料中除去水(例如，通过重力或真空辅助排水系统)，从而形成胚网，将胚网从成型表面转移到转移表面，所述转移表面以低于成型表面的速度行进。然后将该幅材转移到织物上，其在所述织物上被通风干燥至最终干燥，之后被卷绕在卷轴上。
如图1所示，示例性多孔压印构件219具有第一幅材接触面220和第二毡接触面240。幅材接触面220具有幅材压印表面222和偏转管部分230。偏转管部分230形成连续通路的至少一部分，所述连续通路从第一面220延伸至第二面240以便承载水使其穿过多孔压印构件219。因此，当沿多孔压印构件219的方向从造纸纤维的幅材中除去水时，所述水可被废弃处理而不必再次接触造纸纤维的幅材。多孔压印构件219可为环形带。多孔压印构件219的第一幅材接触面220可喷涂有乳液，该乳液包括约90重量％的水、约8重量％的石油、约1重量％的鲸蜡醇和约1重量％的表面活性剂诸如Adogen TA-100。这种乳液可有利于将幅材从压印构件219转移到干燥筒。当然，应当理解，如果是用于以分批工艺来制备手抄纸，则多孔压印构件219无需包括环形带。
在一个实施方案中，多孔压印构件219可包括由织造长丝形成的织物带。多孔压印构件219可包括织造织物。如本领域的技术人员将会认识到的那样，织造织物通常包括经纱长丝和纬纱长丝，其中经纱长丝平行于纵向，并且纬纱长丝平行于横向。交错织造的经纱长丝和纬纱长丝形成不连续的扭节，其中这些长丝连贯地彼此横跨。在造纸工艺期间，这些不连续的扭节提供离散的模塑网120B中的压印区域。如本文所用，术语“长扭节”用来限定以下不连续的扭节，它们被成型为分别横跨两个或更多个经纱长丝或纬纱长丝的经纱长丝和纱长丝。用作多孔压印构件219的合适的织造长丝织物带公开于美国专利3,301,746；3,905,863；4,191,609；和4,239,065中。
织造织物的扭节压印区域可通过在经纱和纬纱横跨点砂光这些长丝的表面而增大。示例性砂光的织造织物公开于美国专利3,573,164和3,905,863中。
织造织物的绝对空隙体积可通过测量已知面积的织造织物样本的厚度和重量来确定。厚度可通过以下方式来测量：将织造织物样本放置在水平平面上，并且将其限制在所述平面和具有水平装载面的加载底脚之间，其中加载底脚装载面具有约3.14平方英寸的圆形表面积，并且向样本施加约15g/cm2(0.21psi)的围压。所述厚度为平面和加载底脚装载面之间的所得间隙。此类测量值可在VIR电子测厚仪(型号II，购自Thwing-Albert，Philadelphia，Pa)上获得。
可确定长丝的密度，这时假定空隙空间的密度为0gm/cc。例如，聚酯(PET)长丝具有1.38g/cm3的密度。称量已知面积的样本的重量，从而得到试验样本的质量。
在另一个示例性但非限制性实施方案中，多孔压印构件219的第一幅材接触面220包括宏观单平面的图案化连续网络幅材压印表面222。多孔压印构件219的平面限定其MD/CD(X-Y)方向。垂直于压印织物的MD/CD方向和平面的为压印织物的Z方向。连续网络幅材压印表面222在多孔压印构件219内限定多个离散的、分离的非连接的偏转管230。偏转管230具有开口239，所述开口优选具有均匀形状并且以重复的预选图案分布在第一幅材接触面220上。此类连续网络幅材压印表面222和离散的偏转管230用于形成纸材结构，该纸材结构具有连续的较高密度网络区域1083和分散贯穿于连续的较高密度网络区域1083中的多个较低密度穹顶1084，如图3-5所示。
适用于本发明的具有连续网络幅材压印表面222和离散的、分离的偏转管230的示例性多孔压印构件219可根据以下专利的教导来制造：美国专利4,514,345；4,528,239；4,529,480；5,098,522；5,260,171；5,275,700；5,328,565；5,334,289；5,431,786；5,496,624；5,500,277；5,514,523；5,554,467；5,566,724；5,624,790；5,714,041；和5,628,876。
作为另外一种选择，如图2所示，多孔压印构件219a的第一幅材接触面220a包括宏观单平面的图案化连续偏转管230a。多孔压印构件219a的平面限定其MD/CD(X-Y)方向。垂直于压印织物的MD/CD方向和平面的为压印织物的Z方向。连续偏转管230a在多孔压印构件219a内限定多个离散的、分离的非连接的幅材压印表面222a。偏转管230a具有连续开口239a，所述连续开口限定幅材压印表面222a的形状。幅材压印表面222a优选以重复的预选图案分布在第一幅材接触面220a上。
再次参见图1和图3，连续网络幅材压印表面222(以及作为另外一种选择，图2的连续偏转管230a以及它们的物理和数值上对应的组件)设有几何形状，所述几何形状可分离成以下部分，所述部分中的每一个为(至少大约)整体的减小尺寸的复制品。这被本领域的技术人员称为自相似性特性。这些形状：1.具有任意小标度的精细结构；2.一般太不规则而不容易用传统的欧几里德几何语言来描述；3.是自相似的(至少大约或随机地如此)；4.具有大于其拓朴维数的豪斯多夫维数(虽然空间充填曲线诸如Hilbert曲线不满足该要求)；和5.具有简单和递归定义。这些几何形状优选具有精确的自相似性(以不同的标度显现为相同的)或准自相似性(以不同的标度显现为大约相同的)。
适用于本发明的并且形成连续网络幅材压印表面222的几何形状的实例包括分形和构形。由于它们在所有放大水平上均显现为类似的，因此分形常常被认为是无限复合形(简明地讲)。适用于本发明的并且能够提供所期望的连续网络幅材压印表面222的分形的图像可使用分形生成软件来产生。由此类软件产生的图像通常被称为分形，即使它们不具有以上特性，诸如当其有可能缩放至不表现出任何分形特性的分形区域时。此外，这些还可包括计算或显示伪影，所述伪影不是真实分形的特性。用于生成分形的示例性但非限制性技术为：1.逃逸时间分形(也被称为“轨道”分形，并且由空间中的每个点的式或递归关系限定，例如芒德布罗集、茹利亚集、Burning Ship分形、Nova分形和Lyapunov分形)；2.叠函数系统(具有固定的几何置换规则，例如Cantor集，Sierpinski地毯，Sierpinski垫，Peano曲线，Kochsnowflake，Harter-Highway龙曲线，T-Square，Menger海绵)；3.无规分形(通过随机过程而不是确定过程生成的，例如，布朗运动轨迹，Lévy飞行，分形景观和布朗树)；和4.奇异吸引子(通过图谱的迭代或表现出混沌的初始值微分方程的解生成的)。
一种示例性但非限制性分形，即Mandelbrot集，是基于复数的乘法的。从复数z0开始。从z0定义z1＝(z0)2+z0。假定这是已知的，zx+1被定义为(zx)2+zx。Mandelbrot集中的这些点为如下的所有那些点，它们保持较靠近点0+0i(在如下意义上：当我们重复该过程时，它们总是处在某个固定距离(0+0i)内。因此，如果zx对于某个n曾处在围绕原点的半径为2的圆之外，则其将不处在芒德布罗集中。
与现象的分形模型形成对比，构形定律是可预测的并因此可以实验方式来测试。构形理论提出以下观点：设计(构型、图案、几何形状)的生成本质上是一种联合所有生命系统和非生命系统的物理现象。例如，在点面积和点体积流中，构形理论预测出树构造，此类流显示出至少两种方案：高度抗性的方案和不太抗性的方案。构形理论可以任何标度被应用：从宏观系统至微观系统。分配任何系统的不完善性的构形方式为以该系统的最小标度来采用更具抗性的方案。构形定律为生成完善形式的理论，所述完善形式为可能的不完善程度最小的形式。
为了数学化构形定律，对于某个热力学系统定义了新的性质，所述性质使该热力学系统区域别于不具有构型的静态(平衡，无物流动)系统。流动系统的性质为：
(1)整体外部尺寸，例如，沐浴在树形流中的主体的长度标度L；
(2)整体内部尺寸，例如，导管的总体积V；
(3)至少一个整体性能量度，例如，该树的整体流动阻力R；
(4)构型、绘图、构造；和
(5)变形自由度，即，改变构型的自由度。
整体外部尺寸和内部尺寸(L，V)是指流动系统具有至少两个长度标度L和V1/3。这些形成了一种无量纲比率，纤细度Sv，其为流动构型的一种新的整体性质(Lorente和Bejan，2005)。
Figure BDA00002830981000091
构形定律为总结了以下共同观察现象的陈述：存留下来的流动结构为那些沿一个方向及时地变形(进化)的流动结构：朝使液流更易于流动的构型变形。该陈述严格地是指有限尺寸约束下的结构变化。如果这些流动结构自由地改变，则它们将会及时地以恒定L和恒定V在渐进地较小R的方向上移动。构形定律要求：
R2≤R1(恒定L，V)
如果变形自由度保持不变，则流动结构将会朝较小的R值继续。任何此类变化的特征均在于：
dR≤0(恒定L，V)
该迁移的结果为“平衡流动结构”，其中该流的几何形状享有完全的自由。平衡的特征在于恒定L和V时的最小R，在平衡流动结构附近具有：
dR＝0并且d2R＞0(恒定L，V)
所生成的R(V)曲线为具有相同整体尺寸L的可能的流动构造云的边缘。由于流动的物理现象的缘故，该曲线具有负斜率。当流动通道打开时，阻抗减小：
( &PartialD; R &PartialD; V ) L < 0
恒定V切口(也以恒定L)中的构型的进化表示通过增加性能而生存，适者生存。构形定律的观点是，变形自由度对性能有益。
作为另外一种选择，可参照穿过三维空间的恒定R切口来描述相同的时间箭头。具有相同的整体性能(R)和整体尺寸(L)的流动构造朝压实度和纤细度进化-内部管所特有的较小体积，即，较大体积是为工作“薄纸”(间隙)保存的。整体外部尺寸和内部尺寸(L，V)是指流动系统具有标度L和V1/3。这些形成作为流动构型的一种性质的无量纲比率(纤细度，Sv)。为使具有固定整体尺寸和整体性能的系统及时地保持不变(生存)，其必须以这种方式进化：其流动结构占据较小分数的可用空间。这是基于最大化所述可用空间的用途的生存方式。通过增加Sv(压实度)的生存方式等同于通过增加性能的生存方式。
如果恒定L设计在恒定V设计空间中被重铸，则构形定律的第三等同的陈述就变得显而易见了。非平衡流动结构的超曲面的形状和方向的贡献提供该曲线在底部平面中的正斜率
Figure BDA00002830981000102
这是由于当该流所行进的距离增加时，流动阻力增加了。具有某种性能水平(R)和内流体积(V)的流动结构变形为覆盖渐进地更大区域的新的流动结构。此外，流动构型朝更大Sv发展。
图2所示的连续网络幅材压印表面222的几何形状提供多个镶嵌单元格(代表性地示出于图3中)。每个单元格均设有中心，从那里放射出具有宽度(W1)的形成连续网络幅材压印表面222的每个第一平台区域。每个平台区域优选至少分叉为附加平台区域(例如，第二平台区域、第三平台区域等)，它们每一个具有宽度(例如，W2，W3等)，这些宽度不同于第一平台区域的宽度(W1)。然后每个附加平台区域(例如，第二平台区域、第三平台区域等)可至少分叉为其他附加平台区域，所述其他附加平台区域具有不同于附加平台区域宽度的宽度。
在图3所提供的实例中，该设计类似于脉管分支的设计。可使用Rosen(Ch.3in Optimality Principles in Biology，Robert Rosen，Butterworths，London，1967)所述的分析方法来确定这些分支的宽度和长度以及它们之间的角度。通过考虑毛细管压力和Hagen-Poiseuille阻力来优化毛细管通道的半径(r)和它们的长度(L)，这导致如图3所示的Ln、rn、Ln+1、rn+1和θ之间的关系。
由于Ln、rn、Ln+1和rn+1通常用来描述天然存在的具有3-维度的毛细管状系统中的关系，本领域的技术人员应当清楚，本说明书的连续网络区域的平台区域将参照宽度(W)，因为本公开的结构在纵向和横向上为基本上宏观单平面的。本领域的技术人员将会理解，在这种情况下2r＝W。本领域的技术人员也应当理解，为了考虑设计选择(例如，线性的、倾斜的、曲线的等)和/或处理制造细微差别，所示出的且基于本公开所用的宽度(W)优选为该区域的平均宽度。本领域的技术人员还应当理解，虽然本文所述的示例性代表性毛细管状系统被示出为具有线性特性，但本公开的毛细管状系统没有理由可不为曲线的或甚至线性设计和曲线设计的组合。
除此之外，在图3所提供的实例中，具有宽度(W1)的第一平台区域分叉为两个附加平台区域，所述附加平台区域每一个具有相应的宽度(W2和W3)。从具有分叉为每一个具有相应宽度(W2和W3)的两个附加平台区域的具有宽度(W1)的第一平台区域的所得分叉可出现四种情况。这些情况是：
1.W1＝W2+W3，其中W2和W3≠0；
2.W1＜W2+W3，其中W2和W3≠0；
3.W1＝W2+W3，其中W2≠W3，并且其中W2，W3＞0；以及
4.W1＜W2+W3，其中W2≠W3，并且其中W2，W3＞0。
已发现有利的是，选择L，W和θ的值以便提供重复的镶嵌单元格之间的最佳相关性。尽管本领域的技术人员可按需要提供L，W和θ的任何值，但已发现L1(分叉前)和L2，L3(分叉后)的范围可为约0.005英寸至约0.750英寸和/或约0.010英寸至约0.400英寸和/或约0.020英寸至约0.200英寸和/或约0.03英寸至约0.100英寸和/或约0.05英寸至约0.075英寸。还发现W1(分叉前)和W2，W3(分叉后)的范围可为约0.005英寸至约0.200英寸和/或约0.010英寸至约0.100英寸和/或约0.015英寸至约0.075英寸和/或约0.020英寸至约0.050英寸。还发现θ的范围可为约1度至约180度和/或约30度至约140度和/或约30度至约120度和/或约40度至约85度和/或约45度至约75度和/或约50度至约70度。
已令人惊讶地发现，通过以下方式形成的幅材产品表现出了多种明显的性能增强：使用具有连续网络幅材压印表面222的幅材压印表面222，所述压印表面具有由公式2(上文)表现出的几何形状和上述L，W和θ值。这包括相对于所测试的其他商业产品来讲令人惊讶的观测到的VFS和SST值的增加和令人惊讶的观测到的残余水值(RW)的减小。
已令人惊讶地发现，通过以下方式形成的幅材产品表现出了多种明显的性能增强：使用具有连续网络幅材压印表面222的幅材压印表面222，所述压印表面具有由公式2(上文)表现出的几何形状。这包括相对于所测试的其他商业产品来讲令人惊讶的观测到的VFS和SST值的增加和令人惊讶的观测到的残余水值(RW)的减小。
本发明的纸制品优选为起绉的，即，在以Yankee干燥机结束的造纸机上生产的，部分地干燥的造纸幅材被粘附到所述干燥机上并在其上干燥，并且通过柔性起绉刀片的作用将其从所述干燥机上移除。起绉为一种在纵向上机械地压实纸材的方式。结果是基重(每单位面积的质量)的增加以及许多物理性质的极大改变，尤其是在纵向上测量时更是如此。起绉一般用柔性刀片(所谓刮刀)在机器的操作中顶靠Yankee干燥机实现。
Yankee干燥机为一种大直径的一般8-20英尺的筒，其被设计成用蒸气增压从而提供用于在造纸工艺的末尾完成对造纸幅材进行干燥的热表面。首先在多孔成型载体诸如长网造纸机金属丝(在那里其被除去分散纤维浆液所需的大量水)上形成的纸幅一般被转移到所谓挤压部中的毡或织物，在那里通过机械地压实纸材或通过某种其他脱水方法诸如用热空气通风干燥来继续脱水，并然后最终在半干状态中被转移到所述Yankee的表面以便完成干燥。
尽管起绉的纸幅的特性，尤其是当通过图案压实方法来进行起绉工艺时，优选用于实践本发明，但未起绉的纸制品也在本发明的范围内。未起绉的纸制品(如本文所用的术语)是指非压缩地干燥的，最优选地通过通风干燥来干燥的纸制品。通风干燥幅材可为图案致密化的以使得较高密度的区域分散在高堆积体积区域内。这包括图案致密化的产品，其中较高密度的区域为连续的并且高堆积体积区域为离散的。
为了产生未起绉的纸制品幅材，将胚网从多孔成型载体(胚网铺展在其上)转移到较慢移动的高纤维支撑转移织物载体上。然后将该幅材转移到干燥织物上，其在所述干燥织物上被干燥至最终干燥度。与起绉的纸幅相比，此类幅材在表面光滑度方面可提供某些优点。
本发明的纸材可包括硬木和软木类型的造纸纤维，其中造纸纤维中的至少约65％为硬木并且至少约35％为软木。应当认识到，可使用硬木纤维和软木纤维的任何组合。优选地，将硬木纤维和软木纤维组合成异质结构。作为另外一种选择，硬木纤维和软木纤维可通过将它们每一个归入独立的层而被分离，其中纸制品包括内层和至少一个外层。在任何方面，所有种类的木浆均可产生本文所设想的纸制品。也可使用其他纤维素纤维纸浆，诸如棉绒、蔗渣、人造丝等。用于本文的木浆包括化学木浆诸如亚硫酸盐和硫酸盐(有时候称为牛皮纸浆)木浆、以及机械木浆，包括例如研磨木浆、热力学木浆(TMP)和化学-热力学木浆(CTMP)。可使用来源于落叶树木和针叶树木的木浆。
如本文所用，“硬木纸浆”是指来源于落叶树木(被子植物)的木质的纤维纸浆。“软木纸浆”为来源于针叶树木(裸子植物)的木质的纤维纸浆。硬木牛皮纸浆尤其是桉树和北方软木牛皮纸浆(NSK)的共混物尤其适用于制备本发明的纸制品幅材。本发明的第一实施方案可提供异质幅材层，其中最优选地将硬木纸浆诸如桉树与北方软木牛皮纸浆相组合。本发明的另一个实施方案可提供层状纸制品幅材，其中最优选地将硬木纸浆诸如桉树纸浆用于外层，并且将北方软木牛皮纸浆用于内层。本发明也可利用来源于回收纸的纤维，所述回收纸可包含以上纤维类别中的任何类别或全部类别。此外，包含将被任何颗粒填料接触的造纸纤维的多种造纸配料主要为硬木类型，优选包含至少约80％的硬木。
除此之外，形成本发明产品的纤维还可从聚合物熔融组合物经由合适的纺丝操作诸如熔喷和/或纺粘而纺成，和/或它们可获自天然来源诸如植物源例如树木。此类纤维可为单组分和/或多组分。例如，纤维元件可包括双组分纤维和/或长丝。双组分纤维和/或长丝可为任何形式，诸如并列型、芯-皮型、海岛型等。长丝的非限制性实例包括熔喷和/或纺粘长丝。可纺成长丝的聚合物的非限制性实例包括天然聚合物(如淀粉、淀粉衍生物、纤维素如人造丝和/或lyocell纤维、和纤维素衍生物、半纤维素、半纤维素衍生物)、和合成聚合物(包括但不限于热塑性聚合物长丝如聚酯、尼龙、聚烯烃(如聚丙烯长丝、聚乙烯长丝)，以及可生物降解的热塑性纤维如聚乳酸长丝、多羟基链烷酸酯长丝、聚酯酰胺长丝和聚己内脂长丝)。纤维的非限制性实例包括纸浆纤维，诸如木浆纤维、和合成人造短纤维诸如聚丙烯、聚乙烯、聚酯、它们的共聚物、人造丝、玻璃纤维和聚乙烯醇纤维。人造短纤维可通过以下方式产生：纺丝出长丝束，并然后将所述丝束切割成小于5.08cm(2英寸)的片段，从而产生纤维。
除了所述各种木浆纤维以外，其他纤维素纤维诸如棉绒、人造丝、lyocell纤维和蔗渣纤维也可被用于本发明的纤维结构。作为本发明主题的幅材产品的纤维结构或材料可为单层或多层纤维结构，它们适用于被转换加工为通风干燥的穿孔产品。可将其他材料加入含水造纸配料或胚网中，从而赋予产品以其他特性或改善造纸工艺。例如，在很多情况下包括少量的化学功能试剂，诸如湿强度或干强度粘结剂、助留剂、表面活性剂、胶、化学软化剂、促绉组合物，但这些通常仅以微量被使用。
可将阳离子电荷偏置物质加入造纸工艺中以用于控制含水造纸配料的动电位。使用这些物质是因为大多数固体在本质上具有负的表面电荷，包括纤维素纤维和细纤维丝及大部分无机填充剂的表面。传统上使用的一种阳离子电荷偏置物质是矾。优选具有不超过约500,000，并且更优选不超过约200,000，或甚至约100,000的分子量的较低分子量阳离子合成聚合物可被用于电荷偏置。此类低分子量阳离子合成聚合物的电荷密度是较高的。这些电荷密度的范围为约4至约8当量氮阳离子/千克聚合物。一种实例材料为Cypro514.RTM.，其为Cytec，Inc.，Stamford，Conn.的产品。此类材料的使用明确地允许在本发明的实施内。
除此之外，还可使用高表面积、高阴离子电荷微粒来改善形成、排水、强度和保留。用于该目的的常见材料为二氧化硅胶体、或膨润土粘土。
如果期望永久性湿强度，则将以下化学物质的组加入造纸配料或胚网中：包括聚酰胺-环氧氯丙烷、聚丙烯酰胺、苯乙烯-丁二烯胶乳；不溶解的聚乙烯醇；脲醛；聚乙烯亚胺；脱乙酰壳多糖聚合物以及它们的混合物。聚酰胺-环氧氯丙烷树脂为已被发现具有特别效用的阳离子湿强度树脂。合适类型的此类树脂描述于美国专利3,700,623和3,772,076中。聚酰胺-环氧氯丙烷树脂购自以标志
Figure BDA00002830981000151
557H.RTM出售此类树脂的Hercules，Inc.，Wilmington，Del.。
许多纸制品必须具有有限的湿强度，因为需要它们通过盥洗室进入化粪池或下水道系统而进行处理。如果赋予这些产品湿强度，则优选的是短效湿强度，其特征在于，其效能的一部分或全部将在存在水的情况下衰减。如果期望短效湿强度，则粘结剂材料可选自二醛淀粉或其他具有醛官能度的树脂诸如由National Starch and Chemical Company提供的Co-Bond1000.RTM、由Cytec of Stamford，Conn.提供的
Figure BDA00002830981000152
750.RTM和美国专利4,981,557中所述的树脂。
表面活性剂可用来处理纸制品幅材以增强吸收性。基于纸制品的干燥纤维重量计，表面活性剂的含量优选在约0.01重量％至约2.0重量％的范围内。表面活性剂优选具有含有八个或更多个碳原子的烷基链。示例性阴离子表面活性剂为直链烷基磺酸盐和烷基苯磺酸盐。示例性非离子表面活性剂为烷基糖苷，包括烷基糖苷酯诸如购自Croda，Inc.(New York，N.Y.的
Figure BDA00002830981000161
SL-40.RTM)；烷基糖苷醚，如描述于1977年3月8日授予W.K.Langdon等人的美国专利4,011,389；以及烷基聚乙氧基化酯诸如购自GlycoChemicals，Inc.(Greenwich，Conn.)的
Figure BDA00002830981000162
200ML和购自RhonePoulenc Corporation(Cranbury，N.J.)的
Figure BDA00002830981000163
RC-520.RTM。
本发明还适用于生产多层纸制品幅材。多层纸制品结构和形成多层纸制品结构的方法描述于以下专利中：美国专利3,994,771；4,300,981；4,166,001；和欧洲专利公布0613979A1。这些层优选包括不同的纤维类型，所述纤维通常为如多层纸制品的制备中所用的较长软木纤维和较短硬木纤维。本发明的所得多层纸制品幅材包括至少两个叠置层，即内层和至少一个与内层邻接的外层。优选地，所述多层纸制品包括三个叠置层，即内层或中心层、和两个外层，其中内层位于所述两个外层之间。所述两个外层优选包括较短的造纸纤维的初级丝状组分，所述纤维具有介于约0.5和约1.5mm之间，优选小于约1.0mm的平均纤维长度。这些短的造纸纤维通常包括硬木纤维，优选硬木牛皮纸浆纤维，并且最优选来源于桉树。内层优选包括较长造纸纤维的初级丝状组分，所述纤维具有至少约2.0mm的平均纤维长度。这些长造纸纤维通常为软木纤维，优选为北方软木牛皮纸浆纤维。优选地，大部分本发明的颗粒填料被包含在本发明的多层纸制品幅材的外层中的至少一个中。更优选地，大部分本发明的颗粒填料被包含在这两个外层中。在任何方面，单层和多层纸制品均能够由本发明的幅材生产出来。
可将软化剂诸如季铵化合物加入造纸浆液中。具有上文所详述的结构且适用于本发明的酯官能季铵化合物的具体实例可包括二酯二烷基二甲基铵盐，诸如二酯二牛脂基二甲基氯化铵、单酯二牛脂基二甲基氯化铵、二酯二牛脂基二甲基铵甲基硫酸盐、二酯二(氢化的)牛油二甲基铵甲基硫酸盐、二酯二(氢化的)牛油二甲基氯化铵、以及它们的混合物。尤其优选的为二酯二牛脂基二甲基氯化铵和二酯二(氢化的)牛脂二甲基氯化铵。这些特定材料以商品名“
Figure BDA00002830981000164
SDMC”购自Witco Chemical Company Inc.，Dublin，Ohio。用于本发明的其他类型的合适的季铵化合物描述于以下专利中：美国专利5,543,067；5,538,595；5,510,000；5,415,737；和欧洲专利申请0688901A2。除此之外，也可使用这些酯官能的季铵化合物的二季变型形式，并且也旨在属于本发明的范围。不受理论的束缚，据信这些季化合物的酯部分提供生物降解能力的量度。据信本文所用的酯官能季铵化合物比常规的二烷基二甲基铵化学软化剂更快速地进行生物降解。
适用于加入造纸浆液中的附加化学软化剂包括有机反应性聚二甲基硅氧烷成分，包括氨基官能的聚二甲基硅氧烷。一种优选的化学软化剂混合了有机反应性硅氧烷和合适的季铵化合物。基于相对于总软化剂所述聚硅氧烷的重量计，一种有机反应性硅氧烷诸如氨基聚二甲基硅氧烷是以以下范围内的量来施用：约0重量％至约50重量％，并且优选约5重量％至约15重量％。合适的脂肪酸包括C6-C23直链的、支化的、饱和的或不饱和的类似物。一种优选的脂肪酸为异硬脂酸。一种尤其优选的化学软化剂包含约0.1％至约70％的聚硅氧烷化合物。
聚硅氧烷也可包括聚合的、低聚的、共聚的、以及其他多单体硅氧烷材料。如本文所用，术语聚硅氧烷将包括所有此类聚合的、低聚的、共聚的、以及其他多单体材料。除此之外，聚硅氧烷可为直链、支链、或具有环状结构。参考文献公开了聚硅氧烷，文献包括以下专利：美国专利2,826,551；3,964,500；4,364,837；5,059,282；5,529,665；5,552,020；和英国专利849,433。
本发明的产品也可为压花的。如本文关于纤维结构所用的“压花的”是指经受过以下工艺的纤维结构，所述工艺通过在一个或多个压花辊上复制一种设计而将平滑表面的纤维结构转换加工成装饰性表面，所述压花辊形成纤维结构穿过其的辊隙。压花不包括可赋予纤维结构纹理和/或装饰性图案的起绉、起微绉、印刷或其他工艺。在一个实例中，压花纤维结构包括深嵌套压花，这些压花表现出如使用MicroCAD所测量的大于600μm和/或大于700μm和/或大于800μm和/或大于900μm的平均压花峰与压花谷的差值。
如图4-6所示，根据本发明生产的示例性纸制品为宏观单平面的，其中纸材的平面限定其X-Y方向并且具有与其正交的Z方向。图1所示的由多孔压印构件形成的模塑网120B的特征在于，对于给定水平的幅材基重和幅材厚度H，其具有较高拉伸强度和柔韧性。据信该较高拉伸强度和柔韧性至少部分地归因于较高密度区域1083和较低密度区域1084之间的密度差值。通过在第一脱水毡320和幅材压印表面220之间按压中间幅材120A的一部分来增强幅材强度，从而形成较高密度区域1083。同时地压实幅材的一部分并将其脱水提供了较高密度区域中的纤维间的粘结以便承载负荷。
根据本发明的设备和工艺(示出于图1中)生产的示例性纸制品具有至少两个区域。第一区域包括顶靠多孔印刷构件219的幅材压印表面220压印出的压印区域。压印区域优选为基本上连续的网络。被偏转到压印构件219的偏转管部分230中的较低密度区域1084提供堆积体积以增强吸收性。此外，按压中间幅材120A将造纸纤维抽吸到偏转管部分230中以形成中间密度区域，从而增加幅材宏观厚度H。增加的幅材厚度H减小了幅材的表观密度(幅材基重除以幅材厚度H)。幅材柔韧性随着幅材硬度的减小而增加。作为另外一种选择，根据本发明的设备和工艺生产的示例性纸制品(示出于图2中)具有至少两个区域。第一区域将包括顶靠多孔印刷构件219a的幅材压印表面220a压印出的多个压印区域。压印区域优选为基本上不连续的网络。被偏转到压印构件219的连续偏转管部分230a中的较低密度区域提供堆积体积以增强吸收性。
再次参见根据图1的压印构件210生产的产品，部分地通过以下方式提供了较高密度区域1083和较低密度区域1084之间的密度差值：将胚网120的一部分偏转到压印构件219的偏转管部分230中以在压缩辊隙300的上游提供非单平面的中间幅材120A。穿过压缩辊隙300的单平面幅材将经受某种均匀压实，从而增加模塑网120B中的最小密度。偏转管部分230中的非单平面的中间幅材120A的一些部分避免了此类均匀压实，并因此保持较低密度。然而，不受理论的约束，据信较低密度区域1084和较高密度区域1083可具有大致等同的基重。在任何方面，较低密度区域1084和较高密度区域1083的密度可根据美国专利5,277,761和5,443,691来测量。
模塑网120B也可为缩短的，如本领域已知的那样。缩短可通过由刚性表面诸如干燥滚筒起绉模塑网120B来实现。Yankee干燥筒可用于该目的。在缩短期间，能够在模塑网120B的较低密度区域1084中产生至少一个缩短脊)。此类至少一个缩短脊在Z方向上与模塑网120B的MD/CD平面间隔开。起绉能够根据美国专利4,919,756用刮刀来实现。作为另外一种选择或除此之外，缩短还可经由如美国专利4,440,597所提出的湿微收缩和/或通过如本领域的技术人员已知的织物起绉来实现。
本文所用的术语“基重”是以lbs/3000ft2或g/m2为单位报告的每单位面积样本的重量。本发明的产品可具有大于15g/m2(9.2lbs/3000ft2)至约120g/m2(73.8lbs/3000ft2)和/或约15g/m2(9.2lbs/3000ft2)至约110g/m2(67.7lbs/3000ft2)和/或约20g/m2(12.3lbs/3000ft2)至约100g/m2(61.5lbs/3000ft2)和/或约30(18.5lbs/3000ft2)至90g/m2(55.4lbs/3000ft2)的基重。此外，本发明的产品还可表现出约40g/m2(24.6lbs/3000ft2)至约120g/m2(73.8lbs/3000ft2)和/或约50g/m2(30.8lbs/3000ft2)至约110g/m2(67.7lbs/3000ft2)和/或约55g/m2(33.8lbs/3000ft2)至约105g/m2(64.6lbs/3000ft2)和/或约60(36.9lbs/3000ft2)至100g/m2(61.5lbs/3000ft2)的基重。
本发明的产品可表现出小于约3000g/25.4mm和/或小于2000g/25.4mm和/或小于1875g/25.4mm和/或小于1850g/25.4mm和/或小于1800g/25.4mm和/或小于1700g/25.4mm和/或小于1600g/25.4mm和/或小于1560g/25.4mm和/或小于1500g/25.4mm至约400g/25.4mm和/或至约600g/25.4mm和/或至约800g/25.4mm和/或至约1000g/25.4mm的总干拉伸值。在另一个实例中，单层产品可表现出小于约1560g/25.4mm和/或小于1500g/25.4mm和/或小于1400g/25.4mm和/或小于1300g/25.4mm至约300g/25.4mm和/或400g/25.4mm和/或至约600g/25.4mm和/或至约800g/25.4mm和/或至约1000g/25.4mm的总干拉伸。
本发明的产品可表现出小于800g/25.4mm和/或小于600g/25.4mm和/或小于450g/25.4mm和/或小于300g/25.4mm和/或小于约225g/25.4mm的初始总湿拉伸强度值。
本发明的产品可表现出(以95g/in2测量的)小于约0.60g/cm3和/或小于约0.30g/cm3和/或小于约0.20g/cm3和/或小于约0.10g/cm3和/或小于约0.07g/cm3和/或小于约0.05g/cm3和/或约0.01g/cm3至约0.20g/cm3和/或约0.02g/cm3至约0.10g/cm3的密度。
如本文所用的“密度”被计算为用克/平方米表示的基重除以用微米表示的厚度所得的商。所得密度被表示为克/立方厘米(g/cm3或g/cc)。本发明的纸制品可具有大于0.04g/cm3和/或大于0.05g/cm3和/或大于0.06g/cm3和/或大于0.07g/cm3和/或小于0.10g/cm3和/或小于0.09g/cm3和/或小于0.08g/cm3的密度。本发明的纸制品可表现出在约0.045g/cm3至约0.095g/cm3范围内的密度。
分析规程
以下测试方法是代表性的用来确定与其相关联的多层纸制品的物理特性的技术。
1.样本调理和制备
除非另外指明，样本均是根据Tappi方法#T402OM-88来调理的。将纸材样本在48％至52％的相对湿度下且在22℃至24℃的温度范围内调理至少2小时。样本制备和使用以下方法所进行的测试的所有方面均限于在恒温和恒湿室中进行。
2.基重
基重通过以下方法来测量：制备一个或多个具有一定面积(m2)的样本，然后在最小分辨率为0.01g的上皿天平上称量根据本发明的纤维结构和/或包括此类纤维结构的纸制品的样本的重量。所述天平使用气流罩保护其不受气流和其它干扰的影响。
当天平上读数变成恒定时记录重量。计算平均重量(g)和样本的平均面积(m2)。通过将样本的平均重量(g)除以平均面积(m2)来计算基重(g/m2)。
3.堆积体积和厚度
如本文所用的术语，多层纸制品的密度被计算为该纸材的基重除以厚度所得的平均密度，其中结合了适当的单位换算。如本文所用，多层纸制品的厚度为纸材在经受95g/in2(15.5g/cm2)的压缩负荷时的厚度。堆积密度为所测密度的倒数。
如本文所用的宏观厚度是指样本在宏观上的厚。将样本放置在水平面上，并且将其限制在所述平面和具有水平装载面的加裁底脚之间，其中加裁底脚装载面具有约3.14in2的圆形表面积，并且向样本施加约15g/cm2(0.21psi)的围压。宏观厚度为平面和加裁底脚装载面之间的所得间隙。此类测量值可在VIR电子测厚仪(型号II，购自Thwing-Albert，Philadelphia，Pa)上获得。宏观厚度为至少五个测量值的平均值。
4.总拉伸强度
如本文所用的总拉伸强度(TT)是指纵向和横向最大强度(ing/in)的总和。以g/in为单位来报告TT值。使用拉伸测试机诸如购自Thwing-Albert，Philadelphia，Pa.的Intelect II STD来测量最大强度。最大强度是以1英寸/分钟的夹头速度(对于起绉的样本)和0.1英寸/分钟的夹头速度(对于未起绉的手抄纸样本)来测量的。对于手抄纸，仅测量纵向最大强度，并且TT值等于两倍的该纵向最大强度除以基重。TT值以至少五个测量值的平均值报告。
5.残余水(R w )测试方法
该方法测量被纸制品吸收的蒸馏水的量。一般来讲，将有限量的蒸馏水沉积到标准表面上。然后将纸巾放置在所述水上并持续给定的时间量。在经过时间之后，移除所述纸巾，并且计算所留下的水量和被吸收的水量。
将温度和湿度控制在以下极限值以内：
○温度：23℃±1℃(73°F±2°F)
○相对湿度：50％±2％
以下设备用于该测试方法。使用具有以下灵敏度的上皿天平：±0.01克或具有最小克数的容量更好。使用具有5mL容量和±1mL灵敏度的移液管。使用FormicaTM Tile6in×7in。也使用能够按秒测量时间并精确至0.1秒的秒表或数字定时器。
样本和溶液制备
对于该测试方法，使用温度被控制在23℃±1℃(73°F±2°F)的蒸馏水。对于该方法，可用单元被描述为一个成品单元，而无论层片数目如何。在以50％±2％的相对湿度和23℃±1℃(73°F±2°F)的温度调理的室中调理产品的卷或可用单元最少两个小时，它们移除了包裹物或包装材料。不测试具有缺陷诸如绉纹、撕裂、孔等的可用单元。
纸材样本
从该卷移除并废弃至少四个最外侧可用单元。为了进行测试，如下所示地从每卷提交的产品中移除可用单元。对于纸巾产品，从该卷选择五个(5)可用单元。对于被折叠、切割和堆叠的餐巾纸，从提交的用于测试的样本堆叠物选择五个(5)可用单元。对于所有餐巾纸(双折的或三折的)，将这些可用单元展开至它们的最大方形状态。一层片餐巾纸将具有一个1层片层；2层片餐巾纸将具有一个2层片层。对于2层片餐巾纸，这些层片可压印(仅按压)在一起，或压印并层压(按压且胶合)在一起。当展开2层片可用单元时必须小心将这些层片保持在一起。如果展开的可用单元的尺度在两个方向中的任一方向上超过了279mm(11英寸)，则将该可用单元切小至279mm(11英寸)。如果超过了279mm(11英寸)，则记录初始可用单元尺寸。如果展开的可用单元的尺度在两个方向中的任一方向上小于279mm(11英寸)，则记录该可用单元尺度。
将Formica Tile(标准表面)放置在清洁过的天平表面中心。擦拭Formica Tile以确保其为干燥的且不含任何碎屑。配衡天平以获得零读数。使用移液管将2.5mL的蒸馏水缓慢地分配到标准表面的中心上。记录所述水的重量，精确至0.001g。使纸巾的1个可用单元落到该水点上，使外层片向下。立即启动秒表。应当使样本落在所述点上使得其一旦跌落，所述点就位于样本的中心。在按下秒表之后，允许纸巾吸收蒸馏水并持续30秒。在经过了所述30秒之后，从所述点移除纸材。必须在秒表读数为30秒±0.1秒时移除纸巾。应当使用快速竖直运动来移除纸巾。记录该表面上剩余水的重量，精确至0.001g。
计算
Figure BDA00002830981000221
其中：
n＝用于该方法的复制品数目为5。
记录RWV，精确至0.001g。
6.时间平方根斜率(SST)的测试方法
SST方法在广谱时间内测量速率以捕集产品在有效使用期限内的吸收速率的视图。具体地，该方法经由质量对从2-15秒的时间平方根的斜率来测量吸收速率。
综述
随着时间的推移，测量纤维样本对水的吸收(芯吸)。将样本水平地放置在该仪器中，并且由放置在天平上的稀松编织网络结构来支撑。当连接到水贮存器的管被提升并且弯月面从下面以小负压接触到样本中心时，启动该测试。吸收受到样本从该仪器抽吸所述水并持续大约20秒的能力的控制。速率被确定为所输出的重量对从2-15秒的平方根(时间)的回归线的斜率。
设备
调理室-温度控制在73°F±2°F(23℃±1℃)。相对湿度控制在50％±2％。
样本制备-使用液压式/气动式精密切割器将产品样本切割成3.375英寸直径的圆形。
容量速率测试仪(CRT)-该CRT为一种能够测量容量和速率的吸收性测试仪。该CRT由天平(0.001g)组成，在所述天平上放置了织造网格(使用具有0.014″直径的尼龙单丝线)，将所述织造网格放置在小贮存器之上，在所述贮存器中心中有传输管。该贮存器通过电磁阀的作用来填充，这帮助将样本供应贮存器连接到中间贮存器，所述中间贮存器的水含量由光学传感器监测。该CRT用-2mm水柱来运行，所述水柱通过调节供应贮存器中水的高度来控制。
软件-LabView基定制软件，专用于CRT版本4.2或更新版本。
水-蒸馏水，其在25℃下具有＜10μS/cm(测量对象＜5μS/cm)的电导率。
样本制备
对于该方法，可用单元被描述为一个成品单元，而无论层片数目如何。在测试之前，调理所有已移除了包装材料的样本并持续最少2小时。丢弃源自该卷的至少第一十个可用单元。针对每个测试结果，对于总的2个复制品，移除两个可用单元并且从每个可用单元的中心切出一个3.375英寸的圆形样本。不测试具有缺陷诸如绉纹、撕裂、孔等的样本。将其替换成不含此类缺陷的另一个可用单元。
样本测试
测试前的设定
1.贮存器罐中的水高度被设定为-2.0mm，在支撑架(其中将放置纸巾样本)的顶部下方。
2.供应管(8mm I.D.)相对于支撑网居中。
3.测试样本被切割成3-3/8″直径的圆形，并且在Tappi环境条件下平衡最少2小时。
测试描述
1.在按下起动按钮打开软件应用之后，供应管移动至储备罐中的水高度下方0.33mm处。这在供应管上方产生小的水弯月面以确保测试的启动。该罐和供应管之间的阀门关闭，并且将标度归零。
2.软件提示你“加裁样本”。将样本放置在支撑网上，使其在供应管之上居中，并且将面向该卷外部的一侧向下放置。
3.关闭天平窗口，并且按下“OK”按钮--软件记录该圆形物的干重。
4.软件提示你“将覆盖件放置在样本上”。将塑料覆盖件放置在样本顶部上，放置在支撑网顶部上。塑料覆盖件具有中心销(其与外边沿齐平)以确保样本位于适当位置从而建立液压式连接。四个其他销(在深度上短1mm)被定位成径向远离中心销1.25-1.5英寸以确保样本在该测试期间为平坦的。样本覆盖件边沿不应接触该片材。关闭顶部天平窗口并且单击“OK”。
5.软件重新归零标度，并随后朝样本移动供应管。当供应管到达其目的地(其为支撑网下方0.33mm)时，阀门打开(即，储备罐和供应管之间的阀门)，并且在供应管和样本之间建立液压式连接。数据采集以5Hz的速率发生，并且在水接触样本前约0.4秒启动。
6.该测试运行至少20秒。此后，供应管拉离样本以中断液压式连接。
7.从支撑网上移除湿样本。用纸巾擦干支撑网和覆盖件上的残余水。
8.重复进行，直至测试了所有样本。
9.在运行了每次测试之后，创建一个*.txt文件(通常存储在CRT/数据/速率目录中)，具有在启动该测试时所键入的文件名。该文件包含所有该测试的设定参数、从该测试收集的干样本重量、和累积的被吸收的水(g)对时间(s)数据。
摄取速率的计算
获取包括时间和重量数据的原始数据文件。
第一，创建新的时间栏，其从原始时间数据中减去0.4秒以调节原始时间数据从而对应于启动所实际发生的时候(数据收集开始后约0.4秒)。
第二，创建数据栏，其将调节过的时间数据转换为时间数据的平方根(例如，使用式诸如Excel中的SQRT())。
第三，计算重量数据对时间平方根数据的斜率(例如，使用Excel中的SLOPE()函数，使用重量数据作为y数据并且使用sqrt(时间)数据作为x数据等)。应当对从2-15秒的数据点计算斜率，包括端值在内(或sqrt(时间)数据栏中的1.41至3.87)。
时间平方根的斜率(SST)的计算
水接触样本的启动时间被估算为在供应管和样本之间建立液压式连接启动后0.4秒(CRT时间)。这是由于数据采集开始的时候管仍然在朝样本移动，因而在标度响应中混入了所述小的延迟。因此，“时间零点”实际是在如所述*.txt文件所记录的CRT时间中的0.4秒。
从线性回归线的斜率计算出从2-15秒的时间平方根的斜率(SST)，所述线性回归线源自介于(且包括)2-15秒(x轴线)之间的时间平方根对被吸收的水的累积克数。所述单位为g/s0.5。
报告结果
报告平均斜率，精确至0.01g/s0.5。
7.竖直全片(VFS)和水平全片(HFS)测试方法
竖直全片(VFS)和水平全片(HFS)测试方法两者均确定被本发明的纤维结构所吸收和保留的蒸馏水的量。该方法通过以下方式来进行：首先称量要测试的纤维结构样本的重量(本文中称为“样本的干重”)，然后将该样本彻底润湿，在竖直位置将润湿的样本排水，然后重新称量重量(本文中称为“样本的湿重”)。因而样本的吸收容量被计算为保留的被样本吸收的水量，以克为单位。当评测不同的纤维结构样本时，将相同尺寸的纤维结构用作所有被测试样本。
用于确定纤维结构的VFS容量的设备包括以下装置：
1.电子天平，其具有至少±0.01g的灵敏度和1200g的最小容量。该天平应被置于天平台上，并将地板/工作台称量的振动效应调至最小。该天平也应当具有专用天平盘，所述天平盘能够操纵被测试样本的尺寸(即；约11英寸(27.9cm)乘11英寸(27.9cm)的纤维结构样本)。天平盘可由多种材料制成。树脂玻璃是一种常用的材料。
2.还需要样本支撑架和样本支撑架覆盖件。支撑架和覆盖件两者包括轻型金属框架，该框架由0.012英寸(0.305cm)直径的单丝张成从而形成网格。支撑架和支撑盖尺寸应使得样本尺寸可方便地置于两者之间。
该VFS测试在保持在23℃±1℃和50％±2％的相对湿度的环境中进行。水贮存器或盆状物中填充有23℃±1℃的蒸馏水，深度为3英寸(7.6cm)。
在该天平上小心地称量要测试的纤维结构的八个19.05cm(7.5英寸)×19.05cm(7.5英寸)至27.94cm(11英寸)×27.94cm(11尺寸)的样本的重量。将空的样本支撑架置于具有上述专用天平盘的天平上。然后将该天平归零(即，配衡)。小心地将一个样本放置在样本支撑架上。将样本的重量记录为样本的干重，精确至0.01g。将支撑架盖置于支撑架的顶部。将样本(现在被夹在架和覆盖件之间)浸没在水贮存器中。在样本被浸没30秒之后，将样本支撑架和覆盖件轻轻地从贮存器提出来。
允许样本和支撑架水平地排水120s±5s，注意不要过度摇动或振动样本。在样本排水期间，小心地移除支撑架覆盖件并从支撑架上擦拭掉所有多余的水。在先前配衡的天平上称量湿样本和支撑架的重量。记录重量，精确至0.01g。这是水平地排水后样本的湿重。
然后允许样本和覆盖件竖直地排水60s±5s，注意不要过度摇动或振动样本。在样本排水期间，从支撑架上擦拭掉所有多余的水。在先前配衡的天平上称量湿样本和支撑架的重量。记录重量，精确至0.01g。这是竖直地排水后样本的湿重。
用纤维结构的另一个样本重复该规程，然而，将该样本定位在支撑架上，使得该样本与第一样本在支撑架上的位置相比被旋转了90°。
克/克纤维结构样本吸收容量被定义为(样本的湿重-样本的干重)/样本的干重。因此，HFSg/g为(水平地排水后样本的湿重-样本的干重)/样本的干重。VFSg/g为(竖直地排水后样本的湿重-样本的干重)/样本的干重。所计算出的VFS为在两个不同方向上纤维结构的两个样本的吸收容量的平均值。
实施例
实施例1
在本实施例中使用了试验性规模的长网造纸机。在常规二次制浆机中制成了北方软木牛皮纸浆(NSK)木浆的3重量％的含水浆液。将该NSK浆液轻轻地磨浆，并且以干燥纤维的1重量％的速率将永久性湿强度树脂(即由Hercules incorporated，Wilmington，Del.出售的Kymene5221)的2％溶液加入该NSK母管中。通过在线搅拌器来增强Kymene5221对NSK的吸收。在所述在线搅拌器之后，以干燥纤维的0.2重量％的速率加入1％的羧基甲基纤维素(CMC)(即由C.P.Kelco U.S.Inc.，Atlanta，GA出售的FinnFix700)溶液以增强纤维质基底的干强度。在常规二次制浆机中制成了桉树纤维的3重量％的含水浆液。以干燥纤维的0.25重量％的速率将1％的消泡剂(即由Buckman Labs，Memphis TS出售的BuBreak4330)溶液加入桉树母管中，并且通过在线搅拌器来增强其吸附。
将该NSK配料和桉树纤维在头箱中均匀混合并沉积到长网造纸机金属丝上以形成胚网。长网造纸机金属丝脱水通过长网造纸机金属丝发生并且由偏转器和真空箱辅助。长网造纸机金属丝具有5裙的缎纹编织构型，所述构型每英寸分别具有84根纵向单丝和76根横向单丝。将雏形湿幅材以转移点处的约15％至约25％的纤维稠度从长网造纸机金属丝转移到光聚合物织物上，所述光聚合物织物具有分形图案格、约25％扭节面积和22密耳的光聚合物深度。长网造纸机金属丝和图案化转移/压印织物之间的速度差异为约-3％至约+3％。进一步脱水通过真空辅助的水系来实现，直到幅材具有约20％至约30％的纤维稠度。将图案化幅材通过空气吹透预干燥至约65重量％的纤维稠度。然后用包含0.25％聚乙烯醇(PVA)水溶液的喷雾起绉粘合剂将该幅材粘附到Yankee干燥机的表面。在用刮刀干燥起绉幅材之前，将纤维稠度增加至估算的96％。刮刀具有约25度的斜角，并且相对于Yankee干燥机被定位成提供约81度的冲击角度；Yankee干燥机以约600fpm(英尺/分钟)(约183米/分钟)运行。干燥幅材以560fpm(171米/分钟)的速度被成型为卷。
幅材的两个层片通过将它们压花并使用PVA粘合剂层压在一起而被成型为纸巾产品。纸巾具有约53g/m2的基重并且包含65重量％的北方软木牛皮纸浆和35重量％的桉树配料。
实施例2
通过类似于实施例1的方法的方法制备了该NSK配料和桉树纤维，将它们在头箱中混合并沉积到以速度V1均匀运行的长网造纸机金属丝上以形成胚网。
然后将该幅材在转移区域中转移到图案化转移/压印织物上而不形成幅材的基本压实。然后在转移/压印织物上以第二速度V2沿与设置在转移区域的转移头成接触关系的环状路径推进该幅材，第二速度比第一速度慢约5％至约40％。由于金属丝的速度快于转移/压印织物，因此在转移点发生了幅材的湿缩短。因此，所述湿幅材前缩短可为约3％至约15％。
然后通过类似于实施例1方法的方法将该幅材粘附到具有第三速度V3的Yankee干燥机的表面。将纤维稠度增加至估算的96％，并然后将幅材从干燥滚筒用刮刀起绉，该刮刀具有约90度至约130度的冲击角度。其后，以第四速度V4将干燥幅材卷绕在卷轴上，所述第四速度快于干燥滚筒的第三速度V3。
幅材的两个层片可通过以下方式被成型为纸巾产品：将它们压花并使用PVA粘合剂层压在一起。纸巾具有约53g/m2的基重并且包含65重量％的北方软木牛皮纸浆和35重量％的桉树配料。
根据实施例1制造的压制纸幅的性质列出于表1中。为便于比较，表1也列出了用相同的配料、幅材转移、和幅材压印构件219制造的起绉的和湿模塑底料纸幅的对应的性质。
表1：本发明的多种基底的各种物理特性的表列值(例如，设计、图 案、绉纹、转换加工、基重、干堆积体积、湿破裂、总拉伸强度、残余水、 VFS、HFS和VFS/HFS值)。
Figure BDA00002830981000301
Figure BDA00002830981000311
Figure BDA00002830981000321
CK-连续扭节(即，连续网络幅材压印表面222)
CP-连续枕(即，连续偏转管230a)
F-分形设计
C-构形设计
FSO-转换加工的织物侧朝外
WSO-转换加工的金属丝侧朝外
本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确量纲和值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲和/或值旨在表示所引用的量纲和/或值以及围绕该量纲和/或值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。
发明详述中引用的所用文献的相关部分以引用方式并入本文；任何文献的引用均不可解释为是对其作为本发明的现有技术的认可。当本文献中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义冲突时，将以赋予本文献中那个术语的含义或定义为准。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但是对那些本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可作出许多其它的改变和变型。因此，随附权利要求书中旨在涵盖本发明范围内的所有这些改变和变型。

Claims (10)

1.一种纸制品，其特征在于形成在其中的图案，所述图案的特征在于：
多个镶嵌单元格；
其特征还在于所述多个单元格中的每个格的特征在于中心；在至少两个方向上从所述中心延伸的至少两个连续枕区域，每个枕区域的特征在于未致密化的纤维结构；以及多个平台区域，所述平台区域中的每一个均被所述连续枕区域中的至少一个围绕，每个平台区域均包括致密化的纤维结构；
其特征还在于所述连续枕区域中的至少一个至少分叉以形成在所述分叉前具有第一宽度的连续枕区域部分和在所述分叉后具有第二宽度的至少两个连续枕区域部分，具有所述第二宽度的所述至少两个连续枕区域部分中的每一个均与具有所述第一宽度的所述连续枕区域部分流体连通；其特征还在于所述第一宽度大于所述第二宽度；
其特征还在于具有所述第一宽度的所述连续枕区域部分中的每一个在所述格内具有第一数密度；
其特征还在于具有所述第二宽度的所述至少两个连续枕区域部分中的每一个在所述格内具有第二数密度；并且
其特征还在于所述第一数密度小于所述第二数密度。
2.如权利要求1所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有小于约0.12g的残余水值RW。
3.如权利要求2所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约1.31g/s1/2的SST值比率。
4.如权利要求3所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约8.08g/g的VFS值。
5.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有小于约0.10g的残余水值RW。
6.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于本文所述纸制品具有小于约0.08g的残余水值RW。
7.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有小于约0.04g的残余水值RW。
8.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约1.31g/s1/2的SST值比率。
9.如权利要求8所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约8.08g/g的VFS值。
10.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约8.08g/g的VFS值。
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