本申请基于并要求享有于2009年1月28日提交的美国临时申请序号61/206,146(代理卷号20598;GP-08-15)的优先权。本申请还涉及以下美国专利申请和美国专利:美国专利申请序号11/804,246(公开号US2008-0029235),名称为“具有可变局部基重的织物起绉的吸收片材”,于2007年5月16日提交,(代理卷号20179;GP-06-11),现在的美国专利号7,494,563,其基于于2006年5月26日提交的美国临时专利申请序号60/808,863;美国专利申请序号10/679,862(公开号US-2004-0238135),名称为“用于制造吸收片材的织物起绉方法”,于2003年10月6日提交(代理卷号12389;GP-02-12),现在的美国专利7,399,378;美国专利申请申请序号11/108,375(公开号US2005-0217814),名称为“用于生产吸收片材的织物起绉/拉伸方法”,于2005年4月18日提交(代理卷号12389P1;GP-02-12-1),该申请为美国专利申请序号10/679,862(公开号US-2004-0238135)的部分延续,后者名称为“用于制造吸收片材的织物起绉方法”,于2003年10月6日提交(代理卷号12389;GP-02-12),现在的美国专利7,399,378;美国专利序号11/108,458(公开号US2005-0241787),名称为“织物起绉以及用于生产吸收片材的织物内干燥(In Fabric Drying)方法”,于2005年4月18日提交(代理卷号12611P1;GP-03-33-1),现在的美国专利7,442,278,该申请基于美国临时专利申请60/563,519,于2004年4月19日提交;美国专利申请序号11/151,761(公开号US2005-0279471),名称为“采用织物内干燥的用于生产吸收片材的高含固量织物起绉方法”,于2005年6月 14日提交(代理卷号12633;GP-03-35),现在的美国专利7,503,998,其基于美国临时专利申请序号60/580,847,于2004年6月18日提交;美国专利申请序号11/402,609(公开号US2006-0237154),名称为“具有吸收芯的多层纸巾”,于2006年4月12日提交(代理卷号12601;GP-04-11),该申请基于美国临时专利申请60/673,492,于2005年4月21日提交。美国专利申请序号11/104,014(公开号US2005-0241786),名称为“用高含固量织物起绉方法制备的具有提高的CD拉伸和低拉伸比的湿压薄织物(tissue)和手巾产品”,于2005年4月12日提交(代理卷号12636;GP-04-5),现在的美国专利7,588,660,该申请基于美国临时专利申请60/562,025,于2004年4月14日提交;以及美国专利申请号11/451,111(公开号US2006-0289134),名称为“制造用于分配器的织物起绉片材的方法”,于2006年6月12日提交(代理卷号20079;GP-05-10)),现在的美国专利号7,585,389,其申请基于美国临时专利申请60/693,699,于2005年6月24提交;美国专利申请序号11/678,669(公开号US2007-0204966),名称为“控制杨克式干燥器上的粘合剂聚积(Adhesive Build-Up)的方法”,于2007年2月26日提交(代理卷号20140;GP-06-1;美国专利申请序号11/901,599(公开号US2008-0047675),名称为“用于生产吸收片材的方法”,于2007年9月18日提交(代理卷号12611P1D1;GP-03-33-D1),该申请是美国专利7,442,278的分案,美国专利申请序号11/901,673(公开号US2008-0008860),名称为“吸收片材”,于2007年9月18日提交(代理卷号12611P1D2;GP-03-33-D2),其申请是美国专利7,442,278的分案;美国专利申请序号12/156,820,(公开号US2008-0236772),名称“用于制造吸收片材的织物起绉方法”,于2008年6月5日提交(代理卷号12389D2;GP-02-12B),现在的美国专利7,588,661,其申请是美国专利7,399,378的分案;美国专利申请序号12/156,834,(公开号US2008-0245492),名称是“用于制造吸收片材的织物起绉方法”,于2008年6月5日提交(代理卷号12389D1;GP-02-12A),其申请 是美国专利7,399,378的分案;以及美国专利申请序号12/286,435,(公开号US2009-0038768),名称为“用于生产吸收片材的方法”,于2008年9月30日提交(代理卷号12611P1D3;GP-03-33-D3),其申请是美国专利7,442,278的分案。前述专利和专利申请的公开内容在此以其全部内容引入作为参考。
附图简要说明
本发明在下面参考各个附图来详细描述,其中同样的数字代表类似的部件。本专利的文件包含至少一幅彩色绘制的附图。具有彩色附图的本专利或专利申请公开文件的副本将在专利商标局在请求和付必要费用的情况下提供。附图为:
图1A是用图4-7的带在转移到该带上之后利用施加的18''Hg(60.9kPa)的真空所生产的经砑光的吸收基础片材的带侧的平面图显微照片(10X);
图1B是用具有图4-7所示的结构的穿孔带制备的带起绉的、未砑光的基础片材的平面图显微照片(40X),其中在转移到该带之后往穿孔带上施加23''Hg(77.9kPa)真空,显示了该片材的带侧。
图1C是图1B的片材的带侧的45°倾斜视图(50X)显微照片;
图1D是图1B、1C的片材的杨克侧的平面图显微照片(40X);
图1E是图1B、1C和1D的片材的杨克侧的45°倾斜显微照片(50X);
图2A是用图4-7的带在图10B、10D中所示类别的造纸机上,在位于起绉带上时不施加真空到网幅而制备的本发明的未经砑光片材的β-射线照片图像;
图2B是显示沿图2A的片材的线5-5的微观基重分布的图,以10-4m的距离;
图3是片材(如图1的片材)沿加工方向(MD)的片段中的拱形区域的扫描电子显微照片(SEM);
图4和5是用于制备图1和2的吸收片材的起绉带的顶部和底部的平面显微照片(20X);
图6和7是图4和5的穿孔带的片段中的激光轮廓测定法分析图;
图8和9是用于本发明实践的另一种起绉带的顶部和底部的显微照片(10X);
图10A是说明与实施本发明有关的湿压转移和带起绉的示意图;
图10B是用于制造本发明的产品的造纸机的示意图;
图10C是可以用于制造本发明产品的另一造纸机的示意图;
图10D是用于实施本发明的再一造纸机的示意图;
图11A是用图4到7的带在不施加真空到带的情况下生产的未经砑光的吸收基础片材的带侧的平面显微照片(10X);
图11B是图11A的片材的杨克侧面的平面图显微照片(10X);
图11C是图11A和11B的片材沿MD的SEM片段(75X);
图11D是图11A、11B和11C的片材沿MD的另一SEM片段(120X);
图11E是图11A、11B、11C和11D的片材的沿横跨加工方向(CD)的SEM片段(75X);
图11F是图11A、11B、11C、11D和11E的片材的带侧表面结构的激光轮廓测定分析图。
图11G是图11A、11B、11C、11D、11E和11F的片材的杨克侧表面结构的激光轮廓测定分析图。
图12A是用图4到7的带以及施加18''Hg(60.9kPa)的真空生产的未经砑光的吸收基础片材的带侧的平面显微照片(10X);
图12B是图12A的片材的杨克侧的平面图显微照片(10X);
图12C是图12A和12B的片材沿MD的SEM片段(75X);
图12D是图12A、12B和12C的片材沿MD的另一个SEM片段(120X);
图12E是图12A、12B、12C和12D的片材沿CD的SEM片段(75X);
图12F是图12A、12B、12C、12D和12E的片材的带侧表面结构的激光轮廓测定分析图。
图12G是图12A、12B、12C、12D、12E和12F的片材的杨克侧表面结构的激光轮廓测定分析图;
图13A是用图4到7的带利用施加的18''Hg(60.9kPa)的真空 生产的经砑光的吸收基础片材的带侧的平面显微照片(10X);
图13B是图13A的片材的杨克侧的平面显微照片(10X);
图13C是图13A和13B的片材沿MD的SEM片段(120X);
图13D是图13A、13B和13C的片材沿MD的另一SEM片段(120X);
图13E是图13A、13B、13C和13D的片材沿CD的SEM片段(75X);
图13F是图13A、13B、13C、13D和13E的片材的带侧表面结构的激光轮廓测定分析图;
图13G是图13A、13B、13C、13D、13E和13F的片材的杨克侧表面结构的激光轮廓测定分析图;
图14A是用如美国专利申请序号11/804,246(美国专利申请公开号US2008-0029235)(代理卷号20179,GP-06-11);现在的美国专利7,494,563中所述的WO13纺织起绉织物制备的片材的织物侧表面结构的激光轮廓测定法分析图;以及
图14B是图14A的片材的杨克侧表面结构的激光轮廓测定分析图;
图15是将本发明的片材的表面纹理平均强度值与通过用织造织物的相应的织物起绉方法制备的片材进行比较的柱状图;
图16是将本发明的片材的表面纹理平均强度值与通过用织造织物的相应的织物起绉方法制备的片材进行比较的另一个柱状图;
图17A是用图4到7的带在图10B、10D中所示类别的造纸机上在网幅在起绉带上时施加18''Hg(60.9kPa)真空到网幅的情况下制备的本发明经砑光的片材的β-射线照片图像;
图17B是显示沿图17A的片材的线5-5的微观基重分布的图,以10-4m的距离;
图18A是用图4到7的带在图10B、10D所示类别的造纸机上在网幅在起绉带上时施加23''Hg(77.9kPa)真空到网幅而制备的本发明未经砑光的片材的β-射线照片图像;
图18B是显示沿图18A的片材的线5-5的微观基重分布的图,以10-4m的距离;
图19A是图2A的片材的另一β-射线照片图像;
图19B是显示沿图2A和19A的片材的线5-5的微观基重分布的图,以10-4m的距离;
图20A是用图4-7的带在图10B、10D所示类别的造纸机上在网幅在起绉带上时施加18''Hg(60.9kPa)真空到网幅上而制备的本发明的未经砑光的片材的β-射线照片图像;
图20B是显示沿图20A的片材的线5-5的微观基重分布的图,以10-4m的距离;
图21A是用织造织物生产的片材的β-射线照片图像;
图21B是显示沿图21A的片材的线5-5的微观基重分布的图,以10-4m的距离;
图22A是商品薄织物的β-射线照片图像;
图22B是显示沿图22A的片材的线5-5的微观基重分布的图,以10-4m的距离;
图23A是商品手巾的β-射线照片图像;
图23B是显示沿图23A的片材的线5-5的微观基重分布的图,以10-4m的距离;
图24A-24D图示了本发明的吸收片材的β-射线照片图像的快速傅里叶变换分析;
图25A-25D分别图示了用如美国专利申请序号11/804,246(美国专利申请公开号US2008-0029235);现在的美国专利7,494,563中所述的WO13纺织起绉织物制备的片材的平均形态(基重上的变化);厚度(caliper);密度分布和显微照相图像;
图26A-26F分别图示了以与薄膜接触的片材的底部和顶部拍到的射线照片,以及由这些图像的每个所产生的;和按照本发明制备的片材[19680]的密度分布;
图27A是在带起绉步骤后不使用真空情况下形成的本发明片材的 显微照相图像[19676];
图27B-27G分别图示了以与薄膜接触的片材的底部和顶部拍到的射线照片,以及由这些图像的每个所产生的;和按照本发明制备的图27A的片材[19676]的密度分布;
图28A是据信是通过穿透干燥形成的对比手巾[Bounty]的一叠层(ply)的显微照相的图像;
图28B-28G分别图示了本发明的片材的如图26A-26E所示的图28A片材的那些特征;
图29A-29F是说明非常优选用于中心-拉拔(center-pull)应用的本发明的手巾的表面特征的SEM图像;
图29G是用于带起绉如图29A-29F中所示的手巾的带的光学显微照片,而图29H是标示尺寸以显示其各种特征范围的图29G;
图30A-30D是图示图29A-29F的手巾的的结构特征的部分SEM 图像;
图31A-31F是图示非常优选用于中心-拉拔应用的本发明的手巾的表面特征的光学显微镜图像;
图32大致图示了在本发明的手巾中发现的鞍形固结区域;
图33A-33D图示了图25-28和实施例13-19的手巾中发现的厚度和密度分布;
图34A-34C是说明本发明的薄织物基础片材的表面特征的SEM;
图35图示了根据本发明制备的低基重片材的显微照相图像;
图36A-36D分别图示了根据本发明制备的片材的平均形态(基重的变化);厚度(caliper);密度分布图和显微照相图像;
图36E-36G是说明本发明的手巾的表面特征的SEM;
图37A-37D分别图示了根据本发明制备的高密度片材的平均形态(基重的变化);厚度(caliper);密度分布图和显微照相图像;
图38图示了与现有技术的织物起绉手巾以及制备用于中心拉拔应用的TAD进行比较的,根据本发明制备的用于中心拉拔应用的手巾的 令人惊奇的柔软度和强度的结合;
图39是本发明的片材中拱形部分的X-Y切片的断层X射线照相图(平面图);
图40A-40C是沿图39中标明的线穿过图39的拱形部分的切片的断层X射线照相图;和
图41是根据本发明使用的、具有带有弓形后壁用于冲击片材的一般三角形穿孔的错列相互贯通阵列的带的等比例的透视示意图。
关于显微照片,本文所报道的放大倍数是近似的,除了当作为扫描电子显微照片的一部分而存在时,其中显示的是绝对比例。在其中将片材分段的许多情况下,沿该切割边缘可能存在人工产物(artifacts),但是我们仅参考和描述了我们在远离切割边处观察到的且不由切割方法改变的结构。
发明详述
本发明参考多个具体实施方案描述如下。这样的详述仅用于举例说明。在本发明的精神和范围内的阐述在所附权利要求中的具体实施例的变型将对本领域熟练技术人员是容易地显而易见的。
本文所用的术语以其与下面即将列出的示例性的定义一致的通常含义给出;mg指的是毫克以及m2指的是平方米等等。
起绉粘合剂的“添加(add-on)”速率由将粘合剂的施加速率(mg/min)除以在喷射施用器横杆下通过的干燥筒的表面面积(m2/min)来计算。树脂状粘合剂组合物最优选基本上由聚乙烯醇树脂和聚酰胺-表氯醇树脂组成,其中聚乙烯醇树脂对聚酰胺-表氯醇树脂的重量比为从约2到约4。该起绉粘合剂还可以包含足以在起绉带和杨克筒之间保持良好传送的调节剂;通常对于剥离的产品小于5wt%的调节剂以及优选小于大约2wt%调节剂。对于刮刀起绉产品,可使用大约5%-25%调节剂或更多。
在整个说明书和权利要求中,当我们谈到具有纤维取向的明显随机分布的初生网幅(或使用类似术语)时,我们指的是当已知的成形 技术用于将供料沉积在成形织物上时所导致的纤维取向的分布。当在显微镜下观察时,即使取决于喷流/线网速度比,可能有相对于加工方向取向的显著偏转而使得该网幅的加工方向拉伸强度超过横向拉伸强度,该纤维仍然给出随机取向的外观。
除非另有说明,“基重”、BWT、bwt、BW等指的是3000平方英尺(278.7m2)令的产品的重量(基重也用g/m2或gsm表示)。同样地,除非另有说明“令”指的是3000平方-英尺(278.7m2)。局部基重和其中的差通过在两个或更多个低基重区域内的代表性的低基重区段处测量局部基重,以及将平均基重与在相对高的局部基重区域内的两个或更多个代表性区段处的平均基重比较而计算。例如,若在低基重区域内的代表区段具有15lbs/3000ft2(24.5g/m2)令的平均基重并在相对高的局部基重区域内的代表性区段的平均测得局部基重为20lbs/3000ft2令(32.6g/m2),则在高局部基重区域内的代表性区段具有((20-15)/15)X100%的特征基重或比在低基重区域内的代表性区段高33%。优选,局部基重采用如本文所引用的β颗粒衰减方法来测量。
“带起绉比”是起绉带和成形线网(forming wire)之间的速度差的表示,一般作为刚好在带起绉之前网幅速度以及刚好在带起绉之后网幅速度的比例计算得到;成形线网和转移面一般但不是必定以相同速度运行。
带起绉比=转移筒速度÷起绉带速度)
带起绉还可以作为百分比计算:
带起绉=[带起绉比-1]x100
从具有750fpm(3.81m/s)的表面速度的转移筒到具有500fpm的速度(2.54m/s)的带的经起绉的网幅具有1.5的带起绉比和50%的带起绉。
对于卷绕起绉,卷绕起绉比一般作为杨克速度除以卷轴速度而计算得到。为了把卷绕起绉作为百分比表示,将1从卷绕起绉比中扣除并将结果乘以100%。
带起绉/卷绕起绉比通过将带起绉除以卷绕起绉而计算得到。
线性(line)或总起绉比作为成形线网速度对卷轴速度的比例计算得到以及%总起绉是:
线性起绉=[线性起绉率-1]×100
具有2000fpm(10.2m/s)的成形线网速度和1000fpm(5.08m/s)卷轴速度的工艺具有2的线性或总起绉比以及100%的总起绉。
“带侧”和类似术语指的是与起绉带接触的网幅侧面。“干燥器侧”或“杨克侧”指的是与干燥筒接触的网幅侧面,一般与网幅的带侧相对。
本文报道的厚度和或蓬松度可以在按照说明的8或16个片材厚度上测量。将片材堆叠并且厚度测量大致在叠层的中央部分进行。优选,调节测试样品处于23°±1.0℃(73.4°±1.8°F)的空气中和在50%的相对湿度下至少约2小时,然后采用Thwing-Albert Model89-II-JR或具有2-in(50.8-mm)的直径的测量头、539±10g的死重量负载和0.231in./sec(5.87mm/sec)的下降速度的Progage Electronic Thickness Tester测量。关于成品测试,要测试的每一产品片材当产品被销售时必须具有相同数量的层数。为一般性测试,选择并层叠在一起8块片材。关于餐巾纸的测试,在层叠之前,展开餐巾纸。关于离开卷绕器的基础片材的测试,要测试的每一片材当离开卷绕器生产时必须具有相同数量的层数。对于离开造纸机卷轴的基础片材的测试,必须使用单层。选择并在一起层叠在MD上校准的片材。蓬松度也可以通过将厚度除以基重以体积/重量的单位来表示。
术语“纤维素”,“纤维素片材”等等意指包括引入了含有纤维素作为主要成分的造纸纤维的任何湿法成网产品。"造纸纤维"包括原始纸浆或再循环(二次)纤维素纤维或含有纤维素纤维的纤维混合物。适合于制造本发明的网幅的纤维包括:非木纤维,如棉纤维或棉衍生物,马尼拉麻,南非槿麻,沙巴草,亚麻,芦苇草,稻草,黄麻纤维,甘蔗渣,马利筋属植物花纤维,和菠萝叶纤维;以及木纤维,如从每年落叶树和针叶树获得的那些,其中包括软木纤维,如北方和南 方软木牛皮纸纤维;硬木纤维,如桉树,枫木,桦树,山杨等。造纸纤维能够利用本领域中的技术人员熟悉的许多化学制浆方法中的任何一种来从它们的来源物质释放出来,此类方法包括硫酸盐,亚硫酸盐,多硫化物,碱法制浆,等等。如果需要的话,该纸浆能够通过化学方法漂白,其中包括使用氯,二氧化氯,氧,碱金属过氧化物等。本发明的产品可以包括普通纤维(不论从原始纸浆还是从再循环的来源得到)和高粗糙度富含木质素的管式纤维的共混物,机械纸浆如漂白化学热机械纸浆(BCTMP)。“配料”和类似术语指包括用于制造纸类产品的造纸纤维,任选的湿强度树脂,解粘结剂和类似原料的一种水性组合物。回收纤维一般为多于50wt%的硬木纤维和可以是75%-80%或更多的硬木纤维。
在这里使用的术语将网幅或供料压缩脱水指通过如在脱水毡上整体湿压的机械脱水,例如,在一些实施方案中通过利用在网幅表面上连续地施加的机械压力,就象在压辊和压瓦(press shoe)之间的辊隙中一样,其中该网幅与造纸毡接触。术语“压缩脱水”用来区别一些工艺,其中网幅的初始脱水主要通过热方式来进行,例如在以上指出的Trokhan的美国专利4529480和Farrington等人的美国专利No.5607551中通常就是这样。网幅压缩脱水因此指,例如,通过对其施加压力从具有低于30%左右的稠度的初生网幅中除去水和/或通过对其施加压力将网幅的稠度提高了约15%或更高,例如从30%到45%。
稠度指的是初生网幅的%固体,例如按照绝对干燥基础计算。“空气干燥”指的是包含残留水分,按照惯例对于纸浆直至大约10%水分以及对于纸直至大约6%。具有50%水的初生网幅以及50%绝对干燥的纸浆具有50%的稠度。
固结纤维结构是已经高度密实使得其中的纤维已经压缩为带状结构的那些,并且空隙体积降低到接近或者可能甚至超过如用于交流目的的平板纸中发现的空隙体积的水平。在优选的结构中,纤维如此密实地压缩并紧密地缠结使得相邻纤维之间的距离一般小于纤维宽度, 经常小于纤维宽度的一半或者甚至小于四分之一。在最优选的结构中,纤维是很大程度上共线的并在MD方向强烈地偏移。固结纤维或固结纤维结构的存在可通过检查已经包埋在树脂中并然后按照已知方法切片的薄片段而确认。或者,如果区域的两面的SEM如此高度缠结以至于类似于平板纸,则该区域可被认为固结。通过聚焦离子束横截面抛光制备的片段如由JEOL提供的那些,尤其适用于观察密实以确定在本发明的薄织物产品中的区域是否已经被如此高度地密实以至于变得固结。
起绉带和类似术语指的是带有适于实施本发明的方法的穿孔图案的带。除穿孔外,该带可具有特征如提升部分和/或如果需要的在穿孔之间的凹陷。优选,使穿孔成锥形(tapered),这似乎促进网幅的转移,尤其是例如从起绉带转移到干燥器。在一些具体实施方案中,起绉带可包括由具有不同的尺寸和形状的穿孔的重排、缺失和/或组合而形成的装饰特征如几何形状设计、花纹设计等。
如用于说明书和权利要求书中的“拱形”、“拱”等通常指的是在各个附图中可看见的这类片材的中空、弧形隆起并且不局限于特定类型的拱形结构。该术语指的是一般的拱顶形结构,无论关于对分拱形区域的平面是对称或不对称的。因此,“拱形”通常指的是具有多边形基础和相关结构的球形拱、类球体拱、椭圆形拱、卵形拱,通常包括顶冠和优选向内和向上倾斜的侧壁;即,朝着顶冠沿它们至少部分长度倾斜的侧壁。
Fpm指的是英尺/分;而fps指的是英尺/秒。
MD指的是加工方向以及CD指的是横跨加工方向。
当适用时,产品的MD弯曲长度(cm)按照ASTM试验方法D1388-96,悬臂选项测定。报导的弯曲长度指的是MD弯曲长度,除非明确指明为CD弯曲长度。MD弯曲长度试验用可从Research Dimensions,1720Oakridge Road,Neenah,Wisconsin,54956获得的悬臂弯曲试验机进行,其实质上是该ASTM试验方法第6条所示的仪器。将该仪器放在水平稳定的表面,水平位置通过内装的水准气泡确 认。弯角指示器设在低于样品水平41.5°处。这通过适当地设置刀片边缘来实现。将该样品用一英寸(25.4mm)JD切条机(可从Thwing-Albert Instrument公司,14Collins Avenue,W.Berlin,NJ08091获得)切割。将六个(6)样品切为1英寸x8英寸(25.4mm x203mm)加工方向样品。调节样品在23℃±1℃(73.4°F±1.8°F)处于50%相对湿度下至少两小时。对于加工方向样品,较长的尺度平行于加工方向。样品应当是平坦的,没有皱纹、屈折或撕裂。也标记样品的杨克侧。将样品放在用右手边缘对准样品边缘的试验仪的水平平台上。将可移动的滑块置于样品上,小心不要改变其初始位置。样品的右边缘和可活动的滑动片应当设定在横向平台的右边缘。将可活动的滑块应放在水平平台的右边缘。将可移动的滑块以大约5英寸/分钟(127mm/分钟)以平滑、缓慢的方式向右转移直到该样品接触刀片边缘。记录悬垂长度到精确至0.1cm。这通过读取可移动的滑块的左边缘完成。三个样品优选以杨克侧向上来运行,并且三个样品优选以杨克侧向下在水平平台上运行。MD弯曲长度作为以厘米计的除以二的平均悬垂长度来报道以说明弯曲轴位置。
辊隙参数但不限于辊隙压力、辊隙宽度、支承辊硬度、起绉辊硬度、带接近角、带离开角、均匀性、辊隙渗透以及辊隙表面之间的速度δ。
辊隙宽度(或如上下文指出的长度)指的是跨过接触的辊隙表面的MD长度。
PLI或pli指的是磅力/线性英寸。采用的方法部分不同于其它方法,部分地是因为带起绉在起绉辊隙中在压力下进行。一般地,急速转移采用吸力以辅助将网幅从给体织物上分离并在之后将其连接到接收或受体织物而进行。相反,在带起绉步骤中不要求吸力,因此相应地,当我们提及带起绉“在压力下”时,我们指的是受体带靠着转移表面受力,尽管以体系进一步复杂为代价可采用吸力辅助,只要吸力的量不足以不合需要地妨碍纤维的重排或重新分布。
Pusey和Jones(P&J)硬度(凹陷)按照ASTM D531测量, 并且指的是凹陷数(标准试样和条件)。
“主要”指的是超过50%的指定组分,除非另有说明重量计。
辊压缩通过将辊在1500g平压板下压缩来测量。将样品辊调节在23.0°±1.0℃(73.4°±1.8°F)的气氛条件下并在该条件下测试。具有可移动的1500g压板的合适的测试仪器(称为测高仪)可从如下地址获得:
Research Dimensions
1720Oakridge Road
Neenah,WI54956
920-722-2289
920-725-6874(FAX)
测试方法通常如下所述:
(a)升起压板并将要测试的辊或套筒定位到其侧面,在压板下定中心,后部密封至仪表的前面和核芯平行于仪表的后面。
(b)缓慢地降低压板直到它搁在辊或套筒上。
(c)由仪表指针读取压缩辊直径或套筒高度到精确至0.01英寸(0.254mm)。
(d)升起压板并移去辊或套筒。
(e)对于每个要测试的辊和套筒重复操作。
为了计算百分比计的辊压缩,采用以下公式:
100X[(初始辊直径-压缩辊直径)/初始辊直径]
干拉强度(MD和CD)、拉伸率、它们的比率、模量、断裂模量、应力和应变是用标准Instron试验设备或可以各种方式构型设计的其它合适的伸长拉伸试验机来测量的,典型地使用在23℃±1℃(73.4℉±1°F)的气氛中在50%相对湿度下调理了2小时的薄织物或手巾的3英寸(76.2mm)或1英寸(25.4mm)宽的带材。拉伸试验是在2英寸/min(50.8mm/min)的十字头速度下进行的。断裂模量以克/3英寸/%应变或其SI对应单位g/mm/%应变表示。%应变是无单位的且不必指明。除非另有说明,数值为断裂值。GM指的是对于特定 产品的MD和CD的值的乘积的平方根。抗张能量吸收(T.E.A.),其定义为在载荷/伸长(应力/应变)曲线下的面积,也在测量拉伸强度的过程中测量。抗张能量吸收与使用的产品的感知强度有关。具有较高的T.E.A.的产品可由使用者感知到比具有较低的T.E.A.值的类似产品更强,即使两种产品的实际拉伸强度是相同的。事实上,具有较高抗张能量吸收可能使得产品比具有较低的T.E.A的产品感觉更强烈,即使高-T.E.A.产品的拉伸强度小于具有较低抗张能量吸收的产品。其中术语“标准化”与拉伸强度关联使用,它仅仅指的是合适的拉伸强度,从该强度基重的效果已经通过将拉伸强度除以基重而除去。在许多情况下,类似的信息通过术语“断裂长度”提供。
拉伸比例简单地为由前述方法测定的值的比例。除非另有说明,拉伸性质是干片材的性质。
使用“上部”、“向上地”和类似术语仅仅是为了方便起见,并且指的是朝向拱形结构顶冠的位置或方向,即网幅的带侧,其通常与杨克侧相对,除非在上下文中另有明确说明。
本发明的薄织物的湿拉伸采用三英寸(76.2mm)宽的薄织物条来测量,将该薄织物条折叠为圈,夹在术语为Finch杯的专用夹具中,然后浸入水中。具有适于3-英寸(76.2mm)夹爪的基座的合适的Finch杯,3-英寸(76.2mm)可从如下地址获得:
High-Tech Manufacturing Services,Inc.
3105-B NE65th Street
Vancouver,WA98663
360-696-1611
360-696-9887(FAX)
对于包含湿强度添加剂的新制基础片材和成品(对于手巾产品陈化30天或更短;对于薄织物产品陈化24小时或更短),将测试样品放入加热到105℃(221℉)的强迫空气炉中五分钟。对于其它样品不需要炉中陈化。将Finch杯安装到装有2.0磅(8.9牛顿)载荷传感器的拉伸测试机上,其中的Finch杯的凸缘由试验仪的下颚夹紧,薄织 物圈的末端夹入拉伸试验仪的上颚。将样品浸入已经调节到pH7.0±0.1的水中,并在5秒的浸入时间之后使用2英寸/分钟(50.8mm/分钟)的十字头速度测量拉伸。结果表示为g/3''或(g/mm),如果合适将读数除以二以考虑圈的情况。
变换转移表面指的是从该表面将网幅起绉到起绉带上的表面。变换转移表面可以是如下文所述的转鼓的表面,或者可以是连续的光滑移动带的表面或者可能具有表面纹理等的另一个移动织物。变换转移平面需要支撑网幅并促进高固含量起绉,这将从接下来的论述中理解。
速度δ指的是线速度的差值。
下面所述的空隙体积和/或空隙体积比率是通过用非极性的 液体饱和片材和测量所吸收的液体的量来测定的。所吸收的液体的体积等价于在片材结构内的空隙体积。该百分重量增加(PWI)表示为所吸收液体的克数/每克的在片材结构中的纤维再乘以100,如以下所表示。更具体地说,对于所试验的各单层片材样品,选择8个片材和裁切成1英寸×1英寸(25.4mm×25.4mm)正方形(在加工方向上1英寸(25.4mm)和在横跨机器方向上1英寸(25.4mm))。对于多层产品样品,各层是作为独立实体来测量的。多层样品应该从用于试验的各层位置上分离成独立的各单层和8个片材。称量和记录各试样的干燥重量,精确至0.0001克。将试样置于含有比重为约1.93克/每立方厘米的液体(可从Coulter Electronics Ltd.,Northwell Drive,Luton,Beds,England;Part No.9902458获得)的盘子中。在10秒后,用镊子在一个角的非常小的边缘(1-2毫米)夹起该试样并从液体中取出。让该角在最上面来夹持该试样,并让过量液体经过30秒滴淌掉。将试样的较低角轻轻地轻触(低于1/2秒接触)在#4滤纸(Whatman Lt.,Maidstone,England)上,以除去任何过量的最后部分液滴。立即称量该试样,在10秒之内,记录该重量精确至0.0001克。各试样的PWI,表示为 液体的克数/每克的纤维,计算如下:
PWI=[(W2-W1)/W1]X100%
其中
“W1”是试样的干重,以克计;和
“W2”是试样的湿重,以克计。
全部八个独立试样的PWI按照以上所述方法来测定,八个试样的平均值是样品的PWI。
该空隙体积比率是通过将PWI除以1.9(流体的密度)将所得比率表达为百分数来计算的,而空隙体积(gms/gm)简单地是重量增加率;即,PWI除以100。
水吸收速率或WAR以秒计测量并且是样品吸收通过自动注射器散布到其表面的0.1克小水滴所花的时间。测试样品优选在23℃±1℃(73.4±1.8°F)在50%相对湿度下调理2小时。对于每个样品,制备四个3x3英寸(76.2x76.2mm)试样。将每个样品放入试样夹使得高强度灯对着样品。将0.1ml的水沉积到样品表面并启动秒表。当将水吸收时,这可由于缺少从液滴上的反光而表明,停止秒表以及记录精确到0.1秒的时间。对于每个样品重复该过程并对于样品平均结果。按照TAPPI方法T-432cm-99测量WAR。
用于固定网幅到杨克干燥筒的起绉粘合剂优选是吸湿的、可再湿的、基本上非交联的粘合剂。优选的粘合剂的实例是包含描述在Soerens等的美国专利4,528,316中的一般类别的聚(乙烯醇)的那些。其它合适的粘合剂公开在共同未决的于2003年4月9日提交的美国专利申请序列号10/409,042(公开号US2005-0006040),名称为“改进的起绉粘合调节剂和用于生产纸制品的方法”(代理卷号12394)中。将'316专利和'042申请的公开内容在此通过参考引入。取决于选择的具体方法,合适的粘合剂任选提供有交联剂、调节剂等。
起绉粘合剂可包含热固性或非热固性树脂、成膜半结晶聚合物以及任选的无机交联剂以及调节剂。任选,本发明的起绉粘合剂还可包含其它组分,包括但不限于烃油、表面活性剂或增塑剂。可用于本发明的起绉粘合剂的更多的细节可在共同未决的美国专利申请序号 11/678,669(公开US2007-0204966)中找到,其名称为“控制在杨克干燥器上的粘合剂聚积的方法”,于2007年2月26日提交(代理卷号20140;GP-06-1),其全部内容在此通过参考引入。
起绉粘合剂可作为单一组合物使用或以其组分部分使用。更具体地,可将聚酰胺与聚乙烯醇(PVOH)和调节剂分开施用。
关于本发明,吸收纸网幅通过将造纸纤维分散入含水的供料(浆液)并将含水的供料沉积到造纸机的成形线网上而制备。可使用任何合适的成形方案。例如,除Fourdrinier成形机外广泛但非穷举的列表包括月芽边形花边成形机、C-匝(C-wrap)双网成形机、S-匝双网成形机、抽吸胸辊成形机(suction breast roll former)。成形织物可以是任何合适的多孔成员,其中包括单层织物、双层织物、三层织物、光聚合物织物等等。成形织物的非穷举的背景技术包括美国专利Nos.4,157,276;4,605,585;4,161,195;3,545,705;3,549,742;3,858,623;4,041,989;4,071,050;4,112,982;4,149,571;4,182,381;4,184,519;4,314,589;4,359,069;4,376,455;4,379,735;4,453,573;4,564,052;4,592,395;4,611,639;4,640,741;4,709,732;4,759,391;4,759,976;4,942,077;4,967,085;4,998,568;5,016,678;5,054,525;5,066,532;5,098,519;5,103,874;5,114,777;5,167,261;5,199,261;5,199,467;5,211,815;5,219,004;5,245,025;5,277,761;5,328,565;和5,379,808,所有这些在此以其全部内容通过参考引入。尤其可用于本发明的一种成形织物是由Voith Fabrics Corporation,Shreveport,LA制得的Fabrics Forming Fabric2164。
在成形线网或织物上含水供料的发泡成形可用作湿法起绉时控制片材的渗透度或孔隙体积的方式。在美国专利Nos.6,500,302;6,413,368;4,543,156和加拿大专利2053505中公开了发泡成形技术,其公开内容在此通过参考引入。发泡的纤维供料由就在将其引入到流料箱内之前,与发泡的液体载体混合的纤维的含水浆料制造。供应到该体系内的纸浆浆料具有约0.5-约7wt%纤维范围内的稠度,优选在约2.5-约4.5wt%范围内。通过来自自然涡流的简单混合和在该工艺元 件内固有的混合,将纸浆浆料加入到发泡液体中,所述发泡液体包括水、空气和含50-80体积%空气的表面活性剂,从而形成稠度在约0.1-约3wt%范围内的发泡纤维供料。添加作为低稠度浆料的纸浆导致从成形线网中回收的过量发泡液体。过量发泡液体从该体系中排出并可在别处使用或处理用于从中回收表面活性剂。
供料可含有化学添加剂以改变所生产的纸张的物理性能。这些化学品是熟练本领域的技术人员公知的和可以以任何已知的结合方式使用。这种添加剂可以是表面改性剂、柔软剂、脱粘剂、强度助剂、胶乳、遮光剂、光学增白剂、染料、颜料、上胶剂、阻挡化学品、保留助剂、不溶剂(insolubilizer)、有机或无机交联剂或其结合;所述化学品任选地包括多元醇、淀粉、PPG酯、PEG酯、磷脂、表面活性剂、多胺、HMCP(疏水改性阳离子聚合物)、HMAP(疏水改性阴离子聚合物)等等。
纸浆可与强度调节剂如湿强剂、干强剂和脱粘剂/柔软剂等等混合。合适的湿强剂是熟练本领域的技术人员已知的。有用的强度助剂的全面但非穷举列举包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、乙醛酸化聚丙烯酰胺树脂、聚酰胺表氯醇树脂等。通过使丙烯酰胺与二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)反应,从而生产热固性聚丙烯酰胺,以产生阳离子聚丙烯酰胺共聚物,所述阳离子聚丙烯酰胺共聚物最终与乙二醛反应,产生阳离子交联的湿强树脂,乙醛酸化聚丙烯酰胺。通常在Coscia等的美国专利Nos.3556932和Williams等的3556933中公开了这些材料,这两篇通过参考将其全文引入。这类树脂以商品名PAREZ631NC商购于Bayer Corporation。可使用不同摩尔比的丙烯酰胺/-DADMAC/乙二醛,生产交联树脂,该交联树脂用作湿强剂。此外,其它二醛可替代乙二醛,以产生热固性湿强特征。尤其有用的是聚丙烯酰胺表氯醇湿强树脂,它的一个实例是由Wilmington,Delaware的Hercules Incorporated以商品名Kymene557LX和Kymene557H销售的和由Georgia-Pacific Resins,Inc.以销售的。在美国专利3700623和美国专利3772076中公开了这些树脂和 制造该树脂的方法,每一篇在此通过参考将其全文引入。在Espy的Wet Strength Resins and Their Application(L.Chan,Editor,1994)中的第二章:Alkaline-Curing Polymeric Amine-Epichlorohydrin中给出了聚合物表卤醇树脂的深入说明,在此将其全文通过参考引入。Westfelt在Cellulose Chemistry and Technology Vol.13,p.813,1979中公开了湿强树脂的合理的全面列举,在此通过参考将其引入。
同样可包括合适的临时湿强剂,尤其是在其中要避免一次性手巾或更典型地具有永久湿态强度树脂的薄织物的应用。有用的临时湿强剂的全面但非穷举的列举包括脂族和芳族醛,其中包括乙二醛、丙二醛、丁二醛、戊二醛和二醛淀粉,以及取代或反应淀粉、二糖、多糖、壳聚糖或具有醛基和任选地氮基的单体或聚合物的其它反应的聚合物的反应产物。代表性含氮聚合物(它可合适地与含醛单体或聚合物反应)包括乙烯基酰胺、丙烯酰胺和相关的含氮聚合物。这些聚合物赋予含醛的反应产物正电荷。另外,可使用其它商购的临时湿强剂,如由Kemira制造的PAREZ FJ98,以及例如在美国专利No.4605702中公开的那些。
临时湿强树脂可以是为增加纸产品的干和湿强度而使用的含醛单元和阳离子单元的各种水溶性有机聚合物中的任何一种。在美国专利Nos.4675394、5240562、5138002、5085736、4981557、5008344、4603176、4983748、4866151、4804769和5217576中公开了这种树脂。可使用由National Starch and Chemical Company of Bridgewater,N.J.以商品名1000和1000Plus销售的改性淀粉。在使用之前,可通过预热维持在约240°F(116℃)的温度和约2.7pH下的约5%固体的含水浆料约3.5分钟,从而制备阳离子醛的水溶性聚合物。最后,可骤冷浆料并通过添加水来稀释,以在小于约130°F(54.4℃)下生产约1.0%固体的混合物。
也可从National Starch and Chemical Company获得的其它临时湿强剂以商标1600和2300销售。这些淀粉 作为含水胶态分散体提供且不要求在使用前预加热。
合适的干强剂包括淀粉、瓜耳胶、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素等。尤其可用的是羧甲基纤维素,它的一个实例以商品名Hercules CMC由Wilmington,Delaware的Hercules Incorporated销售。根据一个实施方案,纸浆可含有约0-约15lb/吨(0.0075%)干强剂。根据另一实施方案,纸浆可含有约1(0.0005%)-约5lb/吨(0.0025%)干强剂。
合适的脱粘剂同样是熟练本领域的技术人员公知的。脱粘剂或柔软剂也可掺入到纸浆内或在其成形之后喷洒在网幅上。本发明也可与柔软剂材料一起使用,其中包括,但不限于,由部分中和的胺衍生的酰氨基胺盐类。在美国专利4720383中公开了这种材料。Evans,Chemistry and Industry,1969年7月5日,pp.893-903;Egan,J.Am.Oil Chemist’s Soc.,Vol.55(1978),pp.118-121;和Trivedi等的J.Am.Oil Chemist’s Soc.,1981年6月,pp.754-756(在此通过参考将其全文引入)证明柔软剂常常仅以复杂混合物而不是以简单化合物形式商购获得。尽管下述讨论将集中在主要的物质上,但应当理解,在实践中通常使用商购混合物。
Hercules TQ218或等价物是合适的柔软剂材料,它可由使油酸与二亚乙基三胺的缩合产物烷基化而得到。使用不足的烷化剂(例如硫酸二乙酯)和仅仅一步烷化步骤,接着调节pH,使非乙基化的物质质子化的合成条件,导致由阳离子乙基化和阳离子非乙基化物质组成的混合物。小量比例(例如约10%)所得酰氨基胺环化成咪唑啉化合物。由于这些材料中仅仅咪唑啉部分是季铵化合物,因此该组合物作为整体是pH敏感的。因此,在使用这类化学品的本发明的实践中,在流料箱内的pH应当为约6-8,更优选约6-约7,和最优选约6.5-约7。
季铵化合物,如二烷基二甲基季铵盐,当烷基含有约10-24个碳原子时,也是特别合适的。这些化合物的优点是对pH相对不敏感。
可使用可生物降解的柔软剂。在美国专利Nos.5312522、 5415737、5262007、5264082和5223096中公开了代表性可生物降解的阳离子柔软剂/脱粘剂,所有这些在此通过参考将其全文引入。该化合物是可生物降解的季氨化合物的二酯、季盐化胺酯,和用季型氯化铵和二酯二瓢儿菜基二甲基氯化铵官能化的可生物降解的植物油基酯是代表性的可生物降解的柔软剂。
在一些实施方案中,特别优选的脱粘剂组合物包括季胺组分以及非离子表面活性剂。
新生纸幅可以在造纸毡上压缩脱水。可使用任何合适的毡子。例如,毡子可具有双层底组织、三层底组织或层压的底组织。优选的毛毡是具有层压底组织设计的那些。本发明尤其有用的湿压毡是由Voith Fabric制造的Vector3。在压榨毡领域内的背景技术包括美国专利5657797、5368696、4973512、5023132、5225269、5182164、5372876和5618612。同样可使用在Curran等的美国专利Nos.4533437中公开的差压毡。
本发明的产品有利地按照湿压或压缩脱水工艺生产,其中如下文所述在以从30-60%的稠度脱水之后将网幅带起绉。所用的起绉带是图4到9中所示的这类穿孔聚合物带。
图4是具有通常是平面的上表面52和多个呈锥形的穿孔54、56和58的第一聚合物带50的一部分的平面图相片(20X)。该带具有大约0.2mm到1.5mm的厚度以及每个穿孔具有上唇缘如唇缘60、62、64,其从表面52向上围绕如所示的锥形穿孔的上周边延伸。上表面上的穿孔被在其之间的分开穿孔的多个平坦部分或平台66、68和70分开。在图4所示的具体实施方案中,穿孔的上部具有大约1平方毫米左右的形状为椭圆形的、并且沿开口的长轴72大约1.5mm的长度以及沿短轴74大约0.7mm的宽度的开放区域。
在本发明的方法中,带50的上表面52通常是该带的“起绉”侧面;即接触网幅的带侧面,而图4和下文中所示的相对面或底(lower)面76是接触带支承表面的带的“加工”侧。放置图4和5中的带使得穿孔的长轴72以造纸机的CD方向定向。
图5是显示带50的底表面76的图4的聚合物带的平面图照片。底面76限定穿孔54、56和58的下开口78、80和82。锥形穿孔的下开口形状上也是椭圆形的,但小于相应的穿孔的上开口。下开口具有大约1.0mm的长轴长度以及大约0.4mm左右的短宽度,以及大约0.3平方毫米的面积或上开口的开孔面积的大约30%。这里似乎有围绕下开口的微小的唇缘,而唇缘在图5中看起来不那么显著并且参照图6和7更易理解。穿孔的锥形结构据信在按照本文所述的方法带起绉之后促进网幅从该带分离。
图6和7是显示各个特征的,沿图4的线72的穿过穿孔54长轴的带50的穿孔如穿孔54的激光论口测定法分析图。穿孔54具有锥形内壁84,其从上开口86延伸大约0.65mm左右的高度88到下开口78,其包括唇高度90,如从显示了近似高度的颜色图例可理解的那样。唇高度从唇缘的最高部分延伸到邻近的平台如平台70,且是在0.15mm左右的范围内。
从图4和5将理解的是带50在带的底部上具有相对“封闭”的结构,小于50%的投影面积构成穿孔开口,而带的上表面具有相对“开放”的区域,构成上穿孔区域。在本发明的方法中该结构的益处为至少三重。其一,穿孔的锥形促进将网幅从带撤出。其二,具有锥形穿孔的聚合物带在其下面的部分具有更多的聚合物材料,其提供必需的强度和韧性以经受得住制造过程的严格要求。还有一个益处在于,通常是带的平面构造的相对“封闭”的底部可用于“密封”真空盒且容许流动通过带中的穿孔,集中气流和真空效应来真空处理网幅以如下所述提高结构并提供额外的厚度。甚至以带的加工侧面上注意到的次要隆脊获得这种密封作用。
穿过该带的锥形穿孔的形状可以不同以在产品中实现特定的结构。示例性的形状示于图8和9中,说明了可用于制造本发明的产品的另一个带100的一部分。可使用在宽范围的尺寸上具有较大和较小直径的圆形和椭圆状的穿孔,并且本发明不应当视为限制于附图中所绘出的具体尺寸或所示的每cm2上的特定穿孔。
图8是具有上(起绉)表面102和多个略微椭圆形、主要为圆形横截面104、106和108的锥形穿孔的聚合物带100一部分的平面图相片(10X)。该带也可具有大约0.2到1.5mm的厚度并且每个穿孔具有向上延伸围绕所示穿孔上周边的上唇缘如唇缘110、112和114。在上表面上的穿孔同样由在它们之间的多个平坦的部分或分隔穿孔的平台116、118和120隔开。在图8和9所示的具体实施方案中,穿孔的上部具有大约0.75平方毫米左右的开放区域,而锥形穿孔的下开口要小得多,为大约0.12平方毫米左右;上开口的面积的大约20%。上开口具有长度1.1毫米或左右的长轴和具有0.85毫米左右的宽度的稍微短的轴。
图9是带100的下(加工侧)表面122的平面图相片(10X),其中可看出下开口分别具有大约0.37和0.44mm的长轴和短轴124和126。这里同样地,该带的底部具有比带的顶侧(其中将网幅起绉)小得多的“开口”面积。该带的底面具有实质上小于50%的开口区域,而上表面似乎具有至少大约50%和更多的开放区域。
带50或100可通过任何合适的技术制备,包括以任何手段的光聚合物技术、模塑、热压或穿孔。使用具有在加工方向上拉伸而不绉缩、皱褶或撕破的显著能力的带可能是特别有益的;因为,若精确测量在造纸机中围绕所有限定转换织物或带的路径的辊的路线长度,则在许多情况下路线长度在横跨机器方向上显著变化。例如,在具有280英寸(7.11米)的净宽度的造纸机上,一般的织物或带运行可能是大约200英尺(60.96米)。然而,尽管限定带或织物运行的辊在形状上是接近圆柱形的,但它们经常与具有略微冠状、弯曲、锥形或弓形的圆柱形显著不同,这或者是有意地导致的或者由种种其它原因的任一引起的。此外,由于这些辊中的许多在某种程度上是有悬臂的,因为在机器的照料(tending)侧上的支撑物经常是可移动的,即使该辊可以被认为是理想的圆柱,这些圆筒的轴通常也不会彼此精确地平行。因此,围绕所有这些辊的路径长度可以是沿净宽度中心线精确地为200英尺(60.96米),但在加工侧修正线上为199'6''(60.8米) 和在照料侧修正线上为201'4''(61.4米),并且在修正线之间存在的长度上有相当地非线性的变化。因此,我们已经发现对于带而言期望能够略微适应这种变化。在常规的造纸以及织物起绉中,织造织物具有横着加工方向收缩的能力,以适应加工方向上的应变或拉伸,从而使得路径长度上的非均匀性几乎自动地调节。我们已经发现通过将大量的单片形成的带片段连接而形成的许多聚合物带不能轻易地适应横跨机器宽度的路径长度的变化而不撕破、绉缩或皱褶。然而,这样的变化经常可通过带来适应,该带能够通过在横向上收缩而在加工方向上显著拉伸而没有撕破、绉缩或皱褶。通过将织造的常规织物包封在聚合物中而形成的带的一个特别优势在于,这样的带可具有通过在横跨加工方向上略微收缩而解决路径长度变化的重要能力,在其中路径长度更长,尤其是如果聚合物区域自由地跟随着织物。通常,我们建议带具有适应长度上大约0.01%至0.2%的变化而没有撕破、绉缩或皱褶的能力。
图41是具有互相贯通的错列的穿孔阵列的等比例图示,其中所述的穿孔使得该带根据这样的路径长度变化而更自由地拉伸,其中穿孔54、56和58具有通常三角形形状,且具有在带起绉步骤期间冲击片材的弓形后壁59。
为了形成穿过带的穿孔,我们尤其优选激光雕刻或钻凿聚合物片材。该片材可以是层状的、单片的固体或具有适当的微观结构和强度的任选地填充的或增强的聚合物片材。用于形成该带的合适的聚合物材料包括聚酯、共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺以及其它适用于片材、薄膜或纤维形成的聚合物。可使用的聚酯通常由已知的由脂肪族或芳香族二羧酸与饱和脂肪族和/或芳香族二醇的聚合方法而获得。芳香族二元酸单体包括低级烷基酯如对苯二甲酸或间苯二甲酸的二甲酯。典型的脂肪族二羧酸包括己二酸、癸二酸、壬二酸、十二烷二酸或1,4-环己烷二羧酸。将优选的芳香族二羧酸或其酯或酸酐酯化或酯交换和与饱和的脂肪族或芳香族二醇缩聚。典型的饱和脂肪族二醇优选包括低级烷烃-二醇如乙二醇。典型的环脂族二醇包括1,4-环己烷二醇和1,4- 环己烷二甲醇。典型的芳香族二醇包括芳香族二醇如对苯二酚、间苯二酚和萘二酚的异构体(1,5-;2,6-;和2,7-)。也可以使用脂肪族和芳香族二羧酸与饱和脂肪族和芳香族二醇的各种混合物。最为典型地,将芳香族二羧酸与脂肪族二醇聚合以产生聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯(对苯二甲酸+乙二醇,任选包括一些环脂族二醇)。另外地,可将芳香族二羧酸能与芳香族二醇聚合以产生完全芳香族的聚酯如聚对苯二甲酸亚苯基酯(对苯二甲酸+对苯二酚)。这些完全的芳香族聚酯的一些在熔融时形成液晶相,由此被称作“液晶聚酯”或LCP。
聚酯的实例包括:聚对苯二甲酸乙二醇酯;聚对苯二甲酸(1,4-亚丁基)酯;和1,4-亚环己基二亚甲基对苯二甲酸酯/间苯二酸酯共聚物以及衍生自芳香族二羧酸的其他线性均聚物酯,所述芳香族二羧酸包括间苯二甲酸、联苯甲酸、包括1,5-;2,6-;和2,7-萘二羧酸的萘二羧酸;4,4,-二亚苯基-二羧酸;双(对羧基苯基)甲烷酸;亚乙基-双-对苯甲酸;1,4-四亚丁基双(对氧苯甲)酸;亚乙基双(对氧苯甲)酸;1,3-三亚甲基双(对氧苯甲)酸;和1,4-四亚甲基双(对氧苯甲)酸,和选自如下组的二醇:2,2-二甲基-1,3-丙二醇;环己烷二甲醇和通式HO(CH2)nOH的脂肪族二醇,其中n为从2到10的整数,例如乙二醇;1,4-四亚甲基二醇;1,6-六亚甲基二醇;1,8-八亚甲基二醇;1,10-十亚甲基二醇;和1,3-丙二醇;和通式HO(CH2CH2O)nH的聚乙二醇,其中n是从2到10,000的整数,和芳香族二醇如对苯二酚、间苯二酚和萘二酚的异构体(1,5;2,6-;和2,7)。还可存在一种或多种脂肪族二羧酸如己二酸、癸二酸、壬二酸、十二烷二酸或1,4-环己烷二羧酸。
还可以包括的是含聚酯的共聚物如聚酯酰胺、聚酯酰亚胺、聚酯酸酐、聚酯醚、聚酯酮等。
可用于实施本发明的聚酰胺树脂在本领域是熟知的,并且包括半结晶和无定形树脂,其可例如通过等摩尔量的包含4到12个碳原子的饱和二羧酸与二胺的缩聚,通过内酰胺的开环聚合或通过聚酰胺与其它组分的共聚,例如形成聚醚聚酰胺嵌段共聚物而制得。聚酰胺的实 例包括聚己二酰己二胺(尼龙66)、聚壬二酰己二胺(尼龙69)、聚癸二酰己二胺(尼龙610)、聚十二烷二酰己二胺(尼龙612)、聚十二烷二酰十二烷二胺(尼龙1212)、聚己内酰胺(尼龙6)、聚月桂内酰胺、聚-11-氨基十一酸,和己二酸、间苯二甲酸和己二胺的共聚物。
若使用Fourdrinier成形机或其它缺口成型机,可将初生的网幅用抽吸箱和蒸汽雾(steam shroud)调理直到其达到适于转移到脱水毡的固体含量。可将初生的网幅用吸力辅助转移到该毡。在月芽边形成形器中,吸力辅助的使用通常不是必需的,因为初生的网幅在成形织物和该毡之间形成。
制造本发明的产品的优选方式包括压缩性脱水具有显然随机的纤维取向分布的造纸供料以及带起皱该网幅使得再分配该供料以达到要求的性质。用于生产本发明产品的典型设备150显著的特征示于图10A中。压制段150包括造纸毡152、吸辊156、压瓦160和支承辊162。在其中使用支承辊的所有具体实施方案中,可将支承辊162任选加热,优选通过蒸汽内在地加热。进一步提供起绉辊172、具有如上所述几何结构的起绉带50、以及任选的抽吸箱176。
在操作中,毡152将围绕吸辊156的初生网幅154传送到压辊间隙158。在压辊间隙158中,将网幅压缩脱水并转移到支承辊162(在下文中有时称为转移辊),在其中将网幅传送到起绉带。在起绉辊隙174中,将网幅154如下文中更详细所述地转移入带50(顶侧)。将起绉辊隙定义为在支承辊162和通过起绉辊172被压靠住支承辊162的起绉带50之间,其中的起绉辊172可以是软覆盖的辊,其也如下文所述。在将网幅转移到带50上之后,可任选使用抽吸箱176来施加吸力到片材以至少部分地抽出细小的皱褶,如在下文中从真空拉伸产品中所看见的。也就是说,为了提供额外的蓬松度,将湿网幅起绉到穿孔带上并在穿孔带内例如通过吸力膨胀。
适于制造本发明的产品的造纸机可具有下面所述的图10B、10C和10D中所见的各种结构配置。
在图10B中显示了关于本发明使用的造纸机220。造纸机220是具有在本领域通常称作月芽边形成形器的成形部222的三个织物环机器。成形段222包括将供料沉积到由多个辊如242、245支撑的成型线网232上的流料箱(250)。成形段还包括成形辊248,它支撑造纸毡152使得网幅154直接在毡152上形成。毡路线(Felt run)224延伸到压瓦压制段226,其中将潮湿的网幅沉积到支承辊162上并用转送装置同时湿压。之后,将网幅154在任选由抽吸箱176任选真空拉伸之前在带起皱辊隙174中起绉到带50(顶侧大开口)上,并且然后使用如上所述的起绉粘合剂在另一个压制辊隙292中沉积到杨克筒230上。从起绉带到杨克的转送装置不同于在CWP中从毡到杨克的常规转送装置。在CWP工艺中,在转送辊隙中的压力可以是500PLI(87.6kN/米)左右并且在杨克表面和网幅之间的压力接触面接近或为100%。压制辊可以是吸辊,其可具有25-30的P&J硬度。另一方面,本发明的带起绉方法一般包括在250-350PLI(43.8-61.3kN/米)的压力下在网幅和杨克表面之间以4-40%的压力接触面转移到杨克。在传送辊隙中不施加吸力以及使用更软的压辊,P&J硬度35-45。该体系在一些具体实施方案中包括吸辊156;然而,可将三环体系以其中不需要转向辊的各种方式来配置。该特征对于造纸机改造特别重要,因为重新安置辅助设备即流料箱(headbox)、纸浆或纤维加工设备和/或大的以及昂贵的干燥设备如杨克干燥筒或多个罐式干燥器的费用将使得改造过分昂贵,除非改造可配置适合现有的设备。
关于图10C,其中大致显示了可用来实施本发明的造纸机320。造纸机320包括成形段322、压制段150、起绉辊172以及罐式干燥器段328。成形段322包括:流料箱330、成形织物或线网332,其支承在多个辊上以提供段322的成形平台。因此那里提供了成形辊334、支承辊336、338以及转移辊340。
压制段150包括支承在辊344、346、348、350和压瓦压辊352上的造纸毡152。压瓦压辊352包括瓦354用于将网幅压靠到转移鼓或支承辊162上。如果需要,转移鼓或支承辊162可以被加热。在一个 优选的具体实施方案中,控制该温度以在网幅中保持一定水分分布使得能制备侧面的片材,在片材水分中具有局部变化,这不会扩展到网幅的表面和支承辊162接触。一般,将蒸汽用于加热支承辊,如Edwards等的美国专利6,379,496中所述的。支承辊162包括转移面358,在上面在制造期间将网幅沉积。起绉辊172部分地支承起绉带50,它也被支承在多个辊362、364和366上。
如图所示,干燥器段328也包括多个罐式干燥器368、370、372、374、376、378和380,其中罐376、378和380在第一行中,以及罐368、370、372和374在第二行中。罐376、378和380直接与网幅接触,而在其它行中罐与带接触。在其中网幅通过带与罐370和372隔开的这种两行布置中,在罐370和372上提供冲击空气干燥器有时是有利的,它可以是经钻凿的罐,使得具有如在371和373中大致显示的气流。
进一步提供卷绕段382,其包括图中大致显示的导辊384和卷绕盘386。
操作造纸机320使得网幅沿图10C中所见的箭头388、392、394、396和398所示的加工方向移动。将小于5%,一般0.1%到0.2%的低稠度的造纸供料沉积到织物或线网332上以在如图中所示的成形段322上形成网幅154。网幅154沿加工方向传送到压制段150并转移到压毡154上。在这一点上,一般将网幅在转移到毡上之前在织物或线网332上脱水到约10和15%之间的稠度。也因此,辊344可以是吸辊以辅助转移到毡152。在毡152上,将网幅154在进入在400所示的压制辊隙之前脱水到一般约20到约25%的稠度。在辊隙400处,将网幅通过压瓦压辊352压到支承辊162上。在这一方面,瓦354加压,此时将网幅转移到支承辊162的表面358,优选以在转移辊上约40到50%的稠度进行。转移鼓162在由394所示的在加工方向上以第一速度移动。
带50沿着由箭头396所示的方向移动并在顶部或者更多带的开放侧捡拾在174处所示的起绉辊隙中的网幅154。带50以比支承辊162 的转移面358的第一速度慢的第二速度移动。由此,该网幅以在加工方向大约10到约100%的量提供有带绉。
起绉带在其中起绉带适应于支承辊162的接触面358的距离上限定了起绉辊隙;即,施加显著的压力于网幅上抵靠着转移筒。为此,起绉辊172可配备有软的可变形表面,其将增加起绉辊隙的宽度和增加带与片材之间的在接触处的带起绉角度或者可将压瓦压辊或类似装置用作支承辊162或172以增加在高冲击带起皱辊隙174内与网幅的有效接触,在所述辊隙中将网幅154转移到带50并沿加工方向前进。通过使用现有设备的已知配置,调节带起绉角度或从起绉辊隙的离去角度是可能的。可使用具有约25到约90的Pusey and Jones硬度的在起绉辊172上的覆盖层。因此,通过调节这些辊隙参数来影响可能在带起绉辊隙174上发生的纤维重新分配、分层/剥离的性质和量是可能的。在一些具体实施方案中,可能合乎需要的是重新构造z-方向纤维间特征,而在其它情况下仅在网幅的平面内影响性质可能是合乎需要的。起绉辊隙参数可能影响在各个方向上的网幅中纤维的分布,包括诱发z-方向以及MD和CD上的变化。在任何情况下,从转移筒到起绉带的转移是高冲击性的,因为带比网幅移动慢且存在显著的速度变化。通常,在从转移筒到带的转移期间,网幅以5-60%和甚至更高的任何比率进行起绉。本发明的优点之一在于可采用高起绉角度;接近或甚至超过100%。
起绉辊隙174通常延伸跨过带起绉辊隙距离或从约1/8''到约2''(3.18mm到50.8mm)、一般1/2''到2''(12.7mm到50.8mm)间任何数量的宽度。
辊隙174中的辊隙压力即起绉辊172和转移鼓162之间的载荷合适地为20-100(3.5-17.5kN/m)、优选40-70磅力每线性英寸(PLI)(7-12.25kN/m)。10PLI(1.75kN/米)或20PLI(3.5kN/米)的辊隙中最小压力是必需的;然而,本领域的熟练技术人员将理解在商用机器中,可使用尽可能高的最大压力,仅受到采用的具体机器的限制。因此,可使用超过100PLI(17.5kN/米)、500PLI (87.5kN/米)、1000PLI(175kN/米)的压力,且若实用且提供,可保持速度δ。
在带起绉之后,将网幅154保持在带50上并提供给干燥器段328。在干燥器段328中,在网幅被卷绕在卷轴386之前干燥到从约92到98%的稠度。注意,在干燥器段提供有多个加热的干燥辊376、378和380,它们与在带50上的网幅直接接触。干燥罐或辊376、378和380被蒸汽加热到对干燥该网幅起作用的提高的温度上。同样将辊368、370、372和374加热,尽管这些辊直接接触带而不与网幅直接接触。任选提供的是抽吸箱176,其可用于在带穿孔内膨胀网幅以增加如上所述的厚度。
在本发明的一些具体实施方案中,消除工艺中的开放牵引(open draws)是合乎需要的,如在起绉和干燥带与卷轴386之间的开放牵引。这容易地通过使起绉带延伸到卷轴鼓以及将网幅直接从带转移到卷轴而实现,如一般性地在Rugowski等的美国专利5,593,545中所描述的那样。
因此本发明的产品和方法同样适用于一类无接触自动手巾分配器,该类分配器描述在共同未决的美国专利申请序号11/678,770(公开号US2007-0204966)中,其名称为“控制杨克干燥器上粘合剂聚积的方法”且于2007年2月26日提交(代理卷号20140;GP-06-1)和美国专利申请序号11/451,111(公开号US2006-0289134)中,其名称为“制造用于分配器的织物起绉片材的方法”并于2006年6月12日提交(代理卷号20079;GP-05-10),现在的美国专利7,585,389;它们的内容在此通过参考引入。在这一点上,基础片材适当地在图10D所示类别的造纸机上生产。
图10D是造纸机410的示意图,其具有适用于实施本发明的常规的双线网成形段412、毡路线(run)414、压瓦压力段416、起绉带50和杨克干燥器420。成形段412包括由多个辊426、428、430、432、434、436和成形辊438支撑的一对成形织物422、424。流料箱440提供造纸供料,其由此作为喷流沿加工方向释放到在成形辊438 和辊426与织物之间的辊隙442。该供料形成初生网幅444,其借助于吸力例如通过抽吸箱446在织物上脱水。
初生的网幅前进到造纸毡152,该造纸毡由多个辊450、452、454、455支承,并且该毡与压瓦压辊456接触。该网幅在转移到该毡时为低稠度的。转移可由吸力辅助,例如辊450如果需要的话可以是吸辊或者如现有技术中已知的那样的捡拾或抽吸瓦。当该网幅达到压瓦压辊时,它可具有10-25%、优选20-25%的稠度或者使其能进入压瓦压辊456和转移鼓162之间的辊隙458。已经发现提高对转移鼓162的蒸气压有助于延长所需的从杨克干燥器420的圆筒剥离过量的粘合剂之间的时间。合适的蒸汽压力可以是约95psig左右,注意支承辊162是冠面辊以及起绉辊172具有凹面冠形来匹配,使得辊之间的接触面积受支承辊162中的压力的影响。因此,当使用提高的压力时,必须注意保持辊162、172之间的匹配接触。
代替压瓦压辊,辊456可以是常规的吸入压力辊。如果采用瓦挤压,合乎需要的和优选的是辊454是在毡进入瓦压辊隙之前有效地从该毡上除去水的吸辊,因为来自供料的水将压入在瓦压辊隙中的该毡。在任何情况下,在454处使用吸辊一般是合乎需要的以确保网幅在换向期间保持与该毡接触,如同本领域的熟练技术人员将由图表可理解的。
将网幅444借助于压瓦160在辊隙458中的毡上湿压。由此,网幅在辊隙458处压缩脱水,一般通过在工艺的此阶段的15或更多个点提高稠度来进行。辊隙458处所示的配置通常称作瓦压;关于本发明,支承辊162作为转移筒来操作,它促使以高速度、一般1000fpm-6000fpm(5.08m/s-30.5m/s)传送网幅444到起绉带。可以构造辊隙458作为宽的或延伸的辊隙瓦挤压形式,例如详述描述在Schiel等的美国专利6,036,820中的,其公开内容在此通过参考引入。
支承辊162具有光滑的表面464,其可配有粘合剂(与在杨克筒上使用的起绉粘合剂相同)和/或如果需要的脱离剂。将网幅444附着于支承辊162的转移面464,其以高角速度旋转,同时网幅继续在箭 头466所示的加工方向前进。在圆筒上,网幅444具有通常随机的表观上的纤维取向分布。
方向466被称作网幅以及造纸机410的加工方向(MD);而横跨加工方向(CD)是在网幅平面内垂直于MD的方向。
网幅444一般以10-25%左右的稠度进入辊隙458,并当转移到如图中所示的起绉带50的顶侧的时刻,脱水并干燥到大约25到大约70 的稠度。
带50支承在多个辊468、472和挤压辊隙辊474上并形成如所示的具有转移鼓162的带起绉辊隙174。
起绉带限定了横跨其中起绉带50适应于接触支承辊162的这一距离上的起绉辊隙;即,施加显著的压力给网幅抵靠着转移筒。为此目的,起绉辊172可装有软的可变形表面,这将增加起绉辊隙的宽度并增加带与接触点处的板之间的带起绉角度或者压瓦压辊可用作辊172以提高在高冲击带起绉辊隙174中的有效接触,其中网幅444被转移到带50并沿加工方向前进。
辊隙174中的辊隙压力,即在起绉辊172和支承辊162之间的载荷适当地为20-200(3.5-35kN/m)、优选40-70磅力每线性英寸(PLI)(7-12.25kN/m)。10PLI(1.75kN/m)或20PLI(3.5kN/m)的辊隙中的最小压力是必需的;然而,本领域的熟练技术人员将理解到在商用机器中,最大压力可以尽可能高,仅仅受所用的特定机器的限制。因此,可使用超过100PLI(17.5kN/m)、500PLI(87.5kN/m)、1000PLI(175kN/m)或更高的压力,如果实际且提供,可在转移辊和起绉带之间保持足够的速度δ。
在带起绉之后,网幅继续沿MD466前进,其中将其在转移辊隙482中湿压到杨克筒480上。任选地,通过抽吸箱176将吸力施加给网幅以拉伸出细小的褶以及膨胀下文讨论的拱状构造。
在辊隙482的转移以通常约25到约70%的网幅稠度发生。以这些稠度,难以将网幅足够坚固地足以从带彻底除去网幅地将网幅贴附到杨克筒480的表面484。本方法的该方面是重要的,尤其是当使用 高速度干燥机罩(hood)是合乎需要的时。
特定粘合剂的使用与中等湿润的网幅(25-70%稠度)配合以将其充分地附着到杨克筒以足以容许该体系的高速操作和高喷射速度冲击空气干燥以及随后将网幅从杨克筒上剥离。在这方面,将如上所述的聚(乙烯醇)/聚酰胺粘合剂组合物施加在清洁刮刀D和辊隙482之间任何便利的场所,如当需要时在位置486处,优选以片材小于约40mg/m2的速度进行。
将网幅在杨克筒480(其为加热的圆筒)上以及通过杨克机罩488中的高喷射速度冲击空气来干燥。机罩488能够有不同的温度。在操作期间,网幅温度可以采用红外检测器或若需要的任何其它合适的方法在机罩的湿-端A和机罩的干端B监测。圆筒旋转时,网幅444从489处的圆筒剥离并缠绕到卷带盘490上。例如当线速度为2100fpm(10.7m/s)时,卷轴490可以比稳态的杨克筒快5-30fpm(优选10-20fpm)(0.025-0.152米/秒(优选0.051-0.102m/s))来运行。不剥离片材,可将起绉刮刀C用于常规地干起绉片材。在任何情况下,将安装用于间歇啮合的清洁刮刀D用于控制聚积。当粘合剂聚积从杨克筒480剥去时,网幅一般从卷轴490上的产品分离,优选供应到在495处的间断斜槽(broke chute)以回收到生产过程。
在许多情况下,在以下申请和专利中公开的带起绉方法将特别适用于制造产品:美国专利申请序号11/678,669(公开号US2007-0204966),名称为“控制在杨克干燥器上的粘合剂聚积的方法”,于2007年2月26日提交(代理卷号20140;GP-06-1);美国专利申请序号11/451,112(公开号US2006-0289133),名称为“用于分配器的带起绉片材”,于2006年6月12日提交(代理卷号20195;GP-06-12),现在的美国专利号7,585,388;美国专利申请序号11/451,111(公开号US2006-0289134),名称为“制造用于分配器的织物起绉片材的方法”,于2006年6月12日提交(代理卷号20079;GP-05-10),现在的美国专利号7,585,389;美国专利申请序号11/402,609(公开号US2006-0237154),名称为“具有吸收性芯的多层纸巾”,于2006年4 月12日提交(代理卷号12601;GP-04-11);美国专利申请序号11/151,761(公开号US2005/0279471),名称为“用于产生吸收性片材的具有织物内干燥的高固含量织物起绉方法”,于2005年6月14日提交(代理卷号12633;GP-03-35),现在的美国专利号7,503,998;美国专利申请序号11/108,458(公开号US2005-0241787),名称为“用于生产吸收性片材的织物起绉和织物内干燥方法”,于2005年4月18日提交(代理卷号12611P1;GP-03-33-1),现在的美国专利号7,442,278;美国专利申请序号11/108,375(公开号US2005-0217814),名称为“用于生产吸收性片材的织物起绉/拉伸工艺”,于2005年4月18日提交(代理卷号12389P1;GP-02-12-1);美国专利申请序号11/104,014(公开号US2005-0241786),名称为“用高固含量织物起绉工艺制备的具有提高的CD拉伸强度和低拉伸比的湿压薄织物和手巾产品”,于2005年4月12日提交(代理卷号12636;GP-04-5),现在的美国专利号7,588,660;美国专利申请序号10/679,862(公开号US2004-0238135),名称“用于制造吸收性片材的织物起绉方法”,于2003年10月6日提交(代理卷号12389;GP-02-12),现在的美国专利号7,399,378;美国专利申请序号12/033,207(公开号US2008-0264589),名称为“具有延长生产周期的织物起绉工艺”,于2008年2月19日(代理卷号20216;GP-06-16),现在的美国专利号7,608,164;和美国专利申请序号11/804,246,名称为“具有可变的局部基重的带起绉吸收性片材”,于2007年5月16日提交(代理卷号20179;GP-06-11),现在的美国专利号7,494,563。在上面刚刚引用的申请和专利特别与机器、材料、加工条件等关于本发明的织物起绉产物相关,这些申请专利的公开内容在此通过参考引入。另外有用的信息包含在美国专利号7,399,378中,其内容也在此通过参考引入。
本发明的产物在施加或不施加真空以拉伸开细小的褶以调整网幅以及有或没有砑光的条件下生产;然而,在许多情况下采用这两者来促进更为吸收性和均匀的产物是合乎需要的。
本发明的方法尤其适合其中期望降低现有操作的碳足迹(carbon footprint)而改善薄织物品质的情况,因为片材一般将以约50%固含量接触杨克筒,因此水去除要求可以是US2009/0321027A1,“环境友好薄织物”中方法的约1/3。即使全部量的真空可以比所谓的空气加压(air press)对于该足迹贡献更多,该方法也具有产生碳排放的潜在可能性,这比上述环境友好薄织物申请的那些小得多,并适当地为对于通常等量的薄织物的等量量而言过量1/3更少到甚至50%更少。
采用显示于图10A-10D类别的设备,按照本发明生产基础片材。关于设备、加工条件和材料的数据列于表1中。基础片材数据显示于表2中。
实施例1-12
在实施例1-4中,采用如图4-7所示的带50以及采用50%桉树、50%北方软木混合的薄织物供料。图39-40C是按照实施例3制备的片材的拱顶的X射线层析成象图,其中图39是拱顶部分的平面图,而图40A、40B和40C说明了沿图39中所示的线截取的片段。在图40A、40B和40C的每一个中,可观察到拱顶前缘的向上和向内突出区域是高度固结的。
在实施例5-8中,使用类似于带100但穿孔较少的带以及采用20%桉树、80%北方软木混合的薄织物供料。
在实施例9-10中,使用类似于带100但穿孔较少的带以及采用80%桉树、20%北方软木层合薄织物供料。
在实施例11-12中,采用带100以及使用60%桉树、40%北方软木层合薄织物供料。
Hercules D-1145是具有极低热固能力的高分子量聚胺酰胺-表氯醇的18%固含量的起绉粘合剂。
Rezosol6601是起绉改性剂在水中的11%固含量溶液;其中起绉改性剂是1-(2-链烯基酰胺基乙基)-2-链烯基-3-乙基咪唑啉鎓乙基硫酸盐和聚乙二醇的混合物。
Varisoft GP-B100是基于咪唑啉鎓盐和如美国专利6,245,197B1中所述的阴离子硅树脂的100%活性离子对柔软剂。
图11A到11G显示了使用图4、5、6和7所示类型的穿孔聚合物带在图10B、10D中所示类型的造纸机上在没有真空和没有砑光的情况下生产的基础片材的各种SEM、显微照相和激光轮廓测定法分析。
图11A是显示以对应于带50的穿孔图案排列的512、514、516处搓捻区域的基础片材500的带侧的平面显微照相图(10X)。搓捻或簇生的每一区域相对于纹理少得多的周边区域如区域518、520和522是位于中心的。搓捻区域具有细小的褶,如在524、526、528处的细小褶,其通常以所示构型为伞形的(pileated)并且提供相对高的基重、纤维富集区域。
周边区域518、520和522也在530、532、534处包括相对延长的细小褶,其也沿横跨加工方向延伸并提供伞形或盔形(crested)结构给该片材,如将从下面所述的横截面部分所看出的。注意,这些细小的褶不横跨网幅的整个宽度伸展。
图11B是显示基础片材500的杨克侧的平面显微照相(10X),即片材与带50相对的侧面。从图11B将看出,基础片材500的杨克侧表面具有以相应于带50的穿孔的图案排列的多个凹洞540、542、544;以及在凹洞之间相对光滑的平坦区域546、548、550。
基础片材500的微观结构进一步参照图11C到11G理解,它们为基础片材500的横截面图和激光轮廓测定法分析图。
图11C是沿基础片材500的加工方向(MD)的SEM片段(75X),显示了网幅在552处的区域,其对应于带穿孔以及片材的密实和伞形结构。在图11C中可看出没有真空牵引引入带时形成的搓捻区域如区域552具有带有中心细小褶524以及具有倾斜侧壁的“中空”或拱形区域如凹洞540的伞形结构。区域554、560固结并向内和向上屈折,而在552处的区域具有提高的局部基重以及围绕细小褶524的区域看起来在CD上具有纤维取向偏移,这能从图11D中更好地看出。
图11D是沿基础片材500的MD的另一个SEM,其显示了凹洞540、细小褶524以及区域554和560。在该SEM中可看出细小褶 524的顶冠562和盔形部分564是纤维富集的,与区域554、560(其为固结的和密实的且显示出较低的基重)相比基重相对高。注意,区域554是固结的以及向上和向内朝着拱形顶冠562屈折。
图11E是基础片材500在横截面的另一个SEM(75X),显示了沿CD片段内的基础片材500的结构。从图11E可看出搓捻区域512 与周边区域518相比是纤维富集的。此外,从图11E可看出,在拱形区域的纤维是形成拱形的弓形结构,其中纤维取向沿拱的壁向上和向内朝着顶冠偏移,这给片材提供了很大的蓬松度或厚度。
图11F和11G是基础片材500的激光轮廓测定法分析图,图11F 本质上是吸收性基础片材500的带侧的平面图,其显示了相对提高的搓捻区域如区域512、514、516,以及在搓捻或纤维富集区域中的细小褶524、526、528以及围绕搓捻的区域内的细小的褶530、532、534。图11G实质上是基础片材500的杨克侧的平面激光轮廓测定法分析图,显示了凹洞540、542、544,它们是与拱的搓捻和伞形区域相对的。围绕凹洞的区域是相对光滑的,如可从图11G可理解的那样。
在图12A到12G中显示了在图10B、10D所示的类别的造纸机上用图4、5、6和7所示的类别的穿孔聚合物带在通过真空箱如抽吸箱176所施加的18''Hg(61kPa)的真空下,在没有砑光基础片材的情况下所生产的片材的各个SEM显微照片和激光轮廓测定法分析图。
图12A是基础片材600的带侧的平面图显微照片(10X),其显示了以相应于带50的穿孔的图案排列的拱形区域612、614、616。每个拱形区域相对于纹理较少的大致平面的周边区域如区域618、620和622位于中心。在该具体实施方案中已经真空牵引的搓捻区域不具有明显的细小褶,其似乎已经从该片材拉伸开,而相对高的基重仍然保持在拱形中。换而言之,已经将伞形的纤维集束并入拱形部分。
周边区域618、620和622仍包括相对延长的细小褶,其在横跨加工方向(CD)上延伸且提供给片材伞形或盔状结构,如将从下面论述的横截面看出的那样。
图12B是显示了基础片材600的杨克侧的平面显微照片(10X),即与带50相反的片材的侧面。在图12B中可看出,基础片材600的杨克侧具有以相应于带50的穿孔的图案排列的多个凹洞640、642、644;以及在凹洞之间相对光滑、平坦的区域646、648、650。在图12A和12B中可看出在不同区域或片材表面之间的边界比图11A和11B中限定得更清晰。
基础片材600的微观结构进一步参照图12C到12G理解,其为基础片材500的横截面和激光轮廓测定法分析图。
图12C是沿基础片材600的加工方向(MD)的SEM片段(75X),显示了相应于带穿孔的拱形区域以及该片材密实的伞形结构。在图12C中可看出拱形区域如区域640具有有着倾斜和至少部分密实的侧壁区域的“中空”或拱形的结构,而周边区域618、620是密实的,但不如过渡区域。侧壁区域658、660向上和向内屈折且高度密实以至于变得固结,尤其是在拱形的基础周围。相信这些区域对于非常高的厚度有贡献并且观察到卷绕牢固性。固结的侧壁区域形成了从拱之间的密实纤维的平面网络到片材的拱形结构的过渡区域并形成了可在周围完全延伸的不同区域并在它们的基础限制拱形或者可仅在拱基础的周围部分密实为马蹄形或弓形。至少部分过渡区是固结的且也向上和向内屈折。
注意,在之前的搓捻区域、现在的拱形的细小褶与图11的系列产品相比在横截面显微照片中不再明显。
图12D是沿基础片材600的MD的另一SEM,显示了凹洞640以及固结侧壁区域658和660。从该SEM可看出顶冠662是纤维富集的,与区域618、620、658、660相比基重相对高。CD纤维取向偏移在侧壁和拱也是明显的。
图12E是基础片材600在横截面上的另一幅SEM(75X),显示了基础片材600沿着CD的片段的结构。在图12E中可看出拱形区域612与周边区域618相比是纤维富集的,以及拱侧壁的纤维是沿侧壁以朝着拱顶冠的方向向上和向内偏移的。
图12F和12G是基础片材600的激光轮廓测定法分析图。图12F是吸收性基础片材600的带侧的平面图,其显示了相对升高的搓捻区域如拱612、614、616,以及在围绕搓捻区域的区域内的细小褶630、632、634。图12G是基础片材600的杨克侧的平面激光轮廓测定法分析图,显示了凹洞640、642、644,其与搓捻或伞形区域相对的。围绕凹洞的区域是相对光滑的,如从图中可理解的。
图13A到13G显示了使用在图4、5、6和7中所示类型的穿孔聚合物带在图10B、10D中所示类型的造纸机上在施加真空和砑光的情况下生产的片材的各种SEM、显微照相和激光轮廓测定法分析图。
图13A是图示如图1A所示的基础片材700的带侧的其它特征的另一幅平面显微照相图(10X),其显示了以相应于带50的穿孔的图案排列的拱形区域712、714、716。每个拱形区域相对于周边区域如纹理少得多的区域718、720和722位于中心。仍然地,与该拱相邻的细小褶已经并入拱。
周边或网络区域718、720和722也包括相对延长的细小褶,其也在加工方向上延伸且提供给片材伞形或盔形结构,如将从下面论述的横截面看出的那样。
图13B是显示基础片材700的杨克侧的平面显微照相图(10X),即片材相对带50的那侧。从图13B将看出,基础片材700的杨克表面具有以相应于带50的穿孔的图案排列的多个凹洞740、742、744;以及在凹洞之间相对光滑的平坦区域746、748、750,如在图11和图12的片材系列产品中可看到的那样。
基础片材700的微观结构进一步参照图13C到13G理解,它们为基础片材700的横截面和激光轮廓测定法分析图。
图13C是沿基础片材700的加工方向(MD)的SEM片段图(120X)。侧壁区域758、760是经密实的且向内和向上屈折。
注意,同样地,在搓捻区域内的细小褶与图11的系列产品相比不再明显。
图13D是沿基础片材700的MD的另一幅SEM,其显示了凹洞 740以及侧壁区域758和760。在图13D中看到凹洞740是不对称的且通过砑光而稍微变平了。在该SEM中也看出在凹洞740处的顶盖是纤维富集的,与区域718、720、758和760相比是相对高基重的。
图13E是基础片材700的横截面的另一幅SEM(120X),显示了片材700在沿CD片段内的结构。同样,在这里看出区域712与周边区域718相比是纤维富集的,尽管细小褶在拱之间的网络区域内是明显的。
图13F和13G是基础片材700的激光轮廓测定法分析图,图13F是吸收性基础片材700的带侧的平面图,显示了相对升高的拱形区域如区域712、714、716,以及围绕该拱形区域的区域内的细小褶730、732、734。图13G是基础片材700的杨克侧的平面激光轮廓测定法分析图,显示了与搓捻或伞形区域相对的凹洞740、742、744。围绕凹洞的区域是相对光滑的,这可从下文所讨论的图表和TMI摩擦试验数据理解。
图14A是用如美国专利申请序号11/804,246(代理卷号20179;GP-06-11)现在的美国专利7,494,563制备的WO13起绉织物制备的片材的织物侧表面结构的激光轮廓测定法分析图;以及图14B是图14A的片材的杨克侧表面结构的激光轮廓测定法分析图。将图14B与图13G相比,看出本发明的砑光片材的杨克侧基本上比经类似砑光的采用WO13织物提供的片材更光滑。光滑度的差异尤其是在下面论述的TMI动摩擦数据中证明。
表面纹理偏差和平均强度值
摩擦测量通常如Dwiggins等的美国专利6,827,819中大致描述的进行,采用Lab Master Slip&Friction测试仪进行,其具有特殊的高灵敏度负载测量选项和定制顶部(custom top)和样品支撑块,型号32-90并可从以下地址获得:
Testing Machines Inc.
2910Expressway Drive South
Islandia,N.Y.11722
800-678-3221
www.testingmachines.com
摩擦测试仪安装有KES-SE摩擦传感器,其可从以下地址获得:
Noriyuki Uezumi
Kato Tech Co.,Ltd.
Kyoto Branch Office
Nihon-Seimei-Kyoto-Santetsu Bldg.3F
Higashishiokoji-Agaru,Nishinotoin-Dori
Shimogyo-ku,Kyoto600-8216
Japan
81-75-361-6360
katotechmx1.alpha-web.ne.jp
所用的滑板的移动速度为10mm/分钟,和要求的强度在本文记录作为表面纹理平均强度报道。在测试前,将测试样品在23.0°±1℃(73.4°±1.8°F)和50%±2%的室内湿度环境下调理。
采用如上所述的摩擦测试仪,对于图12A-12G系列片材、图13A-13G系列片材和采用如图14A和14B所示的WO13织物制备的砑光片材产生表面纹理平均强度值和偏差值。探针静止或加速到恒速时将采集的任何数据丢弃。以gf或mN计的强度数据的平均值如下计算:
平均强度,
其中xl-xn是各个取样数据点。关于该平均值的强度值的平均偏差如下计算:
平均偏差,
对于片材的杨克侧和所选的表面纹理平均强度值的在表3中出现的5-7次扫描的结果在图15中图示。对于20次扫描的重复结果显示在表4中和图16中。
表4-表面纹理数值
从数据看出,本发明的砑光的产物一致地显示出比用织造织物制得的片材低的表面纹理平均强度值,这与激光轮廓测定法分析是一致的。
转化产物
对于2-叠层手巾的成品数据在表5中以及对于2-叠层薄织物的成品数据在表6中,与商品化的优质产品的对比数据一起,其中商品化的优质产品据信是经穿透空气干燥的产物。
在手巾产品产物中,看出本发明的片材整体上显示出与优质商品产品相比相当的性质,然而显示出与之相比令人惊奇的厚度,多于10%的额外的蓬松度。
成品薄织物纸巾产品同样显示出令人惊讶的蓬松度。在表6中显示了在2-叠层压花产物、具有1-叠层压花的2-叠层产品以及其中产品被常规地压花的2-叠层产品上的数据。具有1-叠层压花的2-叠层产品按照Dwiggins等的美国专利6,827,819制备,其公开内容在此通过参考引入。在表6中的2-叠层薄织物由上面的实施例11和12的基础片材制备。
从纸巾产品数据看出,本发明的吸收性产品显示出了令人惊奇的厚度/基重比例。优质的穿透干燥的薄织物产品通常显示出不超过约5 (密耳/8片材)/(lb/令)的厚度/基重,而本发明的产品显示出6(密耳/8片材)/(lb/令)或2.48(mm/8片材)/(gsm)及更多的厚度/基重比例。
在表7中显示了本发明的两种薄织物(由实施例9、10的基础片材制备)和商品薄织物的另外的数据。这里,同样地,意料不到的高蓬松度是立即显而易见的。此外,还看出本发明的薄织物显示出令人惊讶地低的辊压缩值,特别是从高蓬松的角度来看。
β-射线照片图像分析
本发明的吸收性片材和各种商业产品采用β-射线照相成像来分析以检测基重变化。所用技术描述在Keller等人,β-Radiographic Imaging of Paper Formation Using Storage Phosphor Screens,Journal of Pulp and Paper Science,Vol.27,Vo.4,第115-123页,2001年4月,其公开内容在此通过参考引入。
图17A是本发明的基础片材的β-射线照像图片,其中对于基重的校准示于右边的图例中。图17A的片材在图10B、10D中所示类型的造纸机上采用图4-7中所示几何结构的带生产。将18"Hg(60.9kPa)的真空施加于带起绉片材并且将该片材和带轻微地砑光。
图17A中可看出在片材中的显著的、规则再现的局部基重变化。
图17B是微观微观基重分布;即基重相对于在沿图17A中所示的线5-5大约40mm的距离上的位置的曲线图,其中该线沿着图案的MD。
从图17B中看出,局部基重的变化具有相对规律的出现频率,显现出具有显著峰的在约16lbs/3000ft2(26.1gsm)附近的平均值的最小值和最大值。在平均基重保持相对恒定和基重随位置的波动是在单一平均值附近规则再现的意义上,微观基重分布变化似乎是基本上单峰的。
图18A是本发明片材片段的另一β-射线照相图像,其显示了可变的局部基重。图18A的片材是用图4到7的带在图10B、10D所示类别的造纸机上,在网幅于起绉带上时施加23"Hg(77.9kPa)真空到网幅上的条件下制备的本发明的未经砑光的片材。图18B是沿图18A的线5-5的局部基重的曲线图,其基本上沿图案的加工方向。在此同样地,观察特征基重的变化。
图19A是图2A、2B的基础片材的β-射线照相图像以及图19B是沿斜线5-5(沿图案的MD便斜且在大约9mm的距离上通过大约6个拱形区域)的微观基重分布。
在图19B中看出,基重变化同样是规则规律再现的,但平均值倾向于略微向下沿着较短的曲线。
图20A是本发明基础片材的又一β-射线照相图像,校准图例示于右边。图20A的片材在图10B、10D所示类别的造纸机上采用图4-7中图示的几何结构的起绉带生产。施加等于18"Hg(60.9kPa)的真空到带起绉片材上,其为未砑光的。
图20B是图20A的片材在沿图20A的线5-5(其沿着片材图案的 MD)的40mm的距离上的微观基重分布。在图20B中可看出,局部基重变化基本上有规则频率,但不如经砑光的图17B的片材规律。峰频率是4-5mm,与图17A和17B的片材中看到的频率是一致的。
图21A是用如美国专利申请序号11/804,246(现在的美国专利7,494,563;2009年2月24日颁发)所述的WO13织造起绉织物制备的基础片材的β-射线照相图像。这里可看出,在许多方面局部基重的实质性变化类似于上面所述的图17A、18A、19A和20A。
图21B是沿图21A的MD线5-5的微观基重曲线,说明了在40mm上的局部基重的变化。在图21B中看到,基重变化比图17B、18B、19B和20B中的略微更不规则;然而,该图案在平均基重随分布曲线保持相对恒定的意义上仍然是基本上单峰的。该特征对于高固含量织物和带起绉片材来说是共同的;然而,具有可变基重的商业产品倾向于具有更复杂的局部基重变化,包括平均基重随更多局部的变化而叠加的趋势,如从下面所述的图22A-23B中所见的那样。
图22A是商品纸巾片材的β-射线照相图像,其显示了可变基重和图22B是沿图22A的线5-5在40mm上的微观基重分布图。从图22B看出,基重分布曲线在40mm上显示出16-20个峰且在40mm上的平均基重变化显得略微像正弦曲线的,在大约140和290mm处显示出最大值。基重变化也显得略微不规则。
图23A是商品手巾片材的β-射线照相图像,其显示出可变的基重以及图23B是沿图23A的线5-5在40mm上的微观基重分布。在图23B中看出,基重变化是关于平均值相对温和的(除了大概在150-200微米处,图23B)。此外,变化显得略微不规则,基重的平均值是似乎向上和向下浮动的。
β-射线照相图像的傅里叶分析
从上述说明和样品的β-射线照相图像以及显微照相可理解,本发明产品的可变基重在许多情况下显示出二维模式。本发明的该方面采用按照本发明制备的片材的β-射线照相图像的二维快速傅里叶变换分析来确认。图24A显示了在图10B、10D所示类别的造纸机上使用具 有图4-7所示的几何结构的起绉带制备的片材的起始β-射线照相图像。图24A的图像通过2D FFT转换到图24B大致示意的频率范围,其中产生“遮蔽罩(mask)”以阻挡掉频率范围内的高基重区域。翻转2D FFT在遮蔽的频率范围内进行以产生图24C的空间(物理)范围,其基本上是24A的片材且没有基于它们的周期性而被遮蔽的高基重区域。
通过从图24A减去图24C的图像内容,获得图24D,其可以或者作为片材的局部基重的图像或者作为用于制造片材的带50的负像而预见到,并证实高基重区域在穿孔中形成。图24D作为正像(a positive)出现,其中片材的较重区域比较淡,同样地,在图24A中,较重的区域比较淡。
采用透射射线照相术和用非接触双激光轮廓曲线仪的厚度测量来分析采用本文所述技术制备的手巾样品并将其与现有技术和竞争性样品进行比较。表观密度通过将通过这两种方法获得的图融合而计算。图25-28列出了比较现有技术样品、根据本发明的WO13(图25)两个样品,19680和19676图26和27和竞争对手的2-叠层样品、图28的结果。