CN104093903A - 高蓬松度纸片和纸产品 - Google Patents
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Abstract
所公开的螺旋卷绕的纸产品具有期望的卷蓬松度、坚实度和柔软性能。该卷产品可由根据各种工艺形成的单层纸纤网制成。
Description
相关申请
本申请要求2012年2月7日提交的美国临时专利申请US61/595,937的优先权,其内容以与本申请相符的方式通过援引被结合入本文。
背景
对于卷纸产品诸如浴室用纸和纸巾,消费者通常偏爱具有大直径的坚实的卷。坚实的卷传达出上乘的产品质量,而大直径传达出足够多的材料,给消费者以物有所值之感。然而,从生活用纸制造商的立场来看,提供具有大直径的坚实卷是一种挑战。为了在保持可接受的制造成本的同时提供大直径卷,生活用纸制造商必须生产出具有较高的卷蓬松度的成品纸卷。增加卷蓬松度的一种手段是松散地卷绕纸卷。然而,松散地卷绕成的卷具有低坚实度并容易变形,这使得它们对消费者没有吸引力。因此,对具有高蓬松度以及良好坚实度的纸卷存在需要。此外,希望提供这样的卷纸产品,其包括具有足够基重的纸片,以在使用中提供更好的吸收性和手部保护。
尽管期望提供一种具有足够基重、足够蓬松度和良好的卷坚实度的片,但这些性质中的一种的改善通常要以另一种为代价。例如,随着纸片的基重增加,获得高的卷蓬松度变得更有挑战性,因为在相同的卷重量下,基重的增加会降低螺旋卷绕成的卷的绕圈数。
最后,除了高的卷蓬松度和良好的坚实度之外,消费者往往还因为多层薄纸结构所固有的柔软度和吸收性能而偏爱多层薄纸。因此,生产单层纸纤网的制造商面临着这样的额外挑战,即生产出在柔软度和吸收性方面比得上多层纤网的单层纤网,同时争取经济地生产出满足大直径、良好的坚实度、高质量片和可接受的成本这些往往相矛盾的参数的纸卷。
发明内容
本发明人现已发现,大直径、良好的坚实度、高质量片和可接受的成本这些往往相互矛盾的参数可通过这样的方式实现在单层纸中,即在转移位置和空气穿透干燥位置处使用高形貌织物来形成空气穿透干燥纸。以这种方式,本发明人已经生产出具有改善了的性能,如更高的片和卷蓬松度、更低的片硬度和改善的卷坚实度,的基片和螺旋卷绕成的纸卷。
因此,在一个实施例中,本发明提供了一种卷纸产品,其包括螺旋地卷绕成卷的单层纸纤网,该单层纤网具有从约25到约35克每平方米(gsm)的干透基重和大于约15cc/g的片蓬松度,该卷绕成的卷具有从约5毫米到约10毫米的卷坚实度。
在另一实施例中,本发明提供了一种单层纸纤网,其具有小于约1000g/3”的几何平均抗拉强度,大于约15cc/g的片蓬松度和小于约8的硬度指数。优选地,该单层纸纤网具有从约25到约35克每平方米(gsm)的干透基重和小于约1200g/3”如从约700g/3”到约1000g/3”的几何平均抗拉强度。
在又一个实施例中,本发明提供了一种砑光的单层纸纤网,其具有从约25到约35克每平方米(gsm)的干透基重、从约16cc/g到约20cc/g的片蓬松度和从约6到约8的硬度指数。
在再一个实施例中,本发明提供了一种卷纸产品,其包括螺旋地卷绕成卷的单层纸纤网,该薄纸纤网具有带纹理的背景表面和设计元素、小于约1000g/3”的几何平均抗拉强度、大于约15cc/g的片蓬松度和小于约8的硬度指数,其中,该卷绕成的卷具有大于约10cc/g的卷蓬松度。
附图说明
图1是用于形成本发明所用的不起绉穿透干燥纸纤网的工艺的一个实施例的示意图。
图2是用在本发明中的印花的穿透干燥织物的照片。
图3是具有根据本发明的一个实施例所生产出的具有图案的空气穿透干燥纸纤网的照片。
定义
在本文中,术语“纸产品”是指由包含纤维的基础纤网制成的产品,包括浴室用纸、面巾纸、纸巾、工业擦拭巾、餐饮用擦拭巾、餐巾纸、医用垫和其它类似产品。
在本文中,术语“纸纤网”或“纸片”是指适用于制成或用作面巾纸、浴巾纸、纸巾、餐巾纸等等的纤维质纤网。其可以是分层的或未分层的、起绉或不起绉的,并可以由单层或多层组成。上面提到的纸纤网优选由天然纤维素纤维源诸如硬木材、软木材和非木本物种制成,但也可含有大量的再生纤维、上浆或化学改性纤维或者合成纤维。
在本文中,术语“卷蓬松度”是指纸的体积除以该卷绕成的卷中纸的质量。卷蓬松度的计算方式为,圆周率(3.142)乘以由卷直径的平方(cm2)和外芯直径的平方(cm2)的差值除以4所获得的数值再除以由片长度(cm)乘以片数乘以片干透基重(gsm)得到的数值。
在本文中,术语“片厚度”是单张片的代表性厚度,其根据TAPPI测试方法T402“用于纸、纸板、纸浆抄片和相关产品的标准处理和测试环境”和T411 om-89“纸、纸板和复合板的厚度(纸厚)”来测定,其中注3用于堆叠的纸。用于执行T411 om-89的千分尺是Emveco 200-A纸厚度测试仪(由俄勒冈州纽伯格的Emveco公司提供)。该千分尺具有2千帕斯卡的载荷、2500平方毫米的压脚面积、56.42毫米的压脚直径、3秒停留时间和0.8毫米/秒的下降速度。厚度可以用密耳(0.001英寸)或微米表示。
在本文中,术语“片蓬松度”是指厚度(μm)除以干透基重(gsm)的商。得出的片蓬松度以立方厘米每克(cc/g)表示。
在本文中,术语“抗拉强度”、“MD(机器方向)抗拉强度”和“CD(机器横向)抗拉强度”通常是指当用254毫米/分钟的十字头速度、4540克的满量程载荷、50.8毫米的夹爪跨距(标距)以及762毫米的试样宽度测量时在任意给定的取向上拉伸或张拉时材料可以承受的最大应力。MD抗拉强度为当样本在机器方向上被张拉至破裂时每3英寸样本宽度的峰值载荷。类似地,CD抗拉强度为当样本在机器横向被张拉至破裂时的每3英寸样本宽度的峰值载荷。
用于抗拉强度测试的样本的制备方式为,利用JDC精确样本裁切刀(费城宾州的Thwing-Albert仪器公司,型号JDC3-10,系列号37333)沿机器方向(MD)或机器横向(CD)的取向裁切3英寸(76.2mm)×5英寸(127mm)的条带。用于测量抗张强度的仪器为MTS Systems Sintech 11S,系列号6233。数据获取软件是用于Windows 3.10的MTS Test WorksTM(来自北卡罗来纳州三角研究园的MTS Systems公司)。测力元件选自最高50牛顿或100牛顿的最大值,取决于被测样本的强度,从而大多数的峰值力值落在测力元件满程值的10%到90%之间。夹爪之间的标距为2±0.04英寸(50.8±1mm)。夹爪被气动操作并且被涂覆以橡胶。最小夹持面宽度为3英寸(76.2毫米),夹爪的大致高度为0.5英寸(12.7毫米)。十字头速度为10±0.4英寸/分钟(254±1mm/min),破裂敏感度被设定为65%。样本沿竖向和水平居中地置于仪器的夹爪内。随后开始测试并在试样破裂时结束测试。峰值载荷取决于被测试的样品而记录为试样的“MD抗拉强度”或“CD抗拉强度”。每一种产品测试至少五(5)个代表试样,记载为“原值”,所有单个试样测试的算术平均值是产品的MD或CD抗拉强度。
在本文中,术语“几何平均抗拉强度”(GMT)是指纤网的如上所确定的机器方向抗拉强度和机器横向抗拉强度的乘积的平方根。
在本文中,术语“斜率”是指由绘制张力-伸长所获得的线的斜率并且是在如上所述确定抗拉强度的过程中的MTS TestWorksTM的输出值。斜率以克(g)/单位样本宽度(英寸)为单位进行表示,并且可计算为对应于落入70至157克(0.687至1.540N)之间的试样所生作用力的载荷校正应变值除以试样宽度的最小二乘线梯度。
在本文中,术语“几何平均斜率”(GM斜率)通常是指如上所确定的纤网的机器方向斜率与机器横向斜率的乘积的平方根。
在本文中,术语“硬度指数”是指几何平均斜率除以几何平均抗拉强度的商。
在本文中,术语“卷坚实度”通常是指Kershaw坚实度,其如在美国专利号US6,077,590中详细描述的那样利用Kershaw测试测得,该文献以与本发明相符的方式通过援引被结合入本文。该装置可购自KershawInstrumentation公司(Swedesboro,NJ)并被称为RDT-2002型卷密度测试仪。
在本文中,术语“卷结构”通常是指卷纸产品在给定的片蓬松度下的坚实度和蓬松度,并且等于卷蓬松度(以cc/g表示)除以卷坚实度(以cm表示)的商再除以单片的厚度(以cm表示)。
详细描述
总体上,本发明涉及单层纸纤网和由该单层纸纤网制造的螺旋卷绕的薄产品及它们的制造方法。该纸纤网的形成方式优选为空气穿透干燥工艺,更优选为不起绉空气穿透干燥工艺(“UCTAD”),其使用作为转移和穿透干燥的高形貌的造纸织物。更优选地,根据本发明制成的纸纤网具有设置在至少一侧上的图案或
。所述设计元素优选通过已设置在纸纤网制造中所使用的穿透干燥织物上的图案来赋予。
在转移位置和穿透干燥位置使用高形貌织物将生产出具有表现为相对现有技术产品的多种改进的独特的性能组合的纸纤网和螺旋卷绕的产品。例如,纸纤网相比现有技术的纤网具有更高的蓬松度和更小的硬度。类似地,根据本发明制备的卷产品可具有改善的卷坚实度和蓬松度,同时仍保持片柔软度和强度性能。
例如,本发明提供的纤网相对于现有技术具有改善的厚度和蓬松度,同时也具有降低的硬度。如下表中概括的那样,这些改善表现为卷纸产品的改善。
表1
因此,在某些实施例中,根据本发明制造的卷产品可包括具有大于约25gsm,如从约28gsm到约35gsm,且更优选从约30gsm到约33gsm的基重的螺旋卷绕的单层纸纤网。通常,在本文中所指的基重是以克每平方米(gsm)计的干透基重。螺旋卷绕的卷产品优选具有小于约12毫米,如从约7毫米到约12毫米且优选从约8毫米到约10毫米的卷坚实度。例如,在一个特定实施例中,本发明提供一种卷纸产品,其包括具有从约26gsm到约34gsm的基重的螺旋卷绕的单层纸纤网,其中,该卷具有从约8mm到约10mm的卷坚实度。在上述的卷坚实度范围内,根据本发明制成的卷不会看起来如在某些场合某些消费者不期望的那样过度柔软并且“软塌塌的”。
以往,在上述卷坚实度水平下,螺旋卷绕的薄纸产品往往具有低的卷蓬松度和/或差的片柔软度性能。然而,现在已经发现,基重大于约25gsm,优选为约30gsm或更大,如从约30gsm到约35gsm的单层纤网可被制成使得在纤网被螺旋卷绕成卷时,即使在张力下螺旋卷绕,所形成的卷的卷蓬松度为至少约12cc/g,诸如为从约12cc/g到约18cc/g,更优选为从约12cc/g到约15cc/g。例如,包括基重为从约28gsm到约34gsm的单层纤网的螺旋卷绕的产品可具有约13cc/g的卷蓬松度,同时仍保持大于约8毫米如从约9毫米到约10毫米的卷坚实度。
在又一个实施例中,本发明提供具有增强的蓬松度、柔软度和耐久性的纸纤网。改善的耐久性包括增强的机器方向伸展性和机器横向伸展性(MDS和CDS),而改善的柔软度可以由拉伸应变曲线的斜率的降低来衡量。例如,根据本发明制成的纸纤网可具有大于约700克/3”,如为从约750克/3”到约1200克/3”,且优选为从约800克/3”到约1000克/3”的几何平均抗拉强度(GMT),同时具有小于约7500克/3”,如从约4000克/3”到约7000克/3”且更优选为从5000克/3”到约6000克/3”的几何平均斜率。
虽然本发明的纸纤网与现有技术中的纤网相比具有更低的几何平均斜率,但所述纤网维持了保持对消费者有用的足够量的抗拉强度。例如,在某些例子中,本发明提供单层纸纤网具有小于约7500克/3”,如从约4000克/3”到约6500克/3”的几何平均斜率,和小于约1200克/3”且更优选小于约1100克/3”如从约700克/3”到约1000克/3”的几何平均抗拉强度(GMT)。因此,本发明的纸纤网优选具有小于约10,更优选为小于约9,如从约4到约8且更优选为从约5到约7的硬度指数。
通过砑光转换为最终产品的纸纤网通常相对于基片具有增强的硬度,因此,在某些实施例中,根据本发明制成的基片可具有小于约7如从约4到约7的硬度指数,同时相应的最终产品可具有小于约9如从约6到约8的硬度指数。正因如此,该纤网不仅柔软,而且强度足以经受使用。
在其它实施例中,根据本发明制成的纸纤网可具有至少为约8%,如从约10%到约15%且更优选为从约10%到约12%的机器横向伸展性(CDS)。
用于制造根据本发明的螺旋卷绕的纸产品的纤网可根据特定的应用而变化。通常,纤网可由任何合适类型的纤维制成。例如,基础纤网可由纸浆纤维、其它天然纤维、合成纤维等等制成。用于与本发明结合使用的合适的纤维素纤维包括呈任何比例的二次(再循环)造纸纤维和原生造纸纤维。这类纤维包括但不限于硬木和软木纤维以及非木本纤维。非纤维素合成纤维也可使用为配料的一部分。
根据本发明制成的纸纤网可用均匀纤维配料制成或者由分层级纤维配料产生的众层级形成于单层产品内。分层级的基础纤网可使用现有技术中已知的设备来形成,例如多层级流浆箱。
例如,不同的纤维配料可用在每一层级中,以便产生具有期望性能的层级。例如,含有软木纤维的层级比含有硬木纤维的层级具有更高的抗拉强度。另一方面,硬木纤维可增加纤网的柔软度。在一个实施例中,本发明的单张基础纤网包括主要含有硬木纤维的至少一个层级。根据需要,硬木纤维可以以高达约40重量%的量且优选从约15重量%到约25重量%的量与软木纤维和/或破碎纤维混合。基础纤网还包括位于第一外层级和第二外层级之间的中间层级。该中间层级可主要含有软木纤维。如果需要,其它纤维如高产量纤维或合成纤维可以以高达约10重量%的量与软木纤维混合。
当由分层级纤维配料制成纤网时,每层级的相对重量可根据具体应用而不同。例如,在一个实施例中,当制成包含三层级的纤网时,每一层级可占纤网总重量的约15%到约40%,如纤网总重量的约25%到约35%。
根据需要,可以将湿强度树脂添加至配料中,以增加成品的湿强度。目前,最常用的湿强度树脂属于称为聚酰胺-聚胺表氯醇树脂的聚合物类。这些类型的树脂有很多商业供应商,包括Hercules公司(KymeneTM)、汉高公司(FibrabondTM)、波登化学公司(CascamideTM)、乔治亚-太平洋公司等。这些聚合物的特征在于具有含有沿主链分布的活性交联基团的聚酰胺主链。其它有用的湿强度剂是由美国氰胺公司以商标名ParezTM销售的。
类似地,根据需要,干强度树脂可添加入配料以增加成品的干强度。这类干强度树脂包括但不限于羧甲基纤维素(CMC)、任何类型的淀粉、淀粉衍生物、树胶、聚丙烯酰胺树脂以及其它众所周知的干强度树脂。这类树脂的商业供应商与提供上面所讨论的湿强度树脂的那些供应商相同。
可添加到配料的另一加强的化学品是可购自Kemira公司(亚特兰大,佐治亚州)的Baystrength 3000,其是用于赋予纸纤网干燥和暂时湿抗拉强度的乙醛酸阳离子聚丙烯酰胺。
如上所述,本发明的纸产品通常由本领域已知的多种造纸工艺中的任何一种形成。在一个实施例中,基础纤网由不起绉空气穿透干燥工艺形成。参见图1,用于形成在本发明中所用的纸纤网的方法将被更详细地描述。示出的工艺描述了不起绉穿透干燥工艺,但将认识到,任何已知的造纸方法或生活用纸制造方法均可与本发明的制造非织造薄纸的织物结合使用。相关的不起绉空气穿透干燥纸工艺记载在例如美国专利US5,656,132和US6,017,417中,这两篇文献在此以与本发明相符的方式被援引纳入本文。
在图1中,具有造纸流浆箱10的双网成形装置将造纸纤维的水性悬浮液配料注射或沉积到多个成形织物,诸如外成形织物5和内成形织物3,从而形成湿纸纤网6。本发明的成形工艺可以是造纸工业中已知的任何传统成形工艺。这样的成形工艺包括但不限于长网造纸机、顶部成形机(roof former)如抽吸胸辊成形机、和夹网成形机如双网成形机和新月形成形机。
当内成形织物3绕成形辊4旋转时,湿纸纤网6形成在内成形织物3上。当湿纸纤网6被局部脱水至基于纤维的干重约10%的稠度时,内成形织物3用来支承和向工艺流程的下游携带新形成的湿纸纤网6。湿纸纤网6的附加脱水可通过已知的造纸技术如真空抽吸箱进行,同时内成形织物3支承湿纸纤网6。湿纸纤网6可附加地脱水至至少约20%的稠度,更特别地为约20%至约40%,更特别地为约20%至约30%。
成形织物3通常由任何合适的多孔材料如金属线或聚合物长丝制成。例如,一些合适的织物包括但不限于:购自奥伯尼国际公司(奥尔巴尼,纽约州)的Albany 84M和94M;购自Asten成形织物公司(威斯康星州,阿普尔顿)的Asten 856、866、867、892、934、939、959或937和Asten Synweve Design274;和购自Voith Fabrics(威斯康星州,阿普尔顿)的Voith 2164。也可以使用包括非织造基础层的成形织物或毡,包括斯卡帕公司的用挤出聚氨酯泡沫体如Spectra系列制成的那些。
在固体浓度为约10%到约35%尤其是约20%到约30%时,湿纤网6随后从成形织物3转移到转移织物8。在本文中,“转移织物”是位于纤网制造工艺的成形段和干燥段之间的织物。
优选地,该转移织物具有三维表面形貌,该三维表面形貌可通过基本连续的机器方向突部来提供,为此,所述突部由聚集在一起的多根卷曲的绞线组成,例如美国专利US7,611,607所述,该文献以与本文相符的方式被纳入本文。可被用作转移织物的具有三维表面形貌的特别优选的网包括在美国专利US7611607中被描述为Fred(tl207-77)、Jeston(tl207-6)和Jack(tl207-12)的织物。
转移到转移织物8可在正压和/或负压的帮助下进行。例如,在一个实施例中,真空靴9可施加负压,使得成形织物3和转移织物8在真空槽的前缘处同时汇聚和分开。通常,真空靴9供应约10到约25英寸汞柱水平的压力。如上所述,真空转移靴9(负压)可通过使用来自纤网的相对侧的正压来补充或代替,以将纤网吹到下一个成形织物上。在一些实施例中,其它真空靴也可用来帮助将纤网6抽吸到转移织物8的表面上。
通常,转移织物8以比成形织物3更慢的速度行进以提高纤网的MD和CD伸展性,其通常称为纤网在其机器横向(CD)或机器方向(MD)上的伸展性(以样品破坏时伸长百分比表示)。例如,所述两个网之间的相对速度差可以为约10%到约35%,在某些实施例中为约15%到约30%,并且在某些实施例中,为约20%到约28%。这通常称为“急速转移”。在“急速转移”过程中,纤网的很多结合处被破坏,从而迫使片弯曲并折叠到转移织物8的表面上的凹陷部分内。与转移织物8表面轮廓相配的这种模制方式可增加纤网的MD和CD伸展性。从一织物到另一织物的急速转移可遵循以下专利中任一个所教导的原理:US5,667,636,US5,830,321,US4,440,597,US4,551,199,US4,849,05,上述所有专利在此通过引用以与本发明相符的方式结合入本文。
湿纸纤网6随后从转移织物8转移到穿透干燥织物11。通常,转移织物8以与穿透干燥织物11大致相同的速度行进。然而,已经发现,可在纤网从转移织物8转移到穿透干燥织物11时进行第二急速转移。这种急速转移在本文中称为在第二位置处发生并通过以比转移织物8低的速度操作穿透干燥织物11来实现。通过在两个不同的位置,即第一位置和第二位置处进行急速转移,可以生产具有更好的CD伸展性的纸产品。
除了将湿纸纤网从转移织物8急速转移到穿透干燥织物11之外,湿纸纤网6可借助真空转移辊12或真空转移靴9宏观上被重新整理成顺应穿透干燥织物11的表面。如果需要,穿透干燥织物11可以低于转移织物8的速度行进,以进一步提高所生成的吸收性薄纸产品的MD伸展性。这种转移可在借助真空来进行,以确保湿纸纤网6顺应穿透干燥织物11的形貌。
在由穿透干燥织物11支承时,湿纸纤网6通过穿透干燥器13干燥至约94%或更高的最终的稠度。纤网15随后经过在卷筒22和卷轴26之间的卷绕辊隙,并被卷绕成纸卷25以便进行后续加工,如切割、折叠和包装。
优选借助真空将纤网转移到穿透干燥织物进行最终的干燥,以确保纤网的宏观重整以获得期望的蓬松度和外观。优选地,穿透干燥网设计成赋予纸纤网蓬松度和CD伸展性。因此在最佳配置形式中具有相当粗糙且三维的穿透干燥织物是有益的。结果是,相对平滑的片离开转移段并随后(在真空帮助下)被宏观重整以呈现高蓬松度、高CD伸展性的穿透干燥织物表面形貌。片的形貌从转移织物到穿透干燥织物上被完全改变,并且纤维被宏观上重新整理,包括显著的纤维-纤维移动。
合适的穿透干燥织物包括但不限于具有基本连续的机器方向突部的织物,由此所述突部由聚集在一起的多根卷曲的绞线组成,如在美国专利US6,998,024和US7,611,607中公开的那些。尤其优选的网是在美国专利US7,611,607中指代为Fred(t1207-77),Jeston(t1207-6)和Jack(t1207-12)的那些织物。纤网优选在穿透干燥织物上被干燥至最终干燥度,而无需压靠到杨克干燥器的表面并且不会发生随后的起绉。
更优选地,使用上面设置有设计元素的穿透干燥织物如图2中示出的织物是有益的。以这种方式,设计元素(本文也称为图案)在制造过程中被压印到初期纤网上,从而使该设计被赋予到初期纤网上。因此,在一个实施例中,所述纤网利用已通过施加装饰性的设计元素而改进的穿透干燥织物来形成。该装饰性的设计元素可以是装饰性的图形、图标或形状,如花、心形、小狗、图标、商标、词语等等。该装饰性设计可由凸起区域(元素)形成,该凸起区域使得该装饰性设计具有使之区别于周围的穿透干燥网表面的形貌。这些元素可合适地为一条或多条线、一个或多个段、点或其它形状。
优选地,所述设计元素在纤网上是间隔设置的,且它们间的间距可相等也可不同以使得设计元素之间的密度和间隔距离可不同。例如,设计元素的密度可不同以在纤网上提供相对大或相对小数量的设计元素。在一个特别优选的实施例中,表示为被设计元素覆盖的背景表面的百分比的设计元素密度为从约10%到约35%且更优选为从约20%到约30%。类似地,设计元素的间距也可不同,例如,所述设计元素可以以间隔开的多个行进行布置。此外,间隔开的行之间的间距和/或单个行内部的设计元素之间的距离也是可不同。
通过在穿透干燥网上设置设计元素,生产出的纸纤网具有由设计元素赋予的视觉可识别的设计和由穿透干燥织物赋予的带纹理的背景表面。优选地,该带纹理的背景表面具有这样的整体背景表面,即该整体背景表面具有约0.2毫米或更大的z-向高差的三维形貌。该形貌可以是规则的或不规则的。所述背景表面是除被装饰性的设计元素占据的任何表面部分以外的纤网的整个主表面。合适的带纹理的背景表面包括通常具有交替的凸部和凹部或者隆起部和凹陷部的表面。为了与装饰性设计相区分,交替的突部和凹部在带纹理的背景图案中的出现率可以是每10厘米约20或更多个。类似地,用于带纹理的背景图案的隆起部和凹陷部的密度可以是每平方厘米约0.6个或更多个,优选为每平方厘米3个或更多个。
通常,所述设计元素是局部地施加到穿透干燥织物上。特别合适的局部施加方法是将聚合物材料印刷(花)或挤压到表面上。可替代的方法包括施加流延薄膜或固化膜到表面内,或者编织、刺绣或缝合聚合物纤维到表面内,以形成图案或压花。特别合适的聚合物材料包括能被牢固粘附到穿透干燥织物上且在典型的薄纸机干燥器操作条件下能抵抗热降解且适度柔软的材料,例如聚硅酮、聚酯、聚氨酯、环氧树脂、聚苯基硫化物和聚醚酮。
在另一实施例中,如在美国专利US6,398,910中描述的那样,装饰性的设计可通过将聚合物绞线挤出到带纹理的空气穿透干燥织物上来形成,该专利以与本发明相符的方式被结合入本文。施加聚合物绞线,从而在带纹理的空气穿透干燥织物的平面上形成凸起的图案。
人们相信,通过利用带设计元素的穿透干燥织物形成纸纤网,如上所述,在纤网被转换成卷产品形式时可降低嵌套(nesting)现象。嵌套现象的降低又可改善某些性能,如卷产品的蓬松度和坚实度。通常,嵌套现象的产生是因为使用了将凹部和凸部赋予到纸纤网上的带纹理的穿透干燥织物。尽管这些凸部和凹部能为生产出的纤网带来许多益处,但在该纤网被转换为成品形式时有时会出现问题。例如,当纤网被转换成卷产品时,一个绕圈的凸部和凹部位于下一个绕圈的相应的突部的顶和凹部上,这导致该卷变得更紧密压紧,从而降低了卷蓬松度,增加了密度,并使得产品的卷绕的一致性和可控性降低。因此,在某些实施例中,本发明提供的纸产品包括具有带纹理的背景表面和设计元素的纸纤网,其中,所述设计元素降低了在纤网被转换成卷产品时纤网的嵌套现象。生产出的卷在给定的卷坚实度下通常具有更高的卷蓬松度。此外,该卷通常在螺旋卷绕的纤网的连续的圈之间具有惊人的互锁程度,改善了在给定的卷坚实度下的卷结构,更具体地说是允许制成更不坚实的卷而在圈与圈之间不会发生滑移。
改善连续的圈之间的互锁允许制成不太坚实的卷而在圈与圈之间不会发生滑移。例如,与利用具有错位的缝的穿透干燥织物生产的纸产品相比,诸如美国专利US7,611,605(其内容以与本发明相符的方式被结合入本文)中所公开的,本发明的卷纸产品具有类似地改善的卷结构和降低的嵌套。降低的嵌套和改善的卷结构(本文也称为卷构造)的一种计量方法为卷蓬松度(以cc/g表示)除以卷坚实度(以cm表示)的商再除以单片厚度(以cm表示)。通常,卷纸产品的卷结构小于约500cm/g且优选小于约450cm/g且更优选小于约350cm/g,如从约200cm/g到约500cm/g且更优选为从约250cm/g到约450cm/g。
此外,人们相信,使用印花的穿透干燥织物使得纤网具有改善的图案清晰度。图3中示出了具有改善的图案清晰度的纤网一个实施例。惊人的是,通过在带纹理的背景上设置图案,改善了图案和背景之间的视觉对比,产生了更清楚、更明显的图案。而且,带纹理的背景允许使用相对柔软或脆弱的印刷材料。
图案清晰度被改善到当产品被陈列在架子上时能被消费者识别的程度。以这种方式,消费者可给出图案是否清楚的定性评价。消费者可在0到10的范围内评价清晰度,使得清晰度等级为0表明没有可辨别的图案且清晰度等级为10是指带有轮廓鲜明的边缘、明确的图案高度和宽度的界限清楚的图案,并且看起来好像是设计图案的完美压印复制。在本发明的上述方法之前,由在先采用的工艺制成的材料具有约5的清晰度等级。现在,通过采用本发明的上述方法,本发明人能够生产出具有可视的、界限清楚的图案,从而消费者将给出大于约8的定性评价等级。
通过设置图案在高度地带纹理的穿透干燥织物上,不但图像清晰度得到改善,而且在整个制造过程中该图像的清晰度也得到了改善。就是说,在成品纤网上的图像的清晰度从穿透干燥织物寿命的开始至结束都没有明显降低。先前,图案是被设置在相对平坦的穿透干燥织物上且该印刷的图案将从穿透干燥网上被磨损,导致在网的整个寿命过程中图像质量逐渐恶化。现在,通过将图案设置在带纹理的背景表面上,一旦图案被磨损至背景纹理的上表面后,图案的任何磨损均被有效地制止,这允许在穿透干燥织物的整个可用寿命中的极好的图案清晰度。
一旦纤网被转移到穿透干燥织物上,纤网可利用趋向于保持湿纤网的蓬松度或厚度的任何无压缩的干燥方法进行干燥,包括但不限于穿透干燥、红外辐射、微波干燥等等。因为其商业可用性和实用性,穿透干燥是众所周知的并且是为本发明的目的用于无压缩地干燥纤网的一种常用手段。
在纤网被成形和干燥之后,本发明的纸产品经受转换工艺,在该工艺中,已成形的基础纤网被卷绕成卷以用于最终包装。在该转换工艺之前或之中,根据本发明,纸产品的基础纤网经受砑光工艺以降低片的厚度并改善柔软度,同时维持足够的抗拉强度。该砑光工艺压缩该纤网,有效破坏了在基础纤网的纤维间形成的粘合。以这种方式,砑光可增强纸产品的柔软感。在某些应用中,可在很大程度上维持纸纤网的蓬松度。通过这一工艺,在片被卷绕后在该片内至少存留更高的蓬松度。这种更高的片蓬松度显示为在固定的坚实度下的更高的产品卷蓬松度,同时维持所需的片柔软度。
下面的例子旨在示出了本发明的多个具体实施例,并不限制后附权利要求书的范围。
实例
实例1:
基片的制造使用穿透干燥造纸工艺,其通常被称为“不起绉穿透干燥”("UCTAD"),如在美国专利US5,607,551中总体描述的。制成的基片具有从约26到约34克每平方米(gsm)的目标干透基重。这些基片随后被转换并被螺旋地卷绕成卷纸产品。
在任何情况下,所述基片均使用分层流浆箱由包含北方软木牛皮浆和桉树浆的配料制成,该流浆箱由三个浆池供料以形成具有三个层(两个外层和一个中间层)的纤网。所述两个外层包含桉树(每层包含纤网总重的30%)且中间层包含软木和桉树。软木牛皮浆和桉树浆在中间层内的量针对对照物和本发明样品不同。对于对照物,该中间层包含占纤网总重29%的软木和占纤网重量的11%的桉树。对于本发明的样品,该中间层包含占纤网重量25%的软木和占纤网重量15%的桉树。强度通过添加淀粉和/或对配料打浆进行控制。
纸纤网形成在TissueForm V成形织物上,并真空脱水到大致25%的稠度并随后在转移至转移网上时经受急速转移。该转移织物为在美国专利US7,611,607中描述为“Fred”的织物(可从威斯康星州阿普尔顿市的福伊特织物公司商业购得)。
该纤网随后被转移到用于穿透干燥的第二“Fred”织物上。该第二“Fred”织物包括如图3中示出的利用硅树脂印在纤网上的图形。在转移时,至少约10英寸汞柱的真空度用于实现到穿透干燥织物的转移。该纤网然后在卷绕前被干燥至约98%的固体。
按上面所述地、但利用在美国专利US7,611,607中称为44MST的相对平坦的穿透干燥织物(可从威斯康星州阿普尔顿市的福伊特织物公司商业购得)制造对照物。表2示出了针对根据本例子制备的每个样品的工艺条件。
表2
样品编号 | 基重(gsm) | 打浆(hpt/天) | 淀粉(lbs/MT) | 急速转移(%) |
1(对照物) | 32.7 | - | 4 | 24 |
2(本发明) | 33.4 | 2.6 | 2.4 | 28 |
3(本发明) | 28.8 | 2 | 2 | 28 |
4(本发明) | 33.0 | 2 | 1.8 | 28 |
5(本发明) | 36.8 | 2 | 1.8 | 28 |
6(本发明) | 33.4 | 2.6 | 2.4 | 28 |
7(本发明) | 30.5 | - | 4 | 28 |
8(本发明) | 33.4 | - | 4 | 28 |
表3和表4总结了基片纤网的物理性能。
表3
表4
基片被转换成多种浴室纸巾卷。具体地,利用一个或两个传统聚氨酯/钢砑光机对基片进行砑光,该砑光机包括在片的空气侧的4或40 P&J聚氨酯辊和在网侧的标准钢辊的。针对每个样品的工艺条件在下表5中给出。所有的卷产品均包括单层基片,从而卷产品样品卷1包括单层基片样品1,卷2包括单层基片样品2,以此类推。砑光制造的纤网具有从约19到约22密耳的厚度和从约16cc/g到约19.0cc/g的片蓬松度。
表5
下方图6示出了由上述基片纤网生产出的卷纸产品的物理性能。
表6
实例2
基本按照上述方式利用不起绉穿透干燥(UCTAD)工艺制备基片。制成的基片具有约32克每平方米(gsm)的目标干透基重和约1000g/3”的GMT。这些基片随后被转换并被螺旋地卷绕成卷纸产品。表7示出了用于根据本实例制备的每个样品的工艺条件。
表7
表8和表9总结了基片纤网的物理性能。
表8
表9
样品编号 | GM斜率(g/3”) | 硬度指数 | Delta硬度指数 | Delta卷蓬松度 |
9(对照物) | 5536.7 | 7.52 | - | - |
10(本发明) | 3977.4 | 5.25 | -30% | 55% |
11(本发明) | 5235.3 | 6.94 | -8% | 41% |
12(本发明) | 4215.7 | 5.70 | -24% | 56% |
基片被转换成多种浴室纸巾卷。具体地,利用一个或两个传统聚氨酯/钢砑光机对基片进行砑光,该砑光机包括在片的空气侧的15或40 P&J聚氨酯辊和在网侧的标准钢辊。用于每个样品的工艺条件在下表10中给出。所有的卷产品均包括单层基片,从而卷产品样品卷9包括单层基片样品9,卷10包括单层基片样品10,以此类推。
表10
下方表11示出了由上述基片纤网生产出的卷纸产品的物理性能。
表11
虽然已经就其多个特定实施例详细描述了本发明,但本领域技术人员将会认识到,在理解前述内容的基础上,可以容易地想到这些实施例的改变、变型和等同。因此,本发明的范围应当确定为后附权利要求书以及它们的任何等同的范围。
Claims (20)
1.一种卷纸产品,其包括被螺旋地卷绕成卷的单层纸纤网,该单层纤网具有从约25到约35克每平方米(gsm)的干透基重和大于约15cc/g的片蓬松度,卷绕成的卷具有从约5毫米到约10毫米的卷坚实度。
2.根据权利要求1所述的卷纸产品,其中,所述卷绕成的卷具有约12cc/g或更大的卷蓬松度。
3.根据权利要求1或2所述的卷纸产品,其中,所述单层纤网具有从约650到约1000克/3英寸的几何平均抗拉强度。
4.根据权利要求1至3之一所述的卷纸产品,其中,所述单层纤网具有从约4.5到约8的硬度指数。
5.根据权利要求1至4之一所述的卷纸产品,其中,所述单层纤网具有小于约8000克/3英寸的几何平均斜率。
6.根据权利要求1至5之一所述的卷纸产品,其中,所述单层纤网具有从约4000到约6500克/3英寸的几何平均斜率。
7.根据权利要求1至6之一所述的卷纸产品,其中,所述单层纤网具有约9%或更大的机器横向伸展百分比。
8.根据权利要求1至7之一所述的卷纸产品,其中,所述卷绕成的卷具有小于约500厘米/克的卷结构。
9.根据权利要求1至8之一所述的卷纸产品,其中,所述单层纸纤网包括空气穿透干燥纤网。
10.根据权利要求1至8之一所述的卷纸产品,其中,所述单层纸纤网包括不起绉空气穿透干燥纤网。
11.一种单层纸纤网,具有小于约1000g/3”的几何平均抗拉强度、大于约15cc/g的片蓬松度和小于约8的硬度指数。
12.根据权利要求11所述的纤网,其中,所述片蓬松度为从约15cc/g到约20cc/g。
13.根据权利要求11或12所述的纤网,其具有从约28克每平方米到约32克每平方米的干透基重。
14.根据权利要求11-13之一所述的纤网,其中,所述硬度指数为从约4.5到约7。
15.根据权利要求11-14之一所述的纤网,其中,所述单层纸纤网包括空气穿透干燥纤网。
16.根据权利要求11-14之一所述的纤网,其中,所述单层纸纤网包括不起绉空气穿透干燥纤网。
17.一种卷纸产品,包括被螺旋地卷绕成卷的单层纸纤网,该纸纤网具有带纹理的背景表面和设计元素、小于约1000g/3”的几何平均抗拉强度、大于约15cc/g的片蓬松度和小于约8的硬度指数,其中,卷绕成的卷具有大于约10cc/g的卷蓬松度。
18.根据权利要求17所述的卷纸产品,其中,所述产品具有从约5到约10毫米的卷坚实度。
19.根据权利要求17或18所述的卷纸产品,其中,所述单层纤网具有从约28到约32克每平方米的干透基重。
20.根据权利要求17-19之一所述的卷纸产品,其中,所述卷绕成的卷具有从约250厘米/克到约500厘米/克的卷结构。
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