CN109952399A - 包含纤维素纳米丝的多密度纸制品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过造纸方法生产的吸附性毛巾纸纸辐制品，其在所述的纤维纸辐中进入不同的密度，并且包含占所述的纸辐制品的干纤维重量的0.05％至20.0％的纤维素纳米丝。

Description

包含纤维素纳米丝的多密度纸制品
本申请要求提交日期为2017年7月1日的美国临时专利申请系列No.62/357,475的权益。
技术领域
本发明涉及包含纤维素纳米丝的纸辐制品，更具体而言，本发明涉及包含纤维素纳米丝的多密度毛巾纸或薄页纸纸辐结构。
背景技术
纸制品(例如面巾纸,餐巾,浴室纸巾,尿布和其他类似的制品)被设计成包含多种重要的性质。例如这些制品应该具有良好的松厚度,良好的吸附性,柔软的手感,并且应该具有良好的强度和耐久性。不幸的是，当采取步骤以增加这些制品的一种性质时，制品的其他特征通常受到不利地影响。
配方设计师多年来试图在他们的纸结构中平衡更高水平的软木纤维，以获得它们结构的足够的或改善的强度，同时试图使对通常由较高水平的软木纤维导致的柔软性、耐久性或吸附性的不利影响最小。问题是配方设计师不能可靠地制造可接受的纤维结构，特别是穿透式空气干燥(“TAD”)的卫生纤维薄页纸结构，其基于干纤维包含低于20重量％的软木纤维，其中无需过度地精制软木纤维，和/或加入过量的化学强度剂，以便取得所需水平的强度和/或可靠性(避免在制造和/或加工过程中片材断裂)。
对于用于例如餐巾纸、特别是餐巾和手巾的多用途片材而言，增加的软木含量、增加的精制和/或阳离子/阴离子聚合物的加入必须取得持久性要求所需的强度目标。然而，所有这些行为可以不利地影响片材手感和制品吸附性。
因此，持续需要一种新的纤维纸结构，其进一步优化薄页纸制品的物理制品性能，增加湿和干强度，而不会牺牲柔软性、吸附性和造纸可靠性。这种结构对于多密度造纸结构是特别由价值的，并且这种结构的非限定性实例是穿透式空气干燥的,NTT,ATMOS和UCTAD方法。
发明概述
本发明涉及通过造纸方法生产的吸附性薄页纸毛巾纸纸辐制品，其在纤维纸辐中引入不同的密度，并且包含占纸辐制品干纤维重量的大约0.05％至大约20.0％的纤维素纳米丝。
本发明还涉及通过造纸方法生产的软卫生薄页纸纸辐制品，其在纤维纸辐中引入不同的密度，并且包含占纸辐制品干纤维重量的大约0.05％至大约20.0％的纤维素纳米丝。
附图简述
图1为用于本发明公开的制造多密度吸附性薄页纸或毛巾纸纸辐制品的穿透式空气干燥方法的示意图。
图2为用于本发明公开的制造多密度吸附性薄页纸或毛巾纸纸辐制品的备选“新薄页纸技术”(“NTT”)的示意图。
图3为用于本发明公开的制造多密度吸附性薄页纸或毛巾纸纸辐制品的改良薄页纸模制系统“ATMOS”方法的示意图。
图4为用于本发明公开的制造多密度吸附性薄页纸或毛巾纸纸辐制品的去皱穿透式空气干燥技术“CUTAD”方法的示意图。
发明详述
本发明涉及用于制造吸附性毛巾纸或薄页纸纸辐的方法。本发明的方法生产包含天然浆料纤维和纤维素纳米丝的纤维结构，其可以具有增强的性质和/或极大地减少软木内含物的能力，而不会不利地影响造纸机的运行能力、片材强度和/或其他理想的片材特性。更具体而言，本发明涉及制造纤维结构的方法，该纤维结构包含长的和短的天然纤维，并且由此在精制之前或之后，将纤维素纳米丝以占片材重量的大约0.05％至大约20.0％的量加入软木流中。在优选的实施方案中，将高的纵横比的纤维素纳米丝加入软木流中，并与临时的或永久的湿强化添聚合物结合，从而形成混合的水性软木纤维流。
就非分层的制品而言，这种混合的水性软木流与其他水性流混合，包括其他天然的纤维流，从而制备所需的纤维原料，将其供入用于生产纸辐的造纸机中。对于分层制品而言，将软木纤维/纤维素丝流供入网前箱的一层或多层中，其中所述的层与硬木或片材的表面层分开。然后，将分层的水性纤维片材脱水，并在用于生产纸辐的造纸机上干燥。
定义
如本文所用，“纸制品”是指任何形成的纤维结构制品，通常但不必须包含纤维素纤维。在一个实施方案中，本发明的纸制品包含吸附性毛巾纸制品。在备选的实施方案中，本发明的纸制品包含软卫生薄页纸制品。
“薄页纸”或“毛巾纸”纸制品是指包含薄页纸或毛巾纸技术的制品，通常包括但不限于传统的毛毡辊压或传统的湿辊压薄页纸、图案化的加密薄页纸、穿透式空气干燥纸(皱纹的或非皱纹的)。例如本发明公开的造纸方法可以使用粘合剂起皱、湿起皱、双重起皱、压花、湿加压(we-pressing)、空气加压、穿透式空气干燥、起皱穿透式空气干燥、非起皱穿透式空气干燥以及形成纸辐的其他步骤。这种技术的一些实例在美国专利No.4529480,5,048,589,5,399,412,5,129,988,5,494,554,5,607,511,6,398,916,7,744,726和8,388,803中公开。当形成多层薄页纸制品时，分开的层可以根据需要，由相同的方法或由不同的方法而制造。
例如在一个实施方案中，薄页纸纸辐可以通过使用本领域已知的方法形成起皱的穿透式干燥的纸辐。为了形成这种纸辐，由辊适当支撑并驱动的环形移动成形织物由网前箱接收分层的造纸原料。真空箱被设置在成形织物的下方，并且适用于由纤维造纸配料除去水，从而有助于形成纸辐。由成形织物，将形成的纸辐转移至第二织物，其可以是造纸网或毛毡。织物通过多个导向辊支撑用于围绕连续的路径移动。捡拾辊(被设计成促进由织物至织物的纸辐的转移)可以被包含在内用于转移纸辐。
优选的是，成形的纸辐是干燥的，优选的是将加热空气吹过成形的纸辐，然后，转移至可旋转的加热干燥鼓(例如Yankee干燥器)的表面。干燥筒可任选地提供位于树脂粘合剂涂层组合物下方的树脂保护性涂层。树脂粘合剂涂层组合物优选的是可再润湿的。操作所述的方法，使得粘合剂涂层被保持，从而在纸辐转移至干燥循环上时提供足够的湿粘强度，从而在干燥过程中保护纸辐。粘合剂树脂涂层组合物也被保持，使得粘合剂涂层组合物在干燥时是易弯曲的，这样纸辐可以由干燥筒上移除，从而在干燥结束时，不会使片材具有明显的损坏。纸辐可以由穿透式干燥织物直接转移至Yankee，或者优选地，转移至印模织物，其随后用于将纸辐转移至Yankee干燥器上。接着，将纸辐通过皱纸刀由干燥器上移除。起皱的纸辐在其形成时，进一步降低了纸辐内的内部结合，并增加柔软性和吸附性。
在其他的实施方案中，通过非起皱穿透式干燥方法形成基础纸辐。相关的非起皱穿透式干燥薄页纸方法在例如美国专利No.5,656,132和6,017,417中描述。
根据本发明的纤维结构可以为穿透式空气干燥的纤维结构、不同密度的纤维结构、不同基础重量的纤维结构、湿法成网的纤维结构、空气成网的纤维结构、起皱的或非起皱的纤维结构、图案加密的或非图案加密的纤维结构、致密或非致密的纤维结构、双重再起皱纤维结构形式，如美国专利Not.3,301,746,3,974,025,4,191,609,4,637,859,6398,906和8388,803中举例说明的本领域公知的那样。
如本文所用，短语“造纸配料”是指纤维素或非纤维素纤维、造纸功能助剂(强度、吸附性或柔软性改善)、填料和用于形成造纸纸辐的其他造纸方法材料的水性混合物。
如本文所用，短语“干燥纤维基础重量的百分率(％)”是指参照完全干燥的“全干”纤维和其他材料的百分相关材料，其中所有的水和其他挥发性材料由造纸纸辐中除去。
如本文所用，“纤维”是指表观长度大幅超过其表观直径的延长的物理结构，即，长度与直径的比值为至少大约10并且小于200。具有非圆形横截面和/或管状的纤维是普通的；在这种情况下，“直径”可以认为是横截面积等于纤维的横截面积的圆形的直径。更具体而言，如本文所用，“纤维”是指形成纤维结构的纤维。本发明考虑使用多种形成纤维结构的纤维，例如天然纤维，例如纤维素纳米丝和/或木浆纤维、非木浆纤维、任何合适的纤维和它们的任意的组合。
木纤维，通常被称为木浆，其是本领域任一技术人员所熟悉的多种化学制浆方法的任意一种由它们的来源释放出来的，包括牛皮纸(硫酸盐)、亚硫酸盐、多硫化物、碱法制浆等。此外，纤维可以使用机械和半化学方法由它们的来源释放，例如包括圆木,热机械木浆,化学机械木浆(CMP),化学热机械木浆(CTMP),碱性过氧化氢机械木浆(APMP),中性半化学化学亚硫酸盐木浆(NSCS)也有所考虑。所述的木浆如果需要，可以通过本领域任一技术人员所熟悉的任意一种方法或方法的组合来白化，包括使用二氧化氯、氧、碱性过氧化物等。然而，由于化学木浆赋予优异的触觉和/或所需的薄页纸片材性质，所以它们是优选的。可以使用由落叶树(下文称为“硬木”)和针叶树(下文还称为“软木”)衍生的木浆，和/或与人造纤维一起由非木本植物衍生的纤维。硬木、软木和/或非木本纤维可以共混，或者备选地，可以趁机成层，从而提供层积的和/或分层的纸辐。美国专利Not.4,300,981和3,994,771公开了软木和硬木纤维的分层。由再生纸衍生的纤维以及其他非纤维材料(例如用于促进初始造纸和纸张加工的粘合剂)也适用于本发明。
木浆纤维可以是短的(其代表为硬木纤维)或长的(其代表为软木纤维和一些非木纤维)。由牛皮纸制浆方法衍生的以及起源于更北方其后的软木纤维可以是优选的。这些通常称为北方漂白软木牛皮纸(NBSK)木浆。软木通常以多种水平包含在纸辐中，这取决于所需的制品和制品特征。例如配方设计师将软木纤维以占毛巾纸制品干纤维重量的大约20％至大约89.9％、优选为大约30％至大约70％、更优选为大约40％至大约60％的水平包含在吸附性毛巾纸制品中。此外，配方设计师将软木纤维以占薄页纸制品干纤维重量的低于56.4％、优选为大约2％至大约45％、更优选为大约10％至大约35％、甚至更优选为大约20％至大约30％的水平包含在软卫生毛巾纸制品中。
软硬木纤维的非限定性实例包括由选自以下的纤维来源衍生的纤维：阿拉伯树胶,桉树,枫树,栎树,Aspen,桦树,三叶杨,赤杨木,灰烬,樱桃树,Elm,山胡桃树,杨树,树胶,胡桃木,Locust,悬铃木,山毛榉,落叶乔木,檫树,格梅林,合欢属和木兰科。软木纤维的非限定性实例包括由松树,云杉,冷杉,Tamarak,Hemlock,柏树和雪松衍生的纤维。配方设计师可以将硬木纤维以占毛巾纸制品干纤维重量的大约10％至大约55％、优选为大约20％至大约50％、更优选为大约30％至大约40％的水平包含在吸附性毛巾纸制品中。此外，配方设计师将硬木纤维以占毛巾纸制品干纤维重量的大约43.5％至大约99.9％、优选为大约50％至大约80％、更优选为大约60％至大约70％的水平包含在软卫生薄页纸制品中。
本发明考虑的另一种造纸材料为微藻的内含物，其在专利US8298374中教导。对于薄页纸和毛巾纸，微藻可以是海洋微藻或淡水微藻。微藻可以选自但不限于非游动单细胞藻类、鞭毛虫、硅藻和蓝绿藻。微藻可以选自但不限于以下科：盐藻,小球藻,扁藻,葡萄藻,红球藻,褐指藻,肋骨条藻,角毛藻,等鞭金藻,微拟球藻,微绿球藻,Pavlova,菱形藻,颗石藻,Chlamydomas或集胞藻。理想的是，微藻的最长维度的尺寸为小于大约500μm，优选为小于300μm，甚至更优选为小于200μm。与纤维素纳米丝的高度保留特征耦合的微藻的小尺寸创建了独特的合成和造纸用途/结构。
可以将再利用纤维以任何量加入配料中。尽管可以使用任何合适的再利用纤维，但是具有相对低水平的碎木料的再利用纤维在许多情况下是优选的，例如木质素含量低于15重量％，或者木质素含量低于10重量％的再利用纤维是优选的，这取决于使用的配料混合物和应用。
还可以用于纸制品中并且在本发明的考虑范围内的“有原人造非纤维素纤维”是使用本领域任一技术人员已知的多种溶剂制备的纤维素涂料而形成的。将这种涂料纺丝到纤维中，其可以使用，或者进一步有原化，并引入吸附性片材中。不限于理论，诸如纺织纤维之类的合成纤维素与改性纺织纤维一起考虑，其中所述的改性纺织纤维通过精制和其他方法使尺寸减小，从而创造更小的纤维和纤维段。美国专利7,718,036示出在薄页纸和毛巾纸结构中有原化losel的多种考虑的溶剂和内含物。有原化人造非纤维素纤维可以可任选地以至多高达大约20％的水平、优选地至多高达大约10％的水平、更优选地至多高达大约5％的水平、并且更优选地至多高达大约2.5％的水平包含在毛巾纸或薄页纸纸辐中。
“非木质天然纤维”结构形成纤维也可以用于本发明，并且可以包含动物纤维、矿物纤维、植物纤维、人造初生纤维和工程纤维元件(例如纤维素纳米丝)。动物纤维可以例如选自羊毛、丝和它们的混合物。植物纤维可以例如衍生自选自木材,棉花,棉绒,亚麻,剑麻,马尼拉麻,大麻,hesperaloe,黄麻纤维,竹子,甘蔗渣,细茎针草,稻草,黄麻纤维,大麻,丝棉乳草,野葛,玉米,高粱,葫芦,龙舌兰属,香毛簇,丝瓜和它们的混合物的植物。非木质天然纤维可以可任选地以至多高达大约20％的水平、优选地至多高达大约10％的水平、更优选地至多高达大约5％的水平、更优选地至多高达大约2.5％的水平包含在毛巾纸或薄页纸纸辐中。
本发明公开还考虑了由本发明的方法制造的纸辐制品，该制品由更高水平的非木质天然纤维构成，例如占纸辐干纤维重量的大于大约10％、优选地大于大约20％、更优选地大于大约50％、甚至更优选地大于大约75％的非木质纤维。结果，纸辐可以由于其他纤维成分和/或必须化学制品混合物的主要的非木质纤维构成，从而高效地生产纸辐并满足消费者对制品的需要。所考虑的非木质纤维可以是短的9，即，长度小于大约1.2毫米；或者长的，即，长度大于1.2毫米；或者与不同长度的纤维组合使用，从而得到所需的制品。在这些结构中，可以将纤维素纳米丝根据需要加入长的纤维或短的纤维段中，从而得到目标制品的性质。
如本文所用，短语“非纤维素纤维”是指一类造纸纤维，其由天然或人造纤维构成，这些纤维由除了纤维素以外的材料构成。非纤维素纤维包括但不限于人造初生纤维、得自动物来源的纤维和/或微藻。此外，形成本发明的制品的纤维可以由聚合物熔融组合物通过合适的纺丝操作(例如熔融喷射和/或纺丝结合)纺丝而成，和/或它们可以得自天然来源。这种纤维可以是单组分的和/或多组分的。例如纤维元素可以包含双组分纤维和/或纤维丝。双组分纤维和/或纤维丝可以为任何形式，例如并排的、核心和外鞘的、海岛状的等等。纤维丝的非限定性实例包括熔融喷射和/或纺丝结合的纤维丝。可以纺丝形成纤维丝的聚合物的非限定性实例包括天然聚合物，例如淀粉、淀粉衍生物、纤维素(例如粘胶和/或纺织纤维)、纤维素衍生物、半纤维素、半纤维素衍生物；以及合成聚合物，包括但不限于热塑性聚合物纤维丝(例如聚酯),尼龙,聚烯烃(例如聚丙烯纤维丝),聚乙烯纤维丝,和生物可降解的热塑性纤维，例如聚乳酸纤维丝,聚羟基脂肪酸酯纤维丝,聚酰胺酯纤维丝和聚己内酯纤维丝。纤维的非限定性实例包括浆纤维，例如木浆纤维；以及合成人造短纤维，例如聚丙烯,聚乙烯,聚酯,它们的共聚物,人造纤维丝,玻璃纤维和聚乙烯醇纤维。人造短纤维可以通过以下方式生产：纺丝纤维丝丝束，然后将其切成小于5.08cm(2in.)的链段，由此生产纤维。非纤维素纤维可以可任选地以至多高达大约20％的水平、优选地至多高达大约10％的水平、更优选地至多高达大约5％的水平并且更优选地至多高达大约2.5％的水平包含在毛巾纸或薄页纸的纸辐中。
“合成聚合物纤维”等术语还可以指由诸如聚酯、尼龙和聚烯烃等之类的合成聚合物制成的非纤维素纤维。聚酯通常通过已知的聚合技术由脂肪族或芳香族二羧酸与饱和的脂肪族或芳香族二醇得到。优选的芳香族二酸单体为低级烷基酯，例如对苯二酸或异酞酸的二甲基酯。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。优选的芳香族二羧酸或其酯或酸酐被饱和的脂肪族或芳香族二醇酯化或转酯化和缩聚。典型的饱和的脂肪族二醇优选包括低级烷烃二醇，例如乙二醇。典型的环脂肪族二醇包括1,4-环己二醇和1,4-环己二甲醇。典型的芳香族二醇包括芳香族二醇，例如对苯二酚,间苯二酚和萘二酚的异构体(1,5-；2,6-；和2,7-)。还可以使用脂肪族和芳香族二羧酸、以及饱和的脂肪族和芳香族二醇的多种混合物。最通常地，芳香族二羧酸与脂肪族二醇聚合，从而产生聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(对苯二酸+乙二醇)。此外，芳香族二羧酸可以与芳香族二醇聚合，从而产生全芳香族聚酯，例如对苯二甲酸聚苯酯(对苯二酸+对苯二酚)。聚酯的实例包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚(1,4-丁烯)对苯二酸酯；1,4-亚环己基二亚甲基对苯二酸酯/间苯二酸酯共聚物以及由芳香族二羧酸和选自以下的二醇衍生的其他线性均聚物的酯，其中所述的酸包括异酞酸,联苯甲酸,萘-二羧酸(包括1,5-；2,6-；和2,7-萘-二羧酸)；4,4,-二亚苯基-二羧酸；双(p-羧基苯基)甲酸；乙烯-双-p-苯甲酸；1,4-四亚甲基双(p-羟苯甲酸)；乙烯双(p-四亚甲基酸；1,3-丙撑双(p-羟苯甲酸)；以及1,4-四亚甲基双(p-羟苯甲酸),所述的二醇为2,2-二甲基-1,3-丙二醇；环己烷二甲醇；通式如下的脂肪族二醇：HO(CH2)nOH，其中n为2至10的整数，例如乙二醇；1,4-四乙二醇；1,6-六乙二醇；1,8-八乙二醇；1,10-十乙二醇；和1,3-丙二醇；和通式如下的聚乙二醇：HO(CH2CH2O)nH，其中n为2至10,000的整数,和芳香族二醇，例如对苯二酚,间苯二酚和萘二酚的异构体(1,5-；2,6-；和2,7)。还可以存在一个或多个脂肪族二羧酸，例如己二酸,癸二酸,壬二酸,十二烷二酸或1,4-环己烷二羧酸。
合适的聚烯烃树脂包括使烯烃(例如乙烯、丙烯、丁烯-1、戊烯-1,4-甲基戊-1-烯等)以常规方式聚合而制备的材料。可以用于纤维的聚烯烃为保密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯。其他聚烯烃的均聚物和乙烯的共聚物可以用于本发明的实践中。此类其他的聚烯烃包括低密度聚乙烯(LDPE)、极低密度聚乙烯(VLDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)和聚丁烯(PB)。而且，这些其他的聚烯烃可以与诸如聚丙烯或高密度聚乙烯(HDPE)之类的其他聚烯烃共混。
用于本发明的实践的尼龙或聚酰胺树脂是本领域公知的，并且包括半晶体和非晶体树脂，其可以例如通过使等摩尔的饱和二羧酸(包含4至12个碳原子)与二胺的缩聚反应，通过内酰胺的开环聚合反应，或者通过聚酰胺与其他成分的共聚而生产，例如形成聚醚聚酰胺嵌段共聚物。聚酰胺的实例包括聚己二酰己二胺(尼龙66),polyhexam ethyleneazelaamide(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),聚十二酰十二胺(尼龙1212),聚已内酰胺(尼龙6),polylauric lactam,聚-11-氨基十一酸,以及己二酸、异酞酸和己二胺的共聚物。
合成聚合物纤维与纤维素相比，通常是疏水性的，并且缺乏用于结合湿强树脂的阴离子位点或者与浆料衍生纤维高效地形成氢键的足够的羟基基团。与本发明关联使用的合适的纤维包括熔融-初生纤维、熔融-喷射纤维、具有多个链段的可拆分纤维以及通过圆盘精制机中精制而可拆分成链段的特别分段的双组份纤维。可以由Fiber InnovationTechnology获得的一种合适的纤维为16段2-旦尼尔尼龙/特征细度为0.125旦尼尔的聚酯双组份纤维，如下文讨论。
用于制备可拆分的纤维的分段纤维制备物通常与热塑性纤维是关联知道的，其中纤维具有由不同聚合物形成的链段。例如参见Pike等人的美国专利No.5,759,926，和Sasse等人的美国专利No.5,895,710，以及Polanco等人的美国专利申请公开No.2003/0203695(U.S.专利申请系列No.10/135,650)。
与本发明关联生产并使用的可拆分的纤维可以具有分段的饼形、海洋构造中的小岛、并排构造、中空构造等。参见Murakami等人的美国专利No.4,735,849，图6A-6D，以及美国专利申请公开No.US 2002/0168912(美国专利申请系列No.09/852,888)，图2-9。可拆分的纤维可以适当地分解，然后引入至配料中，如下文讨论。
在制备用于造纸操作的纤维的过程中，软木纤维和一些硬木纤维浆料经过机械或化学加工，由此纤维被压缩，经过高剪切和/或化学处理，从而制备更具挠性的纤维，并且通过纤维颤动、纤维膨胀和增加的纤维挠性而创建增加的纤维与纤维的结合面积。本领域的那些技术人员将意识到，精制浆料纤维的三个主要制品为：1)根据精制强度和一致性，纤维百分率根本未受影响；2)大部分百分率的纤维受到颤动，由此纤维细胞壁分层，并且与原始纤维保持结合的微纤维被暴露出来；以及3)一定百分率的纤维和微纤维被切割或机械破碎成极小的块(长度<200微米)，该级份称为精细级份。这些精细级份可以是初级的(存在于天然木材来源中的那些)或二级的(在精制作用过程中创建的那些)。所发现的情况是，通过改变精制强度、一致性和其他加工条件，可以创建新的纤维构成成分，在本发明中称为“纤维素纳米丝”，并且通过优化加工阶段和单位操作，可以生产包含超过40％个性化纤维素纳米丝的所得的浆料纤维流。
本发明使用的“纤维素纳米丝”可以衍生自软木和/或硬木，并且其原本可以包含软木和硬木的纤维状元素。纤维素纳米丝可以被加入造纸配料的精制浆料纤维混合物中，而用于制造吸附性毛巾纸或软卫生薄页纸的方法中。纤维素纳米丝以占所需的纸辐干纤维重量的大约0.05％至大约20.0％、优选为大约0.1％至大约10.0％、更优选地大约0.2％至大约5％、甚至更优选地大约0.5至大约2％的水平加入。
在本发明所考虑的方法中，纤维素纳米丝优选地与软木浆料纤维和强化添加剂一起加入精制的软木浆料纤维混合物中。在一个实施方案中，纤维素纳米丝加入到软木浆料纤维混合物中，然后加入强化添加剂。在分开的实施方案中，在加入强化添加剂后，将纤维素纳米丝加入到软木浆料纤维混合物中。
纤维素纳米丝的尺寸和高纵横比最为独特的纤维种类而不同于所述的材料，并且不表征为软木或硬木材料。高纵横比是指纤维的长度除以纤维的宽度为至少200至大约5000，优选为大于大约600至大约1000。纤维素纳米丝具有除以纳米范围的平均宽度，例如大约30nm至大约500nm的平均宽度，并且具有微米范围或更高的平均长度，例如平均长度为大约100um，优选为大约200um至大约2mm。纤维素纳米丝的平均厚度为大约20nm至大约60nm，优选为大约30nm至大约50nm，更优选为大约35nm至大约45nm。这种纤维素纳米丝可以通过例如仅使用机械手段的方法来获得，例如在2012年1月19日提交的美国专利申请公开No.2013/0017394中公开的方法。此外，纤维素纳米丝可以由多种方法制备，只要保持指定的几何形状即可。用于创建纤维素纳米丝的方法包括但不限于修改的精制设备、均化器、超声纤维处理和化学纤维处理(包括酶纤维改性)。
在Charreau等人的文章“Nanocellulose Patent Trends:A ComprehensiveReview on Patents on Cellulose Nanocrystals,Microfibrillated and BacterialCellulose”(Nanotechnology,2013 7,56-80)中，作者综述了过去几年用于指微有原纤维素(MFC)的多个术语，并且“纤维素纳米丝”可以纳入这些一般的术语中。本发明公开的“纤维素纳米丝”材料特别是指在Hua,X等人在标题为“Cellulose nanofilaments and methodfor their production”的公开文件US20130017394 A1中公开的方法的结果。通过该方法生产的材料是独特的，其在于所公开的方法生产出纵横比(长度/宽度)显著大于之前公开的材料的纤维素纳米丝。
作为本发明的基础的纤维素纳米丝在结构上极其不同于其他纤维素碎片，例如使用用于机械分解木浆纤维的其他方法制备的微有原纤维素(MFC)或纳米有原纤维素(NFC)，不同之处在于本发明的纤维素纳米丝具有占纤维丝重量的至少40％、优选为75％、更优选为90％的有原纤维素材料，其纤维丝的长度至多为300-350um，并且直径为大约100-500nm。MFC中的有原纤维素材料具有小于100um的长度，而NFC中的有原先维素材料通常具有小于1um的长度。但是，本领域的那些技术人员应该意识到，在纤维素纳米丝材料的生产中，类似于使用机械手段生产的其他有原纤维素材料，并非是具有单一维度值的均匀材料。在优选的实施方案中，纤维素纳米丝的长度为至多300-350um，直径为大约100-500nm，并且是通过木材或植物纤维的多次高度一致性精制而生产的，而且占纤维素纤维丝重量的不少于50％具有高达300-350um的长度和大约100-500nm的直径。长度高达300-350um并且直径为大约100-500nm的纤维素纳米丝材料的精确百分率取决于总的能量输入、精制通过的次数、精制的强度以及其他的精制操作条件。上文所述的纤维素纳米丝材料以及精制浆料流的优选共混物(在精制浆料流中包含>50％纤维素纳米丝)为本发明的基础。
本发明所考虑的纤维素纳米丝的另一个有前景的应用是将小百分率的纯的纤维素纳米丝和/或纤维素纳米丝与其他精制制品的混合物包含在未利用的或再利用的浆料流中，然后运送至造纸位点。按照这种方式，未利用的纤维源可以通过纤维素纳米丝的加入而增强，然后可以将纤维素纳米丝加入造纸方法中，而不会引入新的纤维剂量流。通过在浆料生产设施中定量纤维素纳米丝中的纤维素，人们可以仅通过纤维素纳米丝内含物来生产具有多种特征的所谓的“超级浆料”。因此，用于纤维素单纤维丝加入的许多不同方法是本发明所考虑的，并且这些包括但不限于直接的纯的纤维素纳米丝内含物，包括纤维素纳米丝和其他精制副产物的混合物，其中优选的纳米纤维素含量>50％，并且纤维素纳米丝通过包含在未利用的或再利用的纤维中而加入，然后在造纸厂中加入。
在本发明所述的造纸方法以及通过这些方法制造的纸制品的备选实施方案中，纳米丝被传递至所述的方法中，并由此以微米和纳米尺寸的纤维素纤维素的干燥共混物形式传递至纸中。所述的共混物可以包含纤维素纳米丝、完整的有原纤维和纤维素精细品的共混物。
如本文所用，短语“完整的有原纤维素纤维”或“完整的有原纤维”是指经历机械或化学处理的纤维素纤维，其中在所述的处理过程中，单一的或成捆的纤维素纤维丝由纤维体上释放，但是在一个末端保持与纤维连接，从而创建更多的结合区域以及增加的纤维与纤维的接触。处理的程度决定已经由纤维上释放的纤维素纳米丝的数量。
如本文所用，短语“纤维素精细品”是指长度<低于200微米的一类纤维材料。这些材料可以包括初级的或在树木中天然形成的材料，或者它们可以分类为刺激的，通过浆料纤维的制浆和/或处理而创建的那些，并因此可以包含纤维部分和/或纤维素纳米丝部分。精制品不是均匀的材料，并且仅用于代表具有定义长度限定的一类材料。
当使用微米和纳米尺寸的纤维素纤维丝的共混物时，该共混物可以占纤维素纳米丝的共混物重量的至少大约40％、优选为至少大约60％、更优选为至少大约75％；占完整有原纤维的共混物重量的至少大约10％、优选为至少大约20％、更优选为至少大约30％；以及占纤维素精制品的共混物重量的至少大约5％、优选为至少大约10％、更优选为至少大约20％。
本发明的纤维结构可以是均匀的或者可以是分层的。如果是分层的，则纤维结构可以包含至少两层和/或至少三层和/或至少四层和/或至少五层。
如本文所用，“基础重量”是指每单位面积的样品的重量，以lbs/3000ft2或g/m2报告。本发明的纤维毛巾纸结构和/或卫生薄页纸制品可以展示10g/m2至大约120g/m2、和/或大约14g/m2至大约80g/m2、和/或大约20g/m2至大约60g/m2的基础重量。
通过制备一份或多份某一面积(m2)的样品，并在最小分辨率为0.01g的顶装天平上将根据本发明的纤维结构的样品(多个)和/或包含这种纤维结构的纸制品称重，从而测量基础重量。使用防风罩使天平免于空气流和其他干扰。当天平上的读值恒定时，记录重量。计算平均重量(g)，和样品的平均面积(m2)。通过平均重量(g)除以样品的平均面积(m2)，计算基础重量(g/m2)。
如本文所用，“软卫生薄页纸制品”是指作为擦拭工具用于尿后和便后清洁(洗手间薄页纸)、用于耳鼻喉分泌物(面巾纸)和多功能吸附和清洁用途(吸附性毛巾纸)的软低密度(即，<大约0.15g/cm3)纸辐。根据本发明公开制备的卫生薄页纸制品可以经过任何合适的后处理，包括但不限于印制、压花、压光、撕开、折叠、与其他纤维结构结合和/或缠绕等。
在本发明的软薄页纸制品的一个实例中，纤维结构占精制软木浆纤维混合物重量的大约2％至56.5％。精制的软木纤维混合物包含占软薄页纸制品干纤维重量的大约0％至大约56.4％的软木浆。软木浆在与强化添加剂结合之前可任选地精制或未精制。将强化添加剂以如下方式加入水性流中：加入造纸配料中的强化添加剂占薄页纸制品的干纤维重量的大约0.05％至大约1.5％。在长纤维木浆和阳离子聚合物结合后，将占薄页纸纸辐的干纤维重量的大约0.05％至大约20.0％的纤维素纳米丝共混至所述的流中。在本发明的一个实施方案中，随后将这种流与占薄页纸制品干纤维重量大约43.5％至大约99.9％的硬木浆纤维混合物(其包含硬木纤维和纤维素纳米丝)共混，并通过上文讨论的任何方法形成纤维片材。在本发明的另一个实施方案中，长纤维流被供入造纸系统的分开的层或多层中，并与硬木浆纤维流分离。该方法实施方案生产软卫生薄页纸制品。
如本文所用，“吸附性毛巾纸制品”是一类造纸制品，其被设计并制造用于满足消费者对于液体吸附和湿法洗涤的需要，并具有柔软的手感。吸附性制品是在与卫生薄页纸和面巾纸相同的造纸技术上制成的，但是原材料、造纸方法的建立、基础重量以及其他原材料经优化从而传递所需的消费者特性。
在另一个实例中，在本发明的用于制造吸附性毛巾纸制品的方法中，纤维结构占精制软木浆纤维混合物重量的大约45％至90％。长纤维软木浆纤维混合物包含占毛巾纸制品干纤维重量大约20％至大约89.9％的长纤维软木浆，其中所述的长纤维软木浆可任选地精制或者未精制，然后与强化添加剂结合。将强化添加剂以如下方式加入水性流中：使加入造纸配料中的强化添加剂占吸附性毛巾纸干纤维重量的大约0.05％至大约5.0％。在软木浆和阳离子聚合物结合后，将占薄页纸纸辐的干纤维重量的大约0.05％至大约20％的纤维素纳米丝共混至所述的流中。在本发明的此类实施方案中，随后将软木纤维、纤维素纳米丝和阳离子流与占毛巾纸制品干纤维重量大约10％至大约55％的硬木浆纤维混合物共混，并通过上文讨论的任何方法形成纤维片材。在本发明的另一个实施方案中，长纤维流被供入造纸系统的分开的层或多层中，并以占硬木浆纤维流重量的10％至55％分离。该方法实施方案生产较高强度的吸附性薄页纸纸辐制品。
可任选的组分—化学造纸添加剂
如果需要，多种化学添加剂组合物可以可任选地用于进一步增强消费者需要的益处，例如柔软、低吸尘(lower lint)、吸附性、片材挠性和临时的和/或永久的湿强度添加剂。化学添加剂选自解胶剂、硅软化添加剂、非硅软化添加剂、吸附性添加剂和美感添加剂。
解胶剂
化学解胶剂还可以用于软化纸辐。具体而言，化学解胶剂可以减少一层或多层纸辐内氢键的量，其得到更软的制品。根据所需的所得薄页纸制品的特征，可以使用占纸辐干纤维重量0％至大约3.0％、优选为大约0.1至大约2.0％、更优选为大约0.5％至大约1.0％的量的解胶剂。解胶剂可以被引入单层或多层薄页纸纸辐的任意一层中。
在本发明中用作软化剂添加剂的合适的解胶剂包括阳离子和非阳离子表面活性剂，并且阳离子表面活性剂是优选的。非阳离子表面活性剂包括阴离子、非离子、两性和两性离子表面活性剂。优选地，为了基本上避免薄页纸的性质在制造后发生改变(其可能由包含的表面活性剂以其他方式导致)，在薄页纸被制造后，表面活性剂基本上是不迁移的。这可以通过以下方式取得：例如使用熔融温度(例如大约50℃或更高的熔融温度)高于在储存、运送、商品销售和使用本发明的薄页纸制品实施方案的过程中通常遇到的温度的表面活性剂。
施加到薄页纸纸辐中用于提供上文提及的柔软/拉伸益处的非阳离子表面活性剂的水平由赋予所述的益处(对最终制品的恒定拉伸)所需的最低有效水平至大约2％；优选的是大约0.01％至大约2％非阳离子表面活性剂被保留在纸辐中；更优选的是，大约0.05％至大约1.0％；并且最优选的是大约0.05％至大约0.3％。表面活性剂优选的是具有含有8个或更多的碳原子的烷基链。示例性阴离子表面活性剂为线性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，例如得自Croda,Inc.(New York,N.Y.)的SL-40；W.K.Langdon等人于1977年3月8日发表的美国专利No.4,011,389中，所描述的烷基糖酐醚；烷基聚乙氧基化的酯，例如得自Glyco Chemicals,Inc.(Greenwich,Conn.)的200ML；烷基聚乙氧基化的醚和酯，例如得自Shell Chemical Co的NEODOLR 25-12；山梨聚糖酯，例如得自ICI America,Inc的SPAN 60，乙氧基化的山梨聚糖酯，丙氧基化的山梨聚糖酯，混合的乙氧基化丙氧基化的山梨聚糖酯，以及局乙氧基化的山梨聚糖醇，例如也得自ICI America,Inc的TWEEN 60。烷基糖苷对于本发明的应用而言是特别优选的。示例性表面活性剂的上述列举实际意图仅仅是示例性的，并且无意于限定本发明的范围。
硅
如果需要化学柔软剂(其主要通过赋予润滑的感觉而发挥作用)，可以使用聚硅氧烷或“硅”。根据所需的所得薄页纸制品的特征，可以施加占纸辐干纤维重量的0％至大约3.0％、优选为大约0.1至大约2.0％、更优选为大约0.5至大约1.0％的硅。硅可以被引入至单层或多层薄页纸纸辐的任意一层中。用于本发明的合适的硅化合物在下文中相似描述。
聚硅氧烷化合物优选地具有以下结构的单体硅氧烷单元：
其中对于各个独立的硅氧烷单体单元而言，R1和R1可以均独立地为氢，或者任意的烷基、芳基、烯基、烷芳基、芳烷基、环烷基、卤代烃或其他自由基。此类自由基的任意一种可以是取代的或非取代的。任何特定的单体单元的R1和R1自由基可以不同于下一个相邻的单体单元的相应官能团。此外，聚硅氧烷可以是直链的、支链的或具有环状结构。自由基R1和R2可以额外独立地为其他含硅的官能团，例如但不限于硅氧烷、聚硅氧烷、硅烷和聚硅烷。自由基R1和R2可以包含多种有机官能团的任意一种，例如包括醇,羧酸,醛,酮,胺,酰胺官能团，并且氨基官能的硅化合物是优选的。示例性的烷基自由基为甲基,乙基,丙基,丁基,戊基,己基,辛基,癸基,十八烷基等。示例性的烯基自由基为乙烯基、烯丙基等。示例性的芳基自由基为苯基、二苯基、萘基等。示例性的烷芳基自由基为甲苯基,二甲苯基,乙基苯基等。示例性的芳烷基自由基为苯甲基,α-苯基乙基,β-苯基乙基,α-苯基丁基等。示例性的环烷基自由基为环丁基、环戊基、环己基等。示例性的卤代烃自由基为氯代甲基、溴代乙基、四氟乙基、氟代乙基、三氟乙基、三氟甲苯基、六氟二甲苯基等。公开聚硅氧烷的参考文献包括Geen于1958年3月11日发表的美国专利No.2,826,551；Drakoff于1976年1月22日发表的美国专利No.3,964,500；Pader于1982年12月21日发表的美国专利No.4,364,837；Ampulski等人于1991年10月22日发表的美国专利No.5,059,282；以及Woolston于1960年9月28日公开的英国专利No.849,433。此外，由Petrarch Systems,Inc.,1984发布的SiliconCompounds(pp 181-217)包含一般的聚硅氧烷的广泛列举和描述。
强化添加剂—本发明应用的方法还包括将强化添加剂加入造纸配料中。通常，强化添加剂可以根据所需的纸辐特征以多种量施加。例如在一些实施方案中，所加入的总的湿强度剂可以为大约0.5至50kg/T，在一些实施方案中，为2至大约15kg/T，在一些实施方案中，为大约3至大约5kg/T。强度聚合物可以被引入多层薄页纸纸辐的任意层中。
用于本发明的强化添加剂包括但不限于阳离子水溶性树脂。这些树脂赋予纸片材以湿强度，并且是造纸领域公知的。此类树脂包括聚酰胺表氯醇(PAE),脲醛树脂,三聚氰胺甲醛树脂,聚丙烯酰胺树脂,双醛淀粉和它们的混合物。
在一些实施方案中，其他强度剂可以用于进一步增强薄页纸制品的强度。如本文所用，“湿强度剂”为当被加入浆料纤维中时，可以提供所得的纸辐或片材以湿几何拉伸强度与干几何拉伸强度比超过大约0.1的任何材料。通常，它们被称为“永久性”湿强度或“暂时性”湿强度。如本领域公知的那样，暂时性和永久性湿强度通常还可以发挥干强度剂的作用，从而在干燥时，增强薄页纸制品的强度。可任选的化学组分的列举实际意图仅仅是示例性的，并且无意于限定本发明的范围。其他材料也可以包含在内，只要它们不会干扰或者阻碍本发明的益处即可。
湿强度剂可以根据所需的纸辐特征而已各种量施加。例如在一些实施方案中，所加入的总的湿强度剂可以为大约0.5至50kg/T，在一些实施方案中，为2至大约15kg/T，并且在一些实施方案中，大约3至大约5kg/T的强度剂可以被引入多层薄页纸纸辐的任何层中。用于本发明的阳离子湿强度树脂包括但不限于阳离子水溶性树脂。这些树脂赋予纸片材以湿强度，并且是造纸领域公知的。这些树脂可以赋予纤维片材以临时的或永久的湿强度。此类树脂包括聚酰胺表氯醇(PAE),脲醛树脂,三聚氰胺甲醛树脂,聚丙烯酰胺树脂,双醛淀粉和它们的混合物。
强化添加剂可以选自永久的湿强度树脂、临时的湿强度树脂、干强化添加剂和它们的混合物。如果需要永久的湿强度，则化学造纸添加剂可以选自以下化学品：聚酰胺表氯醇(polyamidpichlorohydrin),聚丙烯酰胺,不溶的聚乙烯醇；尿素甲醛；聚乙烯亚胺；和壳聚糖聚合物。聚酰胺表氯醇树脂为已经发现具有特定用途的阳离子湿强度树脂。此类树脂的合适类型在1972年10月24日发表的美国专利No.3,700,623和1973年11月13日发表的美国专利No.3,772,076中描述，其中两份专利均由Keim发表。有用的聚酰胺表氯醇树脂的一种商业来源为Hercules,Inc.of Wilmington,Del.，其以商品名557H出售此类树脂。
还发现聚丙烯酰胺树脂作为湿强度树脂的用途。这些树脂在Coscia等人于1971年1月19日发表的美国专利No.3,556,932和Williams等人于1971年1月19日发表的美国专利No.3,556,933中描述。聚丙烯酰胺树脂的一种商业来源为American Cyanamid Co.ofStanford,Conn.，其以商标631NC出售一种此类树脂。
在本发明中具有用途的其他水溶性阳离子树脂为脲甲醛和三聚氰胺甲醛树脂。这些多官能树脂的更普通的官能团为含氮基团，例如氨基基团和附着在氮上的羟甲基基团。聚乙烯亚胺类型的树脂在本发明中也可以具有用途。
如果需要临时的湿强度，则化学造纸添加剂可以选自以下化学品：阳离子双醛淀粉基树脂(例如Japan Carlet生产的Caldas，National Starch and ChemicalCorporation生产的National Starch 78-0080或Cobond 1000)；和双醛淀粉。改性淀粉临时的湿强度树脂还可以在Solarek等人于1987年1月23日发布的美国专利No.4,675,394中描述。优选的临时的湿强度树脂包括Bjorkquist在1991年1月1日发表的美国专利No.4,981,557中描述的那些。优选的临时的湿强度树脂的另一个实例是750B，其为CyTec制造的市售可得的改性聚丙烯酰胺树脂。如果需要干强度，则化学造纸添加剂可以选自以下化学品：聚丙烯酰胺(例如American Cyanamid of Wayne,N.J.生产的Cypro 514和ACCOSTRENGTH 711的组合)；淀粉(例如玉米淀粉或马铃薯淀粉)；聚乙烯醇(例如AirProducts Inc of Allentown,Pa.生产的AIRVOL 540)；瓜尔胶或槐豆胶；和/或羧基甲基纤维素(例如得自Aqualon Co.,Wilmington,Del.的AQUALON CMC-T)。通常，用于实施本发明的合适的淀粉表征为水溶性和亲水性。示例性淀粉材料包括玉米淀粉和马铃薯淀粉，但是这并非意味着由此限定了合适的淀粉材料的范围；并且在工业上称为阿米卡淀粉的蜡状玉米淀粉是特别优选的。阿米卡淀粉因其全支链淀粉而不同于普通的玉米淀粉，而普通的玉米淀粉包含支链淀粉和直链淀粉。阿米卡淀粉的多种独特的特征在"Amioca-The StarchFrom Waxy Corn",H.H.Schopmeyer,Food Industries,December 1945,pp.106-108(Vol.pp.1476-1478)中进一步描述。淀粉可以是颗粒或分散形式，但是颗粒形式是优选的。淀粉优选地是被充分烹饪，从而减少颗粒的膨胀。更优选地，淀粉颗粒通过烹饪而膨胀至恰好在淀粉颗粒分散之前的点。这种高度膨胀的淀粉颗粒将被称为“煮熟的”。用于分散的条件通常可以根据淀粉颗粒的尺寸、颗粒的结晶度以及存在的直链淀粉的量而改变。例如煮熟的阿米卡淀粉可以通过将淀粉颗粒的大约4％一致性的水性浆液在大约190℉(大约88℃)下加热大约30至大约40分钟来制备。可以使用的其他示例性淀粉材料包括改性阳离子淀粉，例如经改性而具有含氮基团的那些，例如氨基基团和附着在氮上的羟甲基基团，可得自National Starch and Chemical Company,(Bridgewater,N.J.)。这种改性淀粉材料至今为止主要用作用于增加湿和/或干强度的浆料配料添加剂。然而，当根据本发明用于薄页纸纸辐应用时，相对于相同的改性淀粉材料的湿端添加，它们可以对湿强度具有降低的作用。考虑到此类改性淀粉材料比未改性淀粉更昂贵，所以未改性淀粉通常是优选的。这些湿和干强度淀粉除了可以加入本发明所述的方法中以外，还可以加入至浆料配料中。应该理解的是，将诸如上文讨论的湿强度和临时湿强度树脂之类的化学化合物加入浆料配料中是可任选的，并且对于本研发的实践不是必须的。
在本发明的方法的优选实施方案中，将强化添加剂以占所生产的吸附性毛巾纸或卫生薄页纸制品干纤维重量的大约0.05％至大约5.0％、优选为大约0.05％至大约3.0％、更优选地为大约0.1％至大约1.5％、甚至更优选地为大约0.5％至大约1.5％的量加入配料中。通常，用于制造吸附性毛巾纸制品的方法加入更高水平的聚合物，其中加入至多大约5.0％、优选地至多大约3.0％并且更优选地至多大约1.5％的聚合物。相反，用于生产卫生薄页纸制品的方法加入稍微低水平的强度聚合物，其中如果加入所述的聚合物，则其为至多大约3.0％，优选为至多大约1.5％。
软化添加剂
除了乳化表面活性剂材料的化学造纸添加剂以外的任何表面活性剂在下文中均称为“表面活性剂”，并且作为乳化的化学造纸添加剂的乳化成分而存在的任何表面活性剂在下文中均称为“乳化试剂”。所述的表面活性剂可以单独、与其他化学造纸添加剂同时、在其之后或者之前施加到薄页纸中。在典型的方法中，如果存在另一种添加剂，则表面活性剂与其他添加剂(多种)同时施加到纤维素基材中。还可以理想的是，使用用于棉绒控制和/或增加拉伸强度的相对低水平的粘结剂处理包含解胶剂的薄页纸。
如果需要化学软化剂(其主要通过赋予润滑的感觉而发挥作用)，其可以选自以下化学品：有机材料(例如矿物油或蜡，例如石蜡或烧焦蜡，或者羊毛脂)；以及聚硅氧烷(例如在Ampulski发表的美国专利No.5,059,282中描述的化合物)。用于本发明的合适的聚硅氧烷化合物在下文中详细描述。
如果需要化学软化剂(其主要通过塑化所述的结构而发挥作用)，其可以选自以下化学品：聚乙二醇(例如PEG 400)、二甲胺和/或甘油。
如果需要阳离子化学软化剂(其主要通过解胶作用而发挥作用)，其可以选自以下化学品：阳离子季铵化合物(例如氢化牛脂二甲基硫酸甲酯铵(DTDMAMS)或二氢牛脂二甲基氯化铵(DTDMAC)，均由Witco Corporation of Greenwich,Conn.生产；Berocel 579(由EkaNobel of Stennungsund,Sweden生产)；在Osborn发表的美国专利No.4,351,699和4,447,294中描述的材料；和/或DTDMAMS或DTDMAC的二酯衍生物)。特别地，具有下式的季铵化合物：
(R1)4-m-N+-[R2]m X-
m为1至3；
每个R1均为C1-C8烷基基团,羟烷基基团,烃基或取代的烃基基团,烷氧基化的基团,苯甲基基团或它们的混合物；每个R2均为C9-C41烷基基团,羟烷基基团,烃基或取代的烃基基团,烷氧基化的基团,苯甲基基团或它们的混合物；X-为适用于本发明的任何乳化剂相容性阴离子。优选地，每个R2均为C16-C18烷基，最优选地，每个R2均为直链C18烷基。优选地，每个R1为甲基，并且为X-氯化物或甲基硫酸盐。可任选地，R2取代基可以衍生自植物油来源。可生物降解的酯官能的季铵化合物具有下式：
(R1)4-m-N+-[(CH2)n-Y-R2]m X-
每个Y＝-O-(O)C-,或-C(O)-O-；
m＝1至3；优选地，m＝2；
每个n＝1至4；优选地，n＝2；
每个R1取代基均为短链C1-C6，优选为C1-C3，烷基基团，例如甲基(最优选的)、乙基、丙基等，羟烷基基团，羟基基团，苯甲基基团或它们的混合物；每个R2均为长链，至少部分不饱和的(IV大于大约5至小于大约100，优选地为大约10至大约85),C11-C23烃基,或取代的烃基取代基，并且抗衡离子X-可以为任何软化剂相容性阴离子，例如醋酸盐、氯化物、溴化物、甲基硫酸盐、甲酸盐、磷酸盐、硝酸盐等也可以用于本发明。优选地，大部分的R2包括脂肪酰基，其包含至少90％C18-C24链长。更优选地，大部分的R2选自脂肪酰基，其包含至少90％C18,C22和它们的混合物。
合适的季铵化合物的其他类型在1995年12月12日公开的属于Kimberly-ClarkCorporation的欧洲专利No.0 688 901 A2中有所描述。
叔胺软化化合物也可以用于本发明。合适的叔胺软化剂的实例在1995年3月21日发表的属于James River Corporation的美国专利No.5,399,241中有所描述。
吸附性添加剂
如果需要增强的吸附性，表面活性剂可以用于处理本发明的纸辐。在一个实施方案中，如果使用表面活性剂，则表面活性剂的水平可以为薄页纸纸辐干纤维重量的大约0.01％至大约2％。在一个实施方案中，表面活性剂具有烷基链，其具有8个或更多的碳原子。备选地，具有高度不饱和(单和/或多)和/或支链烷基基团的阳离子软化剂活性组分可以极大地增强吸附性。
如果需要增强吸附速率的吸附性助剂，其可以选自以下化学品：聚乙氧基化物(例如PEG 400)；烷基乙氧基化的酯(例如得自Lonza Inc.的PEGOSPERSE 200ML)；烷基乙氧基化的醇(例如Neodol)；烷基聚乙氧基化的壬基苯酚(例如Rhone-Poulenc/GAF生产的IGEPALCO)，乙氧基三甲基戊二醛，和/或Spendel发表的美国专利No.4,959,125和4,940,513中描述的材料。在其中表面活性剂解胶剂软化剂降低润湿的那些情况下，润湿剂(例如第二表面活性剂)可以加入到使用溶液中。例如山梨醇硬脂酸酯可以与烷基聚乙氧基化的醇混合，从而生产柔软的可润湿的纸。
水溶性多羟基化合物也可以用作吸附性助剂和/或润湿剂。适用于本发明的水溶性多羟基化合物的实例包括甘油，重均分子量为大约150至大约800的聚甘油，以及重均分子量为大约200至大约400、优选为大约200至大约1000、最优选为大约200至大约600的聚氧乙烯和聚氧丙烯。重均分子量为大约200至大约600的聚氧乙烯是特别优选的。还可以使用上文所述的多羟基化合物的混合物。例如甘油和聚甘油的混合物、甘油和聚氧乙烯的混合物、聚甘油和聚氧乙烯的混合物等用于本发明。特别优选的多羟基化合物为重均分子量为大约400的聚氧乙烯。这种材料可以以商品名"PEG-400"购自the Union Carbide Companyof Danbury,Conn。
如果需要降低吸附速率的吸附性助剂，其可以选自以下材料：烷基乙烯酮二聚体(例如Hercules Inc.,Wilmington,Del.制备的AQUAPELR360XC Emulsion)；碳氟化合物(例如3M of Minneapolis,Minn.的Scotch Guard)疏水硅(例如Dow Coirning of Midland,Mich.的PDMS DC-200),氟代甲苯(例如Dupont of Wilmington,Del.的ZONYL 7040)等等。
吸附性添加剂可以单独使用或者与强化添加剂组合使用。已经发现，淀粉基强化添加剂是用于本发明的优选的粘结剂。优选地，使用淀粉水性溶液处理薄页纸。除了降低薄页纸制品成品的棉绒以外，低水平的淀粉还在不加入僵硬性(即，硬度)(其可以由加入高水平的淀粉所导致)的情况下赋予薄页纸拉伸强度的最适度的改善。此外，这可以提供这样的薄页纸，其与通过传统的增加拉伸强度的方法强化的薄页纸相比，具有改善的强度/柔软性关系：例如具有增加的拉伸强度的片材，其是由于增加的浆料的精制而得到；或者通过加入其他的干燥强化添加剂。由于淀粉在传统上在应用中用于以柔软性为代价而建立强度(其中柔软性不是重要的特征：例如纸板)，所以上述结果是特别惊人的。此外，顺便指出，淀粉被用作用于打印纸和书写纸的填料，用于改善表面印刷性。
美感添加剂
如果需要美观添加剂，其可以选自以下化学品：油墨；染料；香料；遮光剂(例如TiO2或碳酸钙)，荧光增白剂和它们的混合物。纸的美感还可以使用本发明所述的方法来改善。油墨、染料和/或香料优选地加入到水性组合物中，其随后被施加到薄页纸纸辐中。美感添加剂可以单独使用，或者与润湿添加剂、软化添加剂和/或强化添加剂组合使用。
造纸方法的详细描述
参照附图，下文将更全面地描述本发明，其中示出本发明的一些但并非所有的实施方案。事实上，这些发明可以以多种不同的形式的体现，并且不应该解释为限于本发明列出的实施方案，而且，提供这些实施方案，使得本发明公开满足应用的合法需要。在整篇说明书中，相同的数字是指相同的元件。
穿透式空气干燥
在图1中，具有造纸前箱1的双网成形机将造纸纤维的水性悬液配料注射或沉积在多个成形网上，例如外部成形网5和内部成形网3，由此形成湿的薄页纸纸辐6。本发明公开的成形方法可以是造纸工业中已知的任何传统的成形方法。这种成形方法包括但不限于长网机、顶板成形机(例如抽吸式胸辊成形机)和夹网(例如双网成形机和新月形成形机)。
当内部成形网3绕着成形辊4旋转时，在内部成形网3上形成湿的薄页纸纸辐6。当湿的薄页纸纸辐6部分脱水达到占纤维干重的大约10％时，内部成形网3起到支撑和携带新形成的湿的薄页纸纸辐6至所述方法的下游中。湿的薄页纸纸辐6的进一步脱水可以通过已知的造纸技术实施，例如真空抽吸箱，而内部成形网3支撑湿的薄页纸纸辐6。湿的薄页纸纸辐6可以进一步脱水至至少大约20％、更特别地大约20％至大约40％、更特别地大约20％至大约30％的一致性。
成形网3通常可以由任何合适的多孔材料制成，例如金属丝或聚合物纤维丝。例如合适的网可以包括但不限于Albany 84M和94M，可得自Albany International(Albany,N.Y.)Asten 856,866,867,892,934,939,959,或937；Asten Synweve Design 274,所有这些均得自Asten Forming Fabrics,Inc.(Appleton,Wis.)；以及Voith 2164，可得自VoithFabrics(Appleton,Wis.)。包含非纺织基层的成形网或毛毡(felts)也是可以使用的，包括使用挤出的聚氨酯泡沫(例如the Spectra Series)制备的Scapa Corporation的那些。
然后，将湿的纸辐6由成形网3转移至转移网8，同时固体稠度为大约10％至大约40％，特别地大约20％至大约30％。如本文所用，“转移网”为设置在纸辐制造方法的成形部分和干燥部分之间的网。
转移至转移网8可以借助于正压和/或负压来实施。例如在一个实施方案中，真空靴9可以施加负压，使得成形网3和转移网8可以在真空槽的前沿同时汇聚和分开。通常，真空靴9施加大约10至大约25英寸汞柱水平的压力。如上文所述，真空转移靴9(负压)可以通过使用正压由纸辐的对面补充或替代，从而将纸辐吹至下一个网上。在一些实施方案中，其他真空靴也可以用于帮助将纤维纸辐6牵拉至转移网8的表面上。
通常，转移网8以比成形网3更慢的速度行进，从而增强纸辐的MD和CD强度，其通常是指纸辐在其横向(CD)或机器方向(MD)的伸展(表示为样品失效时的百分延长率)。例如在两个网之间的相对速度差异可以为大约1至大约30％，在一些实施方案中为大约5至大约20％，并且在一些实施方案中为大约10至大约15％。这通常被称为“急速转移”。在“急速转移”过程中，据信很多纸辐的结合破裂，由此迫使片材在转移网8的表面上弯曲并折叠成凹陷。这种模制成转移网8的表面轮廓可以增加纸辐的MD和CD。由一个网急速转移至另一个网可以根据以下专利的任意一项所教导的原理：美国专利No.5,667,636,5,830,321,4,440,597,4,551,199和4,849,054。
然后，将湿的薄页纸纸辐6由转移网8转移至穿透式空气干燥网11上。通常，转移网8以与穿透式空气干燥网11大致相同的速度行进。但是，目前已经发现第二急速转移可以在纸辐由转移网8转移至穿透式空气干燥网11上时实施。这种急速转移在本发明中是指在第二位置处发生，并且通过在比转移网8更慢的速度下操作穿透式空气干燥网11来实现。通过在两个不同的位置处实施急速转移，即，第一和第二位置，可以生产具有增加的CD强度的薄页纸制品。
除了将湿的薄页纸纸辐由转移网8急速转移至穿透式空气干燥网11上以外，可以借助于真空转移辊12或真空转移靴(例如真空靴9)在宏观下重排湿的薄页纸纸辐6，从而符合穿透式空气干燥网11的表面。如果需要，穿透式空气干燥网11可以在低于转移网8的速度下运行，从而进一步增强所得的吸附性薄页纸制品的MD伸展。所述的转移可以在真空辅助下实施，从而确保湿的薄页纸纸辐6形成穿透式空气干燥网11的形貌。
在由穿透式空气干燥网11支撑的同时，通过穿透式空气干燥器13将湿的薄页纸纸辐6干燥至最终一致性为大约94％或更高。然后，使纸辐15通过卷筒22和卷轴23之间的卷绕夹，并卷成薄页纸25的卷，用于随后转换，例如分切、折叠和包装。
优选的是，借助于真空将纸辐转移至穿透式空气干燥网上，用于最后的干燥，从而确保纸辐的宏观重排，从而得到所需的松厚度和外观。利用分开的转移和穿透式空气干燥网可以提供多种益处，这是因为其允许两个网被特殊设计，从而独立地解决重要的制品的需要。例如转移网通常被优化，从而允许高的急速转移水平高效地转换成高度的MD伸展，同时穿透式空气干燥网被设计用于传递松厚度和CD伸展。因此，有用的是具有适度粗糙的且适度的三维转移网以及穿透式空气干燥网(其非常粗糙并且在优化的构造中具有三维)。结果是，相对光滑的片材形成转移部分，然后宏观重排(在真空辅助下)，从而得到穿透式空气干燥网的高的松厚度、高的CD伸展表面形貌。片材的形貌由转移网完全变成穿透式空气干燥网，并且纤维被宏观重排，包括显著的纤维-纤维的移动。
干燥方法可以为任何非压缩或压缩干燥方法，其往往保护湿的纸辐的松厚度或厚度，包括但不限于穿透式空气干燥、红外线辐射、微波干燥、加压脱水、yankee干燥等。由于穿透式空气干燥的商业可用性和适用性，所以其是公知的，并且就本发明的目的而言，是一种常用于非压缩干燥纸辐的手段。合适的穿透式空气干燥网包括但不限于具有基本连续的机器方向的脊的网，其中所述的脊由组在一起的多个经纱股制成，例如美国专利No.6,998,024中公开的那些。其他合适的穿透式空气干燥网包括在美国专利No.7,611,607中公开的那些，特别是Fred(t1207-77),Jeston(t1207-6)和Jack(t1207-12)所述的网。这种网优选地在穿透式干燥网上干燥成最终干品，其中未对Yankee干燥器的表面进行压制，并且未进行随后的起皱。本发明的其他的实施方案利用造纸方法，使用高纵横比的纳米纤维和纤维，形成多密度有纹路的薄页纸纸辐，其中所述的造纸方法类似但不限于使用有纹路的带创建不同密度的纤维纸辐的传统造纸机。这些技术包括但不限于描述为Valmet LTD改良NTT方法,Voith ATMOS和其他类似技术的那些。
一旦湿的薄页纸纸辐6被非压缩的或压缩的干燥，由此形成干燥的薄页纸纸辐15，则可以通过将干燥的薄页纸纸辐15转移至Yankee干燥器上用于最终的制品干燥，然后卷起，或者使用备选的缩短方法(例如在美国专利No.4,919,877中公开的微起皱)使干燥的薄页纸纸辐15起皱。
在卷起的制品中，通常有利的是以最柔软的一面朝向消费者的方式卷起制品，因此增加该侧面的柔软性的剪切过程是优选的。但是，还可以处理纸辐的空气一面，而不是网的一面，在这些实施方案中，可以将空气一面的柔软性增加至高于网的一面的水平。
本发明公开的方法很好地适用于形成多层薄页纸制品。多层薄页纸制品可以包含两层、三层或更多数量的层。在一个具体的实施方案中，根据本发明公开，形成两层卷起的薄页纸制品，其中所述的两层都是使用相同的造纸方法制造的，例如非起皱的穿透式空气干燥的。但是，在其他的实施方案中，可以通过两种不同的方法形成多个层。通常，在卷轴中卷起之前，第一层和第二层附着在一起。可以使用用于将纸辐层叠在一起的任何合适的方式。例如所述的方法包括卷边装置，其制得多个层通过纤维缠结而机械地附着在一起。但是，在备选的实施方案中，可以使用粘合剂用于将多层附着在一起。
此外，根据本发明公开制备的纸辐可以经过任何合适的后处理，包括但不限于印制、压花、压光、撕开、折叠、与其他纤维结构结合等。
新的薄页纸技术NTT
造纸机10示于图2中。造纸机包含湿部分或成形部分20，压制部分30和干燥部分50。湿部分20包含网前箱22、成形辊23、环状内罩24和环状外罩25(其由成形网构成)。内罩24和外罩25分别在围绕多个导向辊26和27的分开的环中运行。
干燥部分50包含加热的干燥筒52，其被外罩54覆盖。干燥筒和外罩可以共同包含Yankee干燥器。在干燥部分的外侧，设置起皱刮刀56从而使离开干燥筒52的纤维纸辐起皱。提供施加装置58用于将合适的粘合剂或其他组合物施加在干燥筒52的外封表面上。所得的起皱的纸辐随后被卷绕成原始卷(未示出)，用于随后根据需要转变成最终的制品形式。
压制部分30包含至少一个压制组件，其具有两个共同运转的第一和第二压制元件31和32，其中压制元件一起定义了压制夹。此外，压制部分包含环状压毡33，其在围绕第一压制元件31和导向辊34的环上运行；以及环状可渗透转移带35。转移带35在围绕第二压制元件32和多个导向辊36的环上运行。吸移辊(未编号)也示于图1中，其位于压毡33的环上的位置处，其中压毡33在压制夹的上游与内罩24重叠。这种吸移辊使压毡33和纸辐脱水，然后进入压制夹。例如吸移辊可以在大约40kPa的真空下操作，由此，进入压制夹的纸辐可以具有大约15％至20％的干燥固体含量。
在图2所示的实施方案中，压制组件为真空靴压制，其中第一压制元件包含真空靴压制辊31，而第二压制元件包含压轴32。真空靴压制辊和压轴定义了它们之间的衍生的压制夹。可以使用其他类型的压制组件替代真空靴压制组件。
造纸机进一步包含可渗透的最终织物37，其被排布成围绕吸移转移装置38的环运行，其中所述的转移装置38与转移带35相邻定位，从而定义用于将纸辐由转移带35转移至最终织物37的转移点40。转移点40位于与压制夹距离D的位置，其是沿着转移带35尽管的路径测量的。吸移转移装置38吸移区41，其可操作为通过最终的织物37施加吸力，从而将纸辐由转移带35转移至最终的织物37。在制造结构化薄页纸纸辐的情况下，最终的织物包含具有结构化表面的结构织物(或者“有纹路的织物”)，并且通过吸移转移装置38施加的吸力进一步将潮湿的薄页纸纸辐模制成织物的结构化表面。“结构织物”在每平方厘米上可以具有大约25或更小的机器方向取向的结或其他突出于表面的特征。织物37围绕转移辊39运行，其定义具有干燥筒52的非压制夹，用于将薄页纸纸辐由织物37转移至干燥筒52上。
在图1所示的实施方案中，吸移转移装置38为具有吸移区41的吸移辊，其包含预定的扇形角。转移带35被排布成部分包裹吸移装置38的弯曲的外表面。作为辊的备选，吸移转移装置可以为另一种类型的吸移装置，例如具有弯曲外表面的吸移靴或者具有定义长度L的非弯曲吸移表面的吸移箱。
转移带35的特征以及转移带35相对于结构织物37和吸移转移装置38的排布在制造低基础重量的薄页纸纸辐的情况下是特别重要的，例如基础重量为大约20克/平方米(gsm)或更低、更特别地为大约10至大约20gsm、还更特别地为大约10至大约15gsm的薄页纸纸辐。如本文所用，“基础重量”是指在造纸方法过程中，纸辐中同时位于干燥筒52上的绝干纤维的量。这与“最终的”基础重量不同，其可以受到起皱的折叠的影响，所述的折叠会缩短机器方向上的纸辐。然而，在干燥器上薄页纸纸辐的基础重量可以通过在所有机器方向的缩短被拉出后测量薄页纸纸辐的基础重量而由最终的基础重量密切地评估。具有这种低基础重量的薄页纸纸辐特别难以在造纸机中处理，这是因为湿的薄页纸纸辐实际上不具有拉伸强度。结果，将薄页纸纸辐由转移带35上分开并将其转移至结构织物37上的方法由于纸辐的极低的强度是复杂化。
更特别地，由于其上具有薄页纸纸辐的转移带35离开通过压制元件31,32形成的压制夹，所以薄水膜离开薄页纸纸辐和转移带35的表面之间。理论上，只要这种水膜是完整的，则薄页纸纸辐在不具有纸辐破坏的显著风险下，不可能与转移带分离。已经发现，通过具有不同性质的转移带的多次试验，转移带的表面特征在确定薄页纸纸辐是否可以与转移带分离中起重要作用。具体而言，已经发现，一些类型的转移带使得其难以或者基本上不可能分离薄页纸纸辐，而其他类型的转移带可以使薄页纸纸辐分离(只要其他标准也满足即可，如下文进一步描述)。基于这些试验，理论上允许纸辐分离的转移带以某种方式使在某一时间后消散或破碎的薄水膜在纸辐离开压制夹后消失，同时在不断裂的情况下不能使纸辐分离的转移带不能使水膜消失。
鉴于试验结果，已经发现造纸机(例如图1所示的一种)可以用于制造低基础重量的薄页纸纸辐(如之前所述)，只要转移带35具有使纸膜消散的合适的表面特征即可，并且只要具有足够的时间(在本文中称为“停留时间”td)用于水膜消散即可。停留时间是指纸辐由压制夹尽管距离D到达转移点40所花费的时间。停留时间(以秒计)与转移带35的速度(以米/分钟计)有关，通过等式td＝(D/V)*60示出。因此，例如如果V＝1000m/min和D＝4m，则td等于0.24秒。
关于转移带35的表面特征，已经发现转移带(其基础纸辐的表面是通过基本无孔的聚合物涂层形成的，并且其可以具有经研磨或磨砂将其表面粗糙度增加至算数平均粗糙度为大约Ra＝2至5μm的表面)甚至在距离D足够提供停留时间td为至少0.5s时，不能使薄页纸纸辐与转移带分离。应该注意，由于机器压实的原因，通常理想的是保持距离D尽可能小，同时仍可以使薄页纸纸辐可靠地转移携带，而不会破坏纸辐。因此，基于已经进行的试验，确定不能使用具有基本无孔的聚合物涂层的转移带，即使仅磨砂而增加它们的表面粗糙度。
改良的薄页纸模制系统ATMOS
本发明所示的特例为举例方式，并且仅用于示意性地讨论本发明的实施方案，而且作为提供被认为是最有用的且最易于理解本发明的原理和概念方面的描述的原因而呈现。就此而言，未试图更详细地显示本发明的结构细节(其是基本理解本发明所需要的)，参照附图进行描述，使得本发明的形式如何以实际方式体现对于本领域那些技术人员而言是显而易见的。
现在参见图3，已经示出用于制造纤维纸辐W的机器TWA，例如薄页纸、清洁纸wed等，其可以为例如用于加工纤维纸辐W的双网ATMOS系统。系统TWA包含网前箱1，其将悬液供入通过外网3a、内网3b和成形辊2形成的双网成形机中。双网成形机可以为任何传统已知的类型，并且可以优选为在例如2005年7月27日提交的美国专利申请系列No.11/189,884中公开的类型。一旦通过双网成形机形成纸辐W，则纸辐W通过内网3b传送至结构化织物4上。在选捡区使用吸移箱5将纸辐W由内网3b转移至结构化织物4处。纸辐W通过结构化织物4运送，并且通过由带压制组件18(由可渗透张力带12和真空辊9构成)形成的压制排布。脱水织物7还通过真空辊9，并且通过带压制组件18。纸辐W在延伸的带压制夹(其是通过带压制组件18和真空辊9形成)中脱水，然后被结构化的带4携带至Yankee筒15和外罩16胚布中，并使用压制辊14转移至Yankee 15。蒸汽箱和热风机排布11排布在可渗透的张力带12中，并且在真空辊9的吸移区Z上排布。一个或多个回收装置10用于收集由真空辊9收集的水份。所述的系统还使用多个用于带/织物的导向辊，用于脱水带7的调节辊19，多个Uhle箱6a和6b，多个淋浴器单元8a、8b、8c和8d，以及其他的吸移箱或选捡区13。
作为非限定性实例，外网3a可以为传统的环状循环网，和/或可以为DSP带(例如在美国专利No.6,237,644中公开的类型)。外网3a还可以为任何合适的传统的网。
作为非限定性实例，内网3b可以为环状循环带。内网3b还可以为任何合适的传统的网。
作为非限定性实例，成形辊22可以为实体辊或开放辊。辊2还可以为任何合适的传统的成形辊。
作为非限定性实例，带压制型带12可以为例如2006年3月14日提交的美国临时专利申请系列No.11/276,789中公开的类型。例如可渗透带12可以具有朝向纸辐的一侧，并且可以在辊9的制成表面上导向，而且可以具有以下特征：大约20Kn/m至大约100KN/m的张力，大约100cfm至大约1200cfm的渗透值，在不具有张力下，纸辐一侧的表面接触面积为大约0.5％至大约90％，并且开放面积为大约1.0％至大约85％。
例如可渗透带12可以优选地具有以下特征：带12应该在长时间内抵抗高的MD(机器方向)张力，而所述的单丝未伸长并且未扭曲；带12应该抵抗来自蒸汽箱(其处于ATMOS构造中)的蒸汽(以及极热的水蒸汽)的作用，即，其应该抵抗水解；带12应该允许足够体积的空气通过纸片材，使得在带压制系统(作为纸辐)上在Yankee干燥和起皱阶段通过最终的干燥之后，取得足够的干燥(大约32％至大约35或更高)；带12应该优选地具有合适的渗透性、表面接触面积、材料和本发明所述的编织图案；并且带12应该为系统或方法(其为干燥薄页纸的足够的且经济的方式)的一部分。带12还可以为2004年10月26日提交的美国系列No.10/972,408、和/或2004年10月26日提交的美国系列No.10/972,431和/或2004年1月30日提交的美国系列No.10/768,485中公开类型的带压制型带。
作为非限定性实例，脱水织物7可以为例如2006年4月28日提交的美国专利申请系列No.11/380,835中公开类型的脱水织物，并且可以具有以下特征和性质。例如脱水织物7可以具有朝向纸辐的一侧，并且可以在支撑表面(例如辊9的表面)上导向，而且可以具有以下特征：游标卡尺为大约0.1mm至大约15mm，渗透值为大约1cfm至大约500cfm，整体密度为大约0.2g/cm3至大约1.10g/cm3，并且重量为大约350g/m2至大约3000g/m2。游标卡尺还可以为大约2mm至大约4mm，渗透值优选可以为大约10cfm至大约50cfm，整体密度优选可以为大约0.2g/cm3至大约1.10g/cm3，并且重量为大约900g/m2至大约1300g/m2。脱水织物7应该还优选具有良好的压缩性。
根据本发明的一个非限定性实施方案，成形的纸辐W使用吸移箱5转移至结构化的织物4上。该操作在结构化织物4和内网3b以不同速度运行时进行，即，利用带3b和4之间的速度差异。优选地，结构化的带4以低于内网3b的速度运行。纸辐W以机器方向M移动通过第一吸移箱5a和第二吸移箱5b。使用真空箱5a和5b，可以除去纸辐W的足够的水份，从而在典型或公称20克/平方米(gsm)纸辐运行上得到大约7％至大约25％的固体水平。箱5处的真空可以提供大约-0.2至大约-0.8巴真空，并且优选的操作水平为大约-0.4至大约-0.6巴。当纤维纸辐W沿着机器方向W前进时，其将与脱水织物7接触。脱水织物7可以为环状循环带，其通过多个导向辊导向。织物7的张力可以通过调节导向辊19调节。脱水带7可以为脱水织物或毛毡。然后，纸辐W向着结构化织物4和脱水织物7之间的真空辊9前进。真空辊9沿着机器方向M旋转，并且可以在大约-0.2至大约-0.8巴的真空水平下操作，并且优选的操作水平为至少大约-0.4巴，最优选为大约-0.6巴。作为非限定性实例，辊9的真空辊壳的厚度可以为大约25mm至大约75mm。在吸移区Z内，在大气压力和环境温度下，通过纸辐W的平均气流可以为大约150m3/min/米机器宽度。结构化织物4、纸辐W和脱水织物7导向通过通过真空辊9和可渗透带12形成的带压制系统18。如图所示，可渗透带12为单个环状循环带，其由多个导向辊导向，并且压向真空辊9，从而形成带压制系统18。
上方或结构化织物4为环状织物，其将纸辐W由带压制系统18、由双网成形机2/3a/3b运送至用于最终干燥的Yankee筒15。在由双网成形机转移后，纸辐W位于上方织物4的三维结构中，因此，其不是平坦的，而是具有三维结构的，这产生了大体积的纸辐。下方的织物7也是可渗透的。下方织物7的设计为能够储存水。下方织物7还可以具有光滑的表面。下方织物7优选地可以为具有棉絮层的毛毡。下方织物7的棉絮纤维的直径等于或小于大约11dtex，并且优选地可以等于或小于大约4.2dtex，更优选地可以等于或小于大约3.3dtex。Baft纤维还可以为纤维的共混物。下方织物7还可以包含矢量层(vector layer)，其包含大约67dtex的纤维，并且还可以包含甚至更粗糙的纤维，例如大约100dtex、大约140dtex或者甚至更高dtex的数量。这对于水的良好吸附而言是重要的。下方织物7的棉絮层的湿表面和/或下方织物本身的湿表面可以等于或大于大约35m2/m2毛毡面积(felt area)，并且可以优选地等于或大于大约65m2/m2毛毡面积，并且最优选地可以等于或大于大约100m2/m2毛毡面积。下方织物7的比表面积可以等于或大于大约0.04m2/g毛毡重量，并且优选地可以等于或大于大约0.065m2/g毛毡重量，并且最优选地可以等于或大于大约0.075m2/g毛毡重量。这对于水的良好吸附也是重要的。动态刚度K*[N/mm]作为压缩性的值如果低于或等于100,000N/mm，优选地压缩性低于或等于90,000N/mm，并且最优选地压缩性低于或等于70,000N/mm，是可以接收的。应该考虑下方织物7的压缩性(通过力产生厚度变化，以mm/N计)。为了将纸辐高效地脱水至高的干燥水平，这是重要的。硬表面不会压制上方织物4的结构化表面的凸出点之间的纸辐W。另一方面，毛毡不应该被过深地压制到三维结构中，从而避免损失体积，并由此损失品质，例如保水能力。
还是作为非限定性实例，可渗透的带12可以是单层或多层编织织物，其可以耐受高的运行张力、高的压力、热、水份浓度，并取得造纸方法所需的高水平的水去除。织物12优选地应该具有高的宽度稳定性，能够在高的运行张力下操作，例如大约20kN/m至大约100kN/m，并且优选地大于或等于大约20kN/m，并小于或等于大约60kN/m。织物12优选地还应该具有适当高的渗透性，并且可以由水解和/或温度抗性材料制成。可渗透的高张力带12形成“夹心”结构的一部分，其包含结构化带4和脱水带7。这些带4和7、以及位于它们之间的纸辐W在压制装置18中经过压制，其中所述的压制装置18包含在旋转辊9上排布的高张力带12。在其他的实施方案中，带压制系统18可以用于其中使用静态延伸脱水夹替代旋转辊9的装置中。
返回至附图，由带压制系统18和辊9形成的夹可以具有大约30°至180°的包围角，并且优选为大约50°至大约140°。作为非限定性实例，夹的长度可以为大约800mm至大约2500mm，并且优选地可以为大约1200mm至大约1500mm。而且，作为非限定性实例，吸移辊418的直径可以为大约1000mm至大约2500mm或更高，并且可以优选地为大约1400mm至大约1700mm。
为了能够适当地脱水，单层或多层织物12应该优选地具有渗透至为大约100cfm至大约1200cfm，并且最优选地为大约300cfm至大约800cfm。夹还可以具有优选为50°至130°的包围角。单层或多层织物或可渗透带12还可以为已经形成的(即，预连接的或缝合带)环状编织带。备选地，带12可以为编织带(其具有通过销接缝而连接在一起的末端)，或者可以替代地在机器上接缝。单层或多层织物或可渗透的带12在未压制或张力下，优选地还可以具有大约0.5％至大约90％的纸表面接触面积。带的接触表面应该使带尽管磨砂或研磨而改变。作为非限定性实例，带12应该具有大约1.0％至大约85％的开放面积。单层或多层织物或可渗透的带12还可以为编织带，其具有大约5根/cm至大约60根/cm的纸表面纬纱计数，并且优选为大约8根/cm至大约20根/cm，并且最优选为大约10根/cm至大约15根/cm。此外，编织带12可以具有大约5根/cm至大约60根/cm的纸表面纬纱计数，并且优选为大约5根/cm至大约20根/cm，并且最优选为大约8根/cm至大约17根/cm。
由于在ATMOS造纸方法中产生的高的水份和热，编织的单层或多层织物或可渗透的带12可以由一种或多种水解和/或热抗性材料制成。一种或多种水解抗性材料可以优选地为PET单丝，并且理想地可以具有通常与干燥器和TAD织物有关的固有粘度值，即，0.72IV至1.0IV。这些材料还可以具有合适的“稳定包装”，其包含羧基末端基团当量等。在考虑水解抗性时，人们应该考虑羧基末端基团当量，因为酸基团催化水解，并且残基DEG或二乙二醇可以这样增加水解速率。这些因素将应该使用的树脂与典型的PET瓶树脂分开。就水解而言，已经发现羧基当量开始应该尽可能低，并且应该低于12。就DEG水平而言，应该优选使用低于0.75％。即使使用这种低水平的羧基末端基团，必须加入封端剂。在挤出过程中，应该使用碳二亚胺，从而确保在方法结束时，不存在游离的羧基基团。具有多种化学品可以用于封闭末端基团，例如环氧树脂、原酸酯和异氰酸酯，但是实际上，单体以及单体与聚合物碳二亚胺的组合是最佳的并且是常用的。优选地，所有的末端基团都通过选自上文所述的种类的封端剂封闭，从而不存在有利的羧基末端基团。
PPS可以用于热抗性材料。其他的单一聚合物材料(例如PEN,PBT,PEEK和PA)也可以用于改善诸如稳定性、清洁和寿命之类的性质。可以使用单一聚合物纱线以及共聚物纱线。
用于高张力带12的材料不必由单丝制成，也可以是多丝的，包括核心和壳。诸如非塑性材料之类的其他材料也可以使用，例如金属材料。
可渗透的带12不必由单一材料制成，而且还可以由两种、三种或多种不同的材料制成，即，所述的带可以是复合带。还可以使用外层、涂层和/或处理(其通过沉积施加，和/或其为在加工过程中可以交联的聚合物材料)形成可渗透的带12。优选地，涂层增加织物稳定性、污染抗性、排放、耐磨性、改善的热和/或水解抗性。如果涂层降低织物表面张力从而有助于片材释放或者降低驱动负荷，也是优选的。可以施加处理或涂层从而赋予和/或改善这些性质的一种或多种。
可渗透的带12不必需要优异的接触面积，即，在ATMOS系统中，性能良好的带12的一个非限定性实例包括低于10％的接触面积。理想地，可渗透的带12具有合适的渗透性和表面接触面积。带的材料和编织没有所考虑的这些重要。
作为非限定性实例，结构化织物4可以为例如2006年4月28日提交的美国专利申请系列No.11/380,826公开类型的结构化织物。例如结构化织物4可以具有朝向纸辐的一侧，并且可以在辊9的支撑表面上导向，而且可以具有如下特征：大约100cfm至大约1200cfm的渗透值；在未压制和张力下大约5％至大约70％的纸表面接触面积；以及大约10％至大约90％的开放面积。
同样作为非限定性实例，结构化织物4可以为单层或多层编织织物，其可以耐受高压、热、水份浓度，并且其可以取得高水平的水去除，而且还可以模制或压印Voith ATMOS造纸方法所需的纸辐。织物4还应该具有宽度稳定性、适当高的渗透性。织物4还应该优选地使用水解和/或温度抗性材料。
织物4用作夹心结构的一部分，其包含至少两种其他的带和/或织物。这些额外的带包括高张力带12和脱水带7。夹心结构在延伸夹(通过旋转辊9形成)或静态支撑表面上经过压制和张力。延伸夹可具有大约30°至大约180度的包围角，并且优选为大约50°至大约130°。夹的长度可以为大约800mm至大约2500mm，并且优选地为大约1200mm至大约1500mm。所述的夹可以通过旋转吸移辊形成，其直径为大约1000mm至大约2500mm，并且优选为大约1400mm至大约1700mm。
结构化的织物4在纸片材或纸辐中赋予形貌图案。为了完整这种图案，通过高张力带12将高压施加在模制织物4上。可以通过改变成型带4的规格来操纵片材图案的形貌，即，通过调节参数，例如纱线直径、纱线形状、纱线密度和纱线类型。通过不同的表面编织，可以在片材上赋予不同的形貌图案。类似地，可以通过改变高张力带12赋予的压力，并且改变模制带4的规格来改变片材图案的强度。可以影响片材形貌图案的本性和强度的其他因素包括空气温度、空气速度、空气压力、带在延伸夹中的停留时间以及夹的长度。
以下为结构化织物4的非限定性特征和/或性质：为了能够适当地脱水，单层或多层织物应该具有大约100cfm至大约1200cfm的渗透值，优选为大约200cfm至大约900cfm；作为具有两个其他带(例如高张力带12和脱水带7)的夹心结构的一部分的织物4在旋转或静态支撑表面上并且在大约30°至大约180°、优选为大约50°至大约130°的包围角下经过压制和张力；织物4在未压制或张力下应该具有大约5％至大约70％的纸表面接触面积；成形织物应该具有大约10％至大约90％的开放面积。
织物4优选为编织的织物，其可以作为预连接的和/或接缝的、连续的和/或环状带而安装在ATMOS机上。备选地，成形织物4可以使用例如销接缝排布而连接在ATMOS机中，或者可以以其他方式接缝在所述的机器上。为了抵抗由ATMOS造纸方法产生的高的水份和热，编织的单层或多层带4可以使用水解和/或热抗性材料。水解抗性材料应该优选地包含PET单丝，其具有通常与干燥器和TAD织物有关的范围在0.72IV至大约1.0IV之间的固有粘度值，而且还具有合适的“稳定包装”，其包含羧基末端基团当量，当酸基团催化水解时，残余DEG或二乙二醇可以这样增加水解的速率。这两个因素将可以使用的树脂与典型的PET瓶树脂分开。就水解而言，已经发现羧基当量开始应该尽可能低，并且应该低于大约12。DEG水平应该低于大约0.75％。即使在这种低水平的羧基末端基团下，必须加入封端剂，并且在挤出过程中，应该使用碳二亚胺，从而确保在方法结束时，不存在游离的羧基基团。具有多种化学品可以用于封闭末端基团，例如环氧树脂、原酸酯和异氰酸酯，但是实际上，单体以及单体与聚合物碳二亚胺的组合是最佳的并且是常用的。
诸如PPS之类的热抗性材料可以用于结构化织物4中。其他材料(例如PEN,PBT,PEEK和PA)也可以用于改善诸如稳定性、清洁和寿命之类的织物4的性质。可以使用单一聚合物纱线以及共聚物纱线。用于带4的材料不必由单丝制成，可以是多丝的，核心和壳，并且还可以是非塑性材料，即，金属材料。类似地，织物4可以不必由单一材料制成，并且可以由两种、三种或多种不同的材料制成。使用成型的纱线(即，非环状纱线)还可以用于增加或控制纸片材的形貌或性质。成型的纱线还可以用于改善或控制织物的特征或性质，例如稳定性、游标卡尺测量、表面接触面积、表面平整度、渗透性和耐磨性。
结构化的织物4还可以使用其他的聚合物材料处理和/或涂敷，所述的材料是通过例如沉积来施加的。可以加入在加工过程中交联的材料，以便增强织物稳定性、污染抗性、排放、耐磨性，改善热和/或水解抗性，以及降低织物的表面张力。这有助于片材的释放和/或降低驱动负荷。可以进行处理/涂敷，从而赋予/改善织物4的这些性质的一种或多种。如之前所示，纸辐W中的形貌图案可以通过使用不同的单层和多层编织而改变和操纵。图案的进一步增强可以通过调节特定的织物编织而进一步获得，其中所述的调节是通过改变纱线的直径、纱线的计数、纱线的类型、纱线的形状、渗透性、游标卡尺的测量以及加入处理或涂敷等。最终，织物或模制的带4的一个或多个表面可以经过磨砂和/或磨损，以便增强表面特征。
应该注意，提供上述实施例仅为了说明的目的，决不能解释为限制本发明。尽管已经参照示例性实施方案描述了本发明，但是应该理解的是，已经使用的词语是描述和示例的词语，而不是限定的词语。在所附的权利要去书的范围内，可以进行改变，如之前所述和修改的那样，不脱离本发明的多个方面的范围和精神。尽管参照具体的排布、材料和实施方案在本文中描述了本发明，但是本发明无意限定于本发明公开的特例。相反，本发明延伸了所有的功能等价结构、方法和用途，其均在所附的权利要求书的范围内。
非起皱的穿透式空气干燥的UCTAD
参照图4，更加详细地描述实施本发明的方法。图4描述了用于制造未起皱的穿透式空气干燥的基础片材的方法，其中所述的片材适用于离线施加加热的组合物。图中示出具有分层的造纸网前箱1的双网成形机，其将造纸纤维的水性悬液流注射或沉积在成形织物2上。然后将纸辐转移至织物4上，其在方法的下游用于支撑和携带新成形的湿的纸辐，此时纸辐部分脱水至大约10干重％的一致性。例如可以通过真空吸移实施湿纸辐的进一步脱水，而湿纸辐是由成形的织物支撑的。
接着，将湿纸辐由成形的织物转移至转移织物6，其移动速度低于成形织物，从而赋予纸辐以增加的MD伸展。优选地，借助于真空靴5实施接触转移(kiss transfer)以避免湿纸辐的压制。然后，借助于真空转移辊7或真空转移靴，将纸辐由转移织物转移至穿透式空气干燥织物8上。穿透式空气干燥织物可以以相对于转移织物相等的速度或者不同的速度移动。如果需要，穿透式空气干燥织物可以在较低的速度下运行，以进一步增强MD的伸展。优选地，借助于真空进行转移，以确保片材的变形复合穿透式空气干燥织物，由此产生所需的体积、挠性、CD伸展和外观。
用于纸辐转移的真空水平可以为大约3至大约15英寸汞柱(75至大约380毫米汞柱)，优选为大约10英寸(254毫米)汞柱。可以在纸辐的反面使用正压力，补充或替代真空靴(负压力)，从而将纸辐吹到下一个织物上(除了或替代使用真空将纸辐吸移到下一个织物上)。此外，一个或多个真空辊可以用于替代真空靴(多个)。
尽管纸辐受到穿透式空气干燥织物的支撑，但是通过穿透式空气干燥器9纸辐最终干燥至大约94％或更高的一致性，此后被转移到上方载体织物11上。
干燥的基础片材13分别在上方和下方转移织物之间运送至卷轴14，在此，其卷绕成辊15用于随后的加热组合物的印制和进一步的转变。

Claims (26)

1.一种通过造纸方法生产的吸附性毛巾纸纸辐制品，其在所述的纤维纸辐中进入不同的密度，并且包含占所述的纸辐制品的干纤维重量的0.05％至20.0％的纤维素纳米丝。
2.根据权利要求1所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的毛巾纸纸辐包含占所述的薄页纸纸辐制品的干纤维的0.5％至5.0％的阳离子强化聚合物。
3.根据权利要求1所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为穿透式空气干燥方法。
4.根据权利要求1所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为NTT方法。
5.根据权利要求1所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为ATMOS方法。
6.根据权利要求1所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为UCTAD干燥方法。
7.一种通过造纸方法生产的软卫生薄页纸纸辐制品，其在所述的纤维纸辐中进入不同的密度，并且包含占所述的纸辐制品的干纤维重量的0.05％至20.0％的纤维素纳米丝。
8.根据权利要求7所述的软卫生薄页纸纸辐制品，其中所述的薄页纸纸辐包含占所述的薄页纸纸辐制品的干纤维重量的0％至30％的软木纤维。
9.根据权利要求7所述的软卫生薄页纸纸辐，其中所述的薄页纸纸辐包含占所述的薄页纸纸辐制品的干纤维重量的0.5％至3.0％的强化聚合物。
10.根据权利要求7所述的软卫生薄页纸纸辐，其中所述的造纸方法为穿透式空气干燥方法。
11.根据权利要求7所述的软卫生薄页纸毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为NTT方法。
12.根据权利要求7所述的软卫生薄页纸毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为ATMOS方法。
13.根据权利要求7所述的软卫生薄页纸毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为UCTAD干燥方法。
14.一种通过造纸方法生产的吸附性毛巾纸纸辐制品，其在所述的纤维纸辐中进入不同的密度，并且包含占所述的纸辐制品的干纤维重量的0.05％至20.0％的微纤维素和纳米纤维素丝的共混物，其中所述的共混物包含：
A)至少50％的高纵横比的纤维素纳米丝；
B)至少20％的完整的有原纤维。
15.根据权利要求14所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的毛巾纸纸辐包含占所述的薄页纸纸辐制品的干纤维的0.5％至5.0％的阳离子强化聚合物。
16.根据权利要求14所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为穿透式空气干燥方法。
17.根据权利要求14所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为NTT方法。
18.根据权利要求14所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为ATMOS方法。
19.根据权利要求14所述的吸附性毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为UCTAD干燥方法。
20.一种通过造纸方法生产的软卫生薄页纸纸辐制品，其在所述的纤维纸辐中进入不同的密度，并且包含占所述的纸辐制品的干纤维重量的0.05％至20.0％的微纤维素和纳米纤维素丝的共混物，其中所述的共混物包含：
A)至少50％的高纵横比的纤维素纳米丝；
B)至少20％的完整的有原纤维。
21.根据权利要求20所述的软卫生薄页纸纸辐制品，其中所述的薄页纸纸辐包含占所述的薄页纸纸辐制品的干纤维重量的0％至30％的软木纤维。
22.根据权利要求20所述的软卫生薄页纸纸辐，其中所述的薄页纸纸辐包含占所述的薄页纸纸辐制品的干纤维重量的0.5％至3.0％的强化聚合物。
23.根据权利要求20所述的软卫生薄页纸纸辐，其中所述的造纸方法为穿透式空气干燥方法。
24.根据权利要求20所述的软卫生薄页纸毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为NTT方法。
25.根据权利要求20所述的软卫生薄页纸毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为ATMOS方法。
26.根据权利要求20所述的软卫生薄页纸毛巾纸纸辐，其中所述的造纸方法为UCTAD干燥方法。
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