CN1109161C - 化学增强的、多密度的纸张结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种化学增强的纸张结构(20)，该结构带有不连续图案的化学组合物。所述纸张结构(20)包含纤维素基材(22)如薄页纸。所述基材有相对高密度(34)和相对低密度(38)区。化学组合物(24)可包括化学柔软组分或表面活性的组分，并且优选施加至基材的低密度区域(38)。优选的是，低密度区域(38)是不连续的区域(36)，结果是，基本连续的高密度网(32)存在于低密度区域(36，38)之间。本发明的纸张结构适用于浴巾纸或搽面纸。优选由装置(50)中的溶液(40)，将添加剂(24)施加至纸张(22)上，所述装置(50)至少包含两个可轴向旋转的辊，即支承辊(56)和任选的递纸辊(54)，以及计量凹印辊(52)，纸张(22)通过辊子间所形成的间隙(60)，以及非强制性的压区(58)。

Description

化学增强的、多密度的纸张结构 及其制备方法
发明领域
本发明涉及包含纤维素基材和化学造纸添加剂的化学增强的纸张结构。更准确地说，本发明涉及包含纤维素基材的纸张结构，所述基材包含至少两个密度或定量的微观区域，其中，将化学造纸添加剂与纸张结构的微观区域对齐而被引入。
发明背景
消费品，如由纤维幅制得的卫生纸、毛巾纸和搽面纸是现代社会不可分割的一部分。通常，这些产品需要具有某些对于消费者来说是可接受的某些关键的物理性能。尽管精确的配合各关键性能以及各性能的绝对值将取决于产品的性质，但柔软度、干湿强度、吸收性、以及令人愉快的美学性质通常是人们所希望的性能。柔软度是：当产品与人体的皮肤或其它脆弱的表面接触时，获得令人愉快的触感并保证该产品不粗糙或磨损的纤维幅的一个方面。强度是在使用期间，产品结构保持其物理完整性的能力。吸收性是：在可接受的时间内纤维结构获得并保持接触液体的性能。美学性质指的是：当消费者单独地或结合周围环境对产品进行观察时所产生的心理-视觉响应。
薄页纸产品最为常用的制备方法是湿成网造纸方法。在所述的方法中，首先，用水将个别的纤维悬浮在稀浆液中。然后将该浆液置于多孔网上，以除去大部分的水，并形成一薄的、相对均匀重量的纸坯。然后，利用多种方式对该纸坯进行模压和/或干燥，从而形成最终的薄页纸幅。作为该方法的一部分，通常将模压和/或干燥的纸幅粘至烘缸上，然后从该烘缸的表面进行起皱，从而赋予所希望的性能。
由许多现成的湿成网法制得的产品均落入上述说明的范围内。在US3,301,746(1967年1月31日授权于Lawrence H.Sanford和James B.Sisson)；US3,974,025(1976年8月10日授权于Peter G.Ayers)；US3,994,771(1976年11月30日授权于George Morgan，Jr.和Thomas F.Rich)；US4,191,609(1980年3月4日授权于Paul D.Trokhan)；US4,637,859(1987年1月20日授权于Paul D.Trokhan)中，可找到柔软、强韧、且吸收性的以及包含至少两个微观密度区域的所述纸幅的例子。这些纸张的特征在于：具有致密区和相对不致密区的重复图案。所述致密区可以是不连续的或连续的。这些致密区来自于造纸期间通过压印递纸织物或毛毯的升高区域对纸幅进行局部压榨所产生的。
其它高松厚、柔软的薄页纸幅披露于US4,300,981(1981年11月17日授权于Jerry E.Carstens)；和US4,440,597(1984年4月3日授权于Edward R.Wells和Thomas A.Hensler)中。
包含纤维素基材并具有赋予其化学增强特征的化学增强的纸张结构在现有技术中是已知的。例如，在US3,812,000(1974年5月21日授权于J.L.Salvucci，Jr.)中披露了：通过避免整体压榨，并在造纸配料中使用去键合剂(debonders)和弹性结合剂(bonders)，获得的高松厚、柔软且吸收性的薄页纸。
在代表性的US3,755,220(1973年8月28日授权于Friemark等人)；US3,844,880(1974年10月29日授权于Meisel等人)；和US4,158,594(1979年1月19日授权于Becker等人)中披露了如上所述的Salvucci所考虑的那些化学去键合剂，及其操作理论。
另外，为增加柔软度，还可用阳离子表面活性剂，以及非阳离子表面活性剂对薄页纸进行处理。例如可参见US4,959,125(1990年9月25日授权于Spendel)；和US4,940,513(1990年7月10日授权于Spendel)。这两份专利披露了：通过用非阳离子、优选用非离子表面活性剂对薄页纸进行处理而增加其柔软度的方法。
业已发现，薄页纸、特别是高松厚的图案致密的薄页纸可通过用各种试剂如植物、动物或合成油，尤其是通常称之为硅氧烷油的聚硅氧烷材料进行处理而得到改善。例如可参见US5,059,282(1991年10月22日授权于Ampulski等人)。该专利披露了将聚硅氧烷化合物添加至湿薄页纸幅(最好纤维浓度在约20％和约35％之间)中的方法。这些聚硅氧烷化合物赋予薄页纸以丝般柔软的感觉。
尽管上述方法通常可得到可接受的产品性能，但这些性能还可以进一步地增加。然而，制备目前的产品以及潜在增强的产品的方法存在着若干个缺点。例如，通常在成形网上沉积之前，将用来增强薄页纸幅的化学品添加至水和纤维的稀浆中。这是一种加入添加剂的相当方便且节约成本的方法。然而，有助于吸收性或改善柔软度的其它化学品通常也添加至薄页纸制造过程的所谓的湿端。由于用来产生关键性能的各化学品的复杂性，它们经常以不利的方式相互干扰。它们将彼此争夺在纤维素纤维上所希望的留着率，并损害在纤维中固有的性能。例如，柔软化学品常常将降低纤维结合至其它纤维上的自然趋势，并因此降低所得到纸幅的功能强度。如果使加入湿端的化学造纸添加剂的量保持最少，那么对造纸方法以及产品均有利。
如果化学剂是有作用的，那么在该过程的湿端加入的添加剂必须被纤维素纤维留着。这通常借助使用带有离子电荷；最好是带有正离子电荷的化学剂来完成，所述的正离子电荷连接至纤维素固有的负离子电荷上。能改善纸幅性能的许多添加剂是不带电的。在造纸过程的湿端将这些化学品引入稀释的纤维浆液中将使留着率变差，并加重上面所述的干扰问题。
披露将强度剂和柔软剂添加至造纸过程湿端的添加方法的专利例子包括：US5,223,096(1993年6月29日授权于Phan和Trokhan)和US5,217,576(1993年6月8日授权于Phan)。这些湿端添加法通常将使强度剂和柔软剂均匀地添加至薄页纸中，因此不能阻止化学品潜在的不希望的相互干扰作用。
将化学品添加至造纸过程湿端的另一个缺点是：如果留着的话，化学品将在整个纸幅中分布。在许多场合，希望只将活性成分施加至纸幅的表面上。例如，在利用润滑柔软材料时，这可能是所希望的。由于消费者只与表面接触，因此只将添加的材料施加至表面上，将保证材料的有效利用。将材料施加至表面上还将避免与其它材料如强度添加剂的相互干扰，所述的强度添加剂包含在纸页的中心可能是最佳选择。
另外，也可在形成湿纸幅之后，将化学造纸添加剂添加至纤维素基材上。例如，可通过化学水溶液将化学添加剂施加至纤维素基材上，然后进行干燥以形成化学增强的纸张结构。不幸的是，将化学品添加至纤维素基材上的先前的方法均将使化学品在基材均匀地分布。这种化学品均匀的分布将使得由包含至少两个微观密度区域的纤维素基材所提供的许多性能上的优点无效。
本发明克服了所有上述的缺点并提供了所希望的另外的益处。特别是，业已发现，与纤维素基材微观区域相对齐添加功能化学品，将使多区域纸张的性能优点最大化。例如，正如在下文将讨论的，最好将化学柔软剂添加至纸幅的低密度微观区域，从而进一步增强柔软功能。
通常是通过喷涂或印刷将化学组分施加至纤维素基材上。不幸的是，很难以精确的图案将化学组分喷涂至基材上。将化学组分印刷至基材上能产生比喷涂法得到的更为准确无误并且精确的图案，但这需要带有升高的凸起或凹槽的印刷辊。带有升高的凸起和凹板的印刷辊将使得所施加的化学组分的图案局限在与印刷辊的凸起或凹板相应的图案，而与特定的毛细管基材所希望的图案无关。另外，很难将印刷图案与基材的微观区域对准。
通过提供过剩的印刷辊和凹板(其中每个用于所希望的图案)，可以克服这个问题。然而，提供过剩的印刷辊和凹板将增加设备的开支，如果仅仅是希望进行短期生产，那么对每个所需的图案提供印刷辊或凹板在经济上可能是行不通的。
因此，希望通过下列的方法能化学地增强薄页纸、特别是高松的、图案致密的薄页纸的预定的微观区域：(1)在不明显影响机器操作性能下，能在工业造纸系统中采用该方法；(2)使用无毒且对环境友善的化学组分；和(3)能以维持薄页纸所希望的抗拉强度、吸收性和低的掉毛性能这样的方式采用该方法。
重要的是，根据本发明的说明，通过与所希望的微区域对准而添加功能化学剂，在没有对其它性能产生负面影响下，能增强所希望的功能性能。例如，在不负面影响柔软度下增加抗拉强度；或在不负面影响抗拉强度下改善纸张的柔软度。
本发明的目的是提供柔软、吸收性的薄页卫生纸产品。
本发明的另一目的是提供柔软、吸收性的搽面纸产品。
本发明的又一目的是提供柔软、吸收性的毛巾纸产品。
本发明的再一目的是提供一种纸张结构，如薄页纸幅，它包含至少含两个微观密度区域的纤维素基材，其中，使化学造纸添加剂与纸张结构的微观区域对准而加入。
本发明的另外一个目的是提供将化学造纸添加剂引入薄页纸幅中改进的方法，该方法将增加纸张的柔软度、强度、吸收性、和美学性能或这些性能的结合。
本发明的又一个目的是提供与薄页纸幅的微观密度区域对准而引入化学造纸添加剂的改进的方法，从而使多区域纸张的性能优点最大化。
从下文的详述可以看出，利用本发明，实现了这些目的和其它一些目的。
发明概述
本发明涉及化学增强的纸张结构，该结构包括纤维素基材，所述基材有相对高密度的第一区域和相对低密度的第二区域。相对高密度区域和相对低密度区域各自以非无规、重复的图案排列。固着的化学造纸添加剂分布在相对高密度区域或相对低密度区域上。
本发明还涉及化学增强的纸张结构，该结构包含纤维素基材，所述基材包含基本连续的高密度网状区域，和分布在其中的不连续的低密度区域，所述相对高密度基本连续的网状区域和所述相对低密度不连续的区域分别以非无规重复的图案排列，其中所述相对高密度基本连续的网状区域限定第一隆起，所述相对低密度不连续的区域限定第二隆起；和布置在所述相对低密度区域上的固着的化学造纸添加剂。
在特别优选的实施方案中，相对高密度的区域形成基本连续的网状结构，而相对低密度的区域是不连续的。在该实施方案中，如果打算改善柔软度和/或吸收性，优选将固定的化学造纸添加剂分布在不连续的低密度区域上。同样地，如果打算例如改善强度，可将固定的化学造纸添加剂添加至连续的高密度区域中。此外，正如下面详细说明的那样，优选对本发明的化学增强的纸张结构进行穿透干燥。
附图概述
尽管本发明的说明书以特别指出并明确要求本发明范围的权利要求结束，但据信，根据下述结合附图的说明，将对本发明有更好的理解，其中：
图1是根据本发明的带有连续纤维素网状结构和其中有化学造纸添加剂的不连续部位的纸张结构的局部俯视图；
图2是沿图1中2-2线所得到的局部侧视图；
图3是用来生产本发明结构的一种装置的示意垂直视图。
发明详述
如图1所述，本发明化学增强的纸张结构20包含通常是平面的纤维素基材22和化学造纸添加剂24。化学造纸添加剂24通常以如图3所示的水溶液40的形式添加至纤维素基材22上。参考图3，以特定的图案将水溶液40添加至纤维素基材22上。在水溶液40分布至纤维素基材22上之后，通过干燥最大地除去水份，而化学造纸添加剂24留着在纤维素基材上。
再参考图1，所述的纤维素基材22是一纤维素结构，优选是一薄页纸幅。该纤维素结构22包含多个微观区域34和38，所述区域具有不同的定量和/或密度。只要纤维素基材22宏观上是平面的并且化学造纸添加剂22与其中之一的微观区域对准而固定，纤维素基材22中区域34和38的任何的排列方式均可接受。
根据本发明的纤维素基材22具有限定两个相互不同密度的可区分的微观区域34和38。优选以这样的图案来布置区域34和38，即其中包含基本连续的网状区域32和在基本连续的网状区域内的不连续的区域36。正如在此所使用的那样，在一个或两个基本尺寸上基本沿整个纤维素基材22进行延伸的区域32被认为是“基本上连续的网状结构”。相反，不邻接的区域36被认为是“不连续的”。不连续的区域36向外凸出至区域32的远端，以限定基本连续的网状结构。
优选以非无规、重复图案的方式布置不连续的区域36和基本连续的区域32。“非无规的”区域32和36被认为是可预知的并可以由制备过程中已知和预定的特征来产生。“重复”指的是，在纤维素基材22中形成多于一次的图案。然而，应理解的是，如果提供给消费者的纤维素结构22相对较小且图案相对较大，或者以完整单元的方式将纸张结构20提供给消费者的话，在纤维素基材22中，该图案似乎只存在一次。更为优选的是，以这样的排列方式布置纤维素基材22的区域34和38，即带有高密度的基本连续的网状区域32和在基本连续的网状区域32中的不连续的低密度区域36。正如下面将要讨论的那样，优选的是，不连续的低密度区域36和基本连续的网状区域32位于不同的平面内。
对于在此所述的实施方案，业已发现，每平方厘米有约2至约155个低密度不连续区域36(优选其上分布有化学造纸添加剂)(每平方英寸10至1000个不连续的区域36)的纤维素基材22较为合适，更准确地说，每平方厘米有约16至约109个低密度不连续区域36(每平方英寸100至700个不连续的区域36)的纤维素基材22较为合适。
此外，根据本发明的纤维素基材22可以包含两个不同的隆起(elevations)26。纤维素基材22的“隆起”是指其局部偏离平面性。基材的隆起26通过将其置于一起参考平面作用的、平坦的水平面上而测定。纤维素基材22不同的隆起26，可通过取与参考平面垂直的在参考平面之上的尺寸与纤维素基材22基本尺寸的高度差来确定。所述的隆起26可能与上述不同密度的区域34和38重合也可能与之不重合。
优选的是，根据不同密度和不同隆起26所限定的区域34和38是重合的。因此，不连续的低密度区域36还高出基本连续的网状区域32的高密度区34的隆起26(或者，如果纤维素基材22被颠倒的话低于隆起26)。然而，应理解的是，可存在合适的实施方案，即其中这类特定密度的不连续区域36不与特定的隆起26重合。
根据本发明的纤维素基材22可由纤维素纤维组成；与其它两个相对很小的尺寸(相互垂直的，并且不仅是径向的而且与纤维的纵轴方向垂直)相比，所述的纤维具有很大的尺寸(沿纤维的纵轴方向)，因此，该基材22近似线性。当对纤维进行微观检查时可发现，与纤维的基本尺寸相比的其它两个尺寸相当小，但是所述的这两个小尺寸既不需要沿纤维的轴长基本相等，也不需要恒定的贯穿纤维的轴长。重要的仅仅在于，纤维能绕其轴进行弯曲，能与其它纤维结合，并且能通过液体载体分布至成形网(或其等效物)上。
根据需要，纤维素基材22可以是起皱的或不起皱的。对纤维素基材22进行起皱将按透视法缩小，产生Z方向的贯穿整个基本连续网状区域32的波动。所述的波动将在横向产生波纹，与通过下述方法可得到的隆起26差相比，这些波纹被认为太小，以致于不存在隆起26差。然而，应理解的是，可对起皱的纤维素基材22进行压花，穿透空气干燥等，从而产生相对于起皱波动和波纹尺寸较大的隆起26差。在EP0677612A2(转让给Kimberly-Clark Corporation，1995年10月18日公开)中描述了未起皱、穿透空气干燥的薄页纸产品制备方法的例子，在此引入该文作为参考。所述未起皱、穿透干燥的结构适合于本发明的实施。
包含纤维素基材22中的纤维可以是合成的，如聚烯烃或聚酯；优选是纤维素纤维，如棉短绒，人造丝或甘蔗渣；更为优选的是木浆，如针叶木浆(裸子植物或针叶树)或阔叶木浆(被子植物或阔叶树)，可以是交联的，并且可以包含合成材料和纤维素材料的混合物。如果纤维素基材22包含至少约50％重量或至少约50％体积的纤维素纤维(包括但不局限于上述的纤维)，那么就认为纤维素基材22是“纤维素的”。业已发现，木浆纤维的纤维素混合物特别适合于本发明中所述的纤维素基材22；所述的木浆纤维包含：长度约2.0-约4.5毫米，直径约25-约50微米的针叶木纤维，和长度小于约1毫米，直径约12-约25微米的阔叶木纤维。
如果选择用于纤维素基材22的木浆纤维，这些纤维可通过任何制浆法来生产，所述制浆方法包括：化学法，如亚硫酸盐法，硫酸盐法以及苏打法；和机械法，如磨木法。另外，还可通过化学法和机械法的结合来生产纤维，或者还可循环使用纤维。纤维的种类，结合以及加工对于本发明来说并不是至关重要的。
根据本发明的纤维素基材22宏观上是二维和平面的，其在第三尺寸上有一定的厚度。然而，与前两个尺寸相比，或与具有相对较大的前两个尺寸的纤维素基材22的生产能力相比，第三尺寸的厚度相对较小。
根据本发明的纤维素基材22包含单一的层并且就纤维的种类而言可以是成层的或分层的。然而，应理解的是，可以将两层或更多的单层(其中之一或全部的层由本发明制得)以面对面的关系相连接，从而形成完整的层压材料。
当然，还应理解的是，可以适当地将纺织材料或无纺材料用作纤维素基材22，以便满足上述的密度要求。
可通过现有技术中熟知的压花技术使某些区域局部致密，或者通过现有技术中熟知的借助真空或压力挡板而进入合适的模具然后进行穿透干燥，使某些区域膨松，而得到带有不同密度的区域34和38的纤维素基材22。类似地，可通过现有技术中熟知的压花技术，或者还可通过现有技术中熟知的借助真空或压力挡板而进入合适的模具然后进行穿透空气干燥，而得到带有在通常垂直于纤维素基材22平面的方向上不同隆起26的纤维素基材22。
优选对本发明的、化学增强的纸张结构进行穿透空气干燥。特别优选的穿透空气干燥的纤维素基材22根据普通转让的US4,529,480(1985年7月16日授权于Trokhan)，在此引入该专利作为参考，用来显示带有不连续区域36和基本连续图案区域32的穿透空气干燥的纤维素基材22，以及用来显示怎样制备带有不同隆起26的根据本发明的特别优选的纤维素基材22。根据US4,529,480(授权于Trokhan)制得的纤维素基材22有相互重合的不连续的区域36，这些区域36不仅密度相对较小，而且隆起26较高(或较低)。
纤维素基材22优选在不同区域34和38之间具有至少约0.13毫米(0.005英寸)的隆起26差。在没有限定压力下，利用微观切片术(microtomoscopy)或立体观测的三维扫描电子显微成像，测量隆起26，所述这些测量技术均为现有技术中熟知的技术。
可以水溶液，乳液，悬浮液等的形式，将化学造纸添加剂24添加至纤维素基材上。例如，如图3所示，可将包含化学造纸添加剂24的水溶液40添加至纤维素基材22上。
只要可以以所希望的图案添加化学造纸添加剂24，并固着，化学造纸添加剂24的具体种类对本发明并不至关重要，结果是，化学造纸添加剂不能流动，迁移，或另外的转移至纤维素基材22的不同部分上，并将所希望的图案完全变形成不太有用的化学造纸添加剂24的沉积(如均匀的涂层)。优选化学造纸添加剂24不仅在干燥状态下而且在使用时湿润状态下均是固着的。
参考图2，优选以特定的预定图案，将包含化学造纸添加剂24的水溶液40布置在纤维素基材22的不连续的低密度区域38中，与之对准，并且固着在其上。尽管其它的图案，如形成沿纤维素基材22的仅仅一个基本尺寸(即纵向，横向，或其对角线)延伸的线条的半连续图案也是可能的，但优选只将带有化学造纸添加剂24的图案布置在不连续的低密度区域38上。在该优选的实施方案中，相对高密度区域基本不含固着的化学造纸添加剂24。
再参考图3，本发明的化学增强的纸张结构20可根据所列出的装置50来制备。所述的装置50包含三个可轴向旋转的辊52，54和56，优选的是它们具有互相平行的纵向轴，即计量辊52，递纸辊54，和支承辊(anvilroll)56。这三个辊52，54和56形成压区58和间隙60。压区58位于计量辊52和递纸辊54之间。间隙60位于递纸辊54和支承辊56之间。
计量辊52是布置在液体前体40的储槽62中的凹印辊。当轴向旋转时，计量辊52从储槽62中获得液体前体62，通过刮刀41精确地调整计量辊52各凹槽(cell)中的填充量，然后将特定量的水溶液40转移至递纸辊54上。使纤维素基材22通过递纸辊54和支承辊56之间的间隙60，所述递纸辊54上均匀分布有水溶液40。重要的是，纤维素基材22的外形隆起的区域36和38向外突出并与递纸辊54接触，纤维素基材22的剩余部分支撑在支承辊56上；将包含化学造纸添加剂24的水溶液40施加至纤维素基材22上是所希望的。本领域普通技术人员显而易见的是，通过增加或减小递纸辊54和支承辊56之间间隙60的间距，当与之接触时，分别可以将更少和更多量的含水组分40印刷至和施加至纤维素基材22的外形隆起的区域上。同样地，改变计量辊52的设计，可改变施加至恒定间隙60处纤维素基材22上的水溶液40的量。另外，很明显的是，可以通过喷涂，将递纸辊54浸于含水组分40中，等，并借此无需计量辊52而将水溶液40施加至递纸辊54上，或者从计量辊直接印刷至在计量辊52和支承辊56之间形成的间隙60中的基材22上而将水溶液40施加至递纸辊54上。
当纤维素基材22通过递纸辊54和支承辊56之间的间隙60时，水溶液40只施加至纤维素基材22这样的区域中，所述的区域具有足以与递纸辊54的周边接触的隆起26。递纸辊54不与支撑在支承辊56上的纤维素基材22的这些部分接触。因此，水溶液40不施加至纤维素基材22的这些部分上。
通过调节间隙60的间距，可以将不同量的水溶液40，和最终干燥的化学造纸添加剂24施加至纤维素基材22的隆起的区域中。通常，对于本发明中所述的实施方案而言，业已发现，每平方厘米不连续区域36中施加约1至约500毫克的水溶液40较为合适。
当根据消费者的喜好选择纸张结构20中所使用的纤维素基材22之后，某些益处将是显而易见的。特别是，根据本发明的纤维素基材22具有不同隆起26的区域34和38(其中一个区域34与支承辊56接触，另一区域38与递纸辊54接触)提供若干个现有技术中没有的优点。首先，可以将包含化学造纸添加剂24的水溶液40的特定图案沉积至纤维素基材22上，而不需要递纸辊54以便具有凹印图案或具有径向延伸的突起。通常带有图案的计量辊54比没有图案的计量辊54更难制造并且更为昂贵。
所要求保护的本发明的第二个优点是适应性，它能使不希望使用带有图案的递纸辊54的用户实现图案与纤维素基材22的区域对准，将化学造纸添加剂24施加至纤维素基材22上是人们所希望的。所述的对准甚至在理想的制备条件下也极难实现，因为纤维素基材22的不同区域可以几乎微观的规模存在。实际的制备甚至更为复杂，因为不同区域32和36的间距以及配准不良的机会可能会改变当纤维素基材22通过装置50时通常的张力的变更，纤维素基材22的定量，以及其它制备参数。通过图3所述的方法实施本发明，保证了化学造纸添加剂24与纤维素基材22的理想区域精确的配准。
第三，如果希望改变施加至纤维素基材22上化学造纸添加剂24的图案，对于多种图案而言，可以使用单一的装置50，该装置装有递纸辊54，并带有平滑无图案的圆周。将带有不同外形的纤维素基材22引入递纸辊54和支承辊56之间的间隙60中，并适当地调节间隙60的间距。递纸辊54可以继续设置通过简单改变纤维素基材22而获得的平滑表面以及任何所希望的图案。一旦选择特定的纤维素基材22，在现有技术的制备过程中不能得到所述的适应性。
根据本发明的若干个变更是可行的。例如，如果希望的话，可构成这样的纤维素基材22，该基材带有基本连续的网状区域32和不连续的区域36，这些区域的定量不同而不是密度不同。如果对所述的纤维素基材22进行选择的话，优选利用普通转让的US4,514,345(1985年4月30日授权于Johnson等人)或普通转让的US5,245,025(1993年9月14日授权于Trokhan等人)的图4的成形网来制备，在此引入这两份专利作为参考，用来显示怎样制备带有不同定量区域的纤维素基材22。另外，带有在基本连续的网状区域32之上(或之下)的许多不同隆起26的不连续的区域36也是可行的。以与隆起相关的量，将化学组分24只施加至具有特别小的隆起26的不连续区域36上，或者只施加至各个不连续的区域36上。
化学造纸添加剂
用于本发明多密度纸张结构的化学造纸添加剂优选选自：强度添加剂，吸收性添加剂，柔软添加剂，美学添加剂，及其混合物。所有这些添加剂均将在下面一一进行讨论。
A.强度添加剂
强度添加剂选自：永久湿强度树脂，暂时湿强度树脂，干强度添加剂，及其混合物。
如果希望永久湿强度的话，该化学造纸添加剂可选自下列的化学剂：聚酰胺-表氯醇，聚丙烯酰胺；不溶性聚乙烯醇；脲醛树脂；聚乙烯亚胺；以及聚氨基葡糖聚合物。聚酰胺-表氯醇是业已发现特别有用的阳离子湿强度树脂。所述树脂合适的种类描述于US3,700,623(1972年10月24日授权)和US3,772,076(1973年11月13日授权)中，这两份专利均授权给了Keim，在此将它们引入作为参考。有用的聚酰胺-表氯醇树脂的一个市场来源是Hercules，Inc.(Wilmington，Delaware)，所述树脂的商标为Kymeme557H。
另外还发现，聚丙烯酰胺树脂也可用作湿强度树脂。这些树脂描述于US3,556,932(1971年1月19日授权于Coscia等人)和US3,556,933(1971年1月19日授权于Williams等人)，在此将这两份专利引入作为参考。有用的聚丙烯酰胺树脂的一个市场来源是American Cyanamid Co.(Stanford，Connecticut)，所述树脂的商标为Parez631NC。
另外还发现可用于本发明的其它水溶性阳离子树脂是脲醛树脂和蜜胺甲醛树脂。这些多官能树脂较为常用的官能团是含氮基团，如氨基基团和连接至氮上的羟甲基基团。另外还发现聚乙烯亚胺类树脂也可用于本发明。
如果希望暂时湿强度，那么化学造纸添加剂可选自下列的化学剂：阳离子双醛淀粉基树脂(如由Japan Carlet生产的Caldas，由National Starch andChemical Corporation生产的National Starch78-0080或Cobond 1000)；和双醛淀粉。在US4,675,394(1987年6月23日授权于Solarek等人)中也描述了改性淀粉暂时湿强度树脂，在此引入该专利作为参考。优选的暂时湿强度树脂包括：在US4,981,557(1991年1月1日授权于Bjorkquist)中描述的那些树脂，在此引入该专利作为参考。优选的暂时湿强度树脂的另一个例子是Parez750B，由CyTec制造的可从市场得到的改性聚丙烯酰胺树脂。
如果需要干强度，化学造纸添加剂可选自下列的化学剂：聚丙烯酰胺(如由American Cyanamid(Wayne，N.J.)生产的Cypro514和Accostrength711的混合物)；淀粉(如玉米淀粉或土豆淀粉)；聚乙烯醇(如由Air Products Inc.(Allentown，PA)生产的Airvol540)；瓜耳树胶或刺槐豆胶；和/或羧甲基纤维素(如得自Aqualon Co.(Wilmington，DE)的Aqualon CMC-T)。通常，用于实施本发明的合适的淀粉的特征在于水溶性和亲水性。举例性的淀粉材料包括玉米淀粉和土豆淀粉，但这并不意味着对合适淀粉材料范围的限制；而工业上已知称为amioca淀粉的蜡状玉米淀粉是特别优选的。Amioca淀粉不同于普通玉米淀粉之处在于它整个都是支链淀粉，而普通玉米淀粉不仅包含支链淀粉而且还包含直链淀粉。在“Amioca-The Starch From WaxyCorn”(H.H.Schopmeyer，Food Industries，1945年12月，第106-108页)(Vol.pp.1476-1478)中还描述了amioca淀粉的各种独特的特征。所述淀粉可以呈颗粒状或分散状，但优选颗粒形式。优选的是将淀粉充分煮透，以便使颗粒溶胀。更优选的是，例如通过熬煮使淀粉颗粒溶胀至淀粉颗粒刚好要形成分散体之前这样的程度。所述高溶胀淀粉颗粒应称之为“充分煮透的”。通常形成分散体的条件将根据淀粉颗粒的大小，颗粒的结晶度，以及所存在的直链淀粉量而改变。例如，可通过对约4％浓度的淀粉颗粒的含水浆料于约190°F(约88℃)加热约30至约40分钟而制得充分煮透的amioca淀粉。其它可以使用的淀粉材料的例子包括：改性的阳离子淀粉，如改性成带有含氮基团如氨基基团和连接至氮上的羟甲基基团这样的淀粉，所述淀粉得自National Stareh and Chemical Company(Bridgewater，New Jersey)。迄今为止，主要将所述改性淀粉材料用作纸浆配料添加剂，以增加湿强度和/或干强度。然而，根据本发明，当通过涂布将淀粉施加至薄页纸幅上时，相对于同样的改性淀粉材料的湿端添加而言，其对湿强度的作用将减弱。可以想像的是，所述的改性淀粉材料要比未改性的淀粉昂贵，因此，通常优选后者。除通过本发明所述的方法进行添加以外，还可将湿强度树脂和干强度树脂添加至纸浆配料中。应理解的是，将化合物如上述的湿强度树脂和暂时湿强度树脂添加至纸浆配料中是非强制性的，并且对于实施本发明也不是必须的。
可以单独地将强度添加剂施加至薄页纸幅上，或者与柔软添加剂，吸收性添加剂，和/或美学添加剂同时添加，或者在它们之前或之后添加。相对于没有粘结剂处理但其它相同的纸页而言，为了在干燥时提供掉毛控制以及随之产生的强度增加，优选至少将有效量的强度添加剂施加至纸页上。以干纤维重量计，留着在干燥纸页中的强度添加剂优选在约0.01％和约2.0％之间；更优选的是留着约0.1％至约1.0％的强度添加剂材料，优选是淀粉基材料。
B)柔软添加剂
化学柔软添加剂选自：润滑剂，增塑剂，阳离子去键合剂，非阳离子去键合剂及其混合物。在本发明中用作柔软添加剂的合适的去键合剂包括：阳离子表面活性剂和非阳离子表面活性剂，其中优选阳离子表面活性剂。非阳离子表面活性剂包括：阴离子、非离子、两性和两性离子的表面活性剂。在制得薄页纸之后，表面活性剂最好是基本原地不迁移的，以便基本排除后处理时薄页纸性能的改变，所述的性能可能是由于加入表面活性剂所产生的。例如借助使用其熔融温度大于本发明薄页纸产品在储存、运输，交易，以及使用期间通常遭遇的温度，可以使薄页纸的性能不发生改变，例如使用约50℃或更高熔融温度的表面活性剂。
为提供上述柔软度/抗张强度益处，施加至薄页纸幅上的非阳离子表面活性剂的用量为：以最终产品达到恒定抗拉强度为准，从赋予所述益处所需的最少有效量至2％，优选的是，纸幅留着约0.01％至约2.0％的非阳离子表面活性剂；更优选的是，留着约0.05％至约1.0％；最优选的是，留着约0.05％至约0.3％。优选表面活性剂有8个或更多个碳原子的烷基链。举例性的阴离子表面活性剂是线性烷基磺酸盐，以及烷基苯磺酸盐。举例性的非离子表面活性剂是烷基苷，包括烷基苷酯，如得自Croda，Inc.(New York，NY)的CrodestaSL-40；如描述于US4,011,389(1977年3月8日授权于W.K.Langdon等人)中的烷基苷酯；烷基聚乙氧基化的酯，如得自GlycoChemicals Inc.(Greenwich，CT)的Pegosperse200ML；烷基聚乙氧基化的酯和酯，如得自Shell Chemical Co.的NeodolR25-12；脱水山梨醇酯，如得自ICI America，Inc.的Span60，乙氧基化的脱水山梨醇酯，丙氧基化的脱水山梨醇酯，混合的乙氧基化/丙氧基化的脱水山梨醇酯，以及聚乙氧基化的脱水山梨醇，如得自ICI America，Inc.的Tween 60。特别优选的是将烷基多苷用于本发明。上面所列出的举例性的表面活性剂仅仅是说明性的，并不意味着对本发明范围的限定。
除化学造纸添加剂乳化表面活性剂材料以外，在下文中任何表面活性剂均被称之为“表面活性剂”，在下文中将用作乳化化学造纸添加剂的乳化组分称之为“乳化剂”。可以将表面活性剂单独施加至薄页纸上，或者与其它化学造纸添加剂一起或者在其之后或之前施加至薄页纸上。在典型的方法中，如果存在另外的添加剂，那么将表面活性剂与其它的添加剂同时施加至纤维素基材上。另外，还希望用用于掉毛控制和/或增加抗拉强度的相对少量的粘结剂对包含去键合剂的薄页纸进行处理。在本发明中所使用的术语“粘结剂”指的是现有技术中已知的各种湿强度添加剂和干强度添加剂。如果使用去键合剂和吸收性助剂的话，可将粘结剂与之同时添加，或者在其之前或之后添加。优选将粘结剂与去键合剂同时加至薄页纸幅上(例如将粘结剂包括在施加至薄页纸幅中的稀水溶液中)。
如果希望化学柔软剂起赋予润滑感的作用，那么它可选自下列化学剂：有机材料(如矿物油或蜡，如石蜡或巴西棕榈蜡，或羊毛脂)；和聚硅氧烷(如在授于Ampulski的US5,059,282中描述的化合物，在此引入作为参考)。可用于本发明的合适的聚硅氧烷化合物将在下面进行详细描述。
为提供上述柔软度/润滑感的益处，施加至薄页纸幅上的聚硅氧烷的用量为：以最终产品达到恒定抗拉强度为准，从赋予所述益处所需的最少有效量至2％，优选的是，纸幅留着约0.01％至约2.0％的聚硅氧烷化合物；更优选的是，留着约0.02％至约1.0％；最优选的是，留着约0.03％至约0.3％。优选所述的聚硅氧烷化合物具有下述结构的硅氧烷单体单元：
Figure C9719674500191
对于每个独立的硅氧单体单元而言，式中R1和R2可分别为氢或任何烷基，芳基，烯基，烷芳基，芳烷基，环烷基，卤代烃，或其它基团。所述的基团可以是取代或未取代的。任何特定单体单元的R1和R2基团可以不同于下一个连接的单体单元中相应的官能团。此外，聚硅氧烷可以是直链的，支链的或具有环状结构。另外，基团R1和R2可独立地为其它的硅杂官能团，如(但并不局限于)硅氧烷，聚硅氧烷，硅烷，以及聚硅烷。基团R1和R2可包含各种有机官能团，例如包括醇，羧酸，醛，酮和胺，酰胺官能团，其中优选的是氨基官能的硅氧烷化合物。烷基基团的例子是甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基，辛基，癸基，十八烷基，等。链烯基的例子是乙烯基，烯丙基等。芳基基团的例子是苯基，二苯基，萘基等。烷芳基的例子是甲苯基，二甲苯基，乙苯基，等。芳烷基的例子是苯甲基，α-苯乙基，β-苯乙基，α-苯丁基等。环烷基的例子是环丁基，环戊基，环己基等。卤代烃的例子是氯甲基，溴乙基，四氟乙基，氟乙基，三氟乙基，三氟甲苯基，六氟二甲苯基等。披露聚硅氧烷的参考文献包括US2,826,551(1958年3月11日授权于Geen)；US3,964,500(1976年6月22日授权于Drakoff)；US4,364,837(1982年12月21日授权于Pader)；US5,059,282(1991年10月22日授权于Ampulksi等人)；以及GB849,433(1960年9月28公开，Woolston)中。在此引入这些专利作为参考。另外，引入本发明的参考文献有 Silicon Compounds，第181-217页，由Petrarch Systems，Inc.发行(1984)，该文包含广泛列出的聚硅氧烷，并对之进行了说明。
如果希望化学柔软剂主要对结构进行增塑的话，那么它可选自下列的化学剂：聚乙二醇(如PEG400)；二甲胺；和/或甘油。
如果希望阳离子化学柔软剂主要起去键合作用的话，它可选自下列的化学剂：阳离子季铵化合物(如二氢化牛脂二甲基甲酯硫酸铵(DTDMAMS)或二氢化牛脂二甲基氯化铵(DTDMAC)，它们均由WitcoCorporation(Greenwich，Connecticut)生产；Berocel 579(由EkaNobel(Stennungsund，Sweden)生产)；在授权于Osborn并在此引入作为参考的US4,351,699和4,447,294中所述的材料；和/或DTDMAMAS或DTDMAC的二酯衍生物)。
特别是，具有下式的季铵化合物：
(R1)4-m-N+-[R2]mX-
式中m为1-3；各个R1为C1-C8的烷基基团，羟烷基基团，烃基或取代的烃基，烷氧基化的基团，苄基基团，或它们的混合物；各个R2为C9-C41的烷基基团，羟烷基基团，烃基或取代的烃基，烷氧基化的基团，苄基基团，或它们的混合物；X-为与柔软剂相容的适用于本发明的阴离子；优选各R2为C16-C18烷基，最优选的是各R2为直链的C18烷基。优选各R1为甲基，X-为氯化物或甲酯硫酸根。另外，R2取代基也可以由植物油源衍生得到。
具有下式的生物可降解的酯官能季铵化合物：
(R1)4-m-N+-[(CH2)n-Y-R2]mX-
式中各个Y＝-O-(O)C-，或-C(O)-O-；m为1-3；优选等于2；各个n＝1-4，优选为2；各个R1取代基为短链C1-C6，优选为C1-C3的烷基基团，例如甲基(最优选)，乙基，丙基等，羟烷基基团，烃基，苄基或其混合物；各个R2为长链、至少部分不饱和的(IV大于约5至小于约100，优选从约10至约85)C11-C23烃基，或取代的烃基取代基，抗衡离子X-可为任何与柔软剂相容的阴离子，例如，乙酸根，氯化物，溴化物，甲酯硫酸根，甲酸根，硫酸根，硝酸根等也可用于本发明。优选的是绝大部分R2包含含有至少90％C18-C24链长的脂肪酰基。更优选的是，绝大部分R2选自：含有至少90％C18，C22及其混合物的脂肪酰基。
其它类合适的季铵化合物描述于EP0688901 A2中，该专利已转让给Kimberly Clark Corporation，于1995年12月12日公开，在此引入作为参考。
另外还可将叔胺柔软化合物用于本发明。合适的叔胺柔软剂的例子描述于US5,399,241(转让给了James River Corporation，1995年3月21日授权)中，在此引入该专利作为参考。
C)吸收性添加剂
如果希望吸收性助剂增强其吸收速率的话，可选自下列的化学剂：聚乙氧基化物(如PEG400)；烷基乙氧基化的酯(如得自Lonza Inc.的Pegosperse200ML)；烷基乙氧基化的醇(如Neodol)；烷基聚乙氧基化的壬基苯酚(如由Rhone-Poulenc/GAF生产的Igepal CO)，乙氧基化的三甲基戊二醇，和/或US4,959,125和4,940,513(授权于Spendel并且引入本发明作为参考)中所述的材料。在用表面活性的去键合柔软剂降低润湿作用的例子中，可以将润湿剂例如第二表面活性剂添加至涂布液中。例如，能将脱水山梨醇硬脂酸酯与烷基聚乙氧基化的醇混合，以便生产柔软可润湿的纸张。
另外，还可将水溶性多羟基化合物用作吸收性助剂和/或润湿剂。适用于本发明的水溶性多羟基化合物的例子包括：甘油，重均分子量从约150至约800的聚甘油，以及重均分子量从约200至约4000，优选从约200至约1000，最优选从约200至约600的聚氧乙烯和聚氧丙烯。特别优选的是重均分子量从约200至约600的聚氧乙烯。另外还可使用上述多羟基化合物的混合物。例如，在本发明中，可以使用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。特别优选的多羟基化合物是重均分子量约400的聚氧乙烯。该材料可得自联合碳化物公司(Danbury，Connecticut)，商品名为“PEG-400”。
如果希望吸收性助剂降低吸收速率的话，可选自下列化学剂：烷基烯酮二聚体(如由Hercules Inc.(Wilmington，DE)制造的AquapelR 360XC乳液)；氟代烃(如由3M(Minneapolis，MN)制造的Scotch Guard)；疏水硅酮(如由道康宁(Midland，MI)制造的PDMS DC-200)；氟代调聚物(如由Dupont(Wilmington，DE)制造的Zonyl 7040)等。
吸收性添加剂可单独使用或与强度添加剂结合使用。业已发现，淀粉基强度添加剂是用于本发明的优选的粘结剂。优选的是，用淀粉水溶液对薄页纸进行处理。除减少成品薄页纸产品掉毛以外，少量淀粉还可以赋予薄页纸抗张强度的适度改善，而不会赋予其由于加入大量淀粉所产生的僵硬性(即挺度)。另外，与通过增加抗拉强度的传统方法而增强的薄页纸相比，这样的处理提供了改善的强度/柔软度关系的薄页纸。传统方法增强的纸页例如有：由增加精制浆或者通过添加其它干强度添加剂所致的增加抗拉强度的纸页。由于传统上使用淀粉来增强强度是以牺牲柔软度为代价的，其中柔软度不是重要的特征，例如在生产纸板时，因此，本发明所得出的结果是尤其令人惊奇的。此外，淀粉已用作印刷纸和书写纸的填料，以改善其表面适印性。
D)美学添加剂
如果希望使用美学添加剂的话，它可选自下列化学剂：油墨，染料，香料，不透明剂(如二氧化钛或碳酸钙)，光学增亮剂，及其混合物。
另外，使用本发明中所述的方法，还可改善纸张的美观性。优选将油墨，染料，和/或香料添加至随后将要施加至薄页纸幅上的含水组合物中。可以单独使用美学添加剂，或与润湿剂，柔软剂，和/或强度添加剂结合使用。
分析方法
可借助现有技术中任何可接受的方法来分析留着在薄页纸幅上的处理化学剂的量。例如，可用有机溶剂对聚硅氧烷进行溶剂萃取，然后通过原子吸收光谱测定萃取物中硅的含量，来确定被薄页纸留着的聚硅氧烷的量；可通过用有机溶剂进行萃取然后进行气相色谱测定萃取物中表面活性剂的含量，从而确定非离子表面活性剂如烷基苷的含量；可通过水萃取然后对萃取物进行比色分析而确定阴离子表面活性剂如线性烷基磺酸盐的含量；通过用淀粉酶将淀粉煮成葡萄糖，然后进行比色分析测定葡萄糖的含量，从而确定淀粉的含量。这些方法只是举例性的，它们并不意味着排除可用来测定被薄页纸留着的特定组份含量的其它方法。
薄页纸的亲水性通常是指薄页纸被水湿润的趋势。通过测定干薄页纸被水完全湿润所需的时间，似乎也可以对薄页纸的亲水性进行定量。该时间周期被称之为“湿润时间”。为了提供恒定且可重复的对润湿时间的测试，可以使用下列步骤进行湿润时间的测定：首先，对试样纸页进行调节(用来对纸样进行测试的环境条件是：在TAPPI方法T 402中指出的23±1℃和50±2％RH)，提供约4-3/8英寸×4-3/4英寸(约11.1cm×12cm)的薄页纸结构；其次是，将纸页折成四个并置的方块，然后卷成直径约0.75英寸(约1.9cm)至约1英寸(约2.5cm)的球；第三步是，将球状的纸页置于蒸馏水体23±1℃)的表面上并同时开启计时器；第四步是，当球状纸页完全湿润时关闭计时器并读数。完全湿润是用肉眼进行观察的。
薄页纸优选的亲水性取决于其预定的最终用途。薄页纸能用于各种用途中将是人们所希望的，例如当用于卫生纸时，希望在相当短的时间内完全湿润，以便防止冲洗厕所时发生堵塞。优选湿润时间为2分钟或更短。更优选的是，湿润时间为30秒钟或更短。最优选的是，湿润时间为10秒钟或更短。
当然，本发明薄页纸的亲水特征可以在制备之后立即测定。然而，在制得薄页纸之后的头两周里，即在薄页纸制成之后老化两周后，薄页纸的亲水性可能会大大地增加。因此，上述的湿润时间最好是在所述的两周之后进行测量。因此，于室温在两周老化之后测定的湿润时间被称之为“两周湿润时间”。
在本发明中使用的术语薄页纸的密度为：纸张的定量(质量/单位面积)除以厚度计算得到的平均密度，其中需要进行适当的单位转换。在本发明中所使用的薄页纸的厚度是，当经受克/英寸2(15.5g/cm2)压力时纸张的厚度。合适的测量仪器是由Twing-Albert Instrument Co.(Philadelphia，PA 19154)制得的89-100型厚度测量仪。
下面的实施例将对本发明进行说明，但并不意味着对本发明进行限定。
实施例1
在本发明的实施过程中，使用中间规模的长网造纸机。用常规的碎浆机制得3％重量的NSK(北方针叶木硫酸盐浆(如得自Weyerhaeuser Corporation，Tacoma Washington的Grand Prairie))的含水浆液。以干纤维重量0.75％的速率，将暂时湿强度树脂(即由National Starch and Chemical corporation(New-York，NY)销售的National Stareh 78-0080))的2％的溶液添加至NSK浆料管中。通过管线内的混合器增强了暂时湿强度树脂在NSK纤维上的吸附。在扇形泵(fan pump)处将NSK浆液稀释至约0.2％的浓度。在常规的碎浆机中制得桉树属(如巴西的Aracruz)纤维3％重量的含水浆液。在扇形泵处将桉树属浆液稀释至约0.2％的浓度。将各配料组份送至网前箱单独的层中(即桉树属纤维送至外层，NSK在中间层)，并沉积至长网上，以便形成三层的纸坯。通过长网并在挡水板和真空吸水箱的帮助下进行脱水。所述长网为每厘米分别有33根纵向单丝和30根横向单丝的5-梭道，缎纹组织构形。湿纸胚从长网传递至第二造纸带上；在递纸位置的纤维浓度约为18％。第二造纸带是一环形网带，它带有优选的网状表面和挠曲的管路。通过在多孔织物上形成光敏聚合物网络而制得该造纸带，其中所述的多孔织物由聚酯制成，并具有20(MD)×18(CD)根长丝的四梭道双层设计，该织物是根据US5,334,289(授权于Trokhan)所披露的方法制得的，在此引入该专利作为参考。纵向单丝的直径约为0.22mm，横向单丝的直径约为0.28mm。光敏聚合物织物具有约35％的压节区域，并且每平方英寸有562个线性Idaho槽(LinearIdaho Cells)(87个槽/cm2)，线性Idaho槽图案详细描述于US5,514,523(1996年5月7日授权于Trokhan等人)的图19中，在此引入该专利作为参考。在本方法中使用的光敏树脂为MEH-1000，由MacDermid Imaging TechnologyInc.(Wilmington，Delaware)面市的甲基丙烯酸酯化的聚氨酯树脂。造纸带的总厚度约为1.2mm，其中在多孔织物上方延伸的光敏聚合物图案的厚度为0.2mm。
在通过真空脱水箱之后，使载在造纸带上的纸坯通过通风预干燥器，然后将纸幅转移至扬克式烘缸上。其它过程以及纸机的状况如下所列。在真空脱水箱之后纤维浓度约为27％，通过预干燥器的作用，以及转移至扬克式烘缸之前的浓度约为65％；通过涂布器喷涂含有0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的起皱粘合剂；在用刮刀对纸幅进行干起皱之前，将纤维浓度增加至预计的约98％。该刮刀有约25度的斜角，并相对于扬克式烘缸设置，以提供约81度的冲击角；该扬克式烘缸在约350°F(177℃)下运行，并以约800fpm(英尺/分)(约244米/分)的速度运转。然后使干起皱的纸幅在两个压光辊之间通过。以辊子重量使两压光辊偏置在一起，并以660fpm(约201米/分)的表面速度运转。压光的纸幅同样以660fpm(英尺/分)(约201米/分)的表面速度卷在卷纸轴上备用。
在造纸带与纸坯接触之前，通过乳液分布辊，将包含化学添加剂组合物的水溶液连续地施加至造纸带的纸接触面上。通过分布辊施加至挠曲元件上的含水化学添加剂组合物包含五种配料：水，Regal Oil(由Texaco Oil公司面市的高速透平油)，ADOGEN TA 100(由Witco公司面市的二硬脂基二甲基氯化铵表面活性剂)，鲸蜡醇(由Procter & Gamble公司面市的C16线性脂肪醇)和甘油。五种配料的相对比例如下：6.1％重量的Regal Oil，0.3％重量的Adogen，0.2％重量的鲸蜡醇，31.1％重量的甘油，以及余量水。施加至造纸带上的含水化学添加剂组合物的体积流速约为0.50加仑/小时-横向英尺(约6.21升/小时-米)。当纸幅与含水化学添加剂组合物接触时，以纸幅总重量计，湿纸幅中纤维的浓度约为25％。
将纸幅转换成单层的薄页纸产品。该薄页纸的定量约为18#/3M平方英尺，含有约1％的甘油和约1％的Regal Oil，它们主要分布在薄页纸的压节区域中；以及约0.2％的暂时湿强度树脂，该树脂分布在整个薄页纸上。重要的是，所得到的薄页纸是柔软的、吸收性的，并且可用作搽面纸和/或卫生纸。
实施例2
在本发明的实施过程中，使用中间规模的长网造纸机。用常规的碎浆机制得3％重量的NSK(北方针叶木硫酸盐浆(如得自Weyerhaeuser Corporation，Tacoma Washington的Grand Prairie))的含水浆液。以干纤维重量的0.75％的速率，将暂时湿强度树脂(即由National Starch and Chemicalcorporation(New-York，NY)销售的National Starch78-0080))的2％的溶液添加至NSK浆管中。通过管线内的混合器增强了暂时湿强度树脂在NSK纤维上的吸附。在扇形泵处将NSK浆液稀释至约0.2％的浓度。在常规的碎浆机中制得桉树属(如巴西的Aracruz)纤维的3％重量的含水浆液。在扇形泵处将桉树属浆液稀释至约0.2％的浓度。将各配料组份送至网前箱单独的层中(即桉树属纤维送至外层，NSK在中间层)，并沉积至长网上，以便形成三层的纸坯。通过长网并在挡水板和真空吸水箱的帮助下进行脱水。所述长网为每厘米分别有33根纵向单丝和30根横向单丝的5-梭道，缎纹组织构形。湿纸胚从长网传递至第二造纸带上；在递纸位置处的纤维浓度约为18％。第二造纸带是一环形网带，它带有优选的网状表面和挠曲的管路。通过在多孔织物上形成光敏聚合物网络而制得该造纸带，其中所述的多孔织物由聚酯制成，并具有20(MD)×18(CD)根长丝的四梭道双层设计，该织物是根据US5,334,289(授权于Trokhan)所披露的方法制得的，在此引入该专利作为参考。纵向单丝的直径约为0.22mm，横向单丝的直径约为0.28mm。光敏聚合物织物具有约35％的压节区域，并且每平方英寸有562个线性Idaho槽(LinearIdaho Cells)(87个槽/cm2)，线性Idaho槽图案详细描述于US5,514,523(1996年5月7日授权于Trokhan等人)的图19中，在此引入该专利作为参考。在本发明中使用的光敏树脂为MEH-1000，由MacDermid Imaging TechnologyInc.(Wilmington，Delaware)面市的甲基丙烯酸酯化的聚氨酯树脂。造纸带的总厚度约为1.2mm，其中在多孔织物上方延伸的光敏聚合物图案的厚度为0.2mm。
在通过真空脱水箱之后，使载在造纸带上的纸坯通过通风预干燥器，然后将纸幅转移至扬克式烘缸上。其它过程以及纸机的状况如下所列。在真空脱水箱之后纤维浓度约为27％，通过预干燥器的作用，转移至扬克式烘缸之前的浓度约为65％；通过涂布器喷涂含有0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的起皱粘合剂；在用刮刀对纸幅进行干起皱之前，将纤维浓度增加至约98％。该刮刀有约25度的斜角，并相对于扬克式烘缸设置，以提供约81度的冲击角；该扬克式烘缸在约350°F(177℃)下运行，并以约800fpm(英尺/分)(约244米/分)的速度运转。然后使干起皱的纸幅在两个压光辊之间通过。以辊子重量使两压光辊偏置在一起，并以660fpm(约201米/分)的表面速度运转。压光的纸幅同样以660fpm(英尺/分)(约201米/分)的速度卷在卷纸轴上备用。
将包含化学添加剂组合物的水溶液连续地施加至压光辊的上部。通过压光辊施加的含水化学添加剂组合物包含三种配料：水，季铵化合物(如由Wicto公司面市的二(氢化)牛脂基二甲基甲酯硫酸铵，商品名为“Varisoft137”)和甘油。三种配料的相对比例如下：10％重量的Varisoft137，40％重量的甘油，以及余量水。当纸幅与含水化学添加剂组合物接触时，以纸幅总重量计，湿纸幅中纤维的浓度约为98％。
将纸幅转换成单层的薄页纸产品。该薄页纸的定量约为18#/3M平方英尺，含有约1％的甘油和约0.2％的季铵化合物柔软剂，它们主要分布在薄页纸的枕状区域中；以及约0.2％的暂时湿强度树脂，该树脂分布在整个薄页纸上。重要的是，所得到的薄页纸是柔软的、吸收性的，并且可用作搽面纸和/或卫生纸。
实施例3
在本发明的实施过程中，使用中间规模的长网造纸机。用常规的碎浆机制得3％重量的NSK(北方针叶木硫酸盐浆(如得自Weyerhaeuser Corporation，Tacoma Washington的Grand Prairie))的含水浆液。以干纤维重量0.75％的速率，将暂时湿强度树脂(即由National Starch and Chemical corporation(New-York，NY)销售的National Starch 78-0080))的2％的溶液添加至NSK浆管中。通过管线内的混合器增强了暂时湿强度树脂在NSK纤维上的吸附。在扇形泵处将NSK浆液稀释至约0.2％的浓度。在常规的碎浆机中制得桉树属(如巴西的Aracruz)纤维的3％重量的含水浆液。在扇形泵处将桉树属浆液稀释至约0.2％的浓度。将各配料组份送至网前箱各单独的层中(即桉树属纤维送至外层，NSK在中间层)，并沉积至长网上，以便形成三层的纸坯。通过长网并在挡水板和真空吸水箱的帮助下进行脱水。所述长网为每厘米分别有33根纵向单丝和30根横向单丝的5-梭道，缎纹组织构形。湿纸胚从长网传递至第二造纸带上；在递纸位置的纤维浓度约为18％。第二造纸带是一环形网带，它带有优选的网状表面和挠曲的管路。通过在多孔织物上形成光敏聚合物网络而制得该造纸带，其中所述的多孔织物由聚酯制成，并具有20(MD)×18(CD)根长丝的四梭道双层设计，该织物是根据US5,334,289(授权于Trokhan)所披露的方法制得的，在此引入该专利作为参考。纵向单丝的直径约为0.22mm，横向单丝的直径约为0.28mm。光敏聚合物织物具有约35％的压节区域，并且每平方英寸有562个线性Idaho槽(Linear IdahoCells)(87个槽/cm2)，线性Idaho槽图案详细描述于US5,514,523(1996年5月7日授权于Trokhan等人)的图19中，在此引入该专利作为参考。在本发明中使用的光敏树脂为MEH-1000，由MacDermid Imaging Technology Inc.(Wilmignton，Delaware)面市的甲基丙烯酸酯化的聚氨酯树脂。造纸带的总厚度约为1.2mm，其中在多孔织物上方延伸的光敏聚合物图案的厚度为0.2mm。
在通过真空脱水箱之后，使载在造纸带上的纸坯通过通风预干燥器，然后将纸幅转移至扬克式烘缸上。其它过程以及纸机的条件如下所列。在真空脱水箱之后纤维浓度约为27％，通过预干燥器的作用，转移至扬克式烘缸之前的浓度约为65％；通过涂布器喷涂含有0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的起皱粘合剂；在用刮刀对纸幅进行干起皱之前，将纤维浓度增加至预计的98％。该刮刀有约25度的斜角，并相对于扬克式烘缸设置，以提供约81度的冲击角；该扬克式烘缸在约350°F(177℃)下运行，并以约800fpm(英尺/分)(约244米/分)的速度运转。然后使干起皱的纸幅在两个压光辊之间通过。以辊子重量使两压光辊偏置在一起，并以660fpm(约201米/分)的表面速度运转。压光的纸幅同样以660fpm(英尺/分)(约201米/分)的速度卷在卷纸轴上备用。
在造纸带与纸坯接触之前，通过乳液分布辊，将包含化学添加剂组合物的水溶液连续地施加至造纸带的压节区域上。通过分布辊施加至造纸带压节区域上的含水化学添加剂组合物包含五种配料：水，Regal Oil(由Texaco Oil公司面市的高速透平油)，ADOGEN TA 100(由Witco公司面市的二硬脂基二甲基氯化铵表面活性剂)，鲸蜡醇(由Procter&Gamble公司面市的C16线性脂肪醇)和水溶性染料组分。五种配料的相对比例如下：6.1％重量的Regal Oil，0.3％重量的Adogen，0.2％重量的鲸蜡醇，0.2％重量的水溶性染料组分，以及余量水。施加至造纸带上的含水化学添加剂组合物的体积流速约为0.50加仑/小时-横向英尺(约6.21升/小时-米)。当纸幅与含水化学添加剂组合物接触时，以纸幅总重量计，湿纸幅中纤维的浓度约为25％。
将纸幅转换成单层的薄页纸产品。该薄页纸的定量约为18#/3M平方英尺，并含有约0.2％的暂时湿强度树脂。重要的是，所得到的薄页纸是柔软的、吸收性的具有改善的美观性，并且可用作搽面纸和/或卫生纸。
实施例4
在本发明的实施过程中，使用中间规模的长网造纸机。用常规的碎浆机制得3％重量的NSK(北方针叶木硫酸盐浆(如得自Weyerhaeuser Corporation，Tacoma Washington的Grand Prairie))的含水浆液。以干纤维重量的0.75％的速率，将暂时湿强度树脂(即由National Starch and Chemicalcorporation(New-York，NY)销售的National Starch 78-0080))的2％的溶液添加至NSK浆管中。通过管线内的混合器增强了暂时湿强度树脂在NSK纤维上的吸附。在扇形泵处将NSK浆液稀释至约0.2％的浓度。在常规的碎浆机中制得桉树属(如巴西的Aracruz)纤维的3％重量的含水浆液。在扇形泵处将桉树属浆液稀释至约0.2％的浓度。将各配料组份送至网前箱单独的层中(即桉树属纤维送至外层，NSK在中间层)，并沉积至长网上，以便形成三层的纸坯。通过长网并在挡水板和真空吸水箱的帮助下进行脱水。所述长网为每厘米分别有33根纵向单丝和30根横向单丝的5-梭道，缎纹组织构形。湿纸胚从长网传递至第二造纸带上；在递纸位置的纤维浓度约为18％。第二造纸带是一环形网带，它带有优选的网状表面和挠曲的管路。通过在多孔织物上形成光敏聚合物网络而制得该造纸带，其中所述的多孔织物由聚酯制成，并具有20(MD)×18(CD)根长丝的四梭道双层设计，该织物是根据US5,334,289(授权于Trokhan)所披露的方法制得的，在此引入该专利作为参考。纵向单丝的直径约为0.22mm，横向单丝的直径约为0.28mm。光敏聚合物织物具有约35％的压节区域，并且每平方英寸有562个线性Idaho槽(LinearIdaho Cells)(87个槽/cm2)，线性Idaho槽图案详细描述于US5,514,523(1996年5月7日授权于Trokhan等人)的图19中，在此引入该专利作为参考。在本发明中使用的光敏树脂为MEH-1000，由MacDermid Imaging Technology Inc.(Wilmington，Delaware)面市的甲基丙烯酸酯化的聚氨酯树脂。造纸带的总厚度约为1.2mm，其中在多孔织物上方延伸的光敏聚合物图案的厚度为0.2mm。
在通过真空脱水箱之后，使载在造纸带上的纸坯通过通风预干燥器，然后将纸幅转移至扬克式烘缸上。其它过程以及纸机的条件如下所列。在真空脱水箱之后纤维浓度约为27％，通过预干燥器的作用，转移至扬克式烘缸之前的浓度约为65％；通过涂布器喷涂含有0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的起皱粘合剂；在用刮刀对纸幅进行干起皱之前，将纤维浓度增加至预计的98％。该刮刀有约25度的斜角，并相对于扬克式烘缸设置，以提供约81度的冲击角；该扬克式烘缸在约350°F(177℃)下运行，并以约800fpm(英尺/分)(约244米/分)的速度运转。然后使干起皱的纸幅在两个压光辊之间通过。以辊子重量使两压光辊偏置在一起，并以660fpm(约201米/分)的表面速度运转。压光的纸幅同样以660fpm(英尺/分)(约201米/分)的速度卷在卷纸轴上备用。
在纸坯进行递纸之前，通过喷涂系统，将包含化学添加剂组合物的水溶液连续地施加至扬克式烘缸的表面上。通过喷涂系统施加至扬克式烘缸表面上的含水化学添加剂组合物包含三种配料：水，Airvol 540(由AirProducts and Chemicals(Allentown，PA)面市的聚乙烯醇)和Cypro 711(由American Cyanamid(Wayne，N.J.)提供的聚丙烯酰胺干强度树脂。三种配料的相对比例如下：0.125％重量的聚乙烯醇，0.125％重量的聚丙烯酰胺干强度树脂，以及余量水。施加至扬克式烘缸表面上的含水化学添加剂组合物的体积流速约为0.11加仑/分钟-横向英尺。湿坯纸的总的平均水含量为每磅纤维约0.67磅水。
将纸幅转换成单层的薄页纸产品。该薄页纸的定量约为18磅纤维/3000平方英尺面积，并含有约0.01％主要分布在薄页纸产品高密度区域中的干强度树脂。重要的是，所得到的薄页纸是柔软的、吸收性的具有改善的美观性，并且可用作搽面纸和/或卫生纸。

Claims (27)

1.一种化学增强的纸张结构，包含：
纤维素基材，所述基材有第一区域和低密度的不连续的第二区域，第一区域包含基本连续的高密度网状区域，所述高密度的第一区域和所述低密度的第二区域各自以非无规、重复的图案排列；和
布置在所述低密度区域上的固着的化学造纸添加剂。
2.根据权利要求1的化学增强的纸张结构，其中所述的低密度不连续区域和所述的基本连续的网状区域位于两个不同的平面内。
3.根据权利要求1的化学增强的纸张结构，其中所述的化学造纸添加剂选自：强度添加剂、吸收性添加剂、柔软添加剂、美学添加剂及其混合物。
4.根据权利要求3的化学增强的纸张结构，其中所述的化学造纸添加剂是柔软添加剂。
5.根据权利要求4的化学增强的纸张结构，其中所述的柔软添加剂选自：润滑剂、增塑剂、阳离子去键合剂、非阳离子去键合剂及其混合物。
6.根据权利要求5的化学增强的纸张结构，其中所述的柔软添加剂是非阳离子去键合剂。
7.根据权利要求6的化学增强的纸张结构，其中所述的非阳离子去键合剂选自：脱水山梨醇酯、乙氧基化的脱水山梨醇酯、丙氧基化的脱水山梨醇酯、混合的乙氧基化/丙氧基化的脱水山梨醇酯及其混合物。
8.根据权利要求5的化学增强的纸张结构，其中所述的柔软添加剂是阳离子柔软剂。
9.根据权利要求8的化学增强的纸张结构，其中所述的阳离子柔软剂是季铵化合物。
10.根据权利要求8的化学增强的纸张结构，其中所述的阳离子柔软剂是二酯季铵化合物。
11.根据权利要求3的化学增强的纸张结构，其中所述的化学造纸添加剂是强度添加剂。
12.根据权利要求11的化学增强的纸张结构，其中所述的强度添加剂选自：永久湿强度树脂、暂时湿强度树脂、干强度添加剂及其混合物。
13.根据权利要求12的化学增强的纸张结构，其中所述的强度添加剂是选自聚酰胺-表氯醇树脂、聚丙烯酰胺树脂及其混合物的永久湿强度树脂。
14.根据权利要求13的化学增强的纸张结构，其中所述的强度添加剂是淀粉基暂时湿强度树脂。
15.根据权利要求3的化学增强的纸张结构，其中所述的化学造纸添加剂是吸收性添加剂。
16.根据权利要求15的化学增强的纸张结构，其中所述的吸收性添加剂选自：多羟基化合物、聚乙氧基化物、烷基乙氧基化的酯、烷基乙氧基化的醇、烷基聚乙氧基化的壬基苯酚、乙氧基化的三甲基戊二醇及其混合物。
17.根据权利要求16的化学增强的纸张结构，其中所述的吸收性添加剂是烷基乙氧基化的醇。
18.根据权利要求16的化学增强的纸张结构，其中所述的吸收性添加剂是多羟基化合物。
19.根据权利要求18的化学增强的纸张结构，其中所述的多羟基化合物选自：甘油、聚甘油、聚氧乙烯、聚氧丙烯及其混合物。
20.根据权利要求3的化学增强的纸张结构，其中所述的化学造纸添加剂是美学添加剂。
21.根据权利要求20的化学增强的纸张结构，其中所述的美学添加剂选自：油墨、染料、香料、不透明剂、光学增亮剂及其混合物。
22.根据权利要求21的化学增强的纸张结构，其中所述的美学添加剂是染料。
23.根据权利要求5的化学增强的纸张结构，其中所述的润滑添加剂包括聚硅氧烷化合物。
24.根据权利要求23的化学增强的纸张结构，其中所述的聚硅氧烷化合物是氨基官能的聚硅氧烷。
25.一种化学增强的纸张结构，包含：
纤维素基材，所述基材包含基本连续的高密度网状区域，和分布在其中的不连续的低密度区域，所述相对高密度基本连续的网状区域和所述相对低密度不连续的区域分别以非无规重复的图案排列，其中所述相对高密度基本连续的网状区域限定第一隆起，所述相对低密度不连续的区域限定第二隆起；和
布置在所述相对低密度区域上的固着的化学造纸添加剂。
26.根据权利要求1的化学增强的纸张结构，由包含如下步骤的方法制得：通过与辊接触，将所述化学造纸添加剂印刷至低密度区域上。
27.根据权利要求25的化学增强的纸纸张结构，由包含如下步骤的方法制得：通过与辊接触，将所述化学造纸添加剂印刷至低密度区域上。
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