CN1143916C - 多层薄页纸及制备多层薄页纸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种至少包含两层的多层薄页纸，所述薄页纸在一平面内有表面积，并且有垂直于该平面的厚度，其中所述厚度至少为0.35毫米，并且其中该薄页纸在其绝大部分的表面上具有未压花的擦拭表面，其中所述多层薄页纸的平均定量至少为40克/米2，湿耐破度至少为150克；另外，本发明还涉及多层薄页纸的制备方法。

Description

多层薄页纸及制备多层薄页纸的方法
本发明涉及多层薄页纸，特别是擦面纸和一次性手帕。
纸幅或纸页，有时称之为薄页纸或薄页纸幅或纸页，在现代社会有着广泛的用途。所述物品作为擦面纸和卫生纸是大量供应的商品。长期以来，人们一直认为，这些产品的四个重要物理特性是其强度，柔软度，吸收性(包括对水体系的吸收性)，以及抗掉毛性。各种研究开发工作一直集中在不严重影响其它性能的情况下改善这些特性的其中之一，或集中在同时改善两个或三个所述的特性。
柔软度是消费者握住一特定的产品，将其与皮肤相摩擦，或使用者在手中揉搓所感受到的触觉。该触觉是由若干物理性能的组合所提供的。本领域普通技术人员通常认为，与柔软度有关的较为重要的物理性能之一是制备所述产品使用的纸幅的挺度。而挺度通常又被认为直接与纸幅的干抗张强度有关。
强度是产品维持物理完整性以及在使用条件下耐撕裂、耐破和耐撕碎的能力。
吸收性是产品吸收液体量，特别是水溶液或水分散体能力的量度。消费者感觉到的总吸收性通常被认为是：给定质量的薄页纸在饷和时吸收液体的总量以及给定质量薄页纸吸收液体的速率。
抗掉毛性是纤维产品，以及其组成纸幅在使用条件包括湿态时粘结至一起的能力。换句话说，抗掉毛性越高，纸幅掉毛的倾向将越低。
WO 95/11343(1995年4月27日出版)披露了层状薄页纸的制备方法。其中实施例3披露了定量为约32克/米2(20磅/3000英尺2)的双层擦面纸。该实例中的薄页纸包含0.475％的湿强度树脂。
US-A-4 481 243(1984年11月6日授权)披露了擦面纸，所述擦面纸包含仅借助沿薄页纸的边缘进行压花而固定在一起的多层。
具有高湿耐破度的一次性纸产品是已知的，例如由The Procter & Gamble公司出售的BountyTM，其湿耐破度大于200克。然而，所述厨房用毛巾纸在整个表面上进行了压花，这将使表面纹理变得粗糙，并且对于擤鼻涕而言，将不能提供适当的光滑擦拭表面。
包含至少两层的擦面纸可从市场上买到，该薄页纸在一平面内有一表面积，并且具有垂直于该平面的厚度，其中厚度至少为0.35毫米，并且其中该薄页纸在绝大部分表面上有非压花的擦拭表面。然而，现今的这些擦面纸的湿耐破度相当低，常常造成撕破或破裂，这又将导致粘液或其它体液弄脏使用者的手。
因此，本发明的目的在于提供一种多层擦面纸，它至少具有已知擦面纸所希望存在的柔软度和吸收性，而且还要在使用时，特别是当用于擤鼻涕时还将提供增强的耐撕破或耐破裂性。
                           发明概述
本发明的发明目的可以通过平均定量为至少40克/米2，优选至少45克/米2，并且具有至少150克，优选至少200克湿耐破度的多层薄页纸来实现。另外还优选的是，所述多层薄页纸的厚度至少为0.4毫米。在本发明的一实施方案中，多层中的至少一层包含：第一区和第二区，第一区包含从宏观角度而言为单平面的连续的网络，相对于第二区它是高密度和低定量的；第二区由相对于第一区而言为低密度的不连续的圆顶组成，基本上所有圆顶分散在所述网区中，被所述网区包围，并彼此分隔开。此外，优选的是，第一网区的平均定量与第二区圆顶的平均定量之比大于0.8，并小于1.0。
本发明还涉及多层薄页纸的制备方法，其中所述方法包括如下步骤：
-对第一纤维浆进行机械法精制，其中所述纤维的平均长度至少为2毫米，优选的是，第一浆液包含大比例的针叶木纤维，如北方针叶木硫酸盐纤维；
-将精制的浆液与第二纤维浆混合，所述第二浆液的纤维的平均长度短于第一浆液纤维的平均长度，优选的是，第二浆液包含大比例的阔叶木纤维，如桉树纤维；
-在多孔表面上提供纸胚，纸胚中的纤维组分在整个纸幅厚度上是基本均匀的；
-从纸胚中除去水份而形成层；和
-将至少两层并置，从而形成多层薄页纸。
最优选的是，针叶木长纤维与阔叶木短纤维的比例大于60∶40，优选约70∶30。
                              发明详述
作为高度优选的组分，以干纤维重量计，本发明可包含至多约3.0％，优选至少0.5％，更优选至少0.8％重量的湿强度化学剂，如水溶性的永久性和暂时性湿强度树脂。
用于本发明的湿强度树脂可有若干种类。例如，Westfelt在“纤维素化学技术(Cellulose Chemistry and Technology)”(第13卷，第813-825页(1979))中描述了许多这样的材料并对其化学性进行了讨论。
通常，湿强度树脂是水溶性、阳离子材料。也就是说，所述树脂在添加至造纸配料中时是水溶性的。很可能、甚至是期待的是，在随后的进程中，如交联作用将使所述树脂变得不溶于水。而且，一些树脂仅在特定的条件，如在限定的pH值范围内是水溶性的。通常认为，湿强度树脂在沉积至造纸纤维上，沉积至纤维内或沉积在纤维之间之后，将进行交联或其它固化反应。只要存在有大量的水，交联或固化通常不会进行。
具有特定实用性的是各种聚酰胺-表氯醇树脂。这些材料是带有活性官能团如氨基、环氧基和氮杂环丁烷基团的低分子量聚合物。专利文献充分描述所述材料的制备方法，所述专利包括US-A-3 700 623(1972年10月24日授权于Keim)和US-A-3 772 076(1973年11月13日授权于Keim)。
在本发明中，特别有用的是由Hercules Inc.(Wilmington，Delaware)出售的商标为Kymene 557H和Kymene LX的聚酰胺-表氯醇树脂。这些树脂典型地描述于Keim的前述专利中。
用于本发明的碱活化的聚酰胺-表氯醇树脂由孟山都公司(St.Louis，Missouri)以商标Santo Res出售，如Santo Re 31。这些材料通常描述于US-A-3855 158(1974年12月17日授权于Petrovich)；US-A-3 899 388(1975年8月12日授权于Petrovich)；US-A-4 129 528(1978年12月12日授权于Petrovich)；US-A-4 147 586(1979年4月3日授权于Petrovich)；以及US-A-4 222 921(1980年9月16日授权于Van Eenam)。
用于本发明的其它水溶性阳离子树脂是聚丙烯酰胺树脂，如由AmericanCyanamid公司(Sandford，Connecticut)以商标Parez，如Parez 631NC出售的树脂。这些材料通常描述于US-A-3 556 932(1971年1月19日授权于Coscia等人)；和US-A-3 556 933(1971年1月19日授权于Williams等人)。
用于本发明的其它类型的水溶性树脂包括：丙烯酸乳液和阴离子苯乙烯-丁二烯胶乳。这些类型的树脂的大量例子在US-A-3 844 880(Meisel Jr等人，1974年10月29日授权)中提供。还有一些可用于本发明的水溶性阳离子树脂是：脲甲醛树脂和蜜胺甲醛树脂，这些多官能团的活性聚合物具有几千的分子量。更为通常的官能团包括：含氮基团，如氨基和连接至氮上的羟甲基。尽管不太优选，但聚乙烯亚胺类树脂也可用于本发明。
对前述水溶性树脂更为完整的说明，包括其制备方法等，可参见TAPPI(制浆造纸技术协会)专刊第29册，“纸和纸板的湿强度”(New York；1965)。
可以使用或不使用暂时湿强度剂，如改性淀粉。可以使用暂时和永久湿强度剂的混合物。
本发明可以包含干强度化学剂，其用量以干纤维重量计，优选至多3％重量，更优选的是至少0.1％重量。特别优选的干强度化学剂是羧甲基纤维素。其它合适的干强度化学剂包括：聚丙烯酰胺(如由American Cyanamid(Wayne，N.J.)生产的CyproTM514和AccostrengthTM711的组合)；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AirvolTM540)；瓜尔树胶或刺槐豆胶；和聚丙烯酸胶乳。合适的淀粉材料还可以包括：改性的阳离子淀粉，如改性成有含氮基团如氨基和连接至氮上的羟甲基基团的改性淀粉，它们得自National Starch and Chemical Company(Bridgewater，NJ)。
包含化学解离剂的化学柔软组合物是本发明的选择性成份。US-A-3,821,068(1974年6月28日授权)指出，化学解离剂能够用来降低挺度，并因此增加薄页纸幅的柔软度。US-A-3 554 862(1971年1月12日授权)披露了合适的化学解离剂。这些化学解离剂包括季铵盐。
优选的化学柔软组合物包含：约0.01％-约3.0％的季铵化合物，优选的是可生物降解的季铵化合物；和约0.01％-约3.0％的多羟基化合物；优选的是选自甘油，山梨醇，平均分子量从约150至约800的聚甘油和重均分子量从约200至4000的聚氧乙烯二醇和聚氧丙烯二醇。优选的是，季铵化合物与多羟基化合物的重量比从约1.0∶0.1至0.1∶1.0。业已发现，在添加至造纸配料中之前，当将多羟基化合物和季铵化合物首先在一起优选于至少40℃进行预混合时，该化学柔软组合物将更为有效。另外，或可供替换的是，可以将化学柔软组合物施加至基本干燥的薄页纸幅上，例如借助印刷方法进行(注：除非另有说明，在此所有百分比均以干纤维的重量计)。
适用于本发明的季铵化合物的例子包括：熟知的二烷基二甲基铵盐和烷基三甲基铵盐或者未改性的，或者单酯或二酯的变体。实例包括：二(氢化牛脂)二甲基甲基硫酸铵的二酯变体和二(氢化牛脂)二甲基氯化铵的二酯变体。不被理论束服，据信酯部分将生物降解性赋予这些化合物。市售材料可得自：Witco Chemical Company Inc.(Dublin，Ohio)，商品名为“RewoquatV3512”。分析和测试方法的细节披露于WO 95/11343中(1995年4月27日出版)。
用于本发明的多羟基化合物的例子包括：重均分子量从约200至约600的聚氧乙烯二醇，特别优选的是“PEG-400”。
本发明的薄页纸可以通过对本领域普通技术人员来说熟知的常用方法来制备，如利用例如一条或多条造纸毛毯和/或造纸带将合适的纸浆进行脱水来制备。
在本发明的一实施方案中，所述薄页纸的至少一层有两个主要区域。第一区包含对着造纸毛毯的骨架进行压印的压印区。所述压印区优选包含基本连续的网。纸张第一区的连续网是在基本连续的毛毯骨架上形成的，并且通常在几何构形上与其一致，且在造纸期间与其十分紧密地进行排列。
纸张的第二区包含分散于整个压印网区的许多圆顶。通常，圆顶在几何构形并且在造纸期间的位置上与毛毯的挠曲导管一致。在造纸过程中，通过使之与挠曲导管保持一致，圆顶将从纸张基本连续的网区朝外突出。在造纸过程中通过使之与挠曲导管保持一致，在圆顶中的纤维将在骨架的面对纸张表面和增强结构的面对纸张表面之间在Z-方向发生挠曲。优选圆顶是不连续的。
不被理论束服，据信，纸张的圆顶区和基本连续的网区的定量通常可以相等。通过使圆顶挠曲进入挠曲导管中，圆顶与基本连续的网区相比密度降低。此外，基本连续的网区(或可以选择的其它图案)随后可以进行压印，例如对着扬克式烘缸进行压印。相对于圆顶的密度而言，所述压印将增加基本连续网区的密度。
本发明的纸张可以根据普通转让的美国专利来制备：US 4 529 480(1985年7月16日授权于Trokhan)；US 4 637 859(1987年1月20日授权于Trokhan)；US 5 364 504(1994年1 1月15日授权于Smurkoski等人)；和US 5 529664(1996年6月25日授权于Trokhan等人)和US 5 679 222(1997年10月21日授权于Rasch等人)；在此将这些专利引入作为参考。
如果希望的话，可以在没有构图骨架的穿透干燥毛毯上对纸张进行干燥和制备。所述的纸张将具有不连续的、高密度区和基本连续的低密度网。在干燥期间或干燥之后，可以使纸张经受不同的真空，以便增加其厚度并使选择的区域蓬松。所述纸张，以及相关的毛毯可以根据下列专利来制备：US 3301 746(1967年1月31日授权于Sanford等人)；US 3 905 863(1975年9月16日授权于Ayers)；US 3 974 025(1976年8月10日授权于Ayers)；US 4 191609(1980年3月4日授权于Trokhan)；US 4 239 065(1980年12月16日授权于Trokhan)；US 5 366 785(1994年11月22日授权于Sawdai)；和US 5 520778(1996年5月28日授权于Sawdai)；在此将这些专利引入作为参考。
在另一实施方案中，增强结构可以是毛毯，也被称为压榨毛毯，其用在没有穿透干燥的常规造纸中。如下列普通转让的美国专利所述，可以将骨架应用于毛毯增强结构：US 5 549 790(1996年8月27日授权于Phan)；US 5 556509(1996年9月17日授权于Trokhan等人)；US 5 580 423(1996年12月3日授权于Ampulski等人)；US 5 609 725(1997年3月11日授权于Phan)；US 5 629052(1997年5月13日授权于Trokhan等人)；US 5 637 194(1997年6月10日授权于Ampulski等人)；US 5 674 663(1997年10月7日授权于McFarland等人)；US 5 693 187(1997年12月2日授权于Ampulski等人)；US 5 709 775(1998年1月20日授权于Trokhan等人)；US 5 814 190(1998年9月29日授权于VanPhan)；和US 5 817 377(1998年10月6日授权于Trokhan等人)；在此将其引入作为参考。
根据需要，代替上述具有构图骨架的毛毯，可以使用有提花组织的毛毯。所述毛毯可以用作成形网，干燥织物，压印织物，递纸毛布等。当不希望在压区中对纸张进行压榨或压印时，如通常在传递至扬克式烘缸上时发生的，文献中报道，提花组织将是特别有用的。有组织的例举性的毛毯可以在US 5429 686(1995年7月4日授权于Chiu等人)和US 5 672 248(1997年9月30日授权于Wendt等人)中找到。
将两层或多层薄页纸复合形成多层薄页纸。例如，借助胶合或压花，可以非强制性地将各层粘结至一起。由于胶合往往会使产品更挺硬且更不柔软，因此不是优选的。实际上，优选不使用胶将各层粘结至一起。可以通过压花将各层粘结至一起，例如在EP-A-0 755 212(1997年1月29日出版)所述的那样。根据本发明，在薄页纸表面的绝大部分上，薄页纸有未压花的擦拭表面。正如在此使用的那样，这意味着薄页纸有一个或多个未压花区，以及非强制性的一个或多个压花区，而且未压花区至少为薄页纸表面区域的50％，并且高达100％。在此使用的压花区是有许多压花位置的薄页纸的区域。最常见的是，压花区靠近薄页纸的边缘(例如沿两个或四个边)；并且压花区也可以用于装饰目的(例如产生一种图案或用于突出徽标或商标名称)。未压花区是在压花区之间和/或包围压花区的连续区域。
另外，还可以用化妆液(lotion)对薄页纸的一个或两个表面进行处理。化妆液可以包含柔软剂/解离剂，润肤剂，固定剂及其混合物。合适的柔软剂/解离剂包括季铵化合物，聚硅氧烷，及其混合物。合适的润肤剂包括丙二醇，甘油，三甘醇，鲸蜡或其它的蜡，矿脂，在其脂肪酸链中有12-28碳原子的脂肪酸、脂肪醇和脂肪醇醚，及其混合物。合适的固定剂包括多羟基脂肪酸酯，多羟基脂肪酸酰胺及其混合物。其它选择性的组份包括香料，抗菌活性物，抗病毒活性物，消毒剂，药物活性物，成膜剂，除臭剂，遮光剂，收敛剂，溶剂等。洗剂组份的特定例子包括：樟脑，百里酚和薄荷醇。
在此定义的“长纤维”认为是平均纤维长度至少为2.0毫米的纤维。这些造纸长纤维通常是针叶木纤维，优选的是北方针叶木硫酸盐纤维。
在此定义的“短纤维”认为是平均纤维长度小于2.0毫米的纤维，优选为0.2-1.5毫米。这些造纸短纤通常是阔叶木纤维，优选的是桉树纤维。另外，也可以使用低成本的短纤维源，如亚硫酸盐纤维，热磨机械浆纤维，化学热磨机械浆(CTMP)纤维，回用纤维，及其混合物。
                            测试方法
利用电子耐破度测试仪和下列测试条件，对湿耐破度进行测量。耐破度测试仪是装有2000克测力传感器的Thwing-Albert耐破度测试仪(Cat.No.177)。所述耐破度测试仪由Thwing-Albert Instrument Company(Philadelphia，PA 19154，USA)提供。
取八张薄页纸，并两张一对将其叠置。用剪刀对试样进行剪切，将它们剪成约228毫米(纵向)×114毫米(横向)的大小，每一试样的厚度均为成品的两倍。
用小纸夹将试样堆连接到一起，并对试样堆的另一端“扇风”而使纸页分开，这将使空气在其间循环，从而使试样进行一至两小时的老化。借助夹具将每个试样悬于107℃(±3℃)的强制通风炉中为时5分钟(±10秒)。在加热周期之后，从炉中取出试样堆，并在测试之前最少冷却三分钟。
取一试样条，握住试样条窄的横向边缘，将试样的中心浸入装有约25毫米蒸馏水的盘中。使试样留在水中4秒(±0.5秒)。取出试样并握住试样滤水三(3.0±0.5)秒，以致使水从横向流掉。在滤水之后，立即进行测试。将湿试样置于试样固定装置的低环上，使产品的外表面朝上，以使试样的湿部分完全盖住试样固定环的开口表面。如果有皱缩，则丢弃试样并用新试样重新进行测试。在试样适当地置于低环上之后，打开降低上环的开关。这样，待测试的试样现在被牢牢地夹在试样固定机构中。通过按压开始按钮，在该位置立即开始耐破度测试。活塞将开始升高。当试样撕破或断裂时，记录最大读数。活塞将自动返回并返回至其起始位置。对另外三个试样重复该方法，因此总共进行了四次测试，即四个复现试验。以四个复现试验的平均值报道测试结果，精确至克。
在此使用的多层薄页纸的厚度是当经受14.7克/米2压缩载荷时纸张的厚度。优选的是，利用89-11型低载荷Thwing-Albert测微计(得自Thwing-Albert Instrument Company(Philadelphia，Pa))测量厚度。
                             实施例
在常规的碎浆机中制备包含3％重量北方针叶木硫酸盐(NSK)纤维的含水浆液。轻柔地对NSK浆液进行精制并以干纤维重量1％的比率将永久湿强度树脂(KymeneTM557H)2％的溶液加至NSK浆管中。借助管线内混合器而增强永久湿强度树脂向NSK纤维上的吸附。在混合浆泵之前，以干纤维重量0.15％的比率，将1％的干强度树脂(羧甲基纤维素)的溶液添加至NSK浆中。在混合浆泵处将NSK浆稀释至约0.2％的浓度。
制备包含二硬化牛脂二乙基酯二甲基氯化铵和平均分子量为400的聚氧乙烯二醇(PEG)的化学柔软组合物。将PEG-400加热至约66℃，并将季铵化合物溶解于熔融的PEG-400中，以形成均匀的混合物。
在常规的碎浆机中制备包含3％重量桉树纤维的含水浆液。以干纤维重量0.15％的比率，将1％的化学柔软组合物的溶液添加至桉树浆管中。在混合浆泵处将桉树浆稀释至约0.2％的浓度。
将两种浆液混合，使NSK纤维与桉树纤维的比为70∶30，并借助单层网前箱将得到的浆液沉积至长网上，形成纸胚。通过长网并在挡水板和真空箱的帮助下进行脱水。长网是每毫米分别有3.3根纵向单丝和3.0根横向单丝的5-梭道、缎纹组织构形。
在递纸位置处，将纤维浓度约20％的纸胚由长网传递至光聚合物织物上，所述织物具有0.87线性爱达荷(Linear Idaho)网眼/毫米2(562网眼/英寸2)，40％压节面积，以及0.2毫米的光聚合物深度。通过真空辅助的滤水作用完成进一步的脱水，直到纸幅的纤维浓度约28％为止。借助通风，将构图的纸幅预干燥至约65％重量的浓度。然后，利用包含0.25％聚乙烯醇(PVA)水溶液的喷淋的起皱粘合剂，而使纸幅粘附至扬克式烘缸的表面上。在利用刮刀使纸幅进行干起皱之前，将纤维浓度增加至约96％。所述刮刀具有约25°的钭角，并相对于扬克式烘缸进行设置，以便提供约81°的冲击角。以约4m/s的速度操纵扬克式烘缸，并使干燥的纸张在纸轴上卷成纸卷。
干纸幅包含：以干纤维重量计，0.7％的KymeneTM、0.11％的羧甲基纤维素、0.05％的化学柔软组合物。
将纸幅转换成两层的薄页纸产品，其总尺寸为210毫米2。在没有压花的情况下，对该薄页纸产品进行折叠和包装。
在第二个实施例中，在折叠之前，将同样的双层薄页纸产品进行压花。根据WO 95/27429(1995年10月19日出版)描述的方法，将向中心延伸约15毫米的薄页纸产品的边缘进行压花。薄页纸产品表面的绝大部分(即在15毫米边缘内的所有表面)未被压花。
在第三个实施例中，取先前的试样，并通过在先前未压花的区域上压印上商品名称而进行装饰。另外还有在先前未压花的区内压印上四种装饰性叶片图案。每种装饰性图案约为30毫米2。
重复先前实施例的过程，并在纸轴上；或在各层复合期间；或在转换期间对纸张进行压光；或者借助这些步骤的组合对其压光两次或三次。
这些试样的双层薄页纸产品的厚度为0.45毫米，平均定量为50克/米2，湿耐破度为250克。

Claims (4)

1.一种制备多层薄页纸的方法，包括如下步骤：
对第一纤维浆进行机械精制，其中所述纤维的平均长度至少为2毫米；
将精制的浆液与第二纤维浆混合，所述第二浆液的纤维平均长度短于2mm；
在多孔表面上提供纸胚，纸胚中的纤维组分在整个纸幅厚度上是基本均匀的；
从纸胚中除去水份而形成层；和
将至少两层并置，从而形成多层薄页纸。
2.根据权利要求1的方法，其中第一浆液的纤维包含大比例的针叶木纤维，而第二浆液的纤维包含大比例的阔叶木纤维。
3.根据权利要求2的方法，其中针叶木长纤维与阔叶木短纤维的比例大于60∶40。
4.根据权利要求3的方法，其中针叶木长纤维与阔叶木短纤维的比例为70∶30。
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