CN114606791A - 薄纸的溶解空气去粘合 - Google Patents
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Abstract
本文中公开了薄纸和制造方法。在一个方面，薄纸基本上不含化学去粘合剂，并且具有在约500至约5,000克/3英寸(g/3in)范围内的几何平均拉伸强度(GMT)和在约50至约350密耳/8张范围内的厚度。
Description
本申请是申请日为2017年5月16日、申请号为201780031713.6、发明名称为“薄纸的溶解空气去粘合”的中国发明专利申请(PCT/US2017/032880)的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请基于2017年5月8日提交的美国非临时专利申请号15/589,463，该非临时专利申请基于2016年5月23日提交的美国临时专利申请号62/340,038。在此要求前述申请的优先权，并且通过引用将它们的公开内容结合到本文中。
技术领域
本发明总体上涉及一种制造薄纸的方法。更具体地，本发明涉及一种制造膨松薄纸的方法。
背景技术
柔软性是薄纸中所需的性能。感知的柔软度与弱强度、提高的松密度和表面光滑度或纹理的性能相关。制造软的薄纸和纸巾的方法是已知的，包括例如杨克式氏起皱、穿透干燥、织物起皱、靴形压榨等。这些方法的一些效果是当片材脱水时抑制纤维间键如氢键的形成，以及破坏由于机器设计而在片材中形成的键。
虽然在形成后纸张的拉伸强度可能尚不完全清楚，但许多理论提供了合理的模型。根据一种模型(描述于Page,D.H.，“A Theory for the Tensile Strength of Paper”,PAPRICAN,PPR-7,1968年7月)，给定纤维群和给定造纸机设计的拉伸强度可以通过片材中纤维的相对粘合面积(RBA)解释。RBA是在纸张的形成、处理、压榨和干燥过程中形成的纤维间键的数目的函数。湿纤维素纤维幅的强度最初是低的。随着水被从所述幅中除去，水分子可以在相邻纤维中的羟基之间形成桥。随着更多的水被除去，毛细管力(“坎贝尔效应”力)可以将纤维拉到足够近，使得在纤维之间能够形成氢键，从而给予所述幅干强度。在另一个模型中(描述于Tejado,A.and van de Ven,T.G.M.,“Why Does Paper Get Stronger asit Dries？”Materials Today,2010年9月，第13卷第9期”)，在纸幅干燥时表面张力和润湿力也对湿强度和氢键的形成有贡献。类似的力出现在纤维素纤维的中空腔中，这能够导致它们在水被移除时坍塌并变得扁平和带状。
造纸的其它方面可以影响拉伸强度。例如，压榨通过从基质中除去水和通过使纤维更靠近在一起从而促进纤维与纤维的粘合来增加湿纸幅的拉伸强度。在Sanford等人的美国专利号3,301,746中描述了一种造纸方法，该方法省略了湿压，因此旨在避免纤维与纤维的粘合并增加薄纸的柔软度、松密度和吸收性。
用于增加柔软度的另一种方法是在生产过程中向纤维素纤维中添加化学去粘合剂。化学去粘合剂抑制纤维形成氢键的能力并因此导致降低的拉伸强度。
传统的湿压机(CWP)利用压榨步骤来增加纸张在引领到杨克式烘缸时的固体含量。然后通过化学去粘合剂的添加和将纸页从杨克式烘缸上起皱下来的组合来破坏通过压榨步骤在纸张中产生的粘合。
此外，许多现代的抄片器使用“穿透空气干燥”(TAD)来降低强度并增加松密度。TAD通过利用真空、蒸汽和热空气的组合从未压榨的湿纸幅中除去水而使纸页中的氢键形成最小化并在给定的松密度水平下提供减少的定量。与CWP机器相比，TAD提供了纤维成本节省，但需要更高的能源成本来热去除未压榨纸页中的高含量水。
与CWP相比，织物起皱(FC)工艺增加了松密度和柔软度，并且提供了比TAD低的能量成本。化学去粘合剂可被用于增加通过CWP和FC方法制成的薄纸的柔软度。然而，化学去粘合剂可能无法克服TAD的在给定定量下松密度较大的优点。
虽然化学去粘合剂和TAD技术提供了理想的薄纸，但这些方法是昂贵的。此外，由于高的能量输入要求，使用TAD技术的薄纸生产具有固有地高的操作成本。
在造纸过程的湿区中空气的潜在有害影响是已知但的。例如，如在Turnbull,R.B.,Jr.,“Deaerator Design for Paper Machines,”Pulp and Paper Manufacture,第6卷,Stock Preparation,TAPPI 1992中所述，造纸机的成形区和湿区域中的空气可导致差的成形、差的排水和运行问题。因此，已经开发了各种方法来减轻造纸方法的湿区中的空气。在Kapanen等人的美国专利号5,308,384中描述的一种这样的方法试图通过最初对原料进行脱气来改善造纸原料的质量。
基于前述内容，仍然需要一种制造大松密度的、低强度的薄纸的方法，其与常规方法相比具有降低的操作成本并采用低水平的化学去粘合剂或不采用化学去粘合剂。因此，本发明旨在解决这个和其它需要。
发明概述
根据一个方面，薄纸基本上不含化学去粘合剂，并且具有在约500和约5,000克/3英寸(g/3in)之间的几何平均拉伸强度(GMT)和在约50和约350密耳/8张之间的厚度。
根据另一方面，制造基本上不含化学去粘合剂并且具有在约500和约5,000g/3in之间的GMT和在约50和约350密耳/8张之间的厚度的薄纸的方法包括：在密闭环境(contained environment)中在水溶性气体存在下在超大气压力下混合水溶液和包含纤维素纤维的纤维浆料，以形成包含溶解气体浸渍的纤维的、稀的溶解气体浸渍的纤维浆料；将所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料从密闭环境直接排放到在较低压力下的带小孔的支撑体上以形成新生纸幅，所述较低压力是小于所述超大气压力的压力；和干燥所述新生纸幅以使所述溶解气体浸渍的纤维膨胀、分离或者既膨胀又分离，以形成薄纸。
根据另一方面，制造基本上不含化学去粘合剂并且具有在约500和约2,500g/3in之间的GMT和至少约50密耳/8张的厚度的薄纸的方法包括：使水溶液在密闭环境中在超大气压力下暴露于水溶性气体，以形成溶解气体浸渍的溶液；将所述溶解气体浸渍的溶液与包含纤维素纤维的纤维浆料在密闭环境中混合，以形成包含溶解气体浸渍的纤维的、稀的溶解气体浸渍的纤维浆料；将所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料从密闭环境直接排放到在大气压下的带小孔的支撑体上以形成新生纸幅；和干燥所述新生纸幅以使所述溶解气体浸渍的纤维膨胀、分离或者既膨胀又分离，以形成薄纸。
根据另一方面，与类似的非气体浸渍的薄纸相比，基本上不含化学去粘合剂的、气体浸渍的薄纸具有至少22％的速度/压力((立方英尺/分钟/平方英尺)/英寸水柱)对1/P0.5曲线的斜率的百分增加；其中P是从约8英寸水柱到约20英寸水柱的压力。
应理解，本文中采用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应被视为限制性的。因此，本领域技术人员将理解，本公开所基于的概念可以容易地被用作设计用于实施本发明的其它结构、方法和系统的基础。因此，重要的是权利要求被认为包括这样的等同结构，只要它们不脱离本发明的精神和范围。
通过以下描述以及显示本发明各方面的实施例，本发明的其它优点和能力将变得显而易见。
附图简要说明
当考虑下面的对本发明的详细描述时，本发明将可以被更好地理解，并且上述目的以及除上述目的外的目的将变得显而易见。这样的描述参考附图，其中：
图1是根据本发明的一个方面的用于制造薄纸的方法的总体示意图；
图2是根据本发明的用于制造薄纸的方法的另一方面的总体示意图；
图3是根据本发明的一个方面薄纸松密度随制造过程中密闭环境内空气溶解压力变化的图表；
图4是根据本发明的一个方面在有和没有压缩空气的情况下制备的薄纸中薄纸松密度的图表；
图5是根据本发明的一个方面在有和没有压缩空气的情况下制备的薄纸中薄纸拉伸强度的图表；
图6是根据本发明的一个方面在有和没有压缩空气的情况下制备的薄纸中薄纸CD和MD拉伸强度的图表；
图7是根据本发明的一个方面在没有压缩空气的情况下制备的薄纸中薄纸CD和MD伸长率的图表；
图8是根据本发明的一个方面在有和没有压缩空气的情况下制备的薄纸中薄纸厚度的图表；
图9是根据本发明的一个方面在有和没有压缩空气的情况下制备的纸中薄纸空隙体积(POROFIL)的图表；
图10是根据本发明的一个方面的用于制造薄纸的薄纸机的总体示意图；
图11是根据本发明的一个方面的用于制造薄纸的薄纸机的总体示意图；
图12是Δ压力Dp(英寸水柱(英寸W.C.))对空气流量(CFM/min/ft2)的图表；和
图13是速度/压力(V/P)对1/P0.5的图表。
发明详述
本发明涉及基本上不含化学去粘合剂的膨松薄纸。根据本发明的一个方面，薄纸基本上不含化学去粘合剂，并且具有在约500至约5,000克/3英寸(g/3in)范围内的几何平均拉伸强度(GMT)和在约50至约350密耳/8片范围内的厚度。在另一方面，薄纸没有化学去粘合剂。在又一方面，薄纸具有小于4磅/吨的化学去粘合剂或小于2磅/吨的化学去粘合剂。基本上不含化学去粘合剂的薄纸的一些益处包括(1)通过拉伸强度降低实现的柔软度增加和(2)降低的干燥能量。
在一个方面，制造基本上不含化学去粘合剂并且具有在约500至约5,000g/3in范围内的GMT和在约50至约350密耳/8张范围内的厚度的薄纸的方法包括：在密闭环境中在水溶性气体存在下在超大气压力下混合水溶液和纤维浆料，以形成稀的溶解气体浸渍的纤维浆料。所述纤维浆料包含纤维素纤维，并且所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料包含溶解气体浸渍的纤维。所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料被从密闭环境直接排放到在较低压力下的带小孔的支撑体上，以形成新生纸幅。在一些方面，所述较低压力是大气压。所述新生纸幅被干燥，以使所述溶解气体浸渍的纤维膨胀、分离或者既膨胀又分离，以形成薄纸。
不受理论束缚，据信在新生纸幅形成之后，所述溶解的气体开始在纤维上的成核位置处形成气泡。当纸张被干燥时，所述气泡生长并抑制在纤维表面上和在纤维内腔中的氢键合。
在一个方面，所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料通过如下步骤形成：首先使水溶液在密闭环境中在超大气压力下暴露于水溶性气体，以形成溶解气体浸渍的溶液。然后，将所述溶解气体浸渍的溶液与纤维浆料在密闭环境中混合，以形成所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料。在另一方面，所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料通过如下步骤形成：使纤维浆料在密闭环境中在超大气压力下暴露于水溶性气体，以形成溶解气体浸渍的纤维浆料。然后，将所述溶解气体浸渍的纤维浆料与水溶液混合，以形成所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料。在又一方面，所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料通过如下步骤形成：首先形成稀的纤维浆料。然后，使所述稀的纤维浆料在密闭环境中在超大气压力下暴露于水溶性气体，以形成所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料。
在另一方面，制造基本上不含化学去粘合剂并且具有在约500至约2,500g/3in范围内的GMT和至少约50密耳/8片的松密度的薄纸的方法包括：使水溶液在密闭环境中在超大气压力下暴露于水溶性气体，以形成溶解气体浸渍的溶液。然后，将所述溶解气体浸渍的溶液与包含纤维素纤维的纤维浆料在密闭环境中混合，以形成包含溶解气体浸渍的纤维的、稀的溶解气体浸渍的纤维浆料。将所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料从密闭环境直接排放到在大气压下的带小孔的支撑体上，以形成新生纸幅。所述新生纸幅被干燥，以使所述溶解气体浸渍的纤维膨胀、分离或者既膨胀又分离，以形成薄纸。
本文中使用的术语具有其普通含义，与下面马上阐述的示例性定义一致。“密耳”是指千分之一英寸；“mg”是指毫克，“m2”是指平方米，百分比是指重量百分比(干基)，“吨”是指短吨(2,000磅)，等等。测试样品在标准的纸浆和造纸工业技术协会(TechnicalAssociation of the Pulp and Paper Industry(TAPPI))条件下制备。TAPPI测试方法T205被用于形成用于纤维浆物理测试的手抄纸。
本文所使用的修饰所用本发明的成分、组分或反应物的量的术语“约”是指现实世界中可能例如因典型的测量和用于制备浓缩液或溶液的液体操作程序而发生的数量变化。此外，变化可发生自测量程序中的无意误差，用于制备所述组合物或实施所述方法的成分的制造、来源或纯度的差异等。无论是否被术语“约”修饰，权利要求书包括所述量的等同物。在一个方面，术语“约”是指在报告的数值的±10％内。在另一方面，术语“约”是指在报告的数值的±5％内。在又一方面，术语“约”是指在报告的数值的±9％，±8％，±7％，±6％，±4％，±3％，±2％或±1％内。
本文中使用的术语“溶解气体”是指存在于简单物理溶液中且区别于已与水或水中存在的组分化学反应的气体的任何气体，或者气体的胶体分散体。溶解气体作为各个分子或作为彼此紧密排列以形成直径小于或等于50微米的微气泡的分子存在。
本文中使用的术语“夹带的气泡”、“气泡”和“大气泡”是指直径大于50微米的气体。
本文中使用的术语“基本上不含化学去粘合剂”是指薄纸具有小于4磅/吨(lb/吨)或小于0.2重量％(wt.％)的化学去粘合剂。在一个方面，基本上不含化学去粘合剂是指小于2磅/吨或小于0.1重量％的化学去粘合剂。在另一方面，根据本发明制造的薄纸没有化学去粘合剂。在又一方面，基本上不含化学去粘合剂是指小于4，3.5，3，2，2.5，2，1.5，1或0.5磅/吨的化学去粘合剂。
本文中使用的术语“psi”和“PSI”是指磅力/平方英寸，其是一种压力单位。“PSI”是施加在一平方英寸面积上的一磅力所产生的压力。一个大气压相当于大约14.7psi。除非另有说明，否则以psi为单位的压力是磅/平方英寸表压(psig)，其相对于大气压。
本文中使用的术语“稠度”是指在液体支撑体中包含固体的组合物中的固体百分比。例如，重100克并包含50克纤维的纤维浆料的稠度为50％重量。
本文中使用的术语“定量”、“BWT”、“bwt”等是指每3,000平方英尺单位面积的令产品的重量。定量使用测试程序ASTM D 3776-96或TAPPI测试方法T-220测量，并以磅/3,000平方英尺或lb/3,000ft2的单位报告。
纸张“厚度”和/或“松密度”是指薄纸的厚度。根据TAPPI测试方法T 580pm-12测量厚度或松密度。本文中报告的厚度或松密度可以根据规定使用1、4或8张纸来测量。将纸张堆叠，并在堆叠物的中心部分进行厚度测量。将测试样品在50％相对湿度和23±1.0℃(73.4±1.8°F)的气氛中调理至少约2小时。然后用Thwing-Albert Model 89-II-JR或Progage Electronic Thickness Tester测量测试样品，采用2英寸(50.8毫米)直径的砧、539±10克的静载荷和0.231英寸/秒的下降速率。对于成品测试，每张待测产品必须与出售时的产品具有相同的层数。本文中厚度单位报告为密耳/张。
本文中使用的术语“纵向”(MD)是材料在加工过程中平行于其前进方向的方向。术语“横向”(CD)是材料的、垂直于其纵向的方向。关于实验室手抄纸，MD由用于制作手抄纸的织物的图案决定，并且对应于当安装在造纸机上时织物的设计MD。
本文中使用的术语“拉伸强度”是指使薄纸强度破裂所需的断裂力或薄纸在撕裂前可承受的力。以千克/15毫米或kg/15mm的单位报告拉伸强度和归一化拉伸强度测量值。
本文中使用的术语“纵向拉伸强度”或“MD拉伸强度”是使3英寸宽的试样破裂所需的纵向断裂力。本文中使用的术语“横向拉伸强度”或“CD拉伸强度”是使一或三英寸试样破裂所需的横向断裂力。MD和CD拉伸强度的单位是克/3英寸，或g/3in。
本文中使用的术语“几何平均拉伸强度”或“GMT”是指CD和MD拉伸强度的乘积的平方根。GMT测量值标准化了CD和MD方向的拉伸强度变化。GMT拉伸强度根据TAPPI测试方法T494测量。
使用可以以各种方式配置的标准Instron测试装置在干燥纸张上进行CD拉伸强度和MD拉伸强度测量。例如，3英寸宽的薄纸或面巾的条可以被在50％相对湿度和23℃(73.4°F)下调理，拉伸试验以2英寸/分钟的十字头速度进行。应注意，指示方向性的CD和MD拉伸强度测量仅可以在在造纸机上或通过TAD(或TAD模拟)方法制造的纸张上进行，因为TAPPI手抄纸不具有方向性。
“拉伸能量吸收”(“TEA”)是指薄纸的能量吸收能力。TEA是纸吸收能量(在测试仪器的应变速率下)的能力的量度，并且指示当经受重复或动态应力或应变时纸的耐久性。根据TAPPI测试方法T494om-01在纵向(MD TEA)和横向(CD TEA)测量TEA。MD和CD TEA被表示为每材料单位的能量单位，例如毫米-克/平方毫米(mm-gm/mm2)。
“伸长率”(有时与拉伸强度一起评估)是纸顺应所需轮廓的能力的指示，或者是纸挺过非均匀拉伸应力的能力的指示。例如，当张力作用在纸上时，初始长度A的纸样品的长度增加B。在试样断裂的瞬间，其长度已经增加到A+B。那么，百分(％)伸长率为(B/A)×100。与TEA一起，伸长率指示了纸在动态或重复的应变和应力条件下的性能。伸长率被在纵向(MD伸长率)和横向(CD方向)上测量并以百分比(％)单位报告。
本文中使用的“空隙体积”、“空隙体积比”或“POROFIL”是指未被固体材料占据的样品的体积。通过用非极性液体浸透纸张并测量被吸收的液体的量来确定空隙体积。被吸收的液体的体积等于纸张结构内的空隙体积。空隙体积的单位被表示为百分重量增加，即吸收的液体的克数/克纸张结构中的纤维乘以100。更具体地，对于每种待测试的单层薄纸样品，选择8片样品并从每片样品上切下1英寸×1平方英寸(纵向1英寸和横向1英寸)。对于多层产品样品，每个层作为单独的实体测量。多个样品应被分离成单独的单层，并且来自每个层位置的8片被用于测试。测量每个测试样品的干重，精确至0.0001克，并且将样品置于含有POROFIL(由Quantachrome Instruments，Boynton Beach，Florida出售)的培养皿中。10秒钟后，使用镊子在一个角夹住所述样品并将其从液体中取出。允许多余的液体滴下30秒，并且在一片#4滤纸(Whatman Lt.，Maidstone，England)上轻触样品的下角(小于1/2秒的接触时间)以去除最后的部分液滴。立即称量试样并记录重量，精确到0.0001克。每个样品的空隙体积(以POROFIL克数/克纤维表示)计算如下：空隙体积＝[(W2-W1)/W1]，其中W1是样品的干重，单位为克，W2为样品的湿重，单位为克。
术语“空气流”是指流过薄纸的空气。空气流能够影响干燥速率。例如，受限制的空气流导致较慢的干燥速率和较高的能量消耗。空气流通过一种两部分方法测量，该方法包括手抄纸制备和空气孔隙率测量。制备用于空气孔隙率测试的手抄纸的方法使用实验室穿透空气干燥(TAD)模拟方法。该模拟方法包括以下步骤：1)切割TAD织物样品以匹配标准手抄纸模具的成形丝网的尺寸；2)将TAD织物放在模具上并关闭模具；3)将模具充满水；4)将测量量的纤维放入纸张模具中并定边以进行混合；4)将模具排水以形成纸幅；5)打开模具并从模具中取出带有纸幅的TAD织物；6)将所述织物放置在TAD模拟器上，该模拟器包括织物支撑物和真空供应装置；7)将20英寸的真空施加到所述织物上15秒，以将所述纸幅模制到TAD织物上并干燥所述纸幅；
8)将模制的纸张从TAD织物上小心地剥离以用于测试。空气孔隙率测量使用Frazier Air Permeability测试，该测试基于TAPPI测试方法T 251。
图1图解说明了根据一个方面的用于制造薄纸10的方法100。可以使用任何本领域已知的常规造纸机或部件来制造薄纸10。在一些方面，薄纸10可以通过压实脱水方法形成。压实脱水制造方法的非限制性实例包括常规湿压榨(CWP)方法和能量有效的技术先进的干燥eTAD制造方法。在其它方面，薄纸10可以通过非压实脱水方法形成。非压实脱水方法的非限制性实例包括穿透空气干燥(TAD)方法。
将水溶液42在包括槽30的密闭环境中在超大气压力下暴露于水溶性气体22，以形成溶解气体浸渍的溶液44。槽30、混合泵60和流浆箱70限定了所述密闭环境，其具有基本上均匀的超大气压力。超大气压力是高于大气压的压力。所述密闭环境的超大气压力大大增加了溶解在溶解气体浸渍的溶液44中的水溶性气体22的量。任选地，槽30包括在水溶性气体22完全溶解在水溶液42中之后去除任何夹带的气泡的系统。水溶液42应仅包括溶解气体而没有任何大的气泡。水溶性气体22可以用压缩机20压缩。水溶液42可以是水，包括任何另外的添加剂，并且可以再循环自常规的脱气仓40。
将包含纤维素纤维的纤维浆料52与溶解气体浸渍的溶液44在混合泵60中合并并混合，以形成稀的溶解气体浸渍的纤维浆料54，其包含溶解气体浸渍的纤维。位于混合泵60下游的流浆箱70接收所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料54，并将该稀的溶解气体浸渍的纤维浆料54排放到处于较低压力的带小孔的支撑体80上，以形成新生纸幅12。所述较低压力是低于所述超大气压力的压力。在一个方面，所述较低压力是大气压。所述带小孔的支撑体可以是具有穿孔或孔的任何类型的支撑体，其使得残留的水溶液42能够从新生纸幅12流走。在形成新生纸幅12之后，由溶解的水溶性气体22形成气泡92(具有大于50微米的直径)。气泡92生长并抑制纤维表面上和纤维内腔中的氢键合。因此，纤维素纤维膨胀和/或彼此分离，产生体积更大的、更蓬松的纸张。
新生纸幅12在带小孔的支撑体80上的模制可以在足以因膨胀的气泡92引起进一步的纤维分离的绝对压力下发生。为了模制新生纸幅12，可以将真空箱(未示出)定位在带小孔的支撑体80下方(与新生纸幅12相对)，以将新生纸幅12拉入带小孔的支撑体80的空隙和图案中。真空箱将增加在纸幅内形成的气泡92并在模制步骤中抑制纤维与纤维的粘合。在没有由溶解的水溶性气体22形成的气泡92的情况下，在模制步骤中，新生纸幅12将被压缩，导致纤维与纤维的粘合。然而，在具有较少的纤维与纤维的粘合时，在模制箱之后新生纸幅12将更多地回弹以提供更大的松密度。
带小孔的支撑体80的非限制性实例包括成形丝网、网状物、Fourdrinier丝网等。在一个方面，流浆箱70将所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料54以物流的形式排放或喷射到处于大气压下的带小孔的支撑体80上。海平面处的大气压为约14.7psi，但大气压可以是在高于或低于海平面的任何高度处的压力。随着所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料54被排放到带小孔的支撑体80上，溶解的水溶性气体22形成气泡92以使纸张中的纤维膨胀和分离。随着水溶性气体22形成气泡92并行进通过新生纸幅12，在纤维素纤维的基质内形成空气袋。所述纤维然后膨胀、分离或者既膨胀又分离，以形成至少部分脱气的纤维的新生纸幅12。在初始的新生纸幅12形成之后，在纤维内形成气泡92。随着新生纸幅12被干燥，另外的气泡92形成，进一步分离所述纤维。因此，所述薄纸方法100提供了没有化学去粘合剂的蓬松的薄纸幅。
尽管水溶性气体22在增加所得薄纸的松密度中起作用，但在初始形成过程中不存在大的气泡92(直径大于50微米)。通常，在造纸中气体或空气是有害的，因为气泡破坏了纸张的形成。具体地说，大的气泡可能在纸张中产生对松密度和柔软性有害的空隙。大的气泡(大气泡)也会降低拉伸强度。然而，具有良好成形的最软的纸张将是基本上均匀的。如果纸幅具有来自大气泡的孔，则将存在弱区域(低纤维密度)和强区域(高纤维密度)的混合物。弱区域和强区域的组合导致在手感上更粗糙而不是柔软的纸张。然而，本发明的各方面利用了这样的体系和方法，其中在纸张形成之后以及在压榨和干燥步骤中由溶解气体形成气泡，以干扰纤维与纤维的粘合和致密化，这导致更蓬松和更软的纸张。
带小孔的支撑体80将新生纸幅12携带向下游干燥器90。随着新生纸幅12沿着所述带小孔的支撑体80行进，在所述至少部分脱气的纤维素纤维内形成另外的气泡92。过量的水溶液42流过带小孔的支撑体80，这使新生纸幅12部分地脱水。任选地，通过向带小孔的支撑体80的另一侧施加真空来使初生纸幅12进一步脱水。可将所述过量的水溶液42送至位于槽30上游的脱气仓40，以供应再循环的水溶液。在脱气仓40中，任何夹带的气体被除去并作为过量气泡92释放。
新生纸幅12可以被引领到干燥器90，并且引领步骤可以在足以引起膨胀气泡92的进一步形成的绝对压力下进行。另外，在干燥之前可以压榨新生纸幅12，这也导致膨胀气泡从新生纸幅12的部分脱气纤维/在新生纸幅12的部分脱气纤维内进一步形成。因此，所述部分脱气的纤维保持膨胀，分离，或者既膨胀又分离。
新生纸幅12可以通过任何所需的方法干燥。干燥方法的非限制性实例包括空气干燥，真空空气干燥，穿透空气干燥(TAD)，或用干燥器90加热新生纸幅12。干燥可以用干燥器90在足以导致膨胀气泡92从新生纸幅12的部分脱气纤维/在新生纸幅12的部分脱气纤维内进一步形成的温度下进行。任何干燥方法(例如TAD)都可以在足以引起膨胀气体进一步形成的绝对压力下进行。在一个方面，干燥发生在约250°F至约550°F范围内的温度。
新生纸幅12可以直接从带小孔的支撑体80引领到杨克氏烘缸。在另一方面，新生纸幅12在被引领到杨克式烘缸之前被部分风干。在另一方面，新生纸幅12由吸收性造纸毡支撑并引领到杨克式烘缸的表面。在薄纸10被干燥后，可以用刮刀将其从杨克式烘缸中取出，这被称为起皱。起皱通常改善薄纸10的柔软度。
通风干燥(TAD)可以被用于干燥新生纸幅12。与杨克氏烘缸相比，TAD通过使热空气通过新生纸幅12直至其干燥而提供了一种从纸幅上除去水的相对非压缩的方法。例如，新生纸幅12可以被从带小孔的支撑体80引领到粗糙的、高渗透性的穿透空气干燥织物上。新生纸幅12保留在所述织物上直至干燥。
图2图解说明了根据另一方面的用于制造薄纸10的另一种方法200。在此方面，纤维浆料52在密闭环境中在超大气压力下暴露于水溶性气体22，以形成溶解气体浸渍的纤维浆料46。纤维浆料52在槽30中暴露于水溶性气体22。槽30、混合泵60和流浆箱70限定了上述密闭环境。然后，溶解气体浸渍的纤维浆料46与水溶液42混合，以形成稀的溶解气体浸渍的纤维浆料54。方法200的其余步骤如上面针对方法100所述(参见图1)。
在另一方面，通过首先形成稀的纤维浆料来形成稀的溶解气体浸渍的纤维浆料54(未示出)。可以将水溶液42和纤维浆料52混合以形成稀的纤维浆料，然后将该稀的纤维浆料在密闭环境的超大气压力下暴露于水溶性气体22，以形成稀的溶解气体浸渍的纤维浆料54。
图10是用于按照本发明一些方面制造薄纸的薄纸机的总体示意图。造纸机101包括传统的双丝网成形部分120，毛毡通道(felt run)14，靴形压榨部分16，起皱织物18和杨克式烘缸800。成形部分120包括由多个辊26，28，300，32，34，36和成形辊38支撑的一对成形织物220，24。流浆箱400将造纸配料提供给成形辊38和辊26以及织物之间的辊隙420。所述配料形成新生纸幅440，其在真空的帮助下(例如借助真空箱460)在织物上脱水。
将溶解气体浸渍的溶液供应到流浆箱400。新生纸幅440围绕成形辊38在内成形织物24和外成形织物220之间形成。随着纸幅从成形辊38行进到杨克式烘缸800，所述溶解气体在新生纸幅440和纤维内腔中形成气泡。所述气泡抑制纸幅中氢键的形成，导致纤维的膨胀和/或分离。
新生纸幅440沿纵向66移动，该纵向66是加工方向(MD)。新生纸幅440前进到造纸毡48，其由多个辊50，520，53，55支撑，并且所述毡与靴形压辊56接触。真空辊50将纸幅传送到造纸毡48。施加到纸幅上的真空增加了气泡的形成，这抑制了纸幅中的氢键合。
纸幅进入辊隙58，在那里纸幅被靴形压机62在靴形压辊56和引领辊600之间压榨。引领辊600具有光滑表面64，如果需要该光滑表面64上可以被提供有粘合剂和/或脱模剂。新生纸幅440继续沿纵向66前进。所述纸幅被靴式压机62压榨以将固体物增加至约15％。纸张中的气泡在靴式压机62处抑制氢键合并减少纸张压实和强度增加。在辊隙58处的压力脉冲还可以增加气泡的形成，进一步抵抗纸张中的粘合。
纸幅进入织物起皱辊隙76，在那里所述纸张通过以比引领辊600低的线速度运行的起皱织物18减速。起皱织物18支撑在多个辊68，700，72和引领辊74上。起皱织物18适于接触引领辊600。起皱辊700可包括柔软的可变形表面，这将增加起皱辊隙的长度并增加织物与纸张以及接触点之间的织物起皱角度。
然后将纸张在引领辊隙82处引领到杨克式烘缸800。引领辊74将纸张压靠在热的杨克氏烘缸表面上，并且所述纸张附着到光滑的杨克式表面84上。在引领辊隙82处对纸张的加热增加了气泡的形成，从而有助于抑制氢键合。在纸张接触之前，粘合剂通常被在区域86喷涂在杨克式表面84上，以帮助引领和传热。所述纸幅被在杨克氏烘缸800(其是被加热的圆筒)上并且通过杨克氏罩88中的高射速冲击空气干燥。当所述纸张被在杨克式表面84上加热时，剩余的空气被驱出溶液并提供纸张的额外蓬松度。基本上干燥的纸张被起皱刮刀89从杨克式表面84上起皱取下，这也为纸张提供动能，增加了松密度和柔软度。最后，将纸张卷起在卷轴900上。
图11是用于按照本发明一些方面制造薄纸的薄纸机的总体示意图。所述薄纸机是传统的湿压榨造纸机，具有双层流浆箱和月牙成形技术。仓509被用于制备配料，该配料优选用具有不同官能度的化学品处理，这取决于各种纤维的特性，特别是纤维长度和粗糙度。差别处理的配料通过不同的导管409和419输送，其中所述配料被输送到月牙成形机109的流浆箱。该机器包括成网端或湿端，其具有液体可渗透的带小孔的支撑构件119，其可以是任何常规构造的。带小孔的支撑构件119可以由几种已知材料中的任何一种构成，包括光聚合物织物、毡、织物或具有附着在网格基底上的非常细合成纤维毡的合成长丝编织网格基底。带小孔的支撑构件119以常规方式支撑在辊上，包括胸辊159和伏辊或压辊169。
压榨丝网129支撑在辊189和199上，辊189和199相对于胸辊159定位，用于压迫压榨丝网129以在圆柱形胸辊159处以相对于带小孔的支撑构件119成锐角地会聚在所述带小孔的支撑构件119上。所述带小孔的支撑构件119和压榨丝网129以与胸辊159的旋转方向相同的方向和相同的速度移动。所述压榨丝网129和带小孔的支撑构件119会聚在胸辊159的上表面以形成楔形空间或辊隙，在其中水或发泡的液体纤维分散体的双射流被在压榨丝网129和带小孔的支撑构件119之间压榨，以迫使流体通过压榨丝网129进入托盘229，在托盘229中收集流体以便在该方法中重复使用。
所述溶解气体浸渍的溶液被供应到所述多层流浆箱，并且可以被供应到外流浆箱209'、内流浆箱209或两者。据信将所述溶液添加到面向杨克式烘缸的外流浆箱209'中是优选的，以提供更高的柔软度或更好的手感。纸幅W在带小孔的支撑构件119和压榨丝网129之间形成，其中大部分水通过压榨丝网129并到达托盘292。随着纸幅W从胸辊159行进到压辊169，所述溶解的气体在纸幅W和纤维内腔中形成气泡。所述气泡抑制了纸幅中氢键的形成。
在压辊169处，纸张被压靠在热的杨克氏烘缸表面269上并附着在光滑的杨克式表面上。凹坑449收集通过压辊169和真空吸水箱299从所述配料中挤出的水。收集在凹坑449中的水可以被收集到流动管线459中以进行单独处理。纸幅W中的气泡在所述压榨区中是特别有益的，以在该区域中防止降低纸张的柔软性和松密度的氢键合。在纸张接触之前通常将粘合剂喷涂在杨克式表面上以帮助引领和传热。当纸张在杨克式表面上被加热时，剩余的气泡被驱逐出溶液，这提供了纸张的额外的蓬松度。基本上干燥的纸张被起皱刮刀279从杨克式表面起皱，这也为纸张提供动能，增加松密度和柔软度。最后，将纸张卷起在卷轴289上。
收集在托盘249中的水通过重力流到仓509。水向下流过仓509并被再次用于稀释原料。仓509被设计成提供足够慢的向下速度，使得在所述物流中夹带的气泡或由残余的溶解空气形成的气泡上升到顶部并与水分离。尽管未示出，但是在再次使用之前可以使用额外的脱气设备来对仓水进行除气。
压缩的水溶性气体
夹带的空气和气体的大气泡在传统的造纸操作和最终产品中可能是有害的。例如，对薄纸幅的不利影响可包括孔、强度损失和不良的成形。因此，造纸机、薄纸方法和水系统通常被设计以从水、水溶液和纤维浆液中除去夹带的和大的气泡。
然而，在本发明中已经发现，水溶性气体可被用于产生柔软、蓬松的薄纸。化学去粘合剂和穿透空气干燥(TAD)通常被用在薄纸生产中以降低薄纸幅强度，这提高松密度和感知的柔软度。尽管化学去粘合剂和TAD产生所需的薄纸，但这些方法是资本密集的和要求能量的，并且具有固有的高操作成本。如上所述，水溶性气体可被用于最初形成纸幅。在初始形成后在纸幅内形成气泡。在形成之后和干燥过程中气泡穿过纸幅并抑制纤维与纤维的粘合，导致部分脱气纤维的膨胀和/或分离，这在不采用化学去粘合剂的情况下提供了蓬松薄纸。尽管在某些方面，可以加入化学去粘合剂以进一步增加松密度和柔软度。
通过在带小孔的支撑体上排水和空气干燥，可以部分地对新生纸幅进行脱水，这大大降低了能量密集型干燥的操作成本。因此，尽管不是必需的，可以以降低的操作成本使用穿透空气干燥。然而，因为纸幅孔结构的增加的开口，根据本发明生产的新生纸幅的穿透空气干燥与不采用压缩气体的新生纸幅相比可以以提高的速率发生。
在一个方面，水溶性气体是空气。在另一方面，水溶性气体是氮气，氧气，氩气或其任何组合。在另一方面，用压缩机压缩水溶性气体。水溶性气体不衍生自产生气体的化学物质如碳酸钙、盐酸等。此外，水溶性气体不衍生自纤维浆料或水溶液的高温或任何化学处理。
根据亨利定律常数，溶解在水溶液或纤维浆料中的水溶性气体的量与绝对压力成比例。因此，在超大气压力下气体将进入溶液并保持在溶液中。超大气压力使水溶液或纤维浆料饱和，从而形成稀的溶解气体浸渍的纤维浆料。所述超大气压力可以在约10至60psig的范围内。在一个方面，所述超大气压力为至少约20psig。在另一方面，所述超大气压力大于约30psig。在又一方面，所述超大气压力为约10，15，20，25，30，35，40，45，50和60psig或在约10，15，20，25，30，35，40，45，50和60psig之间的任何范围内。
化学去粘合剂
在一个方面，最终的薄纸幅基本上不含化学去粘合剂，其有时被称为软化剂。在另一方面，薄纸幅包括一些化学去粘合剂，其可用于进一步增加柔软度。在另一方面，薄纸幅包括约0.1磅/吨至约4.0磅/吨的化学去粘合剂。在形成新生纸幅之前、期间或之后，通常将去粘合剂与纤维浆料结合。化学去粘合剂的非限制性实例包括阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂，非离子表面活性剂，两性表面活性剂，蜡或其任何组合。
阳离子表面活性剂的实例包括但不限于长链胺；季铵盐如二(C8-C24)烷基二甲基铵氯化物或溴化物；二(C12-C18)烷基二甲基铵氯化物或溴化物；二硬脂基二甲基铵氯化物或溴化物；二牛油烷基二甲基铵氯化物或溴化物；二油基二甲基铵氯化物或溴化物；二椰子烷基二甲基铵氯化物或溴化物；(C8-C24)烷基二甲基乙基铵氯化物或溴化物；(C8-C24)烷基三甲基铵氯化物或溴化物；十六烷基三甲基铵氯化物或溴化物；(C20-C22)烷基三甲基铵氯化物或溴化物；(C8-C24)烷基二甲基苄基铵氯化物或溴化物；N-(C10-C18)烷基吡啶鎓氯化物或溴化物；N-(C10-C18)烷基异喹啉鎓氯化物、溴化物或单烷基硫酸盐；N-(C12-C18)烷基聚酰氨基甲酰基甲基-吡啶鎓氯化物；N-(C12-C18)烷基-N-甲基吗啉鎓氯化物、溴化物或单烷基硫酸盐；N-(C12-C18)烷基-N-乙基吗啉鎓氯化物、溴化物或单烷基硫酸盐；(C16-C18)烷基五氧乙基氯化铵；二异丁基苯氧基乙氧基乙基二甲基苄基氯化铵；N，N-二乙基氨基乙基硬脂酰胺和油酰胺与盐酸、乙酸、乳酸、柠檬酸和磷酸的盐；N-酰基氨基乙基-N，N-二乙基-N-甲基铵氯化物、溴化物或单烷基硫酸盐；和N-酰基氨基乙基-N，N-二乙基-N-苄基铵氯化物、溴化物或单烷基硫酸盐，其中酰基是硬脂酰基或油酰基；及其组合。
阴离子表面活性剂的实例包括但不限于硫酸盐，例如月桂基醚硫酸钠；月桂基醚硫酸铵；烷基多糖硫酸盐，例如烷基多糖苷硫酸盐；支链伯烷基硫酸盐；烷基甘油基硫酸盐；链烯基甘油基硫酸盐；烷基酚醚硫酸盐；或油基甘油基硫酸盐；烷基琥珀酸盐；磺酸盐，如烷基苯磺酸盐；或烷基酯磺酸盐，包括C8-C20羧酸(即脂肪酸)的直链酯，它们通过气态SO3磺化；羧酸盐；磷酸盐，如烷基磷酸盐；烷基醚磷酸盐；羟乙基磺酸盐，如酰基羟乙基磺酸盐；磺基琥珀酸盐，包括磺基琥珀酸盐的单酯(如饱和和不饱和的C12-C18单酯)；或磺基琥珀酸二酯(如饱和和不饱和的C12-C18二酯)；酰基肌氨酸盐，例如通过脂肪酰氯与肌氨酸钠在碱性介质中反应形成的那些；酰氨基羧酸盐，例如烷基磺酰氨基羧酸的盐；N-酰基牛磺酸；及其组合。用于阴离子表面活性剂的合适原料是天然脂肪，如牛脂、椰子油和棕榈油，但也可以是合成的。
非离子表面活性剂的实例包括但不限于葡糖苷，如月桂基葡糖苷和癸基葡糖苷，以及具有C8-C22烷基的长链脂族合成或天然醇的乙氧基化醇和乙氧基化物。这些乙氧基化醇可含有约1-约25摩尔的环氧乙烷。脂族醇的烷基链可以是直链或支链的，伯或仲的，饱和或不饱和的。可以使用C10-C18醇与每摩尔醇约2至约18摩尔环氧乙烷的缩合产物。醇乙氧基化物可具有窄的同系物分布(“窄范围的乙氧基化物”)或环氧乙烷的宽同系物分布(“宽范围的乙氧基化物”)。酰胺-脂肪酸组合如椰子酰胺(包括椰油酰胺二乙醇胺、椰油酰胺单乙醇胺)是另外的实例。
两性表面活性剂的实例包括但不限于甜菜碱，磺基甜菜碱，咪唑啉衍生物等。典型的两性表面活性剂包括椰油基二乙酸二钠，蓖麻油酰胺基丙基甜菜碱，椰油酰胺基丙基甜菜碱，硬脂基甜菜碱，十八烷基二羧基甘氨酸钠，月桂酰氨基丙酸钠，椰油酰胺丙基羟丙磺酸钠，月桂酰基二丙酸二钠，牛油亚氨基二丙酸酯，椰油两性羧基甘氨酸盐，椰油咪唑啉羧酸盐，月桂酸咪唑啉单羧酸盐，月桂酸咪唑啉二羧酸盐，月桂酸肉豆蔻酸甜菜碱，椰油酰胺磺基甜菜碱，烷基酰胺磷酸甜菜碱及其组合。
纤维浆料
纤维浆料包括在含水载体中的纤维素纤维。纤维素纤维包括结合有纤维素作为成分的任何纤维。在一个方面，纤维素纤维是二次的再生的纤维。在另一方面，纤维素纤维衍生自硬木纤维，例如硬木硫酸盐纤维，硬木亚硫酸盐纤维；软木纤维，如软木硫酸盐纤维，软木亚硫酸盐纤维；或其任何组合。纤维可以是机械法纤维。
纤维浆料的稠度为约0.01％至约5％。在另一方面，纤维浆料的稠度为约1％至约4％。溶解气体浸渍的纤维浆料具有与纤维浆料相同的稠度。在又一方面，纤维浆料具有约0.1，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5和5.0％的稠度或在约0.1，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5和5.0％间的任何范围内的稠度。
所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料的稠度在约0.01％至约5％的范围内。在另一方面，所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料的稠度在约1％至约4％的范围内。在又一方面，所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料具有在约0.5和约3.0％间的任何范围内的稠度。在又一方面，所述稀的溶解气体浸渍的纤维浆料具有约0.1，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5和5.0％的稠度或在约0.1，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5和5.0％间的任何范围内的稠度。
在制造过程中纤维浆料和稀的溶解气体浸渍的纤维浆料的温度低于50℃。温度越低，溶解空气容量越高。在另一方面，纤维浆料和稀的溶解气体浸渍的纤维浆料的温度低于约40℃，或低于约30℃。在另一方面，纤维浆料和稀的溶解气体浸渍的纤维浆料的温度为约30℃，35℃，40℃，45℃和50℃或在约30℃，35℃，40℃，45℃和50℃间的任何范围内。
纤维浆料和稀的溶解气体浸渍的纤维浆料可包括任何量的本领域技术人员已知的任何其它添加剂。添加剂的非限制性实例包括表面改性剂，强度助剂，胶乳，遮光剂，荧光增白剂，染料，颜料，施胶剂，阻隔性化学品，助留剂，不增容剂，有机或无机交联剂，或其任何组合。
薄纸幅的性能
薄纸的定量在约5磅/3,000平方英尺至约45磅/3，000平方英尺的范围内。在另一方面，定量在约8磅/3，000平方英尺至约30磅/3,000平方英尺的范围内。在又一方面，定量在约10磅/3，000平方英尺至约20磅/3,000平方英尺的范围内。在又一方面，定量为约5，7，10，22，25，27，30，32，35，37，40，42和45磅/3,000平方英尺或在约5，7，10，22，25，27，30，32，35，37，40，42和45磅/3,000平方英尺间的任何范围内。
薄纸的厚度在约50密耳/8片至约350密耳/8片的范围内。在另一方面，厚度在约125密耳/8片至约275密耳/8片的范围内。在又一方面，厚度在约100密耳/8片至约200密耳/8片的范围内。在又一方面，厚度为约5，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，110，120，130，140，150，160，170，180，190，200，210，220，230，240，250，260，270，280，290，300，310，320，330，340和350密耳/8张或在约5，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，110，120，130，140，150，160，170，180，190，200，210，220，230，240，250，260，270，280，290，300，310，320，330，340和350密耳/8张间的任何范围内。
薄纸的GMT在约500至约5,000克/3英寸的范围内。在另一方面，GMT在约500至约2,500g/3in的范围内。在又一方面，GMT在约1,000至约3,000g/3in的范围内。在又一方面，GMT为约500，750，1000，1250，1500，1750，2000，2250，2500，2750，3000，3250，3500，3750，4000，4250，4500，4750和5000克/3英寸或在约500，750，1000，1250，1500，1750，2000，2250，2500，2750，3000，3250，3500，3750，4000，4250，4500，4750和5000克/3英寸间的任何范围内。
薄纸的CD拉伸强度在约170至约500g/3in的范围内。在另一方面，CD拉伸强度在约200至约400g/3in的范围内。在又一方面，CD拉伸强度在约250至约450g/3in的范围内。在又一方面，CD拉伸强度在约170，200，230，250，270，300，33，350，370，400，430，450，470和500g/3in间的任何范围内。
薄纸的MD拉伸强度在约450至约900g/3in的范围内。在另一方面，MD拉伸强度在约550至约800g/3in的范围内。在又一方面，MD拉伸强度在约600至约750g/3in的范围内。在又一方面，MD拉伸强度在约450，500，550，600，650，700，750，800，850和900g/3in之间的任何范围内。
当薄纸是面巾时，CD拉伸强度在约1200至约2500g/3in的范围内。在另一方面，面巾的CD拉伸强度在约1500至约2000g/3in的范围内。在又一方面，面巾的CD拉伸强度在约1200，1400，1600，1800，2000，2200，2400和2500g/3in之间的任何范围内。
当薄纸是面巾时，MD拉伸强度在约2000至约3500g/3in的范围内。在另一方面，面巾的MD拉伸强度在约2500至约3000g/3in的范围内。在又一方面，面巾的MD拉伸强度在约2000，2100，2200，2300，2400，2500，2600，2700，2800，29，000，3000，3100，3200，3300，3400，3500g/3in之间的范围内。
与不采用气体浸渍制备的薄纸相比，本文中描述的薄纸在给定压力下具有改善的空气流动或透气性。在一些方面，取决于压差(英寸水柱(英寸W.C.))，空气流量(ft3/min/ft2)增加约22％至约107％。
如上面提到的，按照弗雷泽透气性测试测量空气流量，该测试基于TAPPI测试方法T 251。测量空气流量(ft3/min/ft2)作为δ压力(Dp)(英寸水柱(in.W.C.))的函数。然后可以将速度/压力(V/P)(ft3/min/ft2)/in.WC))对压力-0.5(P-0.5)作图，如图12和13中所示，在下面的实施例5和6中讨论。
在给定的压差下，通过纸张的空气流量取决于许多因素，包括定量、孔径和孔形状。在小于约0.5in WC的非常低的压差下，空气流量与压差成正比，大致遵循达西定律。随着压差增加，惯性力成为对空气流动的主要阻力。惯性力来自空气的加速和减速，因为它遵循通过纸幅中的孔的非线性路径。因此，在较高压差下的空气流动行为提供了纸幅的孔结构的指示。对于用相同的纤维配料、成型方法、成型织物、脱水和干燥方法以及定量生产的纸幅，空气流量和压差之间的关系的差异是纸幅的孔结构的函数。
在将速度/压力(V/P)(ft3/min/ft2)/in.WC))对P-0.5作图后，例如如图13中所示，确定所得到的线的斜率并比较气体浸渍的纸张和非气体浸渍的纸张。在一个实例中，图13比较了30PSI气体浸渍的薄纸(圆形数据点)和对照(非气体浸渍的)薄纸(菱形数据点)的V/P对1/P0.5。气体浸渍的薄纸的线的拟合被定义为93.033x+20.168。非气体浸渍的薄纸的线的拟合被定义为74.845x+19.178。在该实例中，在较高压差(例如大于8英寸WC)下，气体浸渍的薄纸的线的斜率比非气体浸渍的薄纸的线的斜率高大约24％。然而，这些特定数据点和拟合线仅是一个示例，并且可能产生其它数据点和拟合线，取决于各种其它因素。
与非气体浸渍的纸张相比，如本文中所述制备的气体浸渍的纸张具有增加的斜率(参见例如图13)。在一个方面，基本上不含化学去粘合剂的气体浸渍的薄纸具有至少22％的速度/压力((立方英尺/分钟/平方英尺)/英寸水柱)对1/P0.5的斜率的百分比增加，与类似的非气体浸渍的薄纸相比；其中P是从约8英寸水柱到约20英寸水柱的压力。在其它方面，气体浸渍的纸张与非气体浸渍的纸张相比，所述斜率的百分比增加为至少15％，至少18％，至少20％，至少22％，至少24％，至少26％，至少28％或至少30％。
用途
本发明的薄纸可用作面巾纸。在另一方面，所述薄纸可以被用作任何类型的低密度纸，例如纸巾、浴室薄纸、卫生巾或任何其它类型的薄纸。
为了提供对本发明的更完整理解而不是限制，参考以下实施例。因此，这些实施例应被视为说明性而非限制性的，并且所有这样的修改意图被包括在本发明的范围内。
实施例
实施例1-4
在实施例1-4中，用二次的、再生的纤维制备薄纸。将纸张按照标准TAPPI程序压榨，置于约束环中，空气干燥过夜。
在实施例1中，使用纸张制备程序TAPPI T-205和标准纸张成形机在没有压缩空气的情况下制备对照薄纸。
在实施例2中，将空气浸渍的水与纤维浆料混合以形成稀的空气浸渍的纤维浆料。所述空气浸渍的水通过如下步骤制备：将6升水加入装有手动空气泵和压力计的8升不锈钢槽中。将所述槽密封，将空气泵入所述槽中至30psig的目标压力，并将所述槽放置在约2周/秒的机械搅拌器上8分钟。将所述槽从搅拌器上取下，打开以释放压力，并将所述6升空气浸渍的水加入到抄片机或纸模具中。将纤维浆料与2升水混合，并将所得纤维浆料加入抄片机中。根据上述标准TAPPI程序形成薄纸。
在实施例3-4中，将纤维浆料与6升水在槽中混合。将所述槽密封并向其中泵送空气至20psig(实施例3)或30psig(实施例4)的目标压力，以形成空气浸渍的纤维浆料。如上所述搅拌所述槽。将所述纤维浆料与2升水混合以形成稀的空气浸渍的纤维浆料，将其加入抄片机中。根据上述标准TAPPI程序形成薄纸。
表1提供了在实施例1-4中制备的薄纸的定量、松密度、拉伸强度和标准化的拉伸强度。如所指出的，与对照薄纸相比，用溶解空气制备的薄纸具有增加的松密度和降低的拉伸强度。
表1
图3-9示出了实施例1-4中制备的薄纸的性能。图3示出了采用溶解的空气和不采用溶解的空气制备的薄纸的松密度的差异。增加薄纸松密度可增加柔软度。如所显示的，松密度(cm3/g)随着在密闭环境中施加的超大气压力(psi)或空气溶解压力而增加。
图4示出了溶解空气添加的点对薄纸松密度的影响。空气是否如在方法100(图1)中那样溶解在水溶液中(水平线填充)或如在方法200(图2)中那样溶解在纤维浆料中(交叉线填充和点填充)，与不采用溶解空气的对照薄纸(实心填充对照)相比松密度(cm3/g)都增加。
图5示出了溶解空气添加的点对薄纸拉伸强度的影响。降低的拉伸强度(kg/15mm)以及增加的松密度可提供更柔软的薄纸。与不采用溶解空气制备的对照薄纸相比(实心填充)，只有按照其中空气溶解在水溶液中的方法100(图1)制备的薄纸(水平线填充)显示了略低的拉伸强度。与对照薄纸相比，按照方法200(图2)制备的薄纸(交叉线填充和点填充)具有相似的拉伸强度。
图6示出了采用溶解空气按照方法200(图2)(用30psi空气饱和的纤维浆料)制备的薄纸的CD(实心填充)和MD(水平线填充)拉伸强度(g/3in)，与不采用溶解空气的对照薄纸相比。如所显示的，与对照样相比，采用溶解空气制备的薄纸具有略微降低的CD和MD拉伸强度。
图7示出了采用溶解空气按照方法200(图2)(用30psi空气饱和的纤维浆料)制备的薄纸的CD(实心填充)和MD(交叉线填充)的伸长率，与不采用溶解空气的对照薄纸相比。如所显示的，与对照薄纸相比，采用溶解空气制备的薄纸具有相当的CD和MD伸长率。
图8示出了采用溶解空气按照方法200(图2)(用30psi空气饱和的纤维浆料，点填充)制备的薄纸的厚度(mil)，与不采用溶解空气的对照薄纸(实心填充)相比。厚度与薄纸的厚度有关。增加的厚度与增加的松密度和柔软度相关。如所显示的，与对照薄纸相比，采用溶解空气制备的薄纸具有增加的厚度。
图9示出了采用溶解空气按照方法200(图2)(用30psi空气饱和的纤维浆料，方格填充)的POROFIL或空隙体积，与不采用溶解空气的对照薄纸(实心填充)相比。增加的空隙体积与更蓬松、更多孔的薄纸相关。如所指出的，与对照样相比，采用溶解空气制备的薄纸具有增加的空隙体积。
实施例5-6
在实施例5-6中，用二次的、再生的纤维制备薄纸。使用实验室穿透空气干燥模拟程序在成形丝网上形成薄纸。然后在真空下在所述成形丝网上干燥纸张。
在实施例5中，如上面对实施例1所描述的那样制备对照薄纸。使用TAD模拟不添加空气制备对照纸张。如在实施例4中那样，使用用30PSI的空气过饱和的纤维浆料制备实施例6中的薄纸。
表2提供了在实施例5(对照)和6(30PSI)中制备的薄纸的定量，厚度，CD和MD拉伸强度，CD和MD伸长率，CD和MD TEA，Porofil(空隙体积)和空气流量。如所显示的，与对照薄纸相比，采用溶解空气制备的薄纸具有降低的拉伸强度和增加的厚度。此外，与对照薄纸相比，增加的porofil(空隙体积)和空气流动表明溶解空气提供了更大、更多孔的薄纸。
表2
图12和13示出了实施例5和6的空气流量/渗透率曲线。下表3和4分别显示了对照纸张和30PSI纸张的数据点。
图12显示了作为空气流量(CFM/min/ft2)的函数的Δ压力(Dp)(英寸水柱(英寸W.C.))。带有菱形数据点的曲线是对照纸张，带有圆形数据点的曲线是30PSI纸张。与对照纸张相比，所述30PSI纸张在给定的Δ压力下具有增加的空气流量。
图13显示了在较高压差(在此图中为8英寸的WC和更高)下速度/压力(V/P)与1/P0.5之间的呈惯性机制的关系。带有菱形数据点的曲线是对照纸张，带有圆形数据点的曲线是30PSI纸张。30PSI线的斜率比对照线高24％，这是更开孔结构的直接结果。这种更开孔结构指示了纸张的较少粘合，并且与较低的干燥能量、较高的松厚度、较高的孔隙率、较低的拉伸强度和较高的潜在柔软度一致。
表3
表4
关于以上描述，应认识到，本发明的部件的最佳比例关系，包括组分、浓度、形状、形式、功能、制造方式和使用的变化，被认为对于本领域技术人员来说是是明白的和显而易见的，并且与说明书中所举例说明的那些等同的关系意图被包含在本发明中。
因此，前述内容应被认为仅是对本发明原理的说明。此外，在不脱离本发明的范围的情况下可以对本发明进行各种修改，并且因此希望仅现有技术所强加的限制和在所附权利要求中阐述的限制能够施加在本发明上。
Claims (9)
1.一种薄纸，其具有小于0.2重量％的化学去粘合剂并具有在约500至约5,000克/3英寸(g/3in)范围内的几何平均拉伸强度(GMT)和在约50至约350密耳/8张范围内的厚度，
其中所述薄纸通过在密闭环境中在超大气压力下用压缩的水溶性气体浸渍包含纤维素纤维的纤维浆料来形成，并且其中所述薄纸通过常规的湿压榨(CWP)方法形成。
2.权利要求1的薄纸，其中所述化学去粘合剂以小于2lb/ton的化学去粘合剂量存在。
3.权利要求1所述的薄纸，其中所述薄纸具有在约5磅/3000平方英尺至约45磅/3000平方英尺范围内的定量。
4.一种薄纸，其不含化学去粘合剂并具有在约500至约5,000g/3in范围内的GMT和在约50至约350密耳/8张范围内的厚度，
其中所述薄纸通过在密闭环境中在超大气压力下用压缩的水溶性气体浸渍包含纤维素纤维的纤维浆料来形成，并且其中所述薄纸通过常规的湿压榨(CWP)方法形成。
5.权利要求4所述的薄纸，其中所述薄纸具有在约5磅/3,000平方英尺至约45磅/3,000平方英尺范围内的定量。
6.权利要求5所述的薄纸，其中所述薄纸具有在约8磅/3,000平方英尺至约30磅/3,000平方英尺范围内的定量。
7.气体浸渍的薄纸，其具有小于0.2重量％的化学去粘合剂，并且与类似的非气体浸渍的薄纸相比具有至少15％的速度/压力((立方英尺/分钟/平方英尺)/英寸水柱)对1/P0.5曲线的斜率的百分增加，其中P是从约8英寸水柱到约20英寸水柱的压力，并且其中所述气体浸渍的薄纸通过常规的湿压榨(CWP)方法形成。
8.权利要求7所述的气体浸渍的薄纸，其中，与类似的非气体浸渍的薄纸相比，速度/压力的斜率的增加为至少20％。
9.权利要求7所述的气体浸渍的薄纸，其中，与类似的非气体浸渍的薄纸相比，速度/压力的斜率的增加为至少22％。
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