DE60012565T2

DE60012565T2 - Verfahren zum autogenen verbinden von schichten eines mehrschichtigen zellulosesubstrats

Info

Publication number: DE60012565T2
Application number: DE60012565T
Authority: DE
Inventors: Sean Michael PRATT
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: BR0015651A; WO2001038078A1; AU1292701A; US6572722B1; CA2389844C; CA2389844A1; ATE271969T1; AU773206B2; DE60012565D1; EP1232057A1; EP1232057B1; ZA200203317B; TW517004B; MXPA02005155A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf geprägte mehrschichtige zellulosehaltige faserige Strukturen, insbesondere auf das Verfahren zum Herstellen geprägter mehrschichtiger zellulosehaltiger faseriger Strukturen mit selektiven autogenen Bindungsstellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zellulosehaltige Faserstrukturen sind eine alltägliche Stapelware. Zellulosehaltige Faserstrukturen, wie Tissuepapier, werden als Verbraucherprodukte für Papiertücher, Toilettentissue, Gesichtstissue, Binden und dergleichen, verwendet. Die große Nachfrage nach solchen Papierprodukten hat eine Nachfrage nach verbesserten Versionen der Produkte und der Verfahren ihrer Herstellung erzeugt.
Hersteller haben Verbesserungen auf die Weichheit, Fülligkeit, Absorptionsfähigkeit und den ästhetischen Eindruck zellulosehaltiger Faserstrukturen konzentriert. Hinsichtlich der Weichheit wurde die Aufmerksamkeit primär gerichtet auf chemische Weichmachermittel. Hinsichtlich der Fülligkeit, der Absorptionsfähigkeit und des ästhetischen Eindrucks haben sich die Hersteller auf mehrschichtige Substrate, insbesondere geprägte mehrschichtige Substrate konzentriert.
Es gab zahlreiche Ansätze, die abrasiven Wirkungen von Tissueprodukten durch die Hinzugabe chemischer Weichmachermittel zu reduzieren (auch als "chemische Weichmacher" bezeichnet). Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "chemisches Weichmachermittel" auf irgendeinen chemischen Inhaltsstoff, welcher die taktile Empfindung, die durch den Verbraucher wahr genommen wird, welcher ein spezielles Papierprodukt hält und dieses über die Haut reibt, verbessert. Obwohl auch in gewisser Weise wünschenswert für Tuchprodukte, ist die Weichheit eine besonders wichtige Eigenschaft für Gesichts- und Toilettentissues. Eine solche taktil wahrnehmbare Weichheit kann gekennzeichnet sein durch, ist aber nicht beschränkt darauf, Reibung, Flexibilität und Glätte sowie subjektive Beschreibungen, wie ein samtartiges, seidiges oder flanellartiges Anfühlen. Geeignete Materialien umfassen solche, welche dem Tissue ein fettiges Gefühl verleihen. Diese umfassen, nur für beispielhafte Zwecke, Grundwachse, wie Paraffin und Bienenwachs, und Öle, wie Mineralöl und Siliconöl sowie Petrolatum und komplexere Schmiermittel und Emollienten, wie quartärnäre Ammoniumverbindungen mit langen Alkylketten, tertiäre Amine, funktionale Silicone, Fettsäuren, Fettalkohole und Fettester.
Mehrschichtige Laminat-Substrate sind im Stand der Technik für Verbraucherprodukte allgemein bekannt. Solche Produkte sind typischerweise zellulosehaltige Faserstrukturen mit mehr als einer, typischerweise zwei Schichten, die übereinander in einer seitenweisen Beziehung angeordnet sind, um ein Laminat zu bilden. Es ist im Stand der Technik bekannt, das Laminat aus ästhetischen Gründen zu prägen und Bindungen zwischen den Schichten zu erzeugen. Das Prägen kann den Oberflächenbereich der Schichten erhöhen, wodurch ihre Fülligkeit und ihre Wasserhaltekapazität erhöht wird.
Ein Prägen wird typischerweise durch eines von zwei Verfahren durchgeführt, nämlich durch eine Prägen Noppe-an-Noppe oder ein ineinander greifendes Prägen. Ein Prägen Noppe-an-Noppe besteht aus axial parallelen Rollen, die so nebeneinander angeordnet sind, dass ein Spalt zwischen den Spitzen der Prägenoppen auf gegenüber liegenden Rollen gebildet wird. Das ineinander greifende Prägen besteht aus axial parallelen Rollen, die so nebeneinander angeordnet sind, dass ein Spalt gebildet wird, in welchem die prägenden Noppen auf einer Rolle zwischen die prägenden Rollen der anderen Rolle eingreifen. Beispiele eines Prägens Noppe-an-Noppe oder eines ineinander greifenden Prägens sind dargestellt im Stand der Technik durch die US Patente 3,414,459, veröffentlicht am 03. Dezember 1968 für Wells und allgemein übertragen; 3,547,723, veröffentlicht am 15. Dezember 1970 für Gresham; 3,556,907, veröffentlicht am 19. Januar 1971 für Nystrand; 3,708,366, veröffentlicht am 02. Januar 1973 für Donnelly; 3,738,905, veröffentlicht am 12. Juni 1973 für Thomas; 3,867,225, veröffentlicht am 18. Februar 1975 für Nystrand und 4,483,728, veröffentlicht am 20. November 1984 für Bauernfeind.
Während des Prägeverfahrens werden die Schichten durch separate Spalte hindurch geführt, die zwischen separaten Prägewalzen und Druckwalzen ausgebildet sind, wobei Prägenoppen auf den Prägewalzen in den Schichten komprimierte Regionen erzeugen. Die zwei Schichten werden dann durch einen gemeinsamen Spalt hindurch geführt, der zwischen den Prägewalzen ausgebildet ist, wobei die Prägenoppen auf den zwei Walzen die Schichten in einer seitenweisen Berührungsbeziehung zusammenbringen.
Ein ineinander greifendes Prägen hat sich als das bevorzugte Verfahren zum Erzeugen geprägter mehrschichtiger Laminate erwiesen. Die durch ein ineinander greifendes Prägen erzeugten Produkte zeigen ein weicheres, mehr quiltähnliches Erscheinungsbild, das während des Restes Konvertierungsverfahrens und bei der Verpackung beibehalten wird. Mit dem ineinander greifenden Prägen greifen die Spitzen der Prägenoppen auf einer Prägewalze an den zwischen den zwei Walzen gebildeten Spalt in die Prägenoppen auf der gegenüber liegenden Prägewalze ein. Dies verursacht, dass die auf den zwei dazwischen transportierten Schichten erzeugten Muster miteinander in Eingriff kommen und ermöglichen, dass die auf einer Schicht erzeugten geprägten Stellen eine Abstützung für die geprägten Stellen liefern, die auf der anderen Schicht erzeugt wurden.
Mit dem ineinander greifenden Prägen ist eine Haftmittel-Applikatorrolle typischerweise axial parallel mit einer der zwei Prägewalzen ausgerichtet und bildet einen Spalt mit dieser stromaufwärts des Spaltes, der zwischen den zwei Prägewalzen gebildet wird. Die Haftmittel-Applikatorrolle überträgt ein Haftmittel auf die Schicht auf der Prägewalze an den Spitzen der Prägenoppen. Die Spitzen der Prägenoppen berühren typischerweise nicht den Umfang der gegenüber liegenden Walze an dem zwischen diesen gebildeten Spalt, was die Hinzufügung einer Verbindungswalze notwendig macht, um einen Druck zur Laminierung aufzubringen. Die Verbindungswalze bildet einen Spalt mit der gleichen Prägewalze, welche den Spalt mit der Haftmittel-Applikatorrolle bildet, stromabwärts des Spaltes, der zwischen den zwei Prägewalzen gebildet wird. Typische Verbindungswalzen haben eine glatte kontinuierliche Oberfläche, was zu einer Laminierung jedes möglichen Laminierungspunktes führt, wie dies gezeigt ist in US Patent Nr. 3,867,225, veröffentlicht am 18. Februar 1975 für Nystrand.
Ein bevorzugtes Mittel zum Prägen und Binden mehrerer Schichten eines Tissues in einer seitenweisen Beziehung umfasst ein autogenes Prägen (ohne Haftmittel) durch eine Hochdrucklaminierung. Mit einer Hochdrucklaminierung wird die Haftmittel-Applikatorwalze beseitigt und wird die Verbindungswalze durch eine Stahl-Ambosswalze ersetzt. Zusätzlich zum Binden der Schichten erzeugt die Hochdrucklamination ein optisch unterscheidbares Prägemuster, welches ein pergamentartiges Erscheinungsbild zeigt, welches dekorativ gefällig ist. Eine Hochdrucklamination ist offenbart in US Patent Nr. 3,377, 224, veröffentlicht am 09. April 1968 für Gresham et al. und US Patent Nr. 3,323,983, veröffentlicht am 08. September 1964 für Palmer. Beide Patente sind hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
Die Hochdrucklamination benötigt typischerweise Drücke im Bereich von etwa 40.000 psi bis etwa 80.000 psi, um eine adäquate Bindungsfestigkeit zwischen den Schichten zu erzeugen. Für Schichten, die mit chemischen Weichmachermitteln behandelt werden, können die erforderlichen Drücke 150.000 psi übersteigen.
Hohe Laminierungsdrucke können auf der Oberfläche einer Prägewalze eine Alterung einleiten, was die Nutzdauer der Walze beschränkt. Darüber hinaus können hohe Laminierungsdrucke das Substrat beschädigen, indem die Schichten reißen oder durchlöchert werden. So gibt es einen Wunsch dahin gehend, den Laminierungsdruck, der zum Binden der Schichten durch eine Hochdrucklamination zu minimieren, insbesondere Schichten, die mit chemischen Weichmachermitteln behandelt werden.
Das US Patent Nr. 4,481,243, veröffentlicht am 06. November 1984 für Allen, hier durch Bezugnahme mit aufgenommen, offenbart ein Tissue mit einem planaren Substrat, das einen Emollienten trägt, wobei das Substrat wenigstens zwei Schichten umfasst, die durch Prägungen ohne Haftmittel zu einer Einheit verbunden sind. Allen ist an die Aufgabe des Bindens von Schichten ohne Haftmittel, die mit einem Emollienten behandelt wurden, angegangen, indem er die geprägten Stellen auf Regionen beschränkt hat, die frei von dem Emollient waren.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Mittel zum Binden von Schichten durch eine Hochdrucklamination unter reduzierten Drucken, indem ein funktionales Fluid, wie beispielsweise Wasser, vor dem Binden an selektive Bindungsstellen hinzu gefügt wird. Das Verfahren ist in der Lage, Schichten, die mit chemischen Weichmachern gleichmäßig behandelt wurden, unter vernünftigen Drucken autogen zu binden, ohne eine Beschädigung der Schichten zu verursachen oder die Lebensdauer der Prägewalze zu reduzieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung liefert ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen zellulosehaltigen Substrats, das an diskreten Bindungsstellen durch eine Hochdrucklamination unter reduzierten Drucken gebunden ist. Eine Fluid-Applikatorwalze arbeitet in Verbindung mit einer profilierten Walze, um den örtlichen Feuchtigkeitsgehalt an selektiven Bindungsstellen vor der Hochdrucklamination zu erhöhen. Die selektiven Bindungsstellen können kontinuierlich oder diskret sein. Das Verfahren ist anwendbar auf mehrschichtige Substrate mit Schichten, die vorher mit chemischen Weichmachermitteln behandelt wurden.
In einer Ausführungsform wird Fluid-Applikatorwalze axial parallel zu einer profilierten Walze angeordnet und bildet dazwischen einen Fluid-Transferspalt. Die profilierte Walze ist auch axial parallel neben einer Stahl-Ambosswalze angeordnet und bildet mit dieser einen Bindespalt. Eine erste Schicht wird relativ zu dem Fluidtransferspalt transportiert, wo sie kontinuierlich oder an diskreten Stellen durch die Fluid-Applikatorwalze selektiv benetzt wird. Die erste Schichte wird dann zu dem Bindespalt transportiert, wo sie in einer seitenweisen Beziehung mit einer zweiten Schicht durch eine Hochdrucklamination verbunden wird.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer ersten Schicht-Prägeeinrichtung und einer zweiten Schicht-Prägeeinrichtung. Die erste Schicht-Prägeeinrichtung umfasst eine erste Druckwalze, die axial parallel neben einer ersten Prägewalze angeordnet ist und einen ersten Prägespalt mit dieser bildet, und die zweite Schicht-Prägeeinrichtung umfasst eine zweite Druckwalze, die axial parallel neben einer zweiten Prägewalze angeordnet ist und einen zweiten Prägespalt mit dieser bildet. Die erste und die zweite Prägewalze umfassen eine Mehrzahl radial orientierter Prägenoppen, die von einem Umfang vorstehen und Spitzen bilden. Die erste Schicht-Prägeeinrichtung und die zweite Schicht-Prägeeinrichtung sind in einer parallelen Anordnung positioniert, derart, dass die erste Prägewalze einen mit der zweiten Prägewalze ineinander greifenden Spalt bildet. Eine Fluid-Applikatorwalze ist axparallel neben der ersten Prägewalze vorgesehen und bildet einen Fluid-Transferspalt mit dieser stromaufwärts des ineinander greifenden Spaltes. Die Amboßwalze ist axparallel neben der ersten Prägewalze vorgesehen und bildet einen Bindespalt mit dieser stromabwärts des ineinander greifenden Spaltes.
Wenn die erste und die zweite Schicht in Bezug zu der ersten und der zweiten Schicht-Prägeeinrichtung transportiert werden, bringt die Fluid-Applikatorwalze an selektiven Stellen entsprechend der geprägten Stellen, die durch den ersten Prägespalt erzeugt wurden, Wasser auf die erste Schicht auf. Die erste und die zweite Schicht werden zu dem ineinander greifenden Spalt transportiert und in einer ineinander gefügten seitenweisen Beziehung zusammengesetzt, sodass ein mehrschichtiges Substrat gebildet wird. Das mehrschichtige Substrat wird dann zu dem Bindungsspalt transportiert, wo die zwei Schichten an den benetzten geprägten Stellen durch Hochdrucklamination gebunden werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Hinblick auf die folgende Beschreibung, die angehängten Ansprüche und die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer Vorrichtung ist, die verwendet wird, um eine Hochdrucklamination gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
2 eine schematisch hervor gehobene Seitenansicht einer Vorrichtung ist, die verwendet wird, um ein ineinander greifendes Prägen und eine Hochdrucklamination von zwei Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
3a eine Seitenansicht eines Spaltes ist, der zwischen zwei Prägewalzen gebildet wird, die in 2 gezeigt sind.
3b eine Seitenansicht eines Spaltes für eine Hochdrucklamination ist, der zwischen einer Prägewalze und dem Umfang der Stahl-Amboßwalze gebildet wird, die in 2 gezeigt ist.
3c eine Seitenansicht eines Spaltes für eine Hochdrucklamination ist, der zwischen einer Prägewalze und einer Anlegefläche auf der Stahl-Amboßwalze gebildet wird, die in 2 gezeigt ist.
4a eine Draufsicht eines dekorativen Musters ist, das auf der Prägewalze gebildet wird und lineare blumenförmige Markierungen und herzförmige Markierungen umfasst.
4b eine Draufsicht der in 4a gezeigten Markierungen ist und diskontinuierliche blumen- und herzförmige Muster umfasst.
5a eine Draufsicht eines dekorativen Musters ist, das auf der Prägewalze ausgebildet ist und ein Gitterwerk von Zellen mit Blumenförmigen Markierungen aufweist, die in weniger als allen Zellen angeordnet sind.
5b eine Draufsicht des Gitterwerks der Zellen in 5a mit herzförmigen Markierungen ist, die in den in 5a gezeigten leeren Zellen angeordnet sind.
6a eine bruchstückhafte Draufsicht des dekorativen Musters ist, das auf der ersten Prägewalze angeordnet ist und ein Gitterwerk aus Zellen aufweist, die durch einzelne gekrümmte Reihen von Prägenoppen gebildet werden.
6b eine bruchstückhafte Draufsicht des dekorativen Musters ist, das auf der zweiten Prägewalze angeordnet ist und ein Gitterwerk aus Zellen aufweist, die durch doppelt bogenförmige Reihen von Prägenoppen gebildet werden.
6c eine bruchstückhafte Draufsicht des Prägemusters ist, das auf der ersten Schicht durch das Muster auf der in 6a gezeigten ersten Prägewalze erzeugt wird, das in das Prägemuster eingreift, das auf der zweiten Schicht durch in 6b dargestellte zweite Prägewalze erzeugt wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Definitionen
Wie hier verwendet, haben die folgenden Ausdrücke die folgenden Bedeutungen:
"Stromaufwärts" ist der Bereich eines Verfahrensstromes, der noch nicht die betreffende Einheit erreicht hat.
"Stromabwärts" ist der Bereich eines Verfahrensstromes, der die betreffende Einheit bereits passiert hat.
"Prägen" bezieht sich auf das Verfahren des Durchbiegens eines relativ kleinen Bereichs von einer zellulosehaltigen Faserstruktur senkrecht zu ihrer Ebene und ein Drücken des vorstehenden Bereichs der faserigen Struktur gegen eine relativ harte Oberfläche, um die Faser-an-Faser-Bindungen dauerhaft zu zerstören.
Ein "Spalt" ist die Linie, welche den Kontaktpunkt oder den minimalen Abstand zwischen dem Umfang eines Paares von Walzen mit parallelen Achsen bildet, zwischen welchen das Papier hindurch geht.
Eine "Schicht" ist eine Schicht aus Zellulosefasern, welche eine einzelne Lage oder mehrere Lagen eines Tissues umfassen kann.
"Selektiv gebunden" bedeutet, dass die zusammenpassenden Oberflächen zwischen zwei in einer seitenweisen Beziehung übereinander angeordneten Schichten teilweisen an Stellen miteinander verbunden sind, die weniger als die Gesamtheit der zusammenpassenden Oberflächen überdecken.
"Diskret" bedeutet, dass die benachbarten Stellen nicht kontinuierlich sind.
"Im Wesentlichen kontinuierlich" bedeutet, dass sie sich im Wesentlichen über eine Ebene in beiden ihrer Hauptrichtungen erstrecken.
"Halbkontinuierlich" bedeutet, dass sie sich im Wesentlichen über eine Ebene in einer Dimension erstrecken.
Eine "Markierung" ist eine abgegrenzte Markierung, die einen dekorativen Aspekt zeigt.
Ein "Gitterwerk" ist ein Muster eines kleinen sich schneidenden diagonalen oder Zickzack-Segments oder von Winkeln.
Eine "Zelle" ist eine Einheit aus einer zweidimensionalen Anordnung mit einer Gruppe von einzelnen Einschlüssen.
"Autogenes Binden" ist die Vereinigung von zusammenpassenden Oberflächen, ohne die Verwendung von Haftmitteln.
Eine "funktionale Flüssigkeit" ist eine nicht haftende Flüssigkeit, die in der Lage ist, an der Wasserstoffbindung zu partizipieren und die Fähigkeit hat, Faser zu bemessen und in die Nähe zueinander für eine solche Wasserstoffbindung zu mobilisieren. Beispiele solcher funktionalen Flüssigkeiten umfassen Wasser und wasserlösliche Polyhydroxyverbindungen, wie Glycerole und Polyglycerole, und Polyoxyethylen und Polyoxypropylen. Funktionale Flüssigkeiten können auch Mischungen dieser Polyhydroxyverbindungen umfassen, wie Mischungen von Glycerol und Polyglycerolen, Mischungen von Glycerol und Polyoxyethylenen und Mischungen Polyglycerolen und Polyoxyethylenen.
Die Spezifikation enthält eine detaillierte Beschreibung des Laminierungssystems der vorliegenden Erfindung und des Verfahrens, welches das System zum Herstellen eines mehrschichtigen Zellulosesubstrats nutzt. Das Verfahren umfasst ein autogenes Binden der Schichten an selektiven Bindungsstellen durch eine Hochdrucklamination.
Das mehrschichtige Zellulosesubstrat, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, hat funktionale Eigenschaften von Weichheit, Absorptionsfähigkeit und Fallfähigkeit, sowie ästhetisch gefällige dekorative Attribute. Solche ästhetisch gefälligen Merkmale umfassen Muster von Markierungen, welche dekorative Bilder wiedergeben und ein qualitativ hochwertiges textilartiges Erscheinungsbild liefern, und insbesondere ein weicheres, mehr gequiltetes Aussehen.
Die Schichten, welche das mehrschichtige Zellulosesubstrat bilden, sind an selektiven Stellen gebunden, um die Weichheit zu erhöhen, die Fallfähigkeit zu verbessern und ästhetische Attribute zu schaffen. Die ästhetischen Attribute, die durch ein selektives Binden hergestellt werden, können eine Ausbreitung unterbinden, die durch Kompressionskräfte, Feuchtigkeit und Absorption veranlasst wird.
Das selektive Binden kann auf diskrete, im Wesentlichen kontinuierliche oder halb kontinuierliche Bindungsstellen beschränkt sein. Für diskrete Bindungsstellen kann ein Binden beschränkt sein auf eine Markierung, um dauerhaftere dekorative Bilder zu erzeugen. Für im Wesentlichen kontinuierliche Bindungsstellen kann ein Binden beschränkt sein auf ein Gitterwerk, um eine bestimmtere Zellgruppe zu erzeugen. Für halb kontinuierliche Bindungsstellen kann ein Binden beschränkt sein auf Muster, die ein rippenartiges Erscheinungsbild liefern.
Die Schichten, welche das mehrschichtige Substrat bilden, können mit chemischen Weichmachermitteln behandelt werden, um die wahrnehmbare Weichheit der Schichten zu verstärken. Solche chemischen Weichmachermittel umfassen, nur zu beispielhaften Zwecken, Grundwachse, wie Paraffin und Bienenwachs, und Öle, wie Mineralöl und Siliconöl sowie Petrolatum und komplexere Schmiermittel, Lotionen, Emollienten und Entbindungsmittel, wie quartärnäre Ammoniumverbindungen mit langen Alkylketten, tertiären Aminen, funktionalen Siliconen, Fettsäuren, Fettalkoholen und Fettestern.
Obwohl chemische Weichmachermittel die taktile Empfindung für den Verbraucher verbessern, verursacht ihr Vorhandensein Prozessbeschränkungen hinsichtlich der Bildung des mehrschichtigen Substrats, insbesondere dort, wo eine Hochdrucklamination verwendet wird, um die Schichten zu binden. Die vorliegende Erfindung überwindet solche Beschränkungen durch ein Erhöhen des örtlichen Feuchtigkeitsgehaltes an selektiven Bindungsstellen, bevor die Schichten durch eine Hochdrucklamination verbunden werden.
In 1 dargestellt ist eine System zum autogenen Binden der Schichten eines mehrschichtigen Substrats an selektiven Stellen durch eine Hochdrucklamination. Eine Fluid-Applikatorwalze 37 ist axparallel neben einer profilierten Walze 15 angeordnet und bildet mit dieser einen Fluidtransferspalt 46. Die profilierte Walze 15 ist auch axparallel zu einer Stahl-Ambosswalze 50 angeordnet und bildet mit dieser einen Bindespalt 48. Eine erste Schicht 20 wird relativ zu der profilierten Walze 15 zu dem Fluid-Transferspalt 46 transportiert. Ein Fluid-Transferspalt 46 benetzt die Fluid-Applikatorwalze 37 selektiv die erste Schicht 20 mit einer funktionalen Flüssigkeit, die vorher definiert wurde, an selektiven Stellen.
Stromabwärts des Fluid-Transferspaltes 46 wird die erste Schicht 20 in einer seitenweisen Beziehung mit einer zweiten Schicht 22 zusammengebaut. Die erste Schicht 20 und die zweite Schicht 22 werden zu dem Bindespalt 48 transportiert, wo die zwei Schichten 20, 22 an den selektiven Stellen durch eine Hochdrucklamination gebunden werden.
Dargestellt in den 2 ist eine Präge- und Laminiersystem, das dazu verwendet wird, zellulosehaltige Faserstrukturen für Verbraucher-Papierprodukte herzustellen. Das gezeigte System führt ein Verfahren durch, das im Stand der Technik als eingreifendes Prägen bezeichnet wird. Beim eingreifenden Prägen werden zwei Schichten 20 und 22 zwischen Prägeeinrichtungen geprägt, die eine erste Schicht-Prägeeinrichtung und eine zweite Schicht-Prägeeinrichtung umfassen. Die erste Schicht-Prägeeinrichtung 10 enthält eine erste Prägewalze 34, die axparallel neben einer ersten Druckwalze 30 angeordnet ist, sodass dazwischen einer erster Prägespalt 40 gebildet wird. Die zweite Schicht-Prägeeinrichtung 12 umfasst eine zweite Prägewalze 36, die axparallel neben einer zweiten Druckwalze 32 angeordnet ist, sodass dazwischen einer zweiter Prägespalt 42 gebildet wird. Die Achsen der ersten Schicht-Prägeeinrichtung und der zweiten Schicht-Prägeeinrichtung sind derart parallel nebeneinander angeordnet, dass die erste und die zweite Prägewalze einen ineinander greifenden Spalt 44 bilden:
Nach dem Prägen kann auf die sich ergebenen Spitzen 27 der geprägten Stellen 26 einer der Schichten 20 oder 22 ein funktionales Fluid, wie beispielsweise Wasser, durch eine Fluid-Applikatorwalze 37 aufgebracht werden, um den Feuchtigkeitsgehalt der jeweiligen Schicht an selektiven Stellen örtlich zu erhöhen. Obwohl die Fluid-Applikatorwalze 37 in einer parallelen Anordnung entweder mit der ersten Schicht-Prägeeinrichtung 10 oder mit der zweiten Schicht-Prägeeinrichtung 12 angeordnet sein kann, zeigt die in 2 dargestellte Ausführungsform die Fluid-Applikatorwalze 37 derart, dass der Fluid-Transferspalt 46 mit der ersten Prägewalze 34 der ersten Schicht-Prägeeinrichtung 10 ausgebildet wird. Die Fluid-Applikatorwalze benetzt die erste Schicht an selektiven Stellen, welche mit den Prägenoppen 33 auf der ersten Prägewalze 34 korrespondieren.
Sobald die erste Schicht 20 den Fluidtransferspalt verlässt, werden die erste Schicht 20 und die zweite Schicht 22 zu dem ineinander greifenden Spalt 44 transportiert, wo die zwei Schichten 20, 22 in einer seitenweisen Beziehung zusammengebaut werden und das mehrschichtige Substrat 24 bilden. Wie in 3a gezeigt ist, sind die Muster auf jeder der zwei Prägewalzen 34, 36 derart angeordnet, dass die Prägenoppen 33 auf einer Walze zwischen die Prägenoppen 33 auf der gegenüber liegenden Walze eingreifen, sodass die korrespondierenden geprägten Stellen 26 auf der ersten Schicht mit den korrespondierenden nicht geprägten Regionen 25 auf der zweiten Schicht zusammenpassen und umgekehrt.
Beim Verlassen des ineinander greifenden Spaltes 44 wird das mehrschichtige Substrat 24 zu einem Bindespalt 48 transportiert, der zwischen der ersten Prägewalze 34 und einer Stahl-Ambosswalze 50, die axparallel dazu angeordnet ist, ausgebildet ist. Wie in 3b gezeigt ist, bilden die Prägenoppen 33 auf der ersten Prägewalze 34 den Bindespalt 48 mit dem Umfang 51 der Stahl-Ambosswalze 50. Der Bindespalt 48, der dazwischen ausgebildet wird, erzeugt hohe Laminationsdrucke auf das mehrschichtige Substrat 34 und bildet Bindungen dazwischen aus. Solche Drucke werden bestimmt wie folgt:
in welcher

F: = Gesamte Nettokraft, die über die Achsen der Walzen mit Hilfe hydraulischer Zylinder und durch das Gewicht der Walzen aufgebracht wird.
L: = Flächenlänge der Walzen
W: = Spaltbreite, die Druckbreite auf einem spaltbreiten Kohlenstoffpapier, wie beispielsweise Beloit Manhattan Division Spaltdruck-Kit Kohlenstoffpapier für Walzen mit Überzug.
L_A: = Mittelwert-Fraktion der Kontaktfläche im Spalt zwischen den Spitzen der Prägenoppen und der Oberfläche der Ambosswalze im Hinblick auf den gesamten vorstehenden Oberflächenbereich des Spalts, wobei der gesamte vorstehende Oberflächenbereich des Spalt gleich L·W ist.

Für typische zellulosehaltige Schichten können die Drucke im Bereich von einer unteren Grenze von etwa 20.000 psi oder einer unteren Grenze von etwa 25.000 psi bis zu einer oberen Grenze von etwa 40.000 psi oder einer oberen Grenze von etwa 35.000 psi liegen. Für zellulosehaltige Schichten, die mit chemischen Weichmachermitteln behandelt wurden; können diese Drucke im Bereich von etwa 40.000 psi bis etwa 60.000 psi liegen.
Die zwischen zwei Schichten 20, 22 gebildeten Bindungen beruhen im Allgemeinen auf Van-der-Waals'sche Kräfte sowie auf eine mechanische Bindung (z.B. verhedderte, verhakte Fasern). Jedoch kann, ohne durch Theorie gebunden zu sein, ein zusätzlicher Teil auf einer Wasserstoffbindung beruhen, die durch die Kombination der hohen Druckbelastungen und der erhöhten Feuchtigkeitsanteile an den diskreten Bindungsstellen, die durch die Fluid-Applikatorwalze geliefert werden, induziert wird.
Die profilierte Walze 15, die in 1 dargestellt ist, und die Prägewalzen 34, 36, die in 2 dargestellt sind, sind typischerweise aus Stahl und umfassen Prägenoppen 33, die sich von einem Umfang 31 radial nach außen erstrecken und Spitzen 27 bilden. Die Prägenoppen 33 sind typischerweise so angeordnet, dass ein dekoratives Muster gebildet wird, welches auf die entsprechende Schicht an den entsprechenden Prägespalten 40, 42 und dem Bindespalt 48 eingedrückt wird.
Die Druckwalzen 30, 32 sind typischerweise aus weichem Gummi hergestellt und werden gegen die Prägewalzen 34, 36 belastet. Wenn die jeweilige Schicht 20, 22 zwischen dem ersten und dem Prägespalt 40, 42 hindurch geht, werden die auf den Prägewalzen 34, 36 angeordneten dekorativen Muster auf die Schichten 20, 22 gedrückt.
Für die vorliegende Erfindung können die dekorativen Muster 90, die auf den Prägewalzen 34, 36 angeordnet sind, eine Mehrzahl von Marken umfassen, die dekorative Bilder bilden, wie beispielsweise Blumen 92 und Herzformen 94, wie dies in 4a gezeigt ist. Die Prägenoppen 33, welche die Marken bilden, können Blumen- und Herzformen diskontinuierlich bilden, wie in 4b gezeigt ist. In einer in den 5a und 5b gezeigten anderen Ausführungsform können die Blumen 92 und die Herzformen 94 in einem Gitterwerk von Zellen 68 angeordnet sein, die durch Reihen gekrümmt verlaufender Prägenoppen 33 gebildet werden.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann das dekorative Muster 90 auf der ersten Prägewalze ein Gitterwerk von Zellen 68 umfassen, das aus n gekrümmten Reihen 66 von Prägenoppen 33 gebildet wird, wie in 6a gezeigt, während das dekorative Muster auf der zweiten Prägewalze 36, wie in 6b gezeigt, ein Gitterwerk von Zellen aufweist, die aus n + 1 gekrümmten Reihen 67 von Prägenoppen 33 gebildet werden. Für diese Ausführungsform gilt, dass das Muster 90 auf den zwei Prägewalzen so ineinander greift, dass die n Reihen 66 der Prägenoppen 33 auf der ersten Walze 34 in den n + 1 Reihen 67 der Prägenoppen 33 auf der zweiten Walze 36 liegen. 6c zeigt das Ineinandergreifen, welches auftritt, wenn die erste und die zweite Schicht 20, 22 durch den ineinander greifenden Spalt 44 hindurch transportiert werden.
Die Fluid-Applikatorwalze 37 kann in Verbindung mit einer Aufnahme- und Dosierwalze (nicht gezeigt) oder einer Gravurwalze (nicht gezeigt) verwendet werden, welche beide üblicherweise in der Papiermacherindustrie in Systemen verwendet werden, die Kleber-Applikationssysteme verwenden. Der Außendruck der Fluid-Applikatorwalze 37 kann ein Muster im Wesentlichen kontinuierlicher, halb kontinuierlicher oder diskreter Anlegeflächen aufweisen, das mit dem Muster synchronisiert ist, das auf der äußeren Oberfläche der profilierten Walze 15 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt ist, oder auf der äußeren Oberfläche der Prägewalze 34, die in 2 gezeigt ist, um so den Übergang des Fluids auf die erste Schicht 20 an den Fluid-Transferspalt 46 selektiv zu beschränken. Alternativ kann die äußere Oberfläche der Fluid-Applikatorwalze 37 glatt sein, wodurch ein Fluid auf die glatte Oberfläche (mit Hilfe der Dosierwalze oder der Gravurwalze) in einem Muster übertragen wird, das mit dem Muster auf der profilierten Walze synchronisiert ist.
Die Stahl-Ambosswalze 50 umfasst typischerweise eine glatte Außenoberfläche, welche einen Bindespalt mit der korrespondierenden profilierten Walze 15 oder ersten Prägewalze 34 bildet. Bei dieser Ausführungsform verbindet der Bindespalt 48 die Schichten an selektiven Stellen und dupliziert das Muster auf entweder der Musterwalze 15, in 1 gezeigt, oder ersten Prägewalze 34, in 2 gezeigt.
In einer in 3c dargestellten Ausführungsform umfasst die Ambosswalze 50 Anlegeflächen 52, welche mit der Abmessung korrespondieren und diese leicht übersteigen, die mit den Höhen 27 der selektiv Grenzflächen bildenden Prägenoppen 33 zu geordnet ist, welche den Bindespalt 48 bilden. Bei dieser Ausführungsform können die Anlegefläche 52 den Prägenoppen entsprechen, welche die äußerst ästhetisch gefälligen Markierungen auf der ersten Prägewalze 34 bilden, wodurch die diskreten Bindestellen solche Markierungen beschränkt werden. Zum Beispiel kann ein Laminat mit einem Prägemuster, das mehr als einen Typ einer Markierung umfasst, diskrete Bindestellen haben, die auf einen Markierungstyp beschränkt sind. Das resultierende pergamentartige Erscheinungsbild der gebundenen Markierung unterscheidet die Markierung von der ungebundenen Markierung, was die dekorative Qualität der Schichten verbessert.
Obwohl spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, wird für die Fachleute des Standes der Technik klar, dass verschiedene weitere Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Gedanken und den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Es ist beabsichtigt, in den angehängten Ansprüchen alle solche Änderungen und Modifikationen abzudecken, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zum autogenen Verbinden zweier Schichten umfassend die Schritte: Bereitstellen einer profilierten Walze; Bereitstellen einer Fluid-Auftragwalze (37), die zu der profilierten Walze (15) achsparallel benachbart angeordnet ist und dazwischen einen Fluid-Überführungs-Spalt (46) bildet; Bereitstellen einer Stahl-Ambosswalze (50), die zu der profilierten Walze unter Bildung eines Binde-Spaltes (48) dazwischen achsparallel benachbart angeordnet ist; Bereitstellen einer ersten Schicht (20) und einer zweiten Schicht (22), wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: Aufbringen eines funktionellen Fluids auf die erste Schicht (20) an ausgewählten Stellen; Zusammenfügen der ersten Schicht (20) in einer Seite-an-Seite-Beziehung mit der zweiten Schicht (22); und Fördern der zusammengefügten ersten und zweiten Schicht zu dem Binde-Spalt (48), wodurch die zwei Schichten selektiv an einigen der ausgewählten Stellen verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das funktionelle Fluid Wasser ist.
Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht mit einem chemischen Aufweichungsmittel behandelt werden.
Verfahren nach Ansprüchen 1, 2 und 3, wobei der an dem Binde-Spalt (48) erzeugte Druck von 40.000 psi bis ungefähr 60.000 psi reicht.
Verfahren nach Ansprüchen 1, 2 und 3, wobei der an dem Binde-Spalt (48) erzeugte Druck von 20.000 psi bis ungefähr 40.000 psi reicht.
Verfahren nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, wobei das Fluid durch eine Fluid-Auftragwalze (37) aufgebracht wird, wobei die Fluid-Auftragwalze eine Umfangsfläche mit darauf vorgesehenen Kontaktflächen aufweist, wobei die Kontaktflächen der selektiven Profilierung auf der ersten profilierten Walze entsprechen, die die Fluid-Überführung zu den ausgewählten Stellen auf der ersten Schicht beschränkt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, wobei die erste und zweite Schicht an allen der ausgewählten Stellen verbunden werden.
Verfahren nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, wobei die Prägeansätze (33) auf mindestens einer der Prägewalzen ein Gitterwerk aus Zellen (68) bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Vielzahl von Markierungen in dem Gitterwerk aus Zellen (68) vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl von Markierungen zwei oder mehrere dekorative Muster (90) hervorbringen.