DE60110362T2

DE60110362T2 - Verfahren zum Herstellen einer dicken und glatten geprägten Bahn

Info

Publication number: DE60110362T2
Application number: DE60110362T
Authority: DE
Inventors: Klaus Hilbig; Marcel Karel Nelis Liplijn; Horst Alfred Reinheimer; Birgit Zint-Schüssler
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-02-17
Also published as: WO2002066240A1; CA2436514C; BR0207364A; EP1232854B1; DE60110362D1; ATE294061T1; KR20030087626A; EP1232854A1; MXPA03007329A; CA2436514A1; WO2002066240A8; JP2004518562A; DE60110362T3; EP1232854B2; CN1491159A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tissuepapierprodukte, und insbesondere auf Gesichtstücher bzw. Kosmetiktücher und Einweg-Taschentücher. Genauer bezieht sich die Erfindung auf Bearbeitungsschritte für solche Tissuepapierprodukte, nämlich Prägen und Kalandrieren.
Hintergrund der Erfindung
Papierbahnen oder -bögen, manchmal als Tissue- oder Tissuepapier-Bahnen oder – Bögen bezeichnet, und aus diesen hergestellte Produkte, wie Papiertaschentücher, manchmal auch als Gesichts- bzw. Kosmetiktücher bezeichnet, finden in der modernen Gesellschaft häufig Verwendung. Solche Artikel wie Gesichtstücher und Toiletten- und Küchenpapier sind Massenwaren, die hierin sämtlich als Tissuepapier-Produkte bezeichnet werden. Es ist seit langem anerkannt, dass wichtige physikalische Merkmale dieser Produkte ihre Festigkeit und ihre Dicke/ihre Dickenabmessung, ihre Weichheit und Glätte, ihr Absorptionsvermögen und ihre Fusselfestigkeit sind. Anstrengungen in Forschung und Entwicklung wurden darauf gerichtet, jeweils eines dieser Merkmale zu verbessern, ohne die anderen Merkmale ernstlich zu beeinträchtigen, sowie auf die gleichzeitige Verbesserung von zweien oder dreien dieser Merkmale.
Weichheit und Glätte beziehen sich auf die taktile Empfindung, die ein Verbraucher wahrnimmt, wenn er ein bestimmtes Produkt hält, mit ihm über die Haut streicht, oder es in der Hand zerknüllt. Die taktile Empfindung beruht auf einer Kombination mehrerer physikalischer Eigenschaften. Die taktile Empfindung kann gut durch den objektiven Parameter der physiologischen Oberflächenglätte (PSS) erfasst werden, wie z.B. aus US 5,855,738 bekannt. Ebenso wichtig für die taktile Empfindung des Verbrauchers ist die Dicke/Dickenabmessung eines Tissueprodukts.
Festigkeit ist das Vermögen des Produkts, seine physikalische Integrität zu erhalten und einem Zerreißen, Durchreißen und Zerfasern unter Einsatzbedingungen zu widerstehen.
Absorptionsvermögen ist das Maß des Vermögens eines Produkts, Mengen an Flüssigkeit, insbesondere wässrige Lösungen oder Dispersionen, zu absorbieren. Das Gesamt-Absorptionsvermögen, wie es vom Verbraucher wahrgenommen wird, wird in der Regel als eine Kombination aus der Gesamtmenge einer Flüssigkeit, die eine bestimmte Masse an Tissuepapier bis zur Sättigung absorbiert, und der Geschwindigkeit, mit der die Masse die Flüssigkeit absorbiert, betrachtet.
Fusselfestigkeit ist das Vermögen des Faserprodukts und der Bahnen, aus denen es besteht, unter Einsatzbedingungen zusammenzuhalten, einschließlich beim Nasswerden. Mit anderen Worten: Je höher die Fusselfestigkeit, desto weniger wird die Bahn zum Fusseln neigen.
WO 98/58124, veröffentlicht am 23. Dezember 1998, offenbart ein Prägeverfahren, bei dem Prägeelemente mit einer Höhe von mindestens 1 mm eingesetzt werden.
EP 0 408 248 , veröffentlicht am 16. Januar 1991, offenbart ein Bearbeitungsverfahren, bei dem ein Prägeschritt mit einem gleichzeitigen Kalandrierschritt kombiniert wird.
EP 0 668 152 , veröffentlicht am 23. Dezember 1998, offenbart ein Prägeverfahren, bei dem nicht ineinander passende Präge- und Prägegegenelemente eingesetzt werden.
EP 0 696 334 , veröffentlicht am 10. März 1999, offenbart einen Prägeschritt, der eine Volumenzunahme vermeidet.
US 5,855,738 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von glattem Tissuepapier, umfassend einen Kalandrierschritt.
Relativ dicke und dennoch weiche Einweg-Papierprodukte, nämlich in Form von Papiertaschentüchern und Gesichtstüchern, sind bekannt. Zum Beispiel ist Tempo^TM, verkauft von der Procter & Gamble Company, ein vierlagiges Gesichtstuchprodukt, das sich dick und weich anfühlt, mit einer Dickenabmessung von ungefähr 0,3 mm. Eine hohe Dickenabmessung vermittelt dem Verbraucher die Vorstellung einer hohen Trocken- und Nassfestigkeit. Eine hohe Nassfestigkeit, auch als „Nassreißfestigkeit" bezeichnet, verhindert insbesondere ein Zerreißen oder Durchreißen, was bei einem Papiertaschentuch wiederum zur Verunreinigung der Hand des Benutzers mit Sekret oder anderen Körperfluiden führt.
Um eine sehr glatte Oberfläche zu bieten, ist es nach Stand der Technik üblich, das Tissuepapier zu kalandrieren. Kalandrieren bedeutet jedoch auch immer einen Kompromiss zwischen Dickenabmessung und Weichheit einerseits und Glätte andererseits (wie z.B. in US 5,855,738 erörtert).
Produkte mit einer hohen Nassreißfestigket und einer typischerweise relativ hohen Dickenabmessung sind diejenigen, die mittels Durchströmtrocknung hergestellt werden. Durchströmtrocknungseinrichtungen stehen jedoch bei herkömmlichen Papierherstellungsmaschinen nicht zur Verfügung, und die Bereitstellung einer solchen Ausrüstung bedeutet eine erhebliche finanzielle Investition. Als weiterer Gesichtspunkt weisen Durchströmtrocknungseinrichtungen im Vergleich zu gebräuchlicheren Trocknungseinrichtungen einen höheren Energieverbrauch auf. Daher besteht nach wie vor Interesse daran, hochwertige Papierqualitäten unter Einsatz herkömmlicher Papiermaschinen herzustellen.
Daher besteht weiterhin die Herausforderung, ein Papiertaschentuch herzustellen, welches den Standards der bekannten Produkte entspricht oder diese sogar übertrifft, indem es alle relevanten physikalischen Parameter erfüllt, ohne den Verbrauch von Material oder Energie zu erhöhen. Idealerweise ergibt sich für den Verbraucher derselbe Vorteil bei einem geringeren Verbrauch von Cellulose-Rohstoff.
Angesichts des Standes der Technik und der oben dargelegten Überlegungen besteht weiterhin Bedarf an einem ein Tissueprodukt, insbesondere einem Gesichtstuch, welches

– optimale Festigkeit, nämlich Nassreißfestigkeit, Absorptionsvermögen und Fusselfestigkeit miteinander verbindet,
– ferner eine ideale taktile Empfindung von Weichheit, Glätte und Dicke vermittelt,
– kosteneffizient herzustellen ist und vorzugsweise auf herkömmlichen Papiermaschinen hergestellt werden kann,
– wahlweise hautpflegende Vorteile bietet.

Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Tissuepapier, insbesondere auf Kosmetiktücher und Einweg-Taschentücher. Beansprucht und beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines Tissuepapierprodukts aus einer Tissuepapierbahn, wobei das Verfahren die Schritte nach Anspruch 1 umfasst.
Ferner beansprucht werden Tissuepapier-Produkte, die in Übereinstimmung mit dem obigen Verfahren hergestellt werden.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Geeignete Papierherstellungsschritte
Erfindungsgemäß wird eine Cellulosefaserstruktur mittels Verfahren und Maschinen, die dem Stand der Technik in der Papierherstellung entsprechen, nass gelegt. Ein geeigneter Breieintrag für das Verfahren zur Herstellung des Tissuepapier-Substrats enthält vorzugsweise Papierherstellungsfasern, die im Wesentlichen aus Cellulosefasern (allgemein bekannt als „Holzstofffasern") oder aus von Cellulose stammenden Fasern (einschließlich zum Beispiel von Rayon, Viskose) bestehen. Von Weichhölzern (nacktsamigen oder Nadelbäumen) und von Harthölzern (bedecktsamigen oder Laubbäumen) stammende Fasern kommen für die Verwendung in dieser Erfindung in Betracht. Die spezielle Baumart, von der die Fasern stammen, ist unerheblich. Die Holzstofffasern können durch jedes geeignete Aufschlussverfahren aus dem natürlichen Holz hergestellt werden. Chemische Verfahren, wie Sulfit-, Sulfat- (einschließlich Kraft-) und Sodaverfahren sind geeignet. Mechanische Verfahren, wie thermochemische (oder Asplund-) Verfahren sind ebenfalls geeignet. Außerdem können die verschiedenen halb-chemischen und chemisch-mechanischen Verfahren angewendet werden. Gebleichte sowie ungebleichte Fasern kommen für die Verwendung in Betracht. Vorzugsweise werden keine Nicht-Cellulosefasern, wie Latex, verwendet.
Das erfindungsgemäße Tissuepapier kann als einen stark bevorzugten Bestandteil einen chemische Nassfestigkeitsvermittler enthalten. Vorzugsweise sind, bezogen auf das Trockenfasergewicht, bis ungefähr 3,0 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,5 Gew.-%, und mehr bevorzugt mindestens 0,8 Gew.-% an chemischem Nassfestigkeitsvermittler, wie wasserlösliches, anhaltend oder vorübergehend nassfestes Harz, enthalten.
Hierin geeignete nassfeste Harze können unterschiedlicher Art sein. Zum Beispiel hat Westfelt eine Reihe solcher Materialien beschrieben und ihre chemische Zusammensetzung dargelegt in Cellulose Chemistry and Technology, Band 13, auf den Seiten 813-825 (1979).
In der Regel sind die nassfesten Harze wasserlösliche, kationische Materialien. Das heißt, die Harze sind zu dem Zeitpunkt, zu dem Sie dem Papierherstellungseintrag zugegeben werden, wasserlöslich. Es ist gut möglich, und sogar zu erwarten, dass nachfolgende Ereignisse, wie eine Vernetzung, die Harze in Wasser unlöslich machen. Ferner sind manche Harze nur unter speziellen Bedingungen löslich, z.B. über einen begrenzten pH-Bereich. Es wird in der Regel angenommen, dass nassfeste Harze eine Vernetzungs- oder andere Aushärtungsreaktion durchlaufen, nachdem sie an, in oder unter den Papierherstellungsfasern aufgebracht wurden. Ein Vernetzen oder Aushärten findet in der Regel nicht statt, solange erhebliche Mengen Wasser vorhanden sind.
Besonders nützlich sind die verschiedenen Polyamid-Epichlorhydrin-Harze. Diese Materialien sind niedermolekulare Polymere mit reaktionsfreudigen funktionellen Gruppen wie Amino-, Epoxy- und Azetidin-Gruppen. Die Patentliteratur enthält zahlreiche Beschreibungen der Verfahren zur Herstellung solcher Materialien, einschließlich US-A-3 700 623, erteilt an Keim am 24. Oktober 1972, und US-A-3 772 076, erteilt an Keim am 13. November 1973.
Polyamid-Epichlorhydrinharze, verkauft unter den Handelsnamen Kymene 557H und Kymene LX von Hercules Inc., Wilmington, Delaware, sind besonders nützlich für diese Erfindung. Diese Harze sind in den oben erwähnten Patenten an Keim allgemein beschrieben.
Für die vorliegende Erfindung nützliche basenaktivierte Polyamid-Epichlorhydrinharze werden unter den Handelsnamen der Santo Res verkauft, wie Santo Re 31, von der Monsanto Company, St. Louis, Missouri. Diese Materialtypen sind allgemein beschrieben in US-A-3 855 158, erteilt an Petrovich am 17. Dezember 1974, US-A-3 899 388, erteilt an Petrovich am 12. August 1975, US-A-4 129 528, erteilt an Petrovich am 12. Dezember 1978, US-A-4 147 586, erteilt an Petrovich am 3. April 1979 und US-A-4 222 921, erteilt an Van Eenam am 16. September 1980.
Andere hierin nützliche wasserlösliche kationische Harze sind die Polyacrylamidharze, wie diejenigen, die unter dem Handelsnamen Parez verkauft werden, wie Parez 631NC, von der American Cyanamid Company, Sandford, Connecticut. Diese Materialien sind allgemein beschrieben in US-A-3 556 932, erteilt an Coscia et al. am 19. Januar 1971 und US-A3 556 933, erteilt an Williams et al. am 19. Januar 1971.
Andere für die vorliegende Erfindung nützliche Typen wasserlöslicher Harze schließen Acrylemulsionen und anionische Styrol-Butadien-Latizes ein. Zahlreiche Beispiele dieser Harztypen sind in US-A3 844 880 angegeben. Meisel Jr. et al., erteilt am 29. Oktober 1974. Noch weitere wasserlösliche kationische Harze, die für diese Erfindung nützlich sind, sind die Harnstoff- und Melaminformaldehydharze. Diese polyfunktionellen, reaktionsfreudigen Polymere verfügen über Molekulargewichte in der Größenordnung von einigen Tausend. Die gebräuchlicheren funktionellen Gruppen schließen Stickstoff enthaltende Gruppen ein, wie Aminogruppen und Methylolgruppen, die an den Stickstoff gebunden sind. Obwohl weniger bevorzugt, können Harze des Polyethylenimintyps in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Vollständigere Beschreibungen der oben erwähnten wasserlöslichen Harze, einschließlich ihrer Herstellung, finden sich in TAPPI Monograph Series No. 29, „Wet Strength in paper and Paperboard, Technical Association of the Pulp and Paper Industry" (New York, 1965).
Vermittler einer vorübergehenden Nassfestigkeit, wie modifizierte Stärke, können wahlweise ebenfalls verwendet werden. Es können Kombinationen aus Vermittlern von anhaltender und vorübergehender Nassfestigkeit verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann chemische Trockenfestigkeitsvermittler enthalten, vorzugsweise in Mengen von bis zu 3 Gew.-%, basierend auf dem Trockenfasergewicht. Ein stark bevorzugter chemischer Trockenfestigkeitsvermittler ist Carboxymethylcellulose. Andere geeignete chemische Trockenfestigkeitsvermittler schließen Polyacrylamid (wie Kombinationen von Cypro^TM 514 und Accostrength^TM 711, produziert von American Cyanamid, Wayne, N.J.), Stärke (wie Maisstärke oder Kartoffelstärke), Polyvinylalkohol (wie Airvol^TM 540, produziert von Air Products Inc., Allentown, PA), Guargummi oder Johannisbrotgummi und Polyacrylatlatizes ein. Geeignete Stärkematerialien können auch modifizierte kationische Stärken einschließen, wie diejenigen, die so modifiziert wurden, dass sie Stickstoff enthaltende Gruppen aufweisen, wie Aminogruppen und Methylolgruppen, die an den Stickstoff gebunden sind, erhältlich von der National Starch and Chemical Company (Bridgewater, NJ).
Chemische Weichmacher-Zusammensetzungen, die chemische Bindungslösungsmittel umfassen, sind wahlweise Bestandteile der vorliegenden Erfindung. US-A-3 821 068, erteilt am 28. Juni 1974, lehrt, dass chemische Bindungslösungsmittel verwendet werden können, um die Steilheit einer Tissuepapier-Bahn zu verringern, und auf diese Weise ihre Weichheit zu erhöhen. US-A-3 554 862, erteilt am 12. Januar 1971, offenbart geeignete chemische Bindungslösungsmittel. Diese chemischen Bindungslösungsmittel schließen quartäre Ammoniumsalze ein.
Bevorzugte chemische Weichmacherzusammensetzungen umfassen von ungefähr 0,01 % bis ungefähr 3,0 % eine quartäre Ammoniumverbindung, bevorzugt eine biologisch abbaubare quartäre Ammoniumverbindung, und von ungefähr 0,01 % bis ungefähr 3,0 % eine Polyhydroxyverbindung, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glycerin, Sorbiten, Polyglycerinen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ungefähr 150 bis ungefähr 800 und Polyoxyethylenglycolen und Polyoxypropylenglycolen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ungefähr 200 bis 4000. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis von quartärer Ammoniumverbindung zu Polyhydroxyverbindung im Bereich von ungefähr 1,0:0,1 bis 0,1:1,0. Es wurde herausgefunden, dass die chemische Weichmacherzusammensetzung wirkungsvoller ist, wenn die Polyhydroxyverbindung und die quartäre Ammoniumverbindung zuerst zusammen vorgemischt werden, vorzugsweise bei einer Temperatur von mindestens 40 °C, bevor Sie dem Papierherstellungseintrag zugegeben werden. Entweder zusätzlich oder als Alternative können chemische Weichmacherzusammensetzungen auf die im Wesentlichen trockene Tissuepapierbahn aufgebracht werden, zum Beispiel mittels eines Druckverfahrens (NB: Alle Prozentangaben hierin beziehen sich auf das Gewicht der trockenen Fasern, sofern nicht anders angegeben).
Beispiele für quartäre Ammoniumverbindungen, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind zum Beispiel entweder nicht modifizierte oder Mono- oder Diester-Varianten von: bekannten Dialkyldimethylammoniumsalzen und Alkyltrimethylammoniumsalzen. Beispiele sind auch die Diester-Varianten von Di(hydrogenated tallow)dimethylammoniummethylsulfat und Diester-Varianten von Di(hydrogenated tallow)dimethylammoniumchlorid. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass die Estereinheit(en) diese Verbindungen biologisch abbaubar machen. Im Handel erhältliche Materialien sind erhältlich von der Witco Chemical Company Inc., Dublin, Ohio, unter der Handelsbezeichnung „Rewoquat V3512". Einzelheiten der Analyse- und Prüfverfahren sind aufgeführt in WO 95/11343, veröffentlicht am 27. April 1995.
Beispiele für Polyhydroxyverbindungen, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, sind Polyoxyethlyenglycole mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ungefähr 200 bis ungefähr 600, besonders bevorzugt ist „PEG-400".
Obwohl der Zusatz bestimmter chemischer Mittel, die oben als bevorzugte Mittel aufgeführt sind, sehr vorteilhafte Auswirkungen auf die erhaltenen Papierprodukte, nämlich ihre Weichheit, haben kann, können Tissuepapierbahnen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, mit jedem gebräuchlichen Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist, hergestellt werden.
Solche Papierherstellungsverfahren umfassen die Entwässerung von geeignetem Papierbrei unter Verwendung von zum Beispiel einem oder mehreren Papierherstellerfilzen und/oder -bändern. Für die vorliegende Erfindung werden herkömmliche Papierherstellungsverfahren bevorzugt. Jedes Verfahren, das hierin als herkömmlich bezeichnet wird, ist ein Papierherstellungsverfahren, welches keinen Durchströmtrocknungsschritt umfasst. Als Alternative können Papierherstellungsverfahren angewendet werden, die einen Durchströmtrocknungsschritt aufweisen.
Streckprägeschritt
Die vorliegende Erfindung ist speziell befasst mit Schritten, die im Fachgebiet als Bearbeitungsschritte bekannt sind.
Ein wichtiger, gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführender Bearbeitungsschritt ist ein Prägeschritt, bei dem mittels eines niedrigen Drucks ein sehr feines Muster eingeprägt wird.
Das Prägen einer Tissuepapier-Bahn wird in der Regel erreicht, indem die Bahn durch den Spalt geführt wird, der zwischen zwei Prägewalzen ausbildet ist, wobei mindestens eine Prägewalze Prägeelemente umfasst. Eine Prägewalze umfasst typischerweise eine gebogene, jedoch ansonsten flache Oberfläche. Prägeelemente sind Erhebungen, die über diese Oberfläche hinausragen, und eine bestimmte Höhe aufweisen, gemessen im rechten Winkel zur Achse der Prägewalze in Richtung von der gebogenen flachen Oberfläche der Walze bis zum äußersten Punkt der Erhebung. Prägeelemente weisen eine bestimmte Breite auf, zu messen in der Ebene der im Wesentlichen flachen Walzenoberfläche. Der Ausdruck „Breite", wie hier verwendet, bezieht sich auf den Durchmesser eines runden Prägeelements, gemessen in der oben angegebenen Ebene (d.h. am Fuß des Prägeelements), oder auf die größte Breite, gemessen in der Ebene, wenn das Prägeelement nicht rund ist.
Erfindungsgemäß können die Prägeelemente eine beliebige Form haben, zum Beispiel eine Pyramiden- oder Halbkugelform, und der Querschnitt der Prägeelemente kann rund, oval oder eckig sein. Die Prägeelemente können ein durchgehendes Muster bilden, sind vorzugsweise jedoch voneinander abgegrenzt.
Erfindungsgemäß sind die Prägeelemente auf mindestens einer Prägewalze in einem sehr feinen Muster angeordnet, umfassend mindestens 30 Prägeelemente, vorzugsweise mindestens 50, mehr bevorzugt mindestens 60, noch mehr bevorzugt mindestens 70, am meisten bevorzugt mindestens 80 Prägeelemente pro Quadratzentimeter Prägewalzenoberfläche.
Erfindungsgemäß sind die Prägeelemente nicht hoch, vorzugsweise weisen sie eine Höhe von weniger als 1 mm auf, mehr bevorzugt von weniger als 0,8 mm, noch mehr bevorzugt von weniger als 0,6 mm, sogar noch mehr bevorzugt von weniger als 0,5 mm oder weniger als 0,4 mm und am meisten bevorzugt von weniger als 0,3 mm.
Vorzugsweise sorgt das Streckprägen für ein Verhältnis von geprägten Bereichen zu nicht geprägten Bereichen von 5 % bis 95 %, mehr bevorzugt von 20 % bis 80 % und am meisten bevorzugt von 40 % bis 60 %, d.h. bei dem am meisten bevorzugten Fall sind 40 % bis 60 % der gesamten Oberfläche der Tissuepapierbahn geprägt.
Jeder bekannte Prägewalzetyp und jede bekannte Betriebsart einer solchen Walze liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zwei Walzen aus Hartmetall, z.B. Stahl, verwendet, wobei eine erste Walze, welche erhabene Prägeelemente umfasst, als „Prägewalze" und eine zweite Walze, welche passende Vertiefungen umfasst, als „Prägegegenwalze" bezeichnet wird. Die Vertiefungen können Spiegelbilder der erhabenen Prägeelemente sein, oder sie können so angepasst sein, dass sie etwas kleiner als genaue Spiegelbilder sind, z.B. aufgrund eines kleinen Unterschieds in der Größe oder Form (z.B. Abschrägung) der Vertiefungen in der Prägegegenwalze.
In einem anderen, sehr bevorzugten erfindungsgemäßen Prägeschritt umfasst eine erste Prägewalze eine Bahnkontaktfläche, gebildet aus einem Hartmetall, die erhabene Prägeelemente aufweist, und eine zweite Walze umfasst eine Bahnkontaktfläche, die ein weicheres Material aufweist, z.B. Gummi, vorzugsweise ein Material der Shore-Härte A 40 bis 70, in dem bei ausreichend engem Kontakt mit den erhabenen Prägeelementen Vertiefungen gebildet werden. Das Bilden eines Prägespalts durch eine Hartmetallwalze in Verbindung mit einer Gummiwalze hat eine Vielzahl von Vorteilen, wie eine preiswertere und einfachere Produktion und einen preiswerteren und einfacheren Betrieb, da die Einstellung der Walzen viel weniger kritisch ist als bei einer Prägewalze und Prägegegenwalze aus Hartmetall. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass das hierin beanspruchte Verfahren auch zu hervorragenden Ergebnissen führt, wenn eine Kombination aus Hartmetallwalze/Gummiwalze verwendet wird.
Die Größe des zwischen den beiden Prägewalzen geformten Spalts muss abhängig von z.B. der zu verarbeitenden Tissuepapierbahn und abhängig von dem verwendeten Prägemuster angepasst werden. Ebenfalls abhängig von diesen Überlegungen kann kein Druck oder ein gewisser Druck aufgewendet werden, um die erste Prägewalze und die zweite Prägewalze aufeinander zu drücken.
Wenn in dem Verfahren zwei Hartmetallwalzen, eine Prägewalze und eine Prägegegenwalze, eingesetzt werden, sollten die Walzen so betrieben werden, dass zwischen den erhabenen Prägeelementen der Prägewalze und dem Fuß der Vertiefungen der Prägegegenwalze ein Spalt verbleibt, der 60 % bis 140 %, vorzugsweise 80 % bis 120 %, der Dickenabmessung des ungeprägten Tissuepapiers entspricht.
Wenn eine Hartmetallwalze in Verbindung mit einer Gummiwalze verwendet wird, sollten die Walzen mit einem Druck von 10 N/Quadratzentimeter bis 1000 N/Quadratzentimeter, vorzugsweise von 20 N/Quadratzentimeter bis 200 N/Quadratzentimeter und am meisten bevorzugt von 50 N/Quadratzentimeter bis 100 N/Quadratzentimeter gegeneinander gedrückt werden.
Bekannte Betriebsarten sind für die vorliegende Erfindung geeignet, vorzugsweise werden die Prägewalzen nicht beheizt und laufen mit der gleichen Geschwindigkeit, in alternativen Betriebsarten kann jedoch mindestens eine Walze beheizt sein, und die Walzen können mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen.
Das oben beschriebene Prägen mit einem feinen Muster dient in einem wichtigen Aspekt dem Erhöhen der Dickenabmessung oder, anders ausgedrückt, des Volumens der Tissuepapier-Bahn. Daher wird bei einer sehr bevorzugten Durchführungsart der vorliegenden Erfindung eine einzelne Bahn oder eine einzelne Lage Tissuepapier durch den Prägespalt geführt. In alternativen Betriebsarten kann eine Vielzahl von Papierlagen gleichzeitig durch den Spalt geführt werden. Der Antragsteller nimmt jedoch an, ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, dass die hierin beschriebene Formänderungsprägung eine Streckung des Tissuepapiers erreicht, die zwar zu einer Formänderung, jedoch nicht zu einer wesentlichen Verdichtung des Tissuepapiers führt. Daher betrachtet der Antragsteller das oben beschriebene Prägeverfahren nicht als gut geeignet zum Verbinden von übereinander liegenden Lagen. Vielmehr wird überlegt, einen separaten und eigenen Verbindungsschritt einzusetzen, um ein aus mehreren Lagen bestehendes Papierprodukt zu erhalten, wobei der Verbindungsschritt vorzugsweise einen Prägeschritt umfasst, wie das nachstehend beschriebene „Haftungsprägen".
Kalandrierschritt
Jedes bekannte Kalandrierverfahren kann in dem Bearbeitungsverfahren eingesetzt werden, jedoch werden erfindungsgemäß ungewöhnlich hohe Kalandrierdrücke eingesetzt.
Ein erfindungsgemäßer Kalandrierschritt umfasst das Führen einer oder mehrerer Tissuepapierbahnen durch einen Kalandrierspalt, der zwischen einer ersten und einer zweiten Kalanderwalze ausgebildet ist. Typischerweise berühren beide Kalanderwalzen die Bahn über eine bestimmte Länge, hierin als „Kontaktstrecke" bezeichnet, gemessen parallel zur Richtung der Achse der ersten Kalanderwalze. Die Kalanderwalzen üben einen Druck auf die Bahn aus von mindestens 120 N pro Zentimeter der Kontaktstrecke, und werden dazu mit einem solchen Druck aneinander gepresst. Mehr bevorzugt liegt der Druck pro Zentimeter der Kontaktstrecke bei 120 N bis 150 N. Erfindungsgemäß werden bevorzugt so viele Tissuepapier-Bahnen kalandriert, wie das Tissuepapier-Produkt Lagen umfasst, zum Beispiel können zwei, drei oder vier Bahnen übereinander gelegt und in einem Schritt kalandriert werden.
Bekannte Anlagen und Betriebsarten sind geeignet für die vorliegende Erfindung, vorzugsweise werden die Kalanderwalzen nicht beheizt und laufen mit der gleichen Geschwindigkeit, in alternativen Betriebsarten kann jedoch mindestens eine Walze beheizt sein, und die Walzen können mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen.
Kalandrieren wird dem Stand der Technik entsprechend zum Verringern der Dickenabmessung einer Tissuepapierbahn verwendet, und typischerweise eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Dickenabmessung des Tissuepapier-Produkts den erforderlichen Spezifikationen entspricht.
Aufgrund des eingesetzten Drucks, der zu einer Verdichtung der Papierbahn führt, verringert Kalandrieren bekanntlich die wahrgenommene Weichheit eines Tissuepapier-Produkts. Kalandrieren wird daher, zumindest im Bereich der Hygienepapiere, wie bei Papiertaschentüchern, mit einem nicht zu hohen Druck durchgeführt, typischerweise werden für eine geprägte Papierbahn 10 N/cm bis 20 N/cm gewählt.
Beim Betrachten der vorliegenden Erfindung ist überraschenderweise festgestellt worden, dass der spezielle Prägeschritt, der in Verbindung mit dem speziellen beanspruchten Kalandrierschritt beansprucht wurde, zu einem ziemlich dicken und voluminösen und dennoch sehr weichen Papierprodukt führt.
Genauer ist festgestellt worden, dass die Tissuepapier-Bahn nach einem Streckprägeschritt und einem Kalandrierschritt im Vergleich zur nicht behandelten Bahn über eine erhöhte Dickenabmessung verfügt. (Wenn z.B. drei Bahnen in einem Schritt kalandriert werden, hat der Vergleich zu erfolgen zwischen drei Lagen einer unbehandelter Bahn und drei Lagen einer geprägten und kalandrierten Bahn.) Dieser Effekt ist besonders überraschend, da bekannt ist, dass Kalandrieren mit einem hohen Druck die Dickenabmessung einer Papierbahn erheblich verringert, wie zum Beispiel in der deutschen Patentanmeldung DE O 44 14 238.2 angegeben.
Es wurde festgestellt, dass das in der vorliegenden Erfindung beanspruchte Verfahren die Dickenabmessung einer Tissuepapier-Bahn um 10 % erhöht, manchmal sogar um 30 % und sogar um bis zu 40 %, 60 %, 80 % oder 100 % wenn man die Dickenabmessung der unbehandelten Bahn mit der Dickenabmessung der behandelten Bahn vergleicht. Der Streckprägeschritt allein erzielt Dickenabmessungszunahmen von typischerweise 50 % bis 200 %.
Ein erfindungsgemäßes Tissuepapier verfügt über eine erste und eine zweite Oberfläche, wobei die Oberflächen einander gegenüberliegen, sowie eine zur ersten und zweiten Oberfläche orthogonale Dicke. Die Dicke wird auch als Dickenabmessung bzw. caliper des Tissues bezeichnet. Die Dickenabmessung eines erfindungsgemäßen 3-lagigen Tissuepapierprodukts liegt vorzugsweise bei 0,1 mm bis 1 mm, mehr bevorzugt bei 0,2 mm bis 0,5 mm.
Darüber hinaus verfügt ein erfindungsgemäßes Tissuepapier vorzugsweise über eine Nassreißfestigkeit von über 50 g, mehr bevorzugt von über 100 g, vorzugsweise von 150 g bis 500 g, mehr bevorzugt von 250 g bis 400 g.
Es wurde festgestellt, dass das hierin beanspruchte Verfahren zu einer erheblichen Verringerung der Trockenzugfestigkeit des Tissuepapiers führt, ohne die Nasszugfestigkeit des Tissuepapiers ernsthaft zu beeinflussen. Mit dem beanspruchten Verfahren behandelte Tissuepapiers erreichen typischerweise eine Trockenzugfestigkeit von 1000 g bis 2500 g und eine Nassreißfestigkeit von 100 g bis 300 g, und erreichen vorzugsweise ein Verhältnis von Trockenzugfestigkeit zu Nassreißfestigkeit von 0,1 bis 0,3, vorzugsweise 0,125 bis 0,25 und am meisten bevorzugt von 0,15 bis 0,2.
Als weiterer Gesichtspunkt weist ein erfindungsgemäßes Tissuepapier-Produkt vorzugsweise einen Parameter der physiologischen Oberflächenglätte von weniger als 1000 Mikrometer, vorzugsweise von 650 μm bis 50 μm, mehr bevorzugt von 650 μm bis 300 μm auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Tissuepapierprodukt von zwei Lagen bis vier Lagen bereitgestellt, am meisten bevorzugt von drei Lagen. Vorzugsweise umfassen alle Lagen ein Streckprägemuster, das sich über mindestens 50 %, jedoch vorzugsweise 80 %, der gesamten Oberfläche des Tissuepapier-Produkts und am meisten bevorzugt über die gesamte Oberfläche des Tissuepapier-Produkts erstreckt.
Optionale Verfahrensschritte
Das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Tissuepapierprodukts kann eine Reihe von weiteren optionalen Schritten umfassen:
Eine Lotion kann durch jede geeignete Maßnahme, wie Aufdrucken oder Aufsprühen, aufgetragen werden. Die Lotion kann entweder auf die Papierbahn oder ein Tissuepapier-Produkt aufgetragen werden, entweder auf die gesamte Oberfläche der Bahn oder des Produkts, oder nur auf einen Teil davon. Für ein mehrlagiges Tissuepapierprodukt kann die Lotion auf alle Lagen oder nur auf ausgewählte Lagen und nur auf eine Oberfläche oder auf beide Oberflächen der Lagen aufgetragen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Lotion auf beide äußeren Oberflächen des Tissuepapier-Produkts aufgetragen.
Es wurde festgestellt, dass eine Lotion zur Glätte des Tissuepapiers beiträgt, und daher dessen PSS-Parameter herabsetzt. Darüber hinaus verfügt die Lotion über hautpflegende Vorteile.
Die Lotion kann lockernde/bindungsauflösende Mittel, Weichmacher, fixierende Mittel und Mischungen davon enthalten. Geeignete lockernde/bindungsauflösende Mittel sind zum Beispiel quartäre Ammoniumverbindungen, Polysiloxane und Mischungen davon. Geeignete Weichmacher sind zum Beispiel Propylenglycol, Glycerin, Triethylenglykol, Walrat oder andere Wachse, Rohvaseline, Fettsäuren, Fettalkohole und Fettalkoholether mit 12 bis 28 Kohlenstoffatomen in ihrer Fettsäurekette, Mineralöl, nämlich Silikonöl, z.B. Dimethicon und Isopropylpalmitat, und Mischungen davon. Geeignete fixierende Mittel sind zum Beispiel Ceresin, Stearylalkohol und Paraffine, Polyhydroxyfettsäureester, Polyhydroxyfettsäureamide und Mischungen davon.
Andere optionale Bestandteile sind zum Beispiel Duftstoffe, antibakterielle Wirkstoffe, antivirale Wirkstoffe, Desinfektionsmittel, pharmazeutische Wirkstoffe, Filmbildner, Deodorantien, Trübungsmittel, Adstringentien, Lösemittel und Ähnliche. Bestimmte Beispiele von Lotionsbestandteilen sind Kampfer, Thymol, Menthol, Kamillenextrakt, Aloe Vera, Calendula officinalis.
Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Lotionen sind sehr gut übertragbare Lotionen, die die oben aufgeführten Bestandteile umfassen, da die Übertragbarkeit hervorragende Hautpflege- und pharmazeutische Vorteile sicherstellt.
Gegenüberliegende Lagen der Tissuepapier-Bahn können verbunden werden, um ein aus mehreren Lagen bestehendes Tissuepapier-Produkt zu bilden, vorzugsweise durch Haftungsprägen. „Haftungsprägen", wie hier verwendet, bezieht sich auf ein Prägen, bei dem alle Lagen eines aus mehreren Lagen bestehenden erfindungsgemäßen Tissues in einem Verfahrensschritt geprägt werden. Vorzugsweise beeinflusst das Haftungsprägen nicht oder zumindest nicht in großem Ausmaß die Glätte irgendeiner kalandrierten Lage. Daher wird ein Großteil der Oberfläche des Tissues vorzugsweise nicht geprägt, vorzugsweise auf der ersten und der zweiten Oberfläche. Wie hier verwendet, bedeutet dies, dass das Tissue einen oder mehrere Bereiche ohne Haftungsprägung aufweist, und optional einen oder mehrere Bereiche mit Haftungsprägung, und dass der Bereich, der nicht haftungsgeprägt ist, mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 80 % und in einigen bevorzugten Ausführungsformen sogar 99 % der Oberfläche des Tissues betrifft. Meistens liegen die haftungsgeprägten Bereiche dicht am Rand des Tissues (zum Beispiel entlang von zwei oder vier Rändern); und haftungsgeprägte Bereiche können auch dekorativen Zwecken dienen (zum Beispiel zum Erstellen eines Musters oder um ein Logo oder einen Markennamen darzustellen). Der Bereich, der nicht haftungsgeprägt ist, ist der durchgehende Bereich zwischen dem Bereich und/oder um den Bereich herum, der haftungsgeprägt ist. Haftungsprägen wird vorzugsweise durchgeführt durch Stahl-auf-Stahl/Stift-auf-Stift-Prägen und mit 10 bis 40 Prägeelementen pro Quadratzentimeter mit einer Höhe von 0,01 mm bis 1 mm, vorzugsweise 0,05 mm bis 0,2 mm. Das prozentuale Verhältnis von haftungsgeprägten Bereichen zu nicht geprägten oder fein geprägten Bereichen der Gesamtoberfläche eines Tissuepapier-Produkts beträgt vorzugsweise 0,01 % bis 5 %. Haftungsprägen umfasst eine substanzielle Verdichtung der Tissuepapier-Produkte zum Erzielen der Haftung. Daher ist der Abstand zwischen einem Prägeelement und seinem Gegenstück, z.B. zwei Stiften beim Einsatz des Pin-to-Pin-Prägens, geringer als die Dickenabmessung des zu prägenden Tissuepapiers, typischerweise 5 % bis 50 %, vorzugsweise 10 % bis 20 % des Dickenmaßes des zu prägenden Tissuepapiers, was zu Prägedrücken von 10.000 bis 50.000 N/Quadratzentimeter führt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Schritt zur Herstellung von Bögen umfassen, die für Tissuepapier-Produkte, wie Papiertaschentücher, geeignet sind. Solch ein Schritt umfasst typischerweise das Schneiden der Tissuepapier-Bahn in Teile.
Falls gewünscht, können die erfindungsgemäßen Tissuepapier-Produkte mit funktionalen oder ästhetischen Zeichen versehen werden. Die Zeichen können entweder auf eine oder auf beide Oberflächen des Tissuepapier-Produkts aufgebracht werden. Die Zeichen können die gesamten Oberfläche oder Teile der Oberfläche der Tissuepapier-Produkte bedecken und in einem durchgehenden oder unterbrochenen Muster aufgetragen werden.
Die Zeichen können auf die Tissuepapier-Produkte durch jedes im Stand der Technik bekannte Mittel, wie Sprühen, Extrudieren und vorzugsweise Drucken, aufgetragen werden. Entweder Gravurdruck oder Flexographiedruck können angewendet werden. Wenn Drucken das Mittel der Wahl zum Auftragen der Zeichen ist, kann das Drucksystem nach den Lehren des gemeinsam übertragenen U.S.-Patents 5,213,037, erteilt am 25. Mai 1993 an Leopardi, II., konstruiert werden. Falls gewünscht, kann das System über Vorratsleitelemente verfügen, wie im gemeinsam übertragenen U.S.-Patent 5,255,603, erteilt am 26. Oktober 1993 an Sonneville et al., offenbart. Falls gewünscht, können die Zeichen mit in Linien angeordneten Perforationen oder Abreißschnitten gebildet werden, wie im gemeinsam übertragenen U.S.-Patent 5,802,974, erteilt am 8. September 1998 an McNeil, offenbart. Die Offenbarungen der oben erwähnten Patente sind hierin durch Bezugnahme eingeschlossen.
Prüfverfahren
Die Dickenabmessung wird nach folgendem Verfahren gemessen: Das Tissuepapier wird bei 21 bis 24 °C und 48 bis 52 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit zwei Stunden vor der Dickenmessung vorkonditioniert. Wenn die Dicke von Toiletten-Tissue gemessen wird, werden zunächst 15 bis 20 Blätter entfernt und weggeworfen. Wenn die Dicke von Gesichtstüchern gemessen wird, wird die Probe aus der Nähe des Zentrums des Pakets entnommen. Die Probe wird ausgewählt und anschließend für weitere 15 Minuten konditioniert.
Die Dickenabmessung des aus mehreren Lagen bestehenden Tissuepapiers, wie hier verwendet, ist die Dicke des Papiers, das einer Drucklast von 14,7 g/cm² unterworfen ist. Vorzugsweise wird die Dickenabmessung gemessen mit einer Thwing-Albert-Niedriglast-Mikrometerschraube, Modell 89-11, erhältlich von der Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, Pa. Die Dickenabmessung pro Lage ist die Gesamt-Dickenabmessung des aus mehreren Lagen bestehenden Tissuepapiers, geteilt durch die Anzahl der Lagen, die es umfasst. Bei einem einlagigen Tissue sind Dickenmaß pro Lage und Dickenmaß identisch. Dekorierte Bereiche, Perforationen, Randeffekte usw. des Tissues sollten, wenn möglich, gemieden werden.
Die Nassreißfestigkeit wird mit einem elektronischen Burst Tester unter den folgenden Prüfbedingungen gemessen. Der Burst Tester ist ein Gerät von Thwing-Albert, Kat.-Nr. 177, ausgestattet mit einer 2000 g Last-Zelle. Der Burst Tester wird von der Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, PA 19154, USA, geliefert.
Man nimmt acht Tissuepapiere und legt diese paarweise übereinander. Mit einer Schere schneidet man die Proben so zu, dass sie in der Maschinenlaufrichtung ungefähr 228 mm lang und quer zur Maschinenlaufrichtung ungefähr 114 mm lang sind, jede so dick wie zwei fertige Produkteinheiten.
Man lässt die Proben zunächst eine bis zwei Stunden lang altern, indem man den Probenstapel mit einer kleinen Büroklammer zusammenhält und das andere Ende des Probenstapels auseinander fächert, um die Blätter zu trennen und eine Luftzirkulation zwischen ihnen zu ermöglichen. Man hängt jeden Probenstapel mit einer Klemme 5 Minuten lang (± 10 Sekunden) bei 107 °C in einen Gebläseofen. Man entfernt nach der Erwärmungsphase den Probenstapel aus dem Ofen und lässt ihn mindestens 3 Minuten lang abkühlen, bevor man ihn prüft.
Man nimmt einen Probestreifen, hält die Probe an den schmalen Querkanten fest, und taucht die Mitte der Probe in eine ungefähr 25 mm hoch mit destilliertem Wasser gefüllte Schale. Man lässt die Probe ungefähr vier (4,0 ± 0,5) Sekunden lang im Wasser. Man nimmt die Probe aus dem Wasser, und lässt sie drei (3,0 ± 0,5) Sekunden lang ablaufen, wobei man die Probe so hält, dass das Wasser in Querrichtung abläuft. Man fährt unmittelbar nach dem Ablaufschritt mit der Prüfung fort. Man legt die feuchte Probe so auf den unteren Ring der Probenhaltevorrichtung, dass die äußere Oberfläche des Produkts nach oben zeigt, so dass der feuchte Bereich der Probe die offene Oberfläche des Probenhalterings vollständig bedeckt. Falls sich Falten zeigen, verwirft man die Probe und wiederholt den Vorgang mit einer neuen Probe. Nachdem die Probe ordnungsgemäß auf dem unteren Ring platziert ist, dreht man den Schalter zum Absenken des oberen Rings. Die zu prüfende Probe ist nun sicher in der Probenhalteeinheit fixiert. An diesem Punkt beginnt man sofort mit der Reißfestigkeitsprüfung, indem man die Start-Taste drückt. Der Stössel beginnt, sich zu heben. An dem Punkt, an dem die Probe reißt oder durchreißt, liest man den maximalen Messwert ab. Die Bewegungsrichtung des Stössels kehrt sich automatisch um, und der Stössel kehrt in seine Ausgangsstellung zurück. Man wiederholt diesen Vorgang für drei weitere Proben, so dass die Gesamtzahl der Prüfungen vier beträgt, d.h. 4 Wiederholungen. Man gibt die Ergebnisse als Durchschnitt der vier Wiederholungen, gerundet auf Gramm, wieder.
Die Trockenzugfestigkeit wird anhand des folgenden Verfahrens gemessen: Die Prüfung wird an einem ein Inch bis fünf Inch (etwa 2,5 cm × 12,7 cm) großen Papierstreifen (einschließlich von Handbögen, wie im Folgenden beschrieben, und anderen Papierbögen) in einem klimatisierten Raum durchgeführt, in dem die Temperatur 28 °C + 2,2 °C beträgt und die relative Luftfeuchtigkeit 50 % + 10 %. Eine elektronische Zugfestigkeitsprüfmaschine (Model 1122, Instron Corp., Canton, Mass.) wird verwendet und bei einer Querhauptgeschwindigkeit von 2,0 Inch pro Minute (ungefähr 5,1 cm pro min) und einer Messlänge von 4,0 Inch (ungefähr 10,2 cm) betrieben. Mit Maschinenlaufrichtung ist gemeint, dass die geprüfte Probe so vorbereitet wird, dass die 5"- (12,5 cm-) Abmessung dieser Richtung entspricht. So werden für die Prüfung der Trockenzugfestigkeit in Maschinenlaufrichtung (MD) die Streifen so geschnitten, dass die 5"- (12,5cm-) Abmessung parallel zur Maschinenlaufrichtung der Herstellung des Papierprodukts liegt. Für die Prüfung der Trockenzugfestigkeit quer zur Maschinenlaufrichtung (CD) werden die Streifen so geschnitten, dass die 5"- (12,5cm-) Abmessung parallel zur Richtung quer zur Machinenlaufrichtung bei der Herstellung des Papierprodukts liegt. In der Papierherstellung sind Maschinenlaufrichtung und Richtung quer zur Machinenlaufrichtung bekannte Ausdrücke. Die MD- und CD-Zugfestigkeiten werden mithilfe der oben erwähnten Geräte sowie Berechnungen der herkömmlichen Art ermittelt, bei denen das arithmetische Mittel von mindestens sechs geprüften Streifen für jede Festigkeitsrichtung ermittelt wird. Die Trockenzugfestigkeit, wie hier verwendet, ist das arithmetische Mittel der durchschnittlichen MD- und CD-Zugfestigkeiten.
Für die Messung der physiologischen Oberflächenglätte, welche den Parameter für die physiologische Oberflächenglätte wiedergibt, wird eine Probe des Tissuepapiers ausgewählt, welche keine Falten, Risse, Perforationen oder große Abweichungen von der makroskopischen Monoplanarität aufweist. Die Probe wird mindestens zwei Stunden vor der Prüfung bei 22 bis 24 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 48 bis 52 % konditioniert. Die Probe wird auf einen motorisierten Tisch gelegt und magnetisch fixiert. Für die Messung kann jede der beiden Seiten der Probe ausgewählt werden, vorausgesetzt, alle Abtastungen erfolgen auf derselben Seite.
Die physiologische Oberflächenglätte wird gemessen, indem die Tissuepapierprobe in jeder Richtung mit einem Profilometer abgetastet wird, um die Auslenkung in Z-Richtung als Funktion des Abstands zu erhalten. Die Auslenkung in Z-Richtung wird mittels einer Fourier-Transformation in ein Amplitude/Frequenz-Spektrum umgewandelt. Das Spektrum wird dann mithilfe einer Reihe von Filtern an die menschliche taktile Reaktion angepasst. Die Peakhöhen der gefilterten Amplitude/Frequenz-Kurve werden von 0 bis 10 Zyklen pro Millimeter addiert, um das Ergebnis zu erhalten.
Die Tissuepapier-Probe hat eine Größe von ungefähr 100 Millimeter × 100 Millimeter und ist auf einem motorisierten Tisch befestigt. Es reicht zwar jeder geeignete Tisch aus, ein Tisch mit einem Oberflächenprüfer Modell KES-FB-4NKES-SE, erhältlich von der Kato Tech Company Limited, Koyota, Japan, oder ein CP3-22-01 DCI Mini Precision-Tisch mit einem NuStep 2C NuLogic-Zweiachsen-Schrittmotor-Controller im geschlossenen Regelkreis-Modus haben sich jedoch als geeignet erwiesen. Der Tisch verfügt über einen Motor mit konstanter Drehzahl, der sich mit einer Geschwindigkeit von 1 mm pro Sekunde bewegt. Die Probe wird 30 Millimeter in Vorwärtsrichtung abgetastet, um Einmillimeter-Schritte in Querrichtung versetzt, und dann in umgekehrter Richtung. Daten werden von den mittleren 26 Millimetern des Abtastvorgangs in sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung gesammelt. Die ersten und letzten 2 Millimeter jedes Abtastvorgangs werden ignoriert und für die Berechnungen nicht verwendet.
Das Profilometer verfügt über eine Prüfspitze mit einem Spitzenradius von 2,54 Mikrometern und einer Aktionskraft von 0,20 Gramm. Der Messbereich des Profilometers ist in Z-Richtung für eine Gesamtauslenkung von 3,5 Millimetern kalibriert. Über den Abtastweg der Probe erfasst das Profilometer die Auslenkung der Abtastnadel in Z-Richtung in Millimetern. Die Ausgangsspannung des Messgerät-Controllers wird mit einer Rate von mindestens 20 Punkten pro Sekunde digitalisiert. Über den gesamten Abtastbereich von 26 Millimetern ergeben sich 512 Paare von Datenpunkten für Zeit/Oberflächenhöhe für sowohl die Vorwärtsrichtung als auch die Rückwärtsrichtung eines Abtastvorgangs. Das Profilometer ist über dem Probentisch montiert, so dass die Oberflächentopografie gemessen werden kann. Ein geeignetes Profilometer ist ein EMD 4320 WI Vertical Displacement Transducer mit einer EPT 010409-Abtastnadelspitze und einem EAS 2351 Analog Amplifier. Diese Geräte sind erhältlich von Federal Products of Providence, Rhode Island.
Die digitalisierten Datenpaare werden zur weiteren Analyse in ein Standardpaket zur statistischen Analyse importiert. Geeignete Analysesoftwarepakete schlossen SAS von Cary, North Carolina, und vorzugsweise LabVIEW Instrument Control Software 3.1, erhältlich von National Instruments, Austin, Texas, ein. Bei Verwendung der LabVIEW-Software werden Rohdatenpaare, die Oberflächenhöhe und Zeit der einzelnen Abtastvorgänge miteinander verbinden, mithilfe des Analysetools Mean.vi der LabVIEW-Software um den Mittelwert zentiert. Die 512 Datenpunkte jeder der 16 Abtastvorgänge werden mithilfe des Amplitude and Phase Spectrum.vi-Tools in 16 Amplitudenspektren umgewandelt. Jedes Spektrum wird dann mithilfe des Verfahrens geglättet, das von der PROC Spectra Method der SAS-Software beschrieben wird. Es werden LabVIEW-Glättungsfilterwerte von 0,000246, 0,000485, 0,00756, 0,062997, 0,00756, 0,000485 und 0,000246 verwendet. Die Ausgabe dieses Tools wird als Amp Spectrum Mag (vrms) verwendet.
Die Amplitudendaten werden dann mithilfe einer Reihe von Frequenzfiltern an die menschliche taktile Reaktion angepasst, welche auf der Grundlage der Daten von Verillo zu den vibrotaktilen Schwellenwerten als Funktion der Vibrationsfrequenz konzipiert sind, wie im Journal of Acoustical Society of America, im Artikel mit dem Titel „Effect Of Contactor Area On The Vibrotactile Threshold", Vol. 35, 1962 (1963), dargelegt. Die oben erwähnten Daten werden in einem Zeitbereich als Zyklen pro Sekunde erfasst und als Zyklen pro Millimeter in den räumlichen Bereich umgewandelt. Der Umrechnungsfaktor und die Filterwerte finden sich in dem Verfahren, das auf der International Paper Physics Conference, TAPPI Book 1, 1991, genauer im Artikel mit dem Titel „Methods For The Measurement Of The Mechanical Properties Of Paper tissue" von Ampulski, et al., auf Seite 19 ausgeführt ist, wobei das spezielle Verfahren, das auf Seite 22 ausgeführt wird, mit dem Titel „Physiological Surface Smoothness" angewandt wird. Die Reaktion der Filter wird unterhalb des unteren Schwellenwertes und oberhalb der maximalen Reaktionsfrequenzen auf 0 gesetzt und variiert von 0 bis 1 zwischen diesen Werten, wie im oben erwähnten Artikel von Ampulski et al.beschrieben.
Die physiologisch angepassten Frequenzamplitudendaten werden erhalten, indem die oben beschriebenen Amplitudenspektren mit den entsprechenden Filterwerten der einzelnen Frequenzen multipliziert werden. Ein typisches Amplitudenspektrum und ein gefiltertes Amplitudenspektrum sind in 5 des oben erwähnten Artikels von Ampulski et al.dargestellt. Die nach Verrillo angepasste Frequenzamplitudenkurve wird zwischen 0 und 10 Zyklen pro Millimeter Punkt für Punkt summiert. Diese Summierung wird als die physiologische Oberflächenglätte betrachtet. Die auf diese Weise erzielten acht Vorwärts- und acht Rückwärtswerte der physiologischen Oberflächenglätte werden dann gemittelt und in Mikrometern wiedergegeben.
Messungen der physiologischen Oberflächenglätte mithilfe der SAS-Software werden in den gemeinsam übertragenen U.S.-Patenten Nr. 4,959,125, erteilt am 25. September 1990 an Spendet, 5,059,282, erteilt am 22. Oktober 1991 an Ampulski et al., 5,855,738, erteilt am 5. Januar 1999 an Weisman et al. und 5,980,691, erteilt am 9. November 1999 an Weisman et al., beschrieben.
Jede Seite des Tissues kann für die Messung der Glätte ausgewählt werden, vorausgesetzt, alle Abtastungen erfolgen auf derselben Seite. Wenn eine der beiden Seiten des Tissues eines der hier dargelegten Glättekriterien erfüllt, gilt die gesamte Probe des Tissues als dieses Kriterium erfüllend. Vorzugsweise erfüllen beide Seiten des Tissues die oben aufgeführten Kriterien.
Beispiel
Ein Brei bzw. eine wässrige Aufschlämmung, die 3 Gew.-% Nothern Softwood-Kraft-(NSK)-Fasern umfasst, wurde in einer herkömmlichen Wiederaufschlämmungsvorrichtung hergestellt. Die NSK-Aufschlämmung wurde vorsichtig raffiniert, und eine 2-prozentige Lösung des dauerhaft nassfesten Harzes (Kymene^TM 617) wurde dem NSK-Stoffbehälter mit einer Rate von 0,9 Gew.-% der gesamten Trockenfasern hinzugegeben. Die Absorption des dauerhaft nassfesten Harzes auf den NSK-Fasern wird durch einen Reihenmischer verbessert. Eine 1-prozentige Lösung des trockenfesten Harzes (Carboxymethylcellulose) wird dem NSK-Stoff vor der Flügelpumpe mit einer Rate von 0,14 Gew.-% der gesamten Trockenfasern zugegeben. Die NSK-Aufschlämmung wurde an der Flügelpumpe auf einen Fasergehalt von ungefähr 0,2 % verdünnt.
Eine chemische Weichmacherzusammensetzung wurde hergestellt, die quartäres Di-hard tallow-Diethylesterdimethylammoniumchlorid und Polyoxyethlyenglycol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 400 (PEG-400) umfasste. Das PEG-400 wurde auf ungefähr 66 °C erhitzt, und das Quat wurde im geschmolzenen PEG-400 aufgelöst, so dass sich eine homogene Mischung bildete.
Eine wässriger Aufschlämmung, die 3 Gew.-% Eukalyptusfasern aufwies, wurde in einer herkömmlichen Wiederaufschlämmungsvorrichtung hergestellt. Eine 1-prozentige Lösung der chemischen Weichmacherzusammensetzung wurde dem Eukalyptus-Stoffbehälter mit einer Rate von 0,09 Gew.-% der gesamten Trockenfasern hinzugegeben. Die Eukalyptusaufschlämmung wurde an der Flügelpumpe auf einen Fasergehalt von ungefähr 0,2 % verdünnt. Die 1-prozentige Lösung der chemischen Weichmacherzusammensetzung wurde dem NSK-Brei nach dem nachträglichen CMC-Zugabe und vor der Verdünnung der Aufschlämmung auf ungefähr 0,2 % an der Stoffpumpe ebenfalls zugegeben.
Die beiden Aufschlämmungen wurden gemischt, so dass das Verhältnis von NSK zu Eukalyptusfasern 40:60 betrug, und die daraus entstehende Aufschlämmung wurde mittels eines Einlagen-Stoffauflaufs auf ein Fourdriniersieb aufgebracht, um eine embryonale Bahn zu bilden. Die Entwässerung erfolgte durch das Fourdriniersieb und wurde durch eine Umlenkvorrichtung und Vakuumkammern unterstützt.
Die embryonale Bahn wurde vom Fourdriniersieb bei einer Faserkonsistenz von ungefähr 20 % am Übergabepunkt an einen herkömmlichen Filztrockner übergeben. Die Bahn wurde dann an die Oberfläche eines Yankee-Zylinders übergeben mit einem aufgesprühten Kreppungs-Haftmittel, das eine 0,25-prozentige wässrige Lösung von Polyvinylalkohol (PVA) umfasst. Die Faserkonsistenz wurde bis auf geschätzte 96 % erhöht, bevor die Bahn mit einem Abstreifmesser bzw. Kreppschaber trockengekreppt wurde. Der Kreppschaber wies einen Flankenwinkel von ungefähr 25° auf und wurde so an den Yankee-Zylinder angesetzt, dass der Auftreffwinkel ungefähr 81° betrug. Der Yankee-Zylinder wurde mit ungefähr 4 m/s betrieben und aus dem getrockneten, unkalandrierten Papier wurden auf einer Spule einlagige Rollen geformt.
Drei dieser einlagigen Rollen wurden prozessentkoppelt einem Neu- bzw. Umwickelvorgang unterzogen, um dreilagige Rollen zu bilden, die anschließend in ein dreilagiges Tissuepapierprodukt mit einer Gesamtabmessung von 210 Quadratmillimetern überführt wurden.
Die dreilagigen Rollen wurden hergestellt, indem gleichzeitig 3 der einlagigen Rollen abgewickelt wurden. Während sie von den einlagigen Rollen abgewickelt wurden, wurden die Tissuepapier-Bahnen jeweils durch einen Prägespalt geführt, der zwischen einer Hartgummiwalze (Shore-Härte A 60) und einer Stahlwalze ausgebildet war, wobei die Stahlwalze 80 ovale Prägeelemente, mit einer Höhe von 0,26 mm aufwies. Anschließend werden die Tissuepapier-Bahnen durch eine Rollengruppe aufeinander gelegt, so dass drei übereinander liegende Bahnen durch einen Kalander-Walzenspalt geführt wurden, gebildet zwischen zwei Stahl-Kalanderwalzen, die mit einem Druck von 160 N pro Zentimeter Kontaktstrecke gegeneinander gepresst wurden, was einem Gesamtdruck von 13440 N entsprach.
Die dreilagige Rolle wurde anschließend in ein dreilagiges Tissueprodukt umgewandelt. Die dreilagige Bahn wurde abgewickelt und vor dem Falten einem Prägeschritt unterzogen. Der Rand des Tissuepapierprodukts, der sich von der Kante ungefähr 15 mm nach innen erstreckte, wurde nach dem in WO 95/27429, veröffentlicht am 19. Oktober 1995, beschriebenen Verfahren geprägt. Der größte Teil der Oberfläche des Tissuepapierprodukts (d.h. die gesamte Oberfläche, die von dem 15 mm-Rand umschlossen war) wurde nicht geprägt. Das Tissue wurde ferner dekoriert, indem in einem kleinen Bereich des zuvor nicht geprägten Bereichs der Markenname eingeprägt wurde, und vier dekorative Blattmuster wurden, wo eingeprägt, ebenfalls in den zuvor nicht geprägten Bereich eingeprägt.
Vor dem Falten wurde auf jede der äußeren Oberflächen der dreilagigen Bahn mittels eines Auftragsvorgangs in zwei Schritten Lotion aufgedruckt. Die Lotion war eine wässrige Lösung von quartärem Di(hard tallow)diethylesterdimethyl-Ammoniumchlorid. Das Aufdrucken erfolgte, indem die dreilagige Bahn durch zwei aufeinander folgende Druckstationen geführt wurde, von denen jede ein Walzenpaar aus einer Anilox-Gravurwalze und einer Gummgegenwalze umfasste.
Die Aniloxwalze war auf ein Zellenvolumen von ungefähr 3 ml pro Quadratmeter graviert und wurde aus einer geschlossenen Vorratskammer mit Lotion versorgt, die dafür ausgelegt war, das gravierte Volumen mit Lotion aufzufüllen. Ein Spalt von 0,35 mm wurde zwischen der Aniloxwalze und der Gegenwalze eingerichtet, und die dreilagige Bahn wurde durch diesen Spalt geführt, wobei Lotion auf die Oberfläche aufgetragen wurde, welche die Aniloxwalze berührte. Die Bahn wurde dann durch die zweite Druckstation mit einem identischen Paar aus Aniloxwalze und Gummiwalze und einem Spalt von 0,35 mm geführt. Die Paare wurden so angeordnet, dass die zweite Aniloxwalze die bis dahin nicht mit Lotion benetzte Oberfläche berührte, um Lotion auf diese aufzutragen. Durch diese Anordnung wurden 0,45 % aktives Quat pro Trockengewicht des fertig gestellten dreilagigen Tissues übertragen.
Das durch das oben beschriebene Verfahren erzielte Tissuepapier wies ein Flächengewicht von 54 g/m², eine Gesamt-Dickenabmessung von 0,35 mm, eine Dickenabmessung pro Lage von 0,12 mm, eine Nassreißfestigkeit von 250 g und einen Parameter der physiologischen Oberflächenglätte von 620 Mikrometer.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Tissue-Papierprodukts aus einer Tissue-Papierbahn, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Hindurchführen der Tissue-Papierbahn durch einen Prägespalt, gebildet zwischen einer ersten und einer zweiten Prägewalze, – Hindurchführen der Tissue-Papierbahn durch einen Kalander-Walzenspalt, gebildet zwischen einer ersten und einer zweiten Kalanderwalze, wobei die erste und zweite Kalanderwalze über eine Kontaktstrecke, die parallel zur Richtung der Achse der ersten Kalanderwalze gemessen wird, mit der Tissue-Papierbahn in Kontakt sind, wobei mindestens eine der Prägewalzen mindestens 50 Prägeelemente pro Quadratzentimeter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kalanderwalze einen Druck von mindestens 120 N pro Zentimeter der Kontaktstrecke auf die Papierbahn ausüben.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeelemente eine Höhe von weniger als 0,5 mm haben.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Prägewalze eine Bahnkontaktfläche aufweist, welche ein Gummimaterial umfasst, und dass die zweite Prägewalze eine Bahnkontaktfläche aufweist, welche ein Hartmetall umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Hindurchführens der Tissue-Papierbahn durch einen Kalander-Walzenspalt nach dem Schritt des Hindurchführens der Tissue-Papierbahn durch einen Prägespalt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt zum Auftragen einer Lotion auf die Tissue-Papierbahn umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt zum Verbinden von Tissue-Papierbahnlagen, vorzugsweise durch Prägen, umfasst, um ein aus mehreren Lagen bestehendes Tissue-Papierprodukt zu bilden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt zum Schneiden von Bögen zur Bereitstellung von Tissue-Papierprodukten umfasst.
Tissue-Papierprodukt, hergestellt nach einem Verfahren eines der vorstehenden Ansprüche.
Tissue-Papierprodukt nach Anspruch 8, drei Lagen umfassend.