DE60121385T2

DE60121385T2 - Prallströmtrockenverfahren zur Herstellung eines absorbierenden Blattes

Info

Publication number: DE60121385T2
Application number: DE60121385T
Authority: DE
Inventors: Gary M. Vancouver Watson; Steven L. Fremont Edwards
Original assignee: Georgia Pacific LLC
Current assignee: Georgia Pacific LLC
Priority date: 2000-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: ATE333001T1; CA2344921C; US6447640B1; DE60121385D1; CA2344921A1; US20020088577A1; EP1149947B1; ES2267679T3; EP1149947A2; EP1149947A3

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Cellulose-Faservlieses im Allgemeinen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines nichtkomprimierend entwässerten, durch Aufblasen von Luft getrockneten absorbierenden Faservlieses.
Hintergrund
Verfahren zur Herstellung eines Papiertissues, -handtuchs und dergleichen sind wohlbekannt. Typischerweise umfassen solche Verfahren herkömmliche Nasspress- und Durchströmtrockungsverfahren. Herkömmliche Nasspressverfahren haben gegenüber einem herkömmlichen Durchströmtrocknungsverfahren bestimmte Vorteile, die Folgendes einschließen: (1) niedrigere Energiekosten im Zusammenhang mit der mechanischen Entfernung von Wasser statt eines Verdunstungstrocknens mit Heißluft; (2) mit Verfahren, bei denen ein Nasspressen zur Bildung einer Bahn eingesetzt wird, werden höhere Produktionsgeschwindigkeiten erreicht, und (3) das Verfahren ist dahingehend relativ robust, als es kein hochpermeables Substrat benötigt. Andererseits sind Durchströmtrockungsverfahren das Verfahren der Wahl für die Investition von neuem Kapital, insbesondere bei der Herstellung von weichen, voluminösen Tissue- und Handtuchprodukten von erstklassiger Qualität, geworden.
Ein Verfahren zur Herstellung von durchströmgetrockneten Produkten ist in US-A-5,607,551, Farrington, Jr., et al. offenbart, worin ungekreppte, durchströmgetrocknete Produkte beschrieben werden. Gemäß dem 551-Patent wird ein Strom einer wässrigen Suspension von Papierherstellungsfa sern auf einem Bahnbildungsgewebe abgeschieden und bis zu einer Konsistenz von 10 % teilweise entwässert. Die nasse Bahn wird dann auf ein Übertragungsgewebe übertragen, das sich mit einer Geschwindigkeit fortbewegt, die kleiner als diejenige des Bahnbildungsgewebes ist, wodurch der Bahn eine erhöhte Streckung verliehen wird. Die Bahn wird dann auf ein Durchströmtrocknungsgewebe übertragen, wo sie unter Verwendung eines Vakuums von 10,16 bis 50,8 kPa (3 bis 15 inch Quecksilber) bis zu einer endgültigen Konsistenz von etwa 95 % oder mehr getrocknet wird.
In US-A-5,510,002, Hermans et al., werden verschiedene durchströmgetrocknete, gekreppte Produkte offenbart. Beispielsweise wird im Zusammenhang mit 2 ein Durchströmtrocknungs-/Nasspress-Verfahren zur Herstellung von Krepptissue gelehrt, bei dem eine wässrige Suspension von Papierherstellungsfasern auf einem Bahnbildungsgewebe abgeschieden wird, in einem Pressenspalt zwischen einem Filzpaar entwässert wird, gefolgt von einem Nasssieben der Bahn auf einem Durchströmtrocknungs-Gewebe und einem Durchströmungstrocknen. Die durchströmungsgetrocknete Bahn wird an einem Trockenzylinder einer Selbstabnahmemaschine haften gelassen, weiter getrocknet und gekreppt, wodurch das Endprodukt erhalten wird.
Durchströmgetrocknete, gekreppte Produkte sind auch in den folgenden Patenten offenbart: US-A-3,994,771, Morgan, Jr., et al., US-A-4,102,737, Morton, und US-A-4,529,480, Trokhan. Die in diesen Patenten beschriebenen Verfahren umfassen ganz allgemein die Bildung einer Bahn auf einem perforierten Träger, ein thermisches Vortrocknen der Bahn, das Aufbringen der Bahn auf einen Trockenzylinder einer Selbstabnahmemaschine mit einem definierten Walzenspalt teilweise durch ein Pressgewebe und das Kreppen des Produkts davon.
Wie oben aufgeführt wurde, weisen durchströmgetrocknete Produkte die Neigung auf, erhöhte Bauschigkeits- und überlegene taktile Eigenschaften aufzuweisen; eine herkömmliche thermische Entwässerung mit Heißluft hat aber die Neigung, energieintensiv zu sein, und benötigt ein relativ permeables Substrat. Somit sind Nasspressverfahren aus der Perspektive der Energie bevorzugt und werden auf Produkte mit einem hohen Grundgewichten und Produkte aus Altfaserstoff enthaltenden Faserrohstoffen, die die Neigung aufweisen, Bahnen mit einer geringeren Durchlässigkeit als die ursprüngliche Faser aufzuweisen, leichter angewandt. Nasspress-Vorgänge weisen aber die Neigung auf, mehr Faser zu verwenden und sind somit flächenbezogen teurer.
Der Stand der Technik wird vielleicht anhand der folgenden Patente weiter verstanden. Es ist anerkannt, dass aufgrund der hohen Investition hohe Produktionsgeschwindigkeiten (Bahngeschwindigkeiten) für die Lebensfähigkeit jedes beliebigen bestimmten Herstellungsverfahren außerordentlich wichtig sind. Im Zusammenhang mit der Papierherstellung ist beispielsweise vorgeschlagen worden, ein Luftpolster zu verwenden, um die Bahnübertragung von einem Trockenzylinder einer Selbstabnahmemaschine zu stabilisieren, um geeignete Produktionsgeschwindigkeiten beizubehalten.
In US-A-5,851,353, Fiscus et al., ist ein Verfahren zum Trommeltrocknen von nassen Bahnen für Tissue-Produkte offenbart, wobei eine teilweise entwässerte nasse Bahn zwischen einem Paar von Formgeweben eingespannt wird. Die eingespannte nasse Bahn wird über einer Mehrzahl von Trommeltrocknern beispielsweise von einer Konsistenz von 40 % bis zu einer Konsistenz von wenigstens 70 % bearbeitet. Die Bahn-Formgewebe schützen die Bahn vor einem direkten Kontakt mit den Trommeltrocknern und üben Druck auf die Bahn aus.
In US-A-5,087,324, Awofeso et al., ist ein delaminiertes Schicht-Papierhandtuch offenbart. Das Handtuch umfasst eine dichte erste Schicht aus einem Chemiefasergemisch und eine zweite Schicht aus einem voluminösen, verschlungenen Fasergemisch, das mit der ersten Schicht einheitlich ist. Die erste und die zweite Schicht verstärken die Absorptionsgeschwindigkeit und das Wasseraufnahmevermögen des Papierhandtuchs. Das Verfahren zur Bildung einer delaminierten, schichtförmigen Bahn aus einem Papierhandtuch-Material umfasst das Fördern eines ersten Eintrags direkt auf ein Sieb und das Fördern eines zweiten Eintrags aus einem voluminösen, verschlungenen Fasergemisch direkt auf den ersten, auf dem Sieb abgeschiedenen Eintrag. Danach wird eine Bahn des Papierhandtuchs gekreppt und geprägt.
In US-A-5,494,544, Edwards et al., wird die Bildung von Nasspress-Tissuebahnen offenbart, die für Gesichtstissue, Badetissue, Papiertaschentücher oder dergleichen verwendet werden und hergestellt werden, indem das Nasstissue zu Schichten geformt wird, bei denen die zweite gebildete Schicht eine Konsistenz hat, die signifikant niedriger als die Konsistenz der zuerst gebildeten Schicht ist. Die resultierende Verbesserung der Bahnbildung ermöglicht beim Trockenkreppen ein gleichmäßiges Entbinden, wodurch wiederum eine signifikante Verbesserung der Weichheit und eine Verminderung des Fusselns erhalten wird. Nassgepresste Tissues, die gemäß dem Verfahren des 554-Patents hergestellt sind, sind innen entbunden, wie durch einen hohen Index des Hohlraumvolumens gemessen wird.
WO-A-99/23299 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer texturierten Tissuebahn, die bemerkenswert voluminös, weich und nässebeständig ist.
Wie aus dem Obigen hervorgeht, umfassen Verfahren zur Herstellung einer absorbierenden Bahn gewöhnlich zwei Trocknungstypen: (1) das Trommeltrocknen, bei dem eine hohe Dichte und eine niedrige Durchlässigkeit toleriert werden können, und (2) das Durchströmungstrocknen, wofür ein permeables Substrat erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von hochgradig voluminösen Produkten, bei denen die Durchlässigkeit des Substrats nicht kritisch ist.
Kurzbeschreibung der Erfindung
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Faservlieses verfügbar gemacht, umfassend die Schritte:

(a) der Abscheidung eines wässrigen, Cellulosefaser umfassenden Eintrags auf einem Bahnbildungsgewebe (30, 120, 132);
(b) des Entwässerns der nassen Bahn (w) zu einer Konsistenz von 15 bis 40 %;
(c) des Übertragens der entwässerten Bahn (w) mit der Konsistenz von 15 bis 40 % auf ein anderes Gewebe (44, 140), das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die um 10 bis 80 % langsamer als die Geschwindigkeit der entwässerten Bahn (w) vor einer solchen Übertragung ist, wodurch dem absorbierenden Faservlies eine Streckung in Maschinenrichtung verliehen wird;
(d) des Übertragens der Bahn auf ein Pressgewebe (68, 152) und das makroskopische Umordnen der Bahn durch das Einwirkenlassen einer Luftdruckdifferenz zur Anpassung an die Oberfläche eines Pressgewebes (68, 152) und
(e) des Trocknens durch Aufblasen von Luft auf ein Pressgewebe (68, 152) unter Bildung des absorbierenden Faservlieses.

In bevorzugten Ausführungsformen wird die nasse Bahn so entwässert, dass sie bei der Übertragung in Schritt (c) eine Konsistenz von 20 bis 30 % hat. Es ist auch bevorzugt, dass die Bahn durch Aufblasen von Luft mit einer Wasserentfernungsrate von 122 bis 144 kg/h·m² (25 lbs/h-ft² bis 50 lbs/h-ft²), noch mehr bevorzugt von 146,1 bis 195 kg/h·m² (30 lbs/h-ft² bis 40 lbs/h-ft²) getrocknet wird. Typische Längen des Trocknens durch Aufblasen von Luft reichen von 14,24 bis 91,44 m (50 ft bis 300 ft), vorzugsweise von 22,86 bis 61,0 m (75 ft bis 200 ft) und noch mehr bevorzugt von 30,5 bis 45,7 m (100 ft bis 150 ft).
Somit wird die Bahn typischerweise vor der Übertragung bis zu einer Konsistenz von 20 bis 30 % entwässert und durch Aufblasen von Luft mit einer Rate von 120–144 kg/h·m² (Entfernung von 25–50 lbs Wasser pro Stunde pro Quadratfuß) Trocknungsfläche getrocknet. Trockungsgeschwindigkeiten von 116,1–195 kg/h·m² (30–40 lbs/h-ft²) auf Trocknungslängen von 15,24 bis 91,44 m (50 bis 300 Fuß) sind typisch. Längen des Trocknens durch Aufblasen von Luft betragen typischerweise 22,86 bis 61,0 m (75 bis 200 Fuß), wobei von 30,5 bis 45,7 m (100 bis 150 Fuß) eine bevorzugte Konstruktion von Papiermaschinen zur Praktizierung der vorliegenden Erfindung ist.
Am typischsten wird der Schritt des Trocknens durch Aufblasen von Luft auf einer Mehrzahl von Luftaufblastrocknern durchgeführt, die rotierende Zylinder und Trockenhauben einschließen, die nacheinander in einer Reihe angeordnet sind, die einer Reihe von reversierenden Vakuumzylindern gegenüberliegt, über die die Bahn sich fortbewegt. Bei dieser Anordnung kann Aufluft aus einem Stromabwärts-Trockner nach hinten zu einem Stromaufwärts-Trockner kaskadiert werden, der gegebenenfalls bei einer höheren Feuchtigkeit betrieben wird.
Ein Produkt mit einem beliebigen typischen Grundgewicht kann mittels der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, wobei es zweckmäßigerweise ein Gewicht von wenigstens 16,3 g/m² (10 lbs/3000 ft²) hat. Produkte mit einem höheren Grundgewicht mit Grundgewichten von wenigstens 24,45 g/m² (15 lbs/3000 ft²) oder wenigstens 32,69 g/m² (20 lbs/3000 ft²) können auch hergestellt werden, wie aus der folgenden Diskussion leicht ersichtlich ist.
Typischerweise wird die Bahn durch Aufblasen von Luft bis zu einer Konsistenz von wenigstens 90 % und in bevorzugten Ausführungsformen bis zu einer Konsistenz von etwa 95 % getrocknet.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die zusätzlichen Schritte des Haftens der durch Aufblasen von Luft getrockneten Bahn an einen rotierenden Zylinder und des Kreppens der Bahn vom Zylinder verfügbar gemacht. Ein Kreppklebstoff kann verwendet werden, und der Zylinder kann bei Bedarf erwärmt werden.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer absorbierenden Bahn verfügbar gemacht, umfassend die Schritte der (a) Abscheidung eines wässrigen, Cellulosefaser umfassenden Eintrags auf einem Bahnbildungsgewebe; (b) des Entwässerns der nassen Bahn zu einer Konsistenz von 15 bis 40 %; (c) des Übertragens der entwässerten Bahn vom Bahnbildungsgewebe auf ein Übertragungsgewebe, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die um 10 bis 80 % langsamer als die Geschwindigkeit des Bahnbildungsgewebes ist; (d) des Übertragens der Bahn auf ein Pressgewebe, wodurch die Bahn makroskopisch umgeordnet wird, wodurch sie sich an die Oberfläche des Pressgewebes anpasst, und (e) des Trocknens der Bahn durch Aufblasen von Luft.
Typischerweise wird die nasse Bahn in Schritt (b) zu einer Konsistenz von 20 bis 30 % entwässert. Daher bewegt sich das Übertragungsgewebe typischerweise auch mit einer Geschwindigkeit fort, die um 15 bis 40 % langsamer als diejenige des Bahnbildungsgewebes ist.
Jeder geeignete wässrige Eintrag kann verwendet werden, und der Eintrag umfasst vorzugsweise Cellulosefaser. In vielen Ausführungsformen umfasst der Eintrag Altfaserstoff. Altfaserstoff kann in jeder beliebigen Menge vorhanden sein; besonders bevorzugte Ausführungsformen umfassen oft wenigstens 50 Gew.-% Altfaserstoff im wässrigen Eintrag, bezogen auf die Menge der vorhandenen Faser. Bei mehr als 75 Gew.-% der Faser kann es sich um Altfaserstoff handeln, oder die Cellulosefaser im Eintrag kann vollständig aus Altfaserstoff bestehen.
Um ein verbessertes Volumen und eine verbesserte Weichheit zu erreichen, kann es in vielen Ausführungsformen wünschenswert sein, wenigstens einen Teil der Faser einem Kräuselverfahren zu unterziehen. Zum Beispiel kann man wenigstens 10 % der Faser in einem wässrigen Eintrag oder wenigstens etwa 25 % der Faser im Eintrag einem Kräuselverfahren unterziehen. Wenn ein besonders hohes Volumen erwünscht ist, kann man 50 %, 75 %, 90 % oder sogar noch mehr der im wässrigen Eintrag vorhandenen Faser einem Kräuselverfahren unterziehen. Obwohl jedes geeignete Kräuselverfahren zur Verstärkung der Kräuselung, die einer Faser zu eigen ist, eingesetzt werden kann, umfasst ein besonders bevorzugtes Verfahren eine gleichzeitige Wärmebehandlung und ein Zusammenrollen der Faser bei einer erhöhten Temperatur. Solche Verfahren können in einem Scheibenrefiner beispielsweise mit gesättigtem Dampf bei einem Druck von 133 bis 1132 kPa (5 bis 150 psig) durchgeführt werden. Ein weiteres Verfahren zur Erhöhung des Volumens kann eine Schaumbildung des Einsatzes auf dem Formbildungsgewebe einschließen, wie im Fachgebiet bekannt ist. Siehe beispielsweise US-A-5,200,035.
In einer typischen Ausführungsform umfasst der wässrige Eintrag weiterhin ein Entbindungsmittel wie ein kationisches Entbindungsmittel. In einigen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, sowohl ein kationisches Entbindungsmittel als auch ein nichtionisches Tensid einzuschließen.
Es ist wünschenswert, die Bahn mit der höchsten Geschwindigkeit zu trocknen, die mit dem Luftaufblastrockner erreichbar ist. Vorzugsweise ist eine Trocknungsgeschwindigkeit von wenigstens 30 entfernten pounds Wasser/Quadratfuß Lufttrockungsfläche pro Stunde bevorzugt. Noch mehr bevorzugt wird eine Trocknungsgeschwindigkeit von wenigstens 40 entfernten pounds Wasser/Quadratfuß Lufttrockungsfläche pro Stunde erreicht.
Die vorliegende Erfindung schließt weiterhin eine absorbierende Bahn ein, die durch das obige Verfahren hergestellt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren ausführlich beschrieben. In den Figuren:
sind die 1(a) und 1(b) Diagramme, in denen die Trocknungsdauer und die Luftdurchlässigkeit für eine absorbierende Bahn mit einem Grundgewicht von 14,67 g/m² (9 lb/3000 ft²) dargestellt ist,
sind die 2(a) und 2(b) Diagramme, in denen die Trocknungsdauer und die Luftdurchlässigkeit für eine absorbierende Bahn mit einem Grundgewicht von 21,19 g/m² (13 lb/3000 ft²) dargestellt ist;
sind die 3(a) und 3(b) Diagramme, in denen die Trocknungsdauer und die Luftdurchlässigkeit für eine absorbierende Bahn mit einem Grundgewicht von 22,82 g/m² (14 lb/3000 ft²) dargestellt ist;
sind die 4(a) und 4(b) Diagramme, in denen die Trocknungsdauer und die Luftdurchlässigkeit für eine absorbierende Bahn mit einem Grundgewicht von 45,64 g/m² (28 lb/3000 ft²) dargestellt ist;
ist 5 ein schematisches Diagramm einer Papierherstellungsmaschine, die zum Praktizieren des Verfahrens der vorliegenden Erfindung brauchbar ist;
ist 6 ein schematisches Diagramm einer weiteren Papierherstellungsmaschine, die zum Praktizieren des Verfahrens der vorliegenden Erfindung brauchbar ist;
ist 7(a) ein schematisches Diagramm, in dem Einzelheiten eines im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung brauchbaren Luftaufblastrockners veranschaulicht sind;
ist 7(b) ein Diagramm, das die Funktionsweise des Luftaufblastrockners von 7(a) veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine absorbierende Papierbahn hergestellt werden, indem Fasern in einer wässrigen Aufschlämmung dispergiert und die wässrige Aufschlämmung auf dem Bahnbildungssieb einer Papierherstellungsmaschine abgeschieden wird. Jede im Fachgebiet anerkannte Bahnbildungstechnik kann eingesetzt werden. Beispielsweise umfasst eine ausführliche, aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebende Liste einen verstellbaren Former, einen Doppelsiebformer mit C-förmiger Umschlingung, einen Doppelsiebformer mit S-förmiger Umschlingung, einen Brustwalzen-Saugformer, einen Fourdrinier-Former. Die spezielle Bahnbildungsvorrichtung ist für den Erfolg der vorliegenden Erfindung nicht kritisch. Beim Bahnbildungsgewebe kann es sich um jedes anerkannte, kleine Öffnungen aufweisende Element einschließlich einschichtiger Gewebe, doppelschichtiger Gewebe, dreischichtiger Gewebe, Photopolymer-Gewebe und dergleichen handeln. Ein nicht erschöpfender Hintergrund des Standes der Technik von Bahnbildungsgeweben umfasst US-A-4,157,276, 4,605,585, 4,161,195, 3,545,705, 3,549,742, 3,858,623, 4,041,989, 4,071,050, 4,112,982, 4,149,571, 4,182,381, 4,184,519, 4,314,589, 4,359,069, 4,376,455, 4,379,735, 4,453,573, 4,564,052, 4,592,395, 4,611,639, 4,640,741, 4,709,732, 4,759,391, 4,759,976, 4,942,077, 4,967,085, 4,998,568, 5,016,678, 5,054,525, 5,066,532, 5,098,519, 5,103,874, 5,114,777, 5,167,261, 5,199,261, 5,199,467, 5,211,815, 5,219,004, 5,245,025, 5,277,761, 5,328,565, und 5,379,808. Das spezielle Bahnbildungsgewebe ist für den Erfolg der vorliegenden Erfindung nicht kritisch. Ein Bahnbildungsgewebe, von dem gefunden wurde, dass es mit der vorliegenden Erfindung besonders brauchbar ist, ist das Voith Fabrics Forming Fabric 2184, hergestellt von Voith Fabrics Corporation, Shreveport, LA.
Jedes geeignete Übertragungsgewebe kann in denjenigen Ausführungsformen der Erfindung, in denen ein Zwischen-Übertragungsgewebe verwendet wird, zur Übertragung der Bahn zwischen dem Bahnbildungsgewebe und dem Pressgewebe verwendet werden. In dieser Hinsicht sei auf US-A-5,607,551, Farrington et al., verwiesen. Die Geschwindigkeit des Übertragungsgewebes ist wesentlich langsamer als die Geschwindigkeit des Bahnbildungsgewebes, um der Bahn eine Streckung in Maschinenrichtung zu verleihen. Übertragungsgewebe umfassen durchlässige einschichtige, mehrschichtige oder Verbundstrukturen. Bevorzugte Gewebe weisen wenigstens eines der folgenden Merkmale auf: (1) auf der Seite desjenigen Übertragungsgewebes, das sich in Kontakt mit der nassen Bahn befindet (der "Oberseite"), beträgt die Anzahl der Stränge/cm (Masche) in Maschinenrichtung (MD) von 4–80/cm (10 bis 200/inch), und die Anzahl der Stränge/cm (Dichte) in Querrichtung (CD) beträgt ebenfalls 4–80/cm (10 bis 200/inch), der Strangdurchmesser ist typischerweise kleiner als 1,3 mm (0,050 inch), und (2) auf der Oberseite beträgt der Abstand zwischen dem höchsten Punkt auf dem MD-Kröpfungspunkt und dem höchsten Punkt auf dem CD-Kröpfungspunkt von 0,025 bis 0,5 oder 0,75 mm (0,001 bis 0,02 oder 0,03 inch). Zwischen diesen beiden Werten können Kröpfungspunke entweder aus MD- oder CD-Strängen bestehen, die der Topographie ein dreidimensionales Merkmal geben. Spezielle geeignete Übertragungsgewebe umfassen beispielsweise diejenigen, die von Asten Forming Fabrics Inc., Appleton, WIS., hergestellt werden, und diejenigen, die mit den Nummern 934, 937, 939 und 959 und Albany 94M bezeichnet sind und von Albany International, Appleton Wire Division, Appleton, WIS, hergestellt werden.
Das Pressgewebe ist zweckmäßigerweise auch ein grobes Gewebe, so dass die nasse Bahn in einigen Bereichen abgestützt und in anderen nicht abgestützt ist, damit die Bahn sich biegen und auf Luftdruckdifferenzen oder eine andere, auf die Bahn ausgeübte Durchbiegungskraft reagieren kann. Ein solches Gewebe, das für Zwecke dieser Erfindung geeignet ist, umfasst ohne Einschränkung diejenigen Papierherstellungsgewebe, die eine signifikante offene Fläche oder dreidimensionale Oberflächenkontur oder Vertiefung aufweisen, die ausreichend ist, um der Bahn eine wesentliche Durchbiegung in Z-Richtung zu verleihen, und eine ist beispielsweise in US-A-5,411,636, Hermans et al., offenbart.
Geeignete Pressgewebe, die manchmal als Durchströmtrockungsgewebe verwendet werden, umfassen gleichermaßen durchlässige einschichtige, mehrschichtige oder Verbundstrukturen. Die Merkmale sind denjenigen der oben aufgeführten Zwischenübertragungsgewebe ähnlich. Bevorzugte Gewebe haben somit wenigstens eines der folgenden Merkmale: (1) auf der Seite des Pressgewebes, das sich in Kontakt mit der nassen Bahn befindet (der "Oberseite"), beträgt die Anzahl der Stränge/2,54 cm (inch) (Masche) in Maschinenrichtung (MD) von 4–80/cm (10 bis 200/inch), und die Anzahl der Stränge/cm (Dichte) in Querrichtung (CD) beträgt ebenfalls 4–80/cm (10 bis 200/inch). Der Strangdurchmesser ist typischerweise kleiner als 0,127 cm (0,050 inch); (2) auf der Oberseite beträgt der Abstand zwischen dem höchsten Punkt auf dem MD-Kröpfungspunkt und dem höchsten Punkt auf dem CD-Kröpfungspunkt von 0,0254 bis 0,50 mm oder 0,76 mm (0,001 bis 0,02 oder 0,03 inch). Zwischen diesen beiden Werten können Kröpfungspunke entweder aus MD- oder CD-Strängen bestehen, die die Topographie eines dreidimensionalen Berg/Tal-Aussehens ergeben, die der Bahn beim Schritt des Nassformens verliehen wird; (3) ist die Länge der MD-Kröpfungspunke auf der Oberseite gleich der Länge der CD-Kröpfungspunke, oder sie ist größer als diese; (4) wenn das Gewebe als mehrschichtige Konstruktion gefertigt ist, ist es bevorzugt, dass die untere Schicht aus einer feineren Masche als die obere Schicht besteht, so dass die Tiefe des Eindringens der Bahn gesteuert wird, wodurch das Zurückhalten der Fasern maximiert wird, und (5) kann das Gewebe so hergestellt werden, dass es bestimmte geometrische Muster aufweist, die ansprechend aussehen und typischerweise alle zwei bis 50 Kettfäden wiederholt werden. Geeignete, kommerziell erhältliche grobe Gewebe umfassen eine Reihe von Geweben, die von Asten, Forming Fabrics, Inc., hergestellt werden, und schließen ohne Einschränkung Asten 934, 920, 52B und Velostar V800 ein. In Ausführungsformen, in denen sowohl ein grobes Zwischenübertragungsgewebe als auch ein Pressgewebe verwendet werden, sind die Geometrie und die Orientierung der Gewebe orthogonal optimiert, um die gewünschte Streckung in Maschinenrichtung und in Querrichtung zu erhalten.
Die Konsistenz der Bahn beim Anlegen der Druckdifferenz zum Anschmiegen der Bahn an die Form des Bahnbildungsgewebes muss hoch genug sein, damit die Bahn eine gewisse Intaktheit erhält und eine signifikante Anzahl von Bindungen innerhalb der Bahn gebildet wird, darf aber nicht so hoch sein, dass die Bahn nicht auf die Luftdruckdifferenz oder einen anderen Druck, der ausgeübt wird, um die Bahn in das Pressgewebe zu pressen, reagiert. Wenn die Konsistenz sich der Trockenheit annähert, ist es beispielsweise schwierig, aufgrund der Porosität der Bahn und ihrem Feuchtigkeitsmangel ein ausreichendes Vakuum an sie anzulegen. Vorzugsweise beträgt die Konsistenz der Bahn an ihrer Oberfläche von 30 bis 80 % und noch mehr bevorzugt von 40 bis 70 % und immer noch mehr bevorzugt von 45 bis 60 %. Obwohl die Erfindung unten im Zusammenhang mit dem Vakuumformen veranschaulicht ist, können die Mittel zum Durchbiegen der nassen Bahn zur Erzeugung einer Erhöhung des inneren Volumens pneumatische Mittel wie ein positiver und/oder negativer Luftdruck oder mechanische Mittel wie eine Walze mit hervorstehenden Vorsprüngen, die zu den Vertiefungen im groben Gewebe passen, sein. Ein Durchbiegen der Bahn wird vorzugsweise durch eine Luftdruckdifferenz bewirkt, die angelegt werden kann, indem Vakuum durch das grobe Stützgewebe gezogen wird, um die Bahn in das grobe Gewebe zu ziehen, oder indem der positive Druck auf die Bahn einwirken gelassen wird, um die Bahn in das grobe Gewebe zu pressen. Eine Vakuumsaugkammer ist eine bevorzugte Vakuumquelle, weil sie bei Papierherstellungsverfahren üblicherweise verwendet wird. Es können aber auch Luftrakel oder Luftpressen zur Ausübung eines positiven Drucks verwendet werden, wenn die von einem Vakuum ausgeübte Druckdifferenz nicht ausreichend ist, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Bei der Verwendung einer Vakuumsaugkammer kann die Breite des Vakuumschlitzes von 1,59 mm (16 inch) bis zu einer beliebigen erwünschten Größe betragen, solange die Pumpenkapazität ausreichend ist, um eine ausreichende Vakuumdauer zu erzeugen. Eine übliche Praxis besteht in der Verwendung eines Vakuumschlitzes von 3,18 mm (1/8 inch) bis zu 12,7 mm (1/2 inch).
Die Höhe der Druckdifferenz und die Dauer der Einwirkung der Druckdifferenz auf die Bahn können in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Eintrags, dem Grundgewicht der Bahn, dem Feuchtigkeitsgehalt der Bahn, der Konstruktion des groben Stützgewebes und der Geschwindigkeit der Maschine optimiert werden. Geeignete Vakuumbereiche können von 33,9 kPa (10 inch Quecksilber) bis 101,6 kPa (30 inch Quecksilber), vorzugsweise von 50,8 bis 84,7 kPa (15 bis 25 inch Quecksilber) und am meisten bevorzugt 67,7 kPa (20 inch Quecksilber) reichen.
Fasern zur Papierherstellung, die zur Bildung der absorbierenden Produkte der vorliegenden Erfindung verwendet werden, umfassen Cellulosefasern, die üblicherweise als Zellstofffaser bezeichnet werden, die beim Aufschlussverfahren aus Weichholz (Nacktsamer oder Koniferen) und Harthölzern (Bedecktsamer oder Laubbäume) freigesetzt werden. Zur Bildung der Bahn der vorliegenden Erfindung können auch Cellulosefasern aus diversen Materialquellen verwendet werden. Diese Fasern umfassen Nicht-Holz-Fasern, die aus Zuckerrohr, Bagasse, Sabai-Gras, Reisstroh, Bananenblättern, Papiermaulbeerbaum (d.h. Bastfaser), Abakablättern, Ananasblättern, Espartograsblättern und Fasern der Gattung Hesperaloe der Familie Agavaceae freigesetzt sind. Auch Altfaserstoffe, die alle obigen Faserquellen in verschiedenen Prozentwerten enthalten können, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Geeignete Fasern sind in US-A-5,320,710 und 3,620,911 offenbart.
Fasern zur Papierherstellung können durch ein beliebiges, dem Fachmann vertrautes chemisches Aufschlussverfahren einschließlich des Sulfat-, Sulfit-, Polysulfid-, Soda-Aufschlussverfahrens etc. von ihrem Ursprungsmaterial befreit werden. Der Zellstoff kann bei Bedarf einschließlich der Verwendung von Chlor, Chlordioxid, Sauerstoff etc. chemisch gebleicht werden. Weiterhin können Fasern durch jedes beliebige, dem Fachmann vertraute mechanisch/chemische Aufschlussverfahren einschließlich des mechanischen Aufschlusses, des thermomechanischen Aufschlusses und des chemothermomechanischen Aufschlusses von ihrem Ursprungsmaterial befreit werden. Diese mechanischen Zellstoffe können bei Bedarf mittels einer Anzahl von Bleichschemata einschließlich eines alkalischen Peroxids und eines Ozonbleichens gebleicht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzte Einträge können signifikante Mengen an Sekundärfasern enthalten, die signifikanten Mengen an Asche und Feinanteilen enthalten. In der Industrie ist es üblich, im Zusammenhang mit frischen Fasern den Begriff "Asche" zu verwenden. Dies ist als Aschemenge definiert, die erzeugt würde, wenn die Fasern verbrannt würden. Normalerweise wird in frischen Fasern nicht mehr als etwa 0,1 % bis etwa 0,2 % Asche gefunden. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff "Asche" umfasst diese "Asche" im Zusammenhang mit frischen Fasern sowie Verunreinigungen, die aus der vorherigen Verwendung der Faser resultieren. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendete Einträge können einen Überschuss an Aschemengen von mehr als etwa 1 % oder mehr einschließen. Die Ursache für Asche liegt darin, dass bei der Bildung eines gefüllten oder gestrichenen Papierprodukts für Papier Füllmittel oder Beschichtungen erforderlich sind. Bei Asche handelt es sich normalerweise um eine Mischung, die Titandioxid, Kaolinton, Calciumcarbonat und/oder Siliciumdioxid enthält. Diese überschüssige Asche oder dieser überschüssige, aus Teilchen bestehender Stoff stört herkömmlicherweise Verfahren, bei denen Altfaserstoffe eingesetzt werden, wodurch die Verwendung von Altfaserstoff unattraktiv gemacht wird. Im Allgemeinen ist rückgeführtes, hohe Aschemengen enthaltendes Papier wesentlich preiswerter als rückgeführte Papiere mit einem niedrigen oder insignifikanten Aschegehalt. Somit besteht für ein Verfahren zur Herstellung eines hochwertigen oder fast hochwertigen Produkts aus rückgeführtem, übermäßige Aschemengen enthaltenden Papier ein signifikanter Vorteil.
Einträge, die überschüssige Asche enthalten, enthalten normalerweise auch signifikante Mengen an Feinanteilen. Asche und Feinanteile stehen am häufigsten mit sekundärem Altfaserstoff, Altpapier und Papierausschuss von Druckereien und dergleichen im Zusammenhang. Sekundär rückgeführte Fasern mit Überschussmengen an Asche und signifikanten Feinanteilen sind auf dem Markt erhältlich und relativ preiswert, weil allgemein akzeptiert ist, dass nur sehr dünne, raue, billige Handtuch- und Tissueprodukte erzeugt werden können, sofern die Papierrohstoffe nicht so bearbeitet werden, dass die Asche entfernt wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Erhalt eines Papierprodukts mit einem hohen Hohlraumvolumen und hochwertigen oder fast hochwertigen Qualitäten aus Sekundärfasern mit signifikanten Mengen an Asche und Feinanteilen ohne eine Notwendigkeit zur Vorbearbeitung der Faser zur Entfernung von Feinanteilen und Asche. Obwohl die vorliegende Erfindung die Verwendung von Fasermischungen einschließlich der Verwendung von frischen Fasern vorsieht, können Fasern in den Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung mehr als 0,75 % Asche und manchmal mehr als 1 % Asche aufweisen. Die Faser kann mehr als 2 % Asche und sogar bis zu 30 % Asche oder mehr aufweisen.
Der hier verwendete Begriff "Feinanteile" stellt Materialien innerhalb der Papierrohstoffe dar, die durch ein Sieb mit 100 mesh gelangen. Die Begriffe "Asche" und "Aschegehalt" sind oben definiert und können unter Anwendung des TAPPI-Standards, Methode T211 OM93, bestimmt werden.
Die Suspension der Fasern oder der Einträge kann chemische Additive zur Änderung der physikalischen Eigenschaften des erzeugten Papiers enthalten. Diese Chemikalien sind vom Fachmann gut verstanden und können in jeder bekannten Kombination verwendet werden.
Der Zellstoff kann mit Mitteln zur Einstellung der Festigkeit, wie Nassfestmitteln, Trockenfestmitteln und Entbindungsmitteln/Erweichungsmitteln vermischt werden. Geeignete Nassfestmittel sind für den Fachmann leicht offensichtlich. Eine umfassende, aber nicht erschöpfende Liste brauchbarer Verfestigungshilfsmittel umfassen Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, glyoxylierte Polyacrylamid-Harze, Polyamid-Epichlorhydrin-Harze und dergleichen. Warmhärtende Polyacrylamide werden erzeugt, indem Acrylamid mit Diallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) umgesetzt wird, wodurch ein kationisches Polyacrylamid-Copolymer erzeugt wird, das schließlich mit Glyoxal umgesetzt wird, wodurch ein kationisch vernetzendes Harz mit Nassfestigkeit, glyoxyliertes Polyacrylamid, erzeugt wird. Diese Materialien sind in US-A-3,556,932, Coscia et al., und 3,556,933, Williams et al., allgemein beschrieben. Harze dieses Typs sind unter der Handelsbezeich nung PAREZ 631NC von Cydec Industries kommerziell erhältlich. Verschiedene Stoffmengenverhältnisse von Acrylamid/DADMAC/Glyoxal können zur Erzeugung von vernetzenden Harzen verwendet werden, die als Nassfestmittel brauchbar sind. Weiterhin kann Glyoxal durch andere Dialdehyde ersetzt werden, um Warmhärtungs-Nassfestigkeits-Eigenschaften zu erzeugen. Von besonderem Nutzen sind die Polyamid-Epichlorhydrin-Harze, wobei ein Beispiel dafür unter den Handelsbezeichnungen Kymene 557LX und Kymene 557H von Hercules Incorporated, Wilmington, Delaware, und CASCAMID^® von Borden Chemical Inc. verkauft wird. Diese Harze und das Verfahren zur Herstellung davon sind in US-A-3,700,623 und in US-A-3,772,076 beschrieben. Eine ausführliche Beschreibung von polymeren Epihalohydrin-Harzen ist in Kapitel 2: Alkaline-Curing Polymeric Amine-Epichlorohydrin, Espy, in Wet Strength Resins and Their Application (L. Chan, Hrsg., 1994), aufgeführt. Eine vernünftig umfassende Liste von Nassfestharzen ist von Westfeld in Cellulose Chemistry and Technology, Band 13, 5. 813, 1979, aufgeführt.
Geeignete Trockenfestmittel sind für einen Fachmann leicht offensichtlich. Eine umfassende, aber nicht erschöpfende Liste mit brauchbaren Trockenfestmitteln umfasst Stärke, Guargummi, Polyacrylamid, Carboxymethylcellulose. Von besonderem Nutzen ist Carboxymethylcellulose, wobei ein Beispiel dafür unter der Handelsbezeichnung Hercules CMC von Hercules Incorporated, Wilmington, Delaware, verkauft wird.
Geeignete Entbindungsmittel sind dem Fachmann gleichermaßen bekannt. Entbindungsmittel oder Erweichungsmittel können auch in den Zellstoff eingearbeitet oder nach deren Bildung auf die Bahn gesprüht werden. Die vorliegende Erfindung kann auch mit Erweichungsmaterialien aus der Klasse der von teilweise säureneutralisierten Aminen stammenden Amidoaminsalze verwendet werden. Solche Materialien sind in US-A-4,720,383 offenbart. Evans, Chemistry and Industry, 5. Juli 1969, S. 893–903; Egan, J.Am.Oil Chemist's Soc., Band 55 (1978), S. 118–121 und Trivedi et al., J.Am.Oil Chemist's Soc., Juni 1981, 5. 754–756, deuten darauf hin, dass Erweichungsmittel kommerziell oft nur als komplexe Mischungen statt als einzelne Verbindungen erhältlich sind. Obwohl die folgende Diskussion sich auf die vorherrschende Spezies konzentriert, gilt als vereinbart, dass in der Praxis gewöhnlich kommerziell verfügbare Mischungen verwendet würden.
Quasoft 202-JR ist ein geeignetes Erweichungsmaterial, das durch das Alkylieren eines Kondensationsprodukts von Oleinsäure und Diethylentriamin erhalten werden kann. Die Synthesebedingungen unter Verwendung eines Unterschusses eines Alkylierungsmittels (z.B. Diethylsulfat) und nur eines Alkylierungsschrittes, gefolgt von einer Einstellung des pH-Werts zur Protonierung der nichtethylierten Spezies, führen zu einer Mischung, die aus kationischen ethylierten und kationischen nichtethylierten Spezies besteht. Ein kleinerer Anteil (z.B. etwa 10 %) des resultierenden Amidoamins cyclisiert zu Imidazolinverbindungen. Weil nur die Imidazolinanteile dieser Materialien quaternäre Ammoniumverbindungen sind, sind die Zusammensetzungen als Ganzes pH-Wert-empfindlich. Daher sollte in der Praxis der vorliegenden Erfindung mit dieser Chemikalienklasse der pH-Wert im Stoffauflaufkasten etwa 6 bis 8, noch mehr bevorzugt 6 bis 7 und am meisten bevorzugt 6,5 bis 7 betragen.
Quaternäre Ammoniumverbindungen wie quaternäre Dialkyldimethylammoniumsalze sind ebenfalls geeignet, insbesondere, wenn die Alkylgruppen etwa 14 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten. Diese Verbindungen haben den Vorteil, relativ pH-Wert-unempfindlich zu sein.
Biologisch abbaubare Erweichungsmittel können verwendet werden. Repräsentative biologisch abbaubare kationische Erweichungsmittel/Entbindungsmittel sind in US-A-5,312,522, 5,415,737, 5,262,007, 5,264,082 und 5,223,096 offenbart. Bei den Verbindungen handelt es sich um biologisch abbaubare Diester von quaternären Ammoniumverbindungen, quaternisierten Aminestern und biologisch abbaubaren Estern auf der Grundlage von pflanzlichen Ölen, die mit quaternärem Ammoniumchlorid und Diesterdierucyldimethylammoniumchlorid funktionalisiert und repräsentative biologisch abbaubare Erweichungsmittel sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine besonders bevorzugte Entbindungsmittel-Zusammensetzung eine quaternäre Aminkomponente sowie ein nichtionisches Tensid.
Die quaternäre Ammoniumkomponente kann eine quaternäre Ammoniumspezies einschließen, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Alkyl(enyl)amidoethylalkyl(enyl)imidazolinium-, Dialkyldimethylammonium- oder Bisalkylamidoethylmethylhydroxyethylammoniumsalz, wobei die Alkylgruppen gesättigt, ungesättigt oder Mischungen davon sind und die Kohlenwasserstoffketten Längen von 10 bis 22 Kohlenstoffatomen haben. Die Entbindungsmittel-Zusammensetzung kann eine synergistische Zusammensetzung aus (a) einer quaternären Ammonium-Tensidkomponente, umfassend eine Tensidverbindung, die aus der aus Dialkyldimethylammoniumsalzen der Formel:
einem Bisdialkylamidoammoniumsalz der Formel:
einem Dialkylmethylimidazoliniumsalz der Formel:
bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wobei jedes R gleich oder verschieden sein kann und jedes R eine Kohlenwasserstoffkette mit einer Kettenlänge von etwa 12 bis etwa 22 Kohlenstoffatomen veranschaulicht, die gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Verbindungen mit einem geeigneten Anion assoziiert sind, und (b) einer nichtionischen Tensidkomponente einschließen. Vorzugsweise ist das Ammoniumsalz eine Dialkylimidazolinium-Verbindung und das geeignete Anion Methylsulfat. Die nichtionische Tensidkomponente umfasst typischerweise das Produkt der Reaktion einer Fettsäure oder eines Fettalkohols mit Ethylenoxid, wie einen Polyethylenglycoldiester einer Fettsäure (PEG-Diole oder PEG-Diester).
Eine zweckmäßige Art zur Erhöhung des Produktvolumens besteht darin, im Eintrag am Formbildungsende des Verfahrens wenigstens eine kleine Menge einer Kräuselfaser bereitzustellen. Dies kann bewerkstelligt werden, indem ein kommerziell von Weyerhauser erhältliches Additiv zur Erhöhung des Volumens ("HBA") oder geeignete frische oder Sekundärfasern mit einer zusätzlichen Kräuselung versehen werden können, wie in einem oder mehreren der folgenden Patente beschrieben ist: US-A-2,516,384, Hill et al., US-A-3,382,140, Henderson et al., US-A-4,036,679, Bach et al., US-A-4,431,479, Barbe et al., US-A-5,384,012, Hazard, US-A-5,348,620, Hermans et al., US-A-5,501,768, Hermans et al, oder US-A-5,858,021, Sun et al. Die Kräuselfaser wird in geeigneten, hier aufgeführten Mengen zugegeben, oder man kann bei Bedarf 100 % Kräuselfaser verwenden, wenn die Kosten dies gestatten.
In dieser letzteren Hinsicht besteht ein besonders kostengünstiges Verfahren einfach darin, die Faser in einem Druck-Scheibenrefiner bei einer relativ hohen Konsistenz (20–60 %) mit gesättigtem Dampf bei einem Überdruck von 133 bis 1132 kPa (5 bis 150 psig) gleichzeitig einer Wärmebehandlung und einer Verwicklung unterzogen. Vorzugsweise wird der Refiner bei niedrigen Energieeinträgen, weniger als 2 PS/Tag/Tonne, und mit kurzen Verweilzeiten der Faser im Refiner betrieben. Geeignete Verweilzeiten können weniger als 20 s und typischerweise weniger als 10 s sein. Durch dieses Verfahren werden Fasern mit einer bemerkenswert haltbaren Kräuselung erzeugt, wie in US-A-6,899,790 (US-Patentanmeldung Nr. 09/793,863, eingereicht am 27. Februar 2001) beschrieben ist. Bei Bedarf können Bleichchemikalien wie Alkali und Wasserstoffperoxid eingeschlossen werden, um die Helligkeit des Produkts zu erhöhen, wie in US-A-6,627,041 (US-Patentanmeldung Nr. 09/973,874, eingereicht am 27. Februar 2001) beschrieben ist.
Trocknen durch Aufblasen von Luft ist beispielsweise im Zusammenhang mit Trockenhauben bei Trockenzylindern von Selbstabnahmemaschinen bekannt. Siehe Convective Heat Transfer Under Turbulent Impinging Slot Jet at Large Temperature Differences; Voss et al., Department of Chemical Engineering, McGill University, Pulp and Paper Research Institute of Canada, Montreal, Quebec, (Kyoto Conf. 1985). Es unterscheidet sich vom Durchlufttrocknen, bei dem das gesamte oder wenigstens das meiste Trocknungsfluid tatsächlich durch die Bahn gelangt. Das Trocknen durch Aufblasen von Luft ist im Zusammenhang mit gestrichenem Papier eingesetzt worden. Siehe beispielsweise US-A-5,865,955, Ilvespäät et al., sowie die folgenden U.S.-Patente: US-A-5,968,590, Ahonen et al., und US-A-6,001,421, Ahonen et al. Im Zusammenhang mit dem Trocknen durch Aufblasen von Luft gelangt nur wenig, wenn überhaupt, Trocknungsluft durch die Bahn. Anders als bei der im Fachgebiet bekannten Verwendung des Trocknens durch Aufblasen von Luft betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei dem die absorbierende Bahn auf einem Pressgewebe durch Aufblasen von Luft getrocknet wird. In bevorzugten Ausführungsformen wird die Bahn nichtkomprimierend entwässert, bevor sie durch Aufblasen von Luft getrocknet wird. Mit einer "nicht-komprimierenden Entwässerung" ist gemeint, dass die Bahn nicht "ge quetscht" wird, wie in einer Walzenpresse oder in einem Spalt zwischen einer Walze und einem Papiermaschinenfilz, wie bei einer typischen Schuhpresse, bevor sie durch Aufblasen von Luft getrocknet wird.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber Durchströmtrocknungsverfahren können unter Berücksichtigung der 1 bis 4 gewürdigt werden. Für Durchströmtrockungsverfahren zur Herstellung von absorbierenden Bahnen werden relativ permeable Bahnen benötigt, die mit hohen Grundgewichten oder mit Altfaserstoff mit einem relativ hohen Staubanteil gebildet werden können oder auch nicht. In dieser Hinsicht wurde eine Reihe von absorbierenden Bahnen mit 100 % Altfaserstoff auf die Eignung zum Durchströmtrocknen getestet, indem sie um 300 % angefeuchtet wurden (Konsistenz 25 %) und mit Heißluft in einer Durchströmtrocknungsvorrichtung getrocknet wurden.
1(a) ist ein Diagramm der Trocknungszeit in Sekunden als Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes für ein trocken gekrepptes Produkt mit 14,67 g/m² (9 lb/3000 ft²), das mit einem Altfaserstoff-Eintrag hergestellt wurde, wobei die Trocknungstemperatur 230°C betrug und der Druckabfall durch die Bahn 250 mm Wasser betrug. 1(b) ist ein Diagramm der Luftgeschwindigkeit durch die Bahn bei 0 % Feuchtigkeit als Funktion des Druckabfalls in mm Wasser, die zur Erzeugung der Trocknungsdaten von 1(a) verwendet wurde.
2(a) ist ein Diagramm der Trocknungszeit als Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes für ein nass gekrepptes Produkt mit 21,19 g/m² (13 lb/3000 ft²), das mit einem Altfaserstoff-Eintrag hergestellt wurde, wobei die Trocknungstemperatur 220°C betrug und der Druckabfall durch die Bahn 480 mm Wasser betrug. 2(b) ist ein Diagramm der Luftgeschwindigkeit durch die Bahn als Funktion des Druckabfalls bei verschiedenen Feuchtigkeitsgraden für die Bahn, die zur Erzeugung der Trocknungsdaten von 2(a) verwendet wurde.
3(a) ist ein Diagramm der Trocknungszeit als Funktion des Feuchtigkeitsgehalts für ein trocken gekrepptes Produkt von 22,82 g/m² (14 lb/3000 ft²), das mit einem Altfaserstoff-Eintrag hergestellt wurde, wobei die Trocknungstemperatur 230°C betrug und der Druckabfall durch die Bahn 370 mm Wasser betrug. 3(b) ist ein Diagramm der Luftgeschwindigkeit durch die Bahn als Funktion des Druckabfalls bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 0 %, das zur Erzeugung der Daten in 3(a) zu Trocknungsdaten verwendet wurde.
4(a) ist ein Diagramm der Trocknungszeit als Funktion des Feuchtigkeitsgehaltes bei verschiedenen Feuchtigkeitsgraden zum Zeitpunkt 0 für ein nass gekrepptes Produkt von 45,64 g/m² (28 lb/3000 ft²), das mit Altfaserstoff-Eintrag hergestellt wurde, wobei die Trockungstemperatur 220°C betrug und der Druckabfall durch die Bahn 480 mm Quecksilber betrug. 4(b) ist ein Diagramm der Luftgeschwindigkeit durch die Bahn als Funktion des Druckabfalls durch die Bahn, das zur Erzeugung der Daten in (4a) verwendet wurde.
Die Daten der 1(a) bis 4(b) können verwendet werden, um einen Durchströmtrocknungsverfahren mit einem Trocknungsverfahren durch Aufblasen von Luft der vorliegenden Erfindung zu vergleichen, wie in Tabelle 1 unten aufgeführt ist, wobei die Trocknung von einer Konsistenz von 25 % bis zu einer Konsistenz von 95 % berechnet ist.
Tabelle 1: Vergleich der Durchströmtrocknungsverarbeitung mit einem Trocknen durch Aufblasen von Luft

^*Basis: Trocknungsbeginn bei einer Konsistenz von 25 % (3 lbs Wasser/lb Faser) und Fertigtrockung bei einer Konsistenz von 95 %.

Während im Zusammenhang mit Durchströmtrocknern mit einem Durchmesser von 4,9 bis 5,5 m (16–18 Fuß) und einem Umschlingungswinkel von 270° Durchströmtrocknungslängen von 15,2 bis 30,5 m (50–100 Fuß) offensichtlich als praktisch betrachtet werden können, wäre dies für Längen oberhalb dieses Wertes nicht der Fall. Somit ist ein Durchströmtrocknen bei Bahnen mit einer niedrigen Durchlässigkeit einfach nicht durchführbar. Wenn mehrere Trockner verwendet werden, können weitere Einsparungen erreicht werden, indem die erwärmte Luft mit relativ niedriger Feuchtigkeit, die in Stromabwärts- oder in nachfolgenden Aufblaslufttrocknern eingesetzt wurde, stromaufwärts kaskadiert wird. Dieses letztere Merkmal der vorliegenden Erfindung ist im Zusammenhang mit den 5 und 6 besser ersichtlich, wie unten weiter diskutiert wird.
In 5 ist eine Papierherstellungsvorrichtung 10 dargestellt, die zum Praktizieren der vorliegenden Erfindung brauchbar ist. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Bahnbildungspartie 12, eine Zwischenträgerpartie 14, eine mit 16 bezeichnete Übertragungszone, eine Vortrockungs-/Pressenpartie 18 und eine Mehrzahl von Aufblaslufttrocknern 20, 22, 24, die rotierende Vakuumzylinder und Luftaufblas-Trockenhauben einschließen, wie unten beschrieben ist. Auch optional ausgebildet ist eine Krepppartie 26.
In der Partie 12 werden ein Auflaufkasten 28 und ein Bahnbildungsgewebe 30, das um eine Saug-Brustwalze 32 gelegt ist, bereitgestellt. Ein Saugbehälter 34 entwässert auf dem Gewebe 30 abgeschiedenen Eintrag nichtkomprimierend mittels des Auflaufkastens 28. Das Gewebe 30 ist auch um die Rollen 36, 38, 40 und 42 gelegt.
Die Zwischenträgerpartie 14 umfasst ein Zwischenträgergewebe 44, das von den Rollen 46–56 abgestützt wird. Das Gewebe 44 passiert auch einen weiteren Saugbehälter 58, der weiterhin zur Entwässerung einer entstehenden Bahn W, die sich in der durch die Pfeile 60–64 bezeichneten Richtung über einem bogenförmigen Teil der Rolle 38 sowie an einem Übertragungskopf 66 bewegt, dient. Bei Bedarf können Vorspannungsvorrichtungen ausgebildet sein, um ein Durchhängen der verschiedenen Gewebe zu beseitigen.
Die Übertragungszone 16 umfasst das Gewebe 44 sowie ein Pressen des in Richtung 70 laufenden Gewebes 68. Das Gewebe 68 ist um eine Mehrzahl von Stützrollen 72–76 gelegt, die oben aufgeführte Vorspannungsvorrichtungen einschließen können, und ist weiterhin um die Zylinder 88, 80 bzw. 82 der Luftaufblastrockner 20, 22 und 24 der Vorrichtung 10 gelegt. Weiterhin ist ein Formungs-Saugbehälter 84 ausgebildet, der ein Vakuum von 33,9 bis 102 kPa (10 bis 30 inch Quecksilber) zieht und dahingehend wirksam ist, dass er die Bahn W makroskopisch umlagert, wodurch die nasse Bahn geformt und dem Produkt eine vom Gewebe 68 definierte Struktur verliehen wird. Die Geschwindigkeiten der Gewebe 68 und 44 werden unabhängig gesteuert, wobei das Gewebe 68 sich langsamer als das Gewebe 44 fortbewegt, wodurch wobei das Gewebe 68 sich langsamer als das Gewebe 44 fortbewegt, wodurch bei der Herstellung einer Bahn der vorliegenden Erfindung eine sogenannte "Schnellübertragung" erfolgt. Die Übertragung vom Gewebe 44 auf 68 wird somit gemäß der Beschreibung in US-A-4,440,597, Wells et al., durchgeführt.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Reversier-Saugzylindern 85, 86, die in einer Reihe angeordnet sind, die parallel zur derjenigen Reihe angeordnet sind, die von den Zylindern 78, 80 und 82 definiert wird, sowie ein anderes Übertragungsgewebe 88 und in einer Krepppartie 26 einen erwärmten, sich drehenden Kreppzylinder 90, der mit einer Kreppschaberklinge 92 ausgestattet ist.
Während des Betriebs wird die Bahn W auf dem Gewebe 30 gebildet, auf das Gewebe 44 übertragen, das sich mit einer Geschwindigkeit V1 fortbewegt. Wie veranschaulicht ist, wird die Bahn W in der Übertragungspartie 18, bei dem die Übertragung durch den dargestellten Übertragungssaugkopf 66 unterstützt wird, vom Gewebe 44 auf das Gewebe 68 übertragen. Das Übertragungsgewebe 68, bei dem es sich um ein oben aufgeführtes grobes Übertragungsgewebe handelt, läuft mit einer Geschwindigkeit V2, die gemäß der Erfindung charakteristischerweise kleiner als die Geschwindigkeit V1 des Gewebes 44 ist.
Nach der Übertragung wird die Bahn W in der Pressenpartie 18 vom Saugbehälter 84 makroskopisch umgelagert, bevor es von den Luftaufblastrocknern 20, 22 und 24, die gemäß der Darstellung angeordnet sind, weiter durch Aufblasen von Luft getrocknet wird. Typischerweise können die gemäß der Erfindung verwendeten Luftaufblastrockner solche mit zwei Trocknungszonen, wie die Zonen 94, 96 in der Haube 98 des Trockners 20, sein. Vakuumzylinder wie die Zylinder 78–82 können einen Durchmesser von 12 Fuß haben, und die Reversier-Saugwalzen 85, 86 können einen Durchmesser von 6 Fuß haben.
Gegebenenfalls ist eine Stromabwärts-Trockenhaube wie die Haube 100 des Trockners 24 mit einer Stromaufwärts-Trockenhaube wie der Haube 98 mittels einer Leitung 102 gekoppelt. Auf diese Weise kann Abluft aus dem Luftaufblastrockner 100, der bei einer relativ niedrigen Feuchtigkeit betrieben wird, stromaufwärts zur Haube 98 kaskadiert werden, um Energie zu sparen, d.h. die von gasbetriebenen Trocknern zum Vorwärmen der Trockenluft erforderliche Energie zu reduzieren.
Im Allgemeinen können die Trocknungslufttemperaturen in den Hauben von 125°C bis 175°C reichen, wobei 150°C typisch sind. Im Allgemeinen beträgt die Konsistenz (Feststoffgehalt) der Bahn von 30–70 %, bevor sie durch Aufblasen von Luft getrocknet wird, und sie wird vorzugsweise zu einer Konsistenz eines Feststoffgehalts von wenigstens 90 % getrocknet, und noch mehr bevorzugt wird die Bahn W von den Trocknern 20–24 bis zu einem Feststoffgehalt von wenigstens 95 % getrocknet.
Nach einem Trocknen durch Aufblasen von Luft kann die Bahn W kalandriert und aufgewickelt oder gegebenenfalls auf das Gewebe 88 übertragen werden, bei dem es sich um ein oben beschriebenes grobes Pressgewebe handeln kann. Dann wird die Bahn mit der Walze 104 auf einen Kreppzylinder gepresst, wodurch die Bahn selektiv verdichtet wird, und gekreppt, wodurch dem Produkt eine weitere Streckung in Maschinenrichtung verliehen wird, wie in US-A-3,301,746, Sanford et al., und US-A-4,529,480, Trokhan et al., beschrieben ist.
Typische erfindungsgemäße Luftaufblastrocknungslängen können zwischen 30,5 und 45,7 m (100 und 150 Fuß) betragen, wobei Trockungsgeschwindigkeiten von 146,1–195 kg/hm² (30–40 lbs/ft²-h) betragen. Die Trockungslängen sind für jeden Trockner als Grad der Umschlingung des Trockenzylinders geteilt durch 360° mal π mal den Zylinderdurchmesser in Fuß berechnet, während die Luftaufblastrocknungsfläche pro Trockner die Trocknungslänge pro Zylinder mal die (Axial)Länge des Trockenzylinders des Trockners ist.
Eine weitere Papierherstellungsmaschine 110, die zur Herstellung von ungekreppten, durch Aufblasen von Luft getrockneten Produkten gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in 6 aufgeführt. Die Maschine 110 umfasst gewöhnlich eine Doppelsieb-Blattbildungspartie 112, eine Zwischenübertragungspartie 114 und eine Luftaufblastrockenpartie 116, die in 6 schematisch dargestellt sind. Die Partie 112 umfasst einen Auflaufkasten 118, bei dem es sich um einen schichtförmigen oder schichtfreien Auflaufkasten handeln kann, der einen Cellulose-Papierherstellungseintrag auf einem Bahnbildungssieb 120 abscheidet, das von einer Mehrzahl von Rollen 122, 124, 126, 128 einschließlich einer Vakuumrolle 130 abgestützt wird. Das Bahnbildungssieb 132 ist zur Unterstützung der entstehenden Bahn W ausgebildet und wird von einer Mehrzahl von zylindrischen Rollen wie der Rolle 134 abgestützt. Die entsprechenden Bahnbildungssiebe 120 bzw. 132 bewegen sich in die Richtung 136 bzw. 138, wie in 6 veranschaulicht ist, und die Bahn W kann mit einem Saugbehälter entwässert werden, bevor sie zu der in 6 veranschaulichten Übertragungspartie 114 übertragen wird.
Die Übertragungspartie 114 umfasst ein Übertragungsgewebe 140, bei dem es sich um ein Pressgewebe handeln kann, das mit einer wesentlichen Textur senkrecht zur Maschinenrichtung versehen ist und von einer Mehrzahl von Rollen 142–146 einschließlich der Rolle 148 abgestützt ist. Ebenfalls ausgebildet ist ein Übertragungskopf 150, der eine Vakuumunterstützung für die Übertragung der Bahn W vom Sieb 120 auf das Gewebe 140 darstellt. Das Gewebe 140 bewegt sich typischerweise mit einer Geschwindigkeit, die niedriger als die Geschwindigkeit des Gewebes 120 ist, um in der Bahn W Mikrokontraktionen zu erzeugen, wie beispielsweise in US-A-5,607,551 aufgeführt ist sowie oben im Zusammenhang mit 5 aufgeführt wurde.
Die Bahn W wird auf ein weiteres Pressgewebe 152 überführt, das um eine Mehrzahl von Rollen 154–158 sowie um die Zylinder 160–164 der in 6 veranschaulichten Luftaufblastrockner 166–170 gelegt ist. Die Luftaufblastrockner 166–170 sind mit Doppelzonen-Luftaufblashauben 172–176 ausgestattet, wie im Zusammenhang mit 5 beschrieben und im Zusammenhang mit den 7(a) und 7(b) unten weiter beschrieben ist.
Die Übertragung der Bahn auf das Gewebe 152 wird durch einen Saugkopf 178 unterstützt. Das Gewebe 152 kann mit einer Geschwindigkeit laufen, die niedriger als diejenige des Gewebes 140 ist, wodurch der Bahn W eine weitere Streckung in Maschinenrichtung verliehen wird. Neben dem Gewebe 152 ist ein Saugbehälter 180 ausgebildet, wodurch die Bahn W gewöhnlich durch das Anlegen eines Vakuums von 33,9 bis 102 kPa (10 bis 30 inch Quecksilber) zu einem Gewebe 152 geformt wird, wobei die Bahn eine Konsistenz von 50 % haben kann und das Vakuum dahingehend funktioniert, dass die Bahn sich makroskopisch umgelagert und an die Form des Gewebes 152 anschmiegt.
Nach dem Formpressen wird die Bahn zu den Trocknern 166–170 befördert und durch Aufblasen von Luft typischerweise bis zu einer Konsistenz von wenigstens 90 % getrocknet, bevor sie bei der Saugrolle 182 vom Gewebe 152 entfernt und von den Walzen 184, 186 kalandriert wird. Nach dem Kalandrieren kann die Bahn in der Richtung 188 weiterbearbeitet werden, indem die absorbierende Bahn vor dem Aufwickeln beispielsweise geprägt werden kann.
Der Luftstrom in den Hauben der Luftaufblastrockner ist in den 7(a) und 7(b) veranschaulicht. Die 7(a) und 7(b) sind schematische Veranschaulichungen der Konstruktion der Oberfläche der Aufblastrockenvorrichtung, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird und hier beschrieben ist. Blaslöcher der Aufblastrockenvorrichtung sind mit dem Bezugszeichen N2 bezeichnet und leiten den Luftstrom P_N2 in Richtung der Bahn, und die Abluftrohre sind mit dem Bezugszeichen N1 bezeichnet und entfernen einen Luftstrom P_N1 aus der Nähe der Bahn. Der Durchmesser eines jeden Abluftrohres N1 beträgt 50 mm bis 100 mm, vorzugsweise 75 mm, und der Durchmesser eines jeden Blaslochs beträgt 3 mm bis 8 mm, am üblichsten 5 mm. Die Papierbahn W läuft in einem Abstand von 10 mm bis 150 mm, vorzugsweise 25 mm, von der Stirnfläche der Düsenplatte, und die Düsenkammer der Haube ist mit dem Bezugszeichen N gekennzeichnet. Der Vakuumzylinder, gegen den die Auflufttrockenvorrichtung angeordnet ist, ist in 7(b) mit dem Bezugszeichen C gekennzeichnet, wobei es als vereinbart gilt, dass es sich hierbei um die Anordnung der verschiedenen Elemente der 5 und 6 handelt. Der offene Bereich der Blaslöcher und der Düsenplatte im Bereich der Bahn W beträgt von 1 % bis 5 % und am üblichsten 1,5 %. Die Geschwindigkeit der Luft in den Blaslöchern beträgt 40 m/s bis 150 m/s, vorzugsweise 100 m/s. Die erwärmte Luft prallt auf die Bahn W, die sich auf einem Pressgewebe befindet, wodurch die Bahn weiter geformt wird. Die geblasene Luftmenge beträgt von 0,5 bis 2,5 m³/s·m², was für die wirksame Fläche der Trocknungseinheit berechnet ist. Am üblichsten wird eine Luftmenge von 1 bis 1,5 m³/s·m² verwendet. Die offene Fläche der Abluftrohre beträgt 5 % bis 15 %, am üblichsten 10 %. Es ist möglich, zusätzlich zu der in 7(a) veranschaulichten Düsen-Stirnfläche eine Schlitzdüsenkonstruktion, Fluid-Düsenkonstruktion, Folien-Düsenkonstruktion oder eine Direktblas-Düsenkonstruktion sowie beispielsweise Infra-Trockner zu verwenden. Wie zu sehen ist, befinden sich sowohl die Aufluft als auch deren Abführung auf derselben Seite der Bahn W.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Faservlieses, umfassend: (a) die Abscheidung eines wässrigen, Cellulosefaser umfassenden Eintrags auf einem Bahnbildungsgewebe (30, 120, 132); (b) das Entwässern der nassen Bahn (w) zu einer Konsistenz von 15 bis 40 %; (c) das Übertragen der entwässerten Bahn (w) mit der Konsistenz von 15 bis 40 % auf ein anderes Gewebe (44, 140), das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die um 10 bis 80 % langsamer als die Geschwindigkeit der entwässerten Bahn (w) vor einer solchen Übertragung ist, wodurch dem absorbierenden Faservlies eine Streckung in Maschinenrichtung verliehen wird; (d) das Übertragen der Bahn auf ein Pressgewebe (68, 152) und das makroskopische Umordnen der Bahn durch das Einwirkenlassen einer Luftdruckdifferenz zur Anpassung an die Oberfläche eines Pressgewebes (68, 152) und (e) das Trocknen durch Aufblasen von Luft auf ein Pressgewebe (68, 152) unter Bildung des absorbierenden Faservlieses.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Trocknens der Bahn durch Aufblasen von Luft das Trocknen des Vlieses mit einer Mehrzahl von nacheinander angeordneten Luftaufblastrocknern (20, 22, 24, 166–170) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei aufgeblasene Abluft aus einem stromabwärts gelegenen Trockner kaskadenförmig nach hinten zu einem stromaufwärts gelegenen Luftaufblastrockner (20) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die im Eintrag vorhandene Cellulosefaser Altfaserstoff umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Trocknens der Bahn durch Aufblasen von Luft das Trocknen der Bahn durch Aufblasen von Luft auf einem Pressgewebe (68, 152) umfasst, das auf einem Vakuumzylinder (78, 80, 82, 160, 162, 164) abgestützt ist, der sich in einer gegenüberliegenden Beziehung mit einer Luftaufblas-Trockenhaube (98, 172–176) befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend die Schritte des: (f) Haftens der durch Aufblasen von Luft getrockneten Bahn an einen rotierenden Zylinder (90) und (g) Kreppen der Bahn vom Zylinder (90).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens 10 % der Faser im wässrigen Eintrag einem Kräuselungsverfahren unterzogen worden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Abscheidens des wässrigen Celluloseeintrags auf dem Bahnbildungsgewebe (30, 120, 132) das Schaumformen des Eintrags auf dem Bahnbildungsgewebe (30, 120, 132) einschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wässrige Eintrag ein kationisches Entbindungsmittel und gegebenenfalls ein nichtionisches Tensid umfasst.