DE69820263T2

DE69820263T2 - Inkjet-bedruckbares, waschbares imprägniertes Cellulosesubstrat

Info

Publication number: DE69820263T2
Application number: DE69820263T
Authority: DE
Inventors: Garner Linda HARRIS; Joseph Francis KRONZER; Lynn Russell DOLSEY
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Neenah Inc
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2018-06-06
Also published as: EP0993516A1; AU7821598A; WO1999000541A1; DE69820263D1; CA2288008C; EP0993516B1; TW392010B; JP2001509551A; CA2288008A1; US6103364A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft polymerverstärkte oder gesättigte Substrate.
Die Verstärkung von Papier durch Polymerimprägnierung (üblicherweise als Latexsättigung bezeichnet) ist eine seit langem etablierte Technik. Das typischerweise verwendete Polymer ist ein synthetisches Material, meistens ein Latex, und das Papier kann allein aus zellulosischen Fasern oder aus einer Mischung aus zellulosischen und nicht-zellulosischen Fasern bestehen. Polymerverstärken wird verwendet, um eine oder mehr Eigenschaften wie etwa dimensionale Stabilität, Widerstand gegenüber chemischer Einwirkung und Umwelteinwirkung, Reißwiderstand, Prägbarkeit, Elastizität, Anpassungsfähigkeit, Feuchtigkeits- und Dampftransmission, sowie Abriebfestigkeit, unter anderem, zu verbessern.
Gesättigte Papiere sind üblicherweise als Etikettendruckmaterial, Grundsubstrate für abrasive Papiere und ähliche Anwendungen verwendet worden, bei denen Stärke eine notwendige Bedingung ist. Sie sind jedoch noch nicht für die Herstellung von Kleidungspflege-Etiketten verwendet worden. Derzeitige Kleidungspflege-Etiketten sind typischerweise aus gewebten oder Vliesmaterialien, welche mittels Flexographie, Offsetdruck oder Heiß-Stempel-Druck bedruckt sind.
JP 03 193 980 beschreibt ein blattartiges Material mit exzellenter Reißfestigkeit, welches erhalten wird durch Behandeln eines verschlungenen Vliesstoffs aus superfeinen Fasern mit einem polykondensierten kationischen Tensid eines Polyamidderivats mit Epihalohydrin, und anschließendem Imprägnieren des Stoffs mit einem Polyurethanelastomer.
EP 0 247 539 A1 lehrt eine Vliesbahn aus zellulosischen Fasern mit einer ersten Schicht einer Adhäsions-fördernden Verbindung mit einer Über-Schicht eines Binderpolymers. Die erste Schicht dient als Vorbehandlung zum Verbessern der Bindung des Binderpolymers.
EP 0 411 752 A1 betrifft ein Verfahren zum Hydroverschlingen von faserigen Vliesbögen, welches eine Ultra-Niedrig-Energie-Wasserverschlingung umfasst, während die faserige Bahn noch hochfluid ist und vor Trocknen.
Während diese Produkte im Allgemeinen zufriedenstellend sind, ist die Eignung, variable Druckinformation mittels Computererzeugung zu verwenden, nicht gegeben. Aus Kostengründen ist Farbbedruckung des Pflege- und Inhaltsetiketts gegenwärtig nicht erhältlich. Z. B. kann die Verwendung von Inkjet-Druck nicht verwendet werden, da die wasserlöslichen Farbstoffe, welche in Inkjetdruckern verwendet werden, während des Waschens des Kleidungsstücks auch löslich würden und die gedruckte Information verloren ginge. Nichts desto trotz stellt Inkjetdrucktechnologie als Vorteile sowohl Druck variabler Information als auch Farbe zu niedrigem Preis bereit. Demgemäß besteht ein Bedarf an einem Kleidungsetikettenmaterial mit niedrigem Preis, welches mit Inkjet-bedruckbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung addressiert einige der oben diskutierten Schwierigkeiten und Probleme durch Bereitstellung einer gesättigten, hydroverschlungenen Faserbahn, welche Fasern und ein Sättigungsmittel umfasst. Die Fasern umfassen von etwa 20 bis 100 Gew.-% zellulosische Fasern, basierend auf dem Gesamtgewicht der Fasern. Von 0 bis etwa 70 Gew.-% der Fasern können merzerisierte zellulosische Fasern sein, wiederum basierend auf dem Gesamtgewicht der Fasern. Von etwa 80 bis 0 Gew.-% der Fasern, basierend auf dem Gesamtgewicht der Fasern, können synthetische Polymerfasern sein. Z. B. können im wesentlichen alle Fasern zellulosische Fasern sein.
Im Allgemeinen kann die Faserbahn ein Flächengewicht von etwa 30 bis etwa 135 g pro m² aufweisen. In einigen Ausführungsformen können von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Fasern merzerisierte zellulosische Fasern sein. In anderen Ausführungsformen können von etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% der Fasern synthetische Polymerfasern sein. In noch anderen Ausführungsformen können sowohl merzerisierte zellulosische Fasern als auch synthetische Polymerfasern vorliegen. Nur im Wege der Illustration können die synthetischen Polymerfasern Polyester oder Polyamidfasern sein.
Die Faserbahn kann durch jegliche bekannte Mittel hydroverschlungen werden, bevor die Bahn gesättigt wird. Hydroverschlingung führt zu einer Mehrzahl von Verschlingungs-Loci in der Faserbahn. Z. B. kann die Faserbahn eine Anzahl von Verschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 62 bis etwa 560 pro cm² aufweisen. Als ein anderes Beispiel kann die Faserbahn eine Anzahl von Verschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 142 bis etwa 390 pro cm² aufweisen.
Das Sättigungsmittel ist in der gesättigten, hydroverschlungenen Faserbahn in einem Gehalt von etwa 10 bis etwa 100% vorhanden, basierend auf dem Trockengewicht der Fasern, und ist eingerichtet, die gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn haltbar und inkjetbedruckbar zu machen. Wenn in der Bahn synthetische Polymerfasern vorliegen, kann das Sättigungsmittel eingerichtet sein, synthetische Polymerfasern zu benetzen. Z. B. kann das Sättigungsmittel in der gesättigten, hydroverschlungenen Faserbahn in einem Gehalt von etwa 20 bis etwa 70 vorliegen. In einem anderen Beispiel kann das Sättigungsmittel in einem Gehalt von etwa 30 bis etwa 60 vorliegen.
Das Sättigungsmittel umfasst von etwa 98 bis etwa 30%, auf einer Trockengewichtbasis, eines Latex verstärkenden Polymers, welches eine Glasübergangstemperatur von etwa –40 °C bis etwa 25°C aufweist; und von etwa 2 bis etwa 80%, auf Basis eines Trockengewichts, eines kationischen Polymers. Entweder beide oder eines des Latex verstärkenden Polymers und des kationischen Polymers sollten vernetzbare funktionelle Gruppen aufweisen. Z. B. können die vernetzbaren funktionellen Gruppen in dem kationischen Polymer vorliegen. Vernetzung kann durch Zusatz von einem oder mehr Crosslinkern zu dem Sättigungsmittel unterstützt werden. Z. B. kann das Latex verstärkende Polymer eine Glasübergangstemperatur von etwa –20°C bis etwa 15°C aufweisen. Als ein anderes Beispiel kann das kationische Polymer in dem Sättigungsmittel in einem Gehalt von etwa 10 bis etwa 60% vorliegen. In einem weiteren Beispiel kann das kationische Polymer in einem Gehalt von etwa 15 bis etwa 50% vorliegen. Wenn gewünscht, kann das Sättigungsmittel auch einen Füllstoff in einem Gehalt von bis zu 20%, bezogen auf ein Trockengewicht, umfassen. Z. B. kann der Füllstoff Titandioxid sein.
In gewissen Ausführungsformen kann das Sättigungsmittel in der gesättigten, hydroverschlungenen Faserbahn in einem Gehalt von etwa 20 bis etwa 70% vorliegen, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern; die Menge an Latex verstärkendem Polymer in Sättigungsmittel kann von etwa 96 bis etwa 80 betragen, bezogen auf ein Trockengewicht; die Glasübergangstemperatur des Latex verstärkenden Polymers kann von etwa –20°C bis etwa 15°C sein; und die Menge an kationischem Polymer im Sättigungsmittel kann von etwa 10 bis etwa 60%, bezogen auf das Trockengewicht, betragen. Z. B. kann das Sättigungsmittel in einem Gehalt von etwa 30 bis etwa 70% vorhanden sein. Das Latex verstärkende Polymer kann entweder nicht-ionisch oder kationisch sein, nicht-ionische Latex verstärkende Polymere sind wünschenswert. Z. B. kann das Latex verstärkende Polymer ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer oder ein nicht-ionisches Polyacrylat sein. Beispiele für kationische Latex verstärkende Polymere umfassen, nur zu Zwecken der Illustration, Polyamide, Amid-Epichlorhydrin-Harze, Polyethylenimine, Polyacrylamide, und Harnstoff-Formaldehyd-Harze.
Als Beispiel können im wesentlichen alle der Fasern, welche in der Faserbahn umfasst sind, zellulosiche Fasern sein. In einem weiteren Beispiel kann das Sättigungsmittel eingerichtet sein, synthetische Polymerfasern zu benetzen. Als ein weiteres Beispiel kann die Faserbahn ein Flächengewicht von etwa 30 bis etwa 135 g pro m² haben. In einem weiteren Beispiel kann die hydroverschlungene Faserbahn eine Anzahl von Verschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 62 bis etwa 560 pro cm² aufweisen. In einem weiteren Beispiel kann die hydroverschlungene Faserbahn eine Anzahl von Verschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 142 bis etwa 390 pro cm² aufweisen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein hydroverschlungenes Fasersubstrat bereit, welches eine erste Lage umfasst, welche aus Fasern besteht und eine erste und zweite Oberfläche aufweist, und eine zweite Lage umfasst, welche eine gebundene Vliesbahn mit einer ersten und zweiten Oberfläche ist. Die zweite Oberfläche der ersten Lage überlagert die erste Oberfläche der zweiten Lage. Von etwa 20 bis 100 Gew.-% der Fasern der ersten Lage, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, sind zellulosische Fasern und von 0 bis etwa 70 Gew.-% der Fasern der ersten Schicht, wiederum bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, können merzerisierte zellulosische Fasern sein. Von etwa 80 bis 0 Gew.-% der Fasern der ersten Lage, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, können synthetische Polymerfasern sein.
Die erste Lage des hydroverschlungenen Fasersubstrats kann typischerweise ein Flächengewicht von etwa 20 bis etwa 100 g pro m² haben. In gewissen Ausführungsformen können von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Fasern in der ersten Lage merzerisierte zellulosische Fasern sein. In anderen Ausführungsformen können von etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% der Fasern in der ersten Lage synthetische Polymerfasern sein. In noch anderen Ausführungsformen können sowohl merzerisierte zellulosische Fasern als auch synthetische Fasern vorhanden sein. Nur zur Illustration können die synthetischen Polymerfasern Polyester- oder Polyamid-Fasern sein.
Die zweite Lage des hydroverschlungenen Fasersubstrats kann typischerweise ein Flächengewicht von etwa 6 bis etwa 40 g pro m² aufweisen. Eine solche Lage ist eine gebundene Vliesbahn.
Das Fasersubstrat kann durch jegliche bekannte Mittel hydroverschlungen werden, bevor das Substrat gesättigt wird, um eine Mehrzahl von Verschlingungs-Loci in der Bahn einzuführen. Z. B. kann die Faserbahn eine Anzahl von Verschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 62 bis etwa 560 pro cm² aufweisen. Als weiteres Beispiel kann die Faserbahn eine Anzahl von Verschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 142 bis etwa 390 pro cm² aufweisen. Die erste Lage kann in die zweite Lage hydroverschlungen werden, oder die zweite Lage kann in die erste Lage hydroverschlungen werden. Alternativ können beide Lagen ineinander hydroverschlungen werden. Wünschenswerterweise kann die erste Lage in die zweite Lage hydroverschlungen werden.
Ein Sättigungsmittel ist wenigstens in der ersten Lage des Substrats in einem Gehalt von etwa 10 bis etwa 100 vorhanden, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern der Lage oder Lagen, in welchen/m das Sättigungsmittel vorhanden ist. Damit kann das Sättigungsmittel nur in der ersten Lage oder, wünschenswerter Weise, in sowohl der ersten als auch der zweiten Lage vorhanden sein. Wenn synthetische Polymerfasern in einer oder beiden Lagen vorhanden sind, kann das Sättigungsmittel eingerichtet sein, synthetische Polymerfasern zu benetzen. Wenn Sättigungsmittel in beiden Lagen vorhanden ist, kann das hydroverschlungene Fasersubstrat richtigerweise als ein gesättigtes hydroverschlungenes Fasersubstrat bezeichnet werden.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck "hydroverschlungen" (oder "hydraulisch verschlungen" oder jegliche Variation davon) mit Bezug auf eine Faserbahn oder ein Fasersubstrat, dass die Bahn oder das Substrat hydraulischem Verschlingen oder einer ähnlichen Prozedur unterzogen wurde, wobei Ströme oder Strahlen einer Flüssigkeit (bzw. eines Fluids) verwendet werden, die Fasern in der Faserbahn oder dem Fasersubstrat zu verschlingen. Solche Flüssigkeitsstrahlen orientieren und verschlingen Fasern in der Z-Richtung, d. h. durch die Dicke der Bahn oder des Substrats hindurch. Dort, wo ein Strahl auf die Bahn oder das Substrat auftrifft, wird ein einzelnes Loch oder eine einzelne Vertiefung ausgebildet, welche/s einen Locus von Faserverschlingung darstellt. Aus Gründen der Einfachheit werden diese Auftreffstellen des Strahls hierin kollektiv als "Verschlingungs-Loci" bezeichnet. Z. B. kann hydraulisches Verschlingen erreicht werden mittels konventioneller hydraulischer Verschlingungsgerätschaft, wie etwa solcher, wie in US-Patent Nr. 3,485,706 von Evans beschrieben. Ein weiterer Hydroverschlingungsprozess, welcher verwendet werden kann, wird beschrieben im US-Patent Nr. 4,144,370 von Bouolton. Siehe auch US-Patent Nr. 4,931,355 und 4,879,170 von Radwanski et al. und US-Patent Nr. 4,808,467 von Suskind et al., 4,612,226 von Kennette et al. und 5,284,703 von Everhart et al..
Der Ausdruck "gebundene Vliesbahn" wird hierin verwendet, um eine jegliche Vliesbahn zu bezeichnen, welche aus kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Fasern besteht, welche auf einer mit kleinen Löchern versehenen Oberfläche in zufälliger Art und Weise abgelegt werden, um eine Bahn auszubilden, in welcher eine Mehrzahl solcher Fasern einander gebunden wurden, entweder gleichzeitig mit oder nach Bahnausbildung. Z. B. kann die gebundene Vliesbahn eine Bahn sein, welche mittels eines Schmelzextrusionsprozesses hergestellt wurde, in welchem Schmelzextrusion eines thermoplastischen Polymers zur Ausbildung von Fasern gleichzeitig gefolgt wird durch Bahnausbildung auf einem mit kleinen Löchern versehenen Träger. Solche Prozesse umfassen, u. a., Schmelzblasen, Coformen und Spinnbonden.
Nur zur Illustration sind Beispiele für solche Prozesse durch die folgenden Referenzen angegeben:

(a) Schmelzblas-Referenzen umfassen, z. B., US-Patente Nr. 3,016,599 von R. W. Perry, Jr., 3,704,198 von J. S. Prentice, 3,755,527 von J. P. Keller et al., 3,849,241 von R. R. Butin et al., 3,978,185 von R. R. Butin et al., und 4,663,220 von T. J. Wisneski et al. Siehe auch, V. A. Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial and Engineering Chemistry, Band 48, Nr. 8, Seiten 1342– 1346 (1956); V. A. Wente et al., "Manufacture of Superfine Organic Fibers", Navy Research Laboratory, Washington, D. C., NRL Report 4364 (111437), vom 25. Mai 1954, United States Department of Commerce, Office of Technical Services; und Robert R. Butin und Dwight T. Lohkamp, "Melt Blowing – A one-Step Web Process for New Nonwoven Products", Journal of the Technical Association of the Pulp and Paper Industry, Band 56, Nr. 4, Seiten 74–77 (1973);
(b) Coform-Referenzen umfassen US-Patente Nr. 4,100,324 von R. A. Anderson et al. Und 4,118,531 von E. R. Hauser; und
(c) Spinnbonden-Referenzen umfassen, unter anderem, US-Patente Nr. 3,341,394 von Kinney, 3,655,862 von Dorschner et al., 3,692,618 von Dorschner et al., 3,705,068 von Dobo et al., 3,802,817 von Matsuki et al., 3,853,651 von Porte, 4,064,605 von Akiyama et al., 4,091,140 von Harmon, 4,100,319 von Schwartz, 4,340,563 von Appel und Morman, 4,405,297 von Appel und Morman, 4,434,204 von Hartman et al., 4,627,811 von Greiser und Wagner, und 4,644,045 von Fowells.

Vliesbahnen, welche durch solche Prozesse hergestellt wurden, werden typischerweise im Anschluß an die Bahnbildung gebunden durch z. B. Muster-Binden. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck "Muster-Binden" einen Prozeß, in welchem eine Vliesbahn durch Anwendung von Hitze und Druck in einem Muster gebunden wird. Muster-Binden wird typischerweise bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 80°C bis etwa 180°C und einem Druck in einem Bereich von etwa 150 bis etwa 1000 Pfund pro linearem Inch (etwa 59–178 kg/cm) ausgeführt. Das verwendete Muster hat typischerweise von etwa 10 bis etwa 250 Bindungen/Inch² (etwa 1–40 Bindungen/cm²) und bedeckt von etwa 5 bis etwa 30% der Bahnoberflächenfläche. Solches Muster-Binden wird gemäß bekannten Verfahren ausgeführt. Siehe z. B. US-Design-Patent Nr. 239,566 von Vogt, US-Design-Patent Nr. 264,512 von Rogers, US-Patent Nr. 3,855,046 von Hansen et al. und US-Patent Nr. 4,493,868, supra, für Illustrationen von Bindungsmustern und eine Diskussion von Bindungsverfahren.
Der Ausdruck "gebundene Vliesbahn" umfasst auch eine gebundene, kardierte Bahn; die Bahn kann mustergebunden sein, oder wenn es Binden von Fasern umfasst, Durchluftgebunden. Die Bezeichnung "kardierte Bahn" wird hierin verwendet, um eine Vliesbahn zu bezeichnen, welche aus Stapelfasern hergestellt wurde, welche üblicherweise in Ballen erworben werden. Diese Ballen werden in einem Picker angeordnet, welcher die Fasern separiert. Als nächstes werden die Fasern durch eine Kämm- oder Kardiereinheit geschickt, welche die Stapelfasern in Maschinenrichtung weiter auseinanderbricht und ausrichtet, um so eine in Maschinenrichtung orientierte Faservliesbahn auszubilden. Wenn die Bahn einmal ausgebildet wurde, wird sie dann durch ein oder mehrere verschiedene Bindungsverfahren gebunden.
Der Ausdruck "Fasern-Binden" nimmt Bezug auf Bikomponententhermoplastische-Polymerfasern, in welchen die erste Komponente einen Schmelzpunkt aufweist, welcher mindestens etwa 50°C niedriger liegt als der Schmelzpunkt der zweiten Komponente. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck "Bikomponenten- thermoplastische-Polymerfasern" Fasern, welche aus mindestens zwei thermoplastischen Polymeren ausgebildet wurden, welche aus getrennten Extrudern extrudiert wurden, jedoch zusammen versponnen wurden, um eine Faser auszubilden. Die Fasern sind in im wesentlichen konstant angeordneten, unterschiedlichen Zonen über den Querschnitt der Bikomponenten-Fasern angeordnet und erstrecken sich kontinuierlich entlang der Länge der Bikomponenten-Fasern. Die Konfiguration einer solchen Bikomponenten-Faser kann z. B. eine Hüllen-Kern-Anordnung sein, wobei ein Polymer von einem anderen, niedriger schmelzenden Polymer umgeben ist, oder eine Seite-an-Seite-Anordnung. Bikomponenten-Fasern werden in US-Patent Nr. 5,108,820 von Kaneko et al., US-Patent Nr. 5,336,552 von Strack et al. und europäischem Patent Nr. 0 586 924 gelehrt. Die Komponentenpolymere können in jeglichem gewünschten Verhältnis vorliegen.
Die Bezeichnung "Schmelzpunkt" und Variationen davon sind hierin lediglich in einem qualitativen Sinn verwendet und beziehen sich nicht auf ein besonderes Testverfahren. Wenn hierin Bezug genommen wird auf einen Schmelzpunkt (oder eine Schmelztemperatur) oder Schmelzbereich, bedeutet dies nur, dass eine ungefähre Temperatur oder ein ungefährer Temperaturbereich angegeben wird, in/bei welchem ein Polymer in einem genügenden Ausmaß schmilzt, um zwischen-Faser-Bindungen auszubilden.
Der Ausdruck "zwischen-Faser-Bindungen" wird hierin verwendet, um die Bindung einer Faser an eine andere, benachbarte Fasern zu bezeichnen, typischerweise an oder nahe von Berührungspunkten, wo eine Faser eine mit einer anderen zusammentrifft oder diese kreuzt. Binden resultiert im Allgemeinen aus den filmbildenden Charakteristika eines Klebstoffs oder Binders oder aus dem Schmelzen eines Klebers oder Binders oder eines Teils einer oder beider benachbarter Fasern.
Der Ausdruck "Durchluft-Binden" wird hierin verwendet, um ein Verfahren zum Binden einer Vlies-Bikomponenten-Faserbahn zu bezeichnen. Das Verfahren beinhaltet Wickeln der Bahn zumindest teilweise um eine mit einer Abdeckung bedeckten Trommel, welche in einem Abzug eingeschlossen ist. Luft, welche genügend heiß ist, um eines der Polymere zu schmelzen, aus welchen die Fasern der Bahn hergestellt sind (z. B. das Hüllenpolymer der Bikomponententhermoplastischen-Polymerfasern), wird aus dem Abzug gezwungen, durch die Bahn und in den mit Löchern versehenen Roller. Die Luftgeschwindigkeit kann z. B. zwischen 100 und 500 Fuß pro Minute betragen und die Verweilzeit kann bis zu 6 Sekunden lang sein. Das Schmelzen und Wiederfestwerden des Polymers stellt die Bindung bereit.
Der Ausdruck "Durchluft-Binden" umfasst auch die Verwendung eines Heißluftmessers, wie in US-Patentanmeldung Nr. 08/362,328 der gleichen Anmelderin beschrieben, welche am 22. Dezember 1994 eingereicht wurde. Kurz gesagt ist ein Heißluftmesser eine Vorrichtung, welche einen Strom erhitzter Luft bei einer hohen linearen Fließgeschwindigkeit auf eine kardierte Vliesbahn fokussiert. Z. B. kann die lineare Fließgeschwindigkeit des Stroms erhitzter Luft in einem Bereich von etwa 300 bis etwa 3000 m/min sein und die Temperatur des Stroms kann im Bereich von etwa 90°C bis etwa 290°C sein. Höhere Temperaturen können verwendet werden, in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des als erste Komponente oder Hüllenkomponente verwendeten Polymers in den Bikomponenten thermoplastischen-Polymerfasern, welche in der Bahn vorhanden sind. Der Strom erhitzter Luft wird angeordnet und gerichtet durch wenigstens einen Schlitz, welcher typischerweise eine Breite von etwa 3 bis etwa 25 mm aufweist und im wesentlichen in einer Richtung quer zur Maschinenrichtung über im wesentlichen die gesamte Breite der Bahn orientiert ist. Eine Mehrzahl von Schlitzen kann verwendet werden, wenn dies gewünscht ist, und sie können nebeneinander oder voneinander getrennt angeordnet sein. Der wenigstens eine Schlitz kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sein und kann aus nah beieinander angeordneten Löchern bestehen. Das Heißluftmesser weist eine Plenumkammer auf, um die erhitzte Luft vor Austritt aus dem Schlitz zu verteilen und zu fassen. Der Luftdruck in der Plenumkammer beträgt üblicherweise von etwa 2 bis etwa 22 mm Quecksilber. Das Heißluftmesser wird typischerweise von etwa 6 bis etwa 254 mm über der Oberfläche der kardierten Bahn angeordnet.
Der Ausdruck "synthetische Polymerfasern" wird hierin verwendet, um Fasern zu bezeichnen, welche aus jeglichem synthetischen Polymer hergestellt wurde, welches den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist, wie etwa thermoplastischen Polymeren und hitzehärtbaren Polymeren.
Der Ausdruck "thermoplastisches Polymer" wird hierin verwendet, um ein Polymer zu bezeichnen, welches weich wird, wenn es Hitze ausgesetzt ist, und zu seinem ursprünglichen Zustand zurückkehrt, wenn es auf Raumtemperatur gekühlt wird. Beispiele für thermoplastische Polymere umfassen, nur zu Zwecken der Illustration, terminierte (end-capped) Polyacetale, wie etwa Poly(oxymethylen) oder Polyformaldehyd, Poly(trichloracetaldehyd), Poly(n-valeraldehyd), Poly(acetaldehyd) und Poly(propionaldehyd); acrylische Polymere, wie etwa Polyacrylamid, Poly(acrylsäure), Poly(methacrylsäure), Poly(ethylacrylat) und Poly(methylmethacrylat); Fluorocarbonpolymere, wie etwa Poly(tetrafluorethylen), perfluorierte Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere, Poly(chlortrifluorethylen), Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymere, Poly(vinylidenfluorid), und Poly(vinylfluorid); Polyamide, wie etwa Poly(6-aminocapronsäure) oder Poly(ε-caprolactam), Poly(hexamethylenadipinsäureamid), Poly(hexamethylensebazinsäureamid), und Poly(11-aminoundekansäure); Polyaramide, wie etwa Poly(imino-1,3-phenyleniminoisophthaloyl) oder Poly(m-phenylenisophthalamid); Parylene, wie etwa Poly-p-Xylylen und Poly(chlor-p-xylylen); Polyarylether, wie etwa Poly(oxy-2,6-dimethyl-1,4-phenylen) oder Poly(p-phenylenoxid); Polyarylsulfone, wie etwa Poly(oxy-1,4-phenylensulfonyl-1,4-phenylenoxy-1,4-phenylenisopropyliden-1,4-phenylen) und Poly(sulfonyl-1,4-phenylenoxy-1,4-phenylensulfonyl-4,4'-biphenylen); Polycarbonate, wie etwa Poly(bisphenol A) oder Poly(carbonyldioxy-1,4-phenylenisopropyliden-1,4-phenylen); Polyester wie etwa Poly(ethylenterephthalat), Poly(tetramethylenterephthalat), und Poly(cyclohexylen-1,4-dimethylentherephthalat) oder Poly(oxymethylen-1,4-cyclohexylenmethylenoxyterephthaloyl); Polyarylsulfide, wie etwa Poly(p-phenylensulfid) oder Poly(thio-1,4-phenylen); Polyimide, wie etwa Poly(pyromellitimido-1,4-phenylen); Polyolefine, wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Poly(1-buten), Poly(2-buten), Poly(1-penten), Poly(2-penten), Poly(3-methyl-1-penten) und Poly(4-methyl-1-penten); Vinylpolymere, wie etwa Poly(vinylacetat), Poly(vinylidenchlorid), und Poly(vinylchlorid); Dienpolymere, wie etwa 1,2-Poly-1,3-butadien, 1,4-Poly-1,3-butadien, Polyisopren, und Polychloroprene; Polystyrene, Copolymere der vorangehenden, wie etwa Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) Copolymere; und dergleichen.
Beispiele für hitzehärtbare Polymere umfassen, nur zur Illustration, Alkydharze, wie etwa Pthalanhydrid-Glycerin-Harze, Maleinsäure-Glycerinharze, Adipinsäure-Glycerin-Harze, Phthalanhydrid-Pentaerythritol-Harze, allylische Harze, in welchen solche Monomere wie Diallylphthalat, Diallylisophthalat, Diallylmaleat und Diallylchlorendat (chlorendate) als nicht-flüchtige Vernetzungsmittel in Polyesterverbindungen dienen; Aminoharze, wie etwa Anillin-Formaldehyd-Harze, Ethylen-Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Dicyandiamid-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Sulfonamid-Formaldehyd-Harze und Harnstoff-Formaldehyd-Harze; Epoxyharze, wie etwa vernetzte Epichlorhydrin-Bisphenol A-Harze; phenolische Harze, wie etwa Phenol-Formaldehyd-Harze, einschließlich Novolacs und Resols; und hitzehärtbare Polyester, Silikone und Urethane.
wie hierin verwendet, ist der Ausdruck "Sättigungsmittel" synonym mit dem Ausdruck "Binder" und bezieht sich auf eine polymerische Zusammensetzung, wie hierin definiert, welche verwendet werden kann, um die Fasern der Bahn oder des Substrats zusammen zu binden. Das Sättigungsmittel kann entweder als eine Lösung eines Polymers in einem geeigneten Lösemittel oder als eine Dispersion sehr kleiner Polymerpartikel in einer flüssigen Phase, wie etwa Wasser, d. h. als ein Latex aufgebracht werden.
Der Ausdruck "vernetzbare funktionelle Gruppen" soll funktionelle Gruppen umfassen, welche fähig sind, mit Gruppen des gleichen oder eines unterschiedlichen Typs zu reagieren, um kovalente Bindungen auszubilden. Solche funktionellen Gruppen sind Fachleuten wohl bekannt. Beispiele für solche Gruppen umfassen, nur zur Illustration, Carboxy-, Hydroxy-, Amino-Gruppen, und Hydroxymethyl-Gruppen.
Breit gefasst bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein hydroverschlungenes Substrat, welches Latex-imprägniert wird, um eine absorbierende Matrix mit einem hohen Maß interner Stärke und Flexibilität zur Verwendung in waschbaren Etiketten-Anwendungen herzustellen. Das hydroverschlungene Substrat kann aus verschiedenen Gehalten Zellulosefaser, synthetischer Faser und Vliesfasermatrizes bestehen. Die einzigartigen Eigenschaften, welche durch die vorliegende Erfindung entwickelt wurden, stellen außergewöhnliche Stärke und Haltbarkeit bereit, während Drapierbarkeit und Absorption von Drucktinten oder Beschichtungen aufrechterhalten werden.
Die Latexsättigung eines hydroverschlungenen Substrats resultiert in außergewöhnlicher interner Stärke. Die Absorptionscharakteristik des hydroverschlungenen Substrats führt zu einem hohen Gehalt von Latexanlagerung von trockenen Gramm pro trockenen Gramm Faser.
In dem normalen Naß-Ablege-Prozeß der Papierbildung auf einer Fourdrinier-Papiermaschine werden alle Fasern in der Bahn in der Ebene der Bahn abgelegt, während diese durch die Papiermaschine läuft. In einer hydroverschlungenen Bahn führt die Z-Orientierung eines Teils der Fasern zu erhöhter interner Bindung der hydroverschlungenen Bahn. Die Z-Orientierung der Fasern während des Hydroverschlingungsprozesses führt auch zu winzigen Löchern in der Matrix, und stellt so offene Räume für das Biegen und Beugen individueller Fasern bereit. Selbst nach Latexsättigung wird diese Flexiblität aufrechterhalten.
Wie zuvor festgestellt wurde, stellt die vorliegende Erfindung eine gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn bereit, welche Fasern und ein Sättigungsmittel umfasst. Die Fasern umfassen von etwa 20 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gewicht der Fasern, zellulosische Fasern. von 0 bis etwa 70 Gew.-% der Fasern können merzerisierte zellulosische Fasern sein. Z. B. können von etwa 75 bis 100 Gew.-% der Fasern zellulosische Fasern sein. Als ein anderes Beispiel können von etwa 20 bis etwa 60% der Fasern merzerisierte zelllulosische Fasern sein. von etwa 80 bis 0 Gew.-% der Fasern, bezogen auf das gesamte Gew.-%icht der Fasern, können synthetische Polymerfasern sein. Z. B. können von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Fasern synthetische Fasern sein. In gewissen Ausführungsformen können von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Fasern merzerisierte zellulosische Fasern sein. In anderen Ausführungsformen können von etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% der Fasern synthetische Polymerfasern sein. In noch anderen Ausführungsformen können sowohl merzerisierte zellulosische Fasern als auch synthetische Polymerfasern vorliegen. Nur als Beispiel zu Zwecken der Illustration können die synthetischen Polymerfasern Polyester- oder Polyamidfasern sein.
Quellen zellulosischer Fasern umfassen, zu Zwecken der Illustration, Hölzer, wie etwa Nadelhölzer und Harthölzer; Stroh und Gräser, wie etwa Reis, Esparto, Weizen, Roggen und Sabai; Rohre und Reedgräser, wie etwa Bagasse; Bambus; hölzerne Stiele, wie etwa Jute, Flachs, Kenaf, und Cannabis; Bast, wie etwa Leinen und Ramie; Blätter, wie etwa Abaca und Sisal; und Samen, wie etwa Baumwolle und Streubaumwolle. Nadelhölzer und Harthölzer sind die üblicheren Quellen zellulosischer Fasern; die Fasern können durch jeglichen der üblicherweise verwendeten Pulping-Prozesse erhalten werden, wie etwa mechanische, chemimechanische, semichemische und chemische Verfahren. Beispiele für Nadelhölzer umfassen, nur zu Zwecken der Illustration, langblättrige Pinie, kurzblättrige Pinie, Loblolly-Pinie, zentralamerikanische Kiefer, südliche Kiefer, schwarze Fichte, weiße Fichte, Jackpinie, Balsamedeltanne, Douglastanne, westliche Westlock, Rotholz, und rote Zeder. Beispiele für Harthölzer umfassen, wiederum nur zu Zwecken der Illustration, Espe, Birke, Buche, Eiche, Ahorn und Gummi.
Merzerisierung ist natürlich ein Verfahren, welches den Fachleuten auf diesem Gebiet wohl bekannt ist. Ein Beispiel merzerisierter zellulosischer Fasern ist dasjenige, was in den Beispielen verwendet wird, eine gebleichte, merzerisierte Kraftzellstoffmasse aus südlicher Pinie, bezeichnet als HPZ, produziert von Buckeye Cellulose Corporation.
Im Allgemeinen hat die hydroverschlungene Faserbahn ein Flächengewicht von etwa 30 bis etwa 135 g pro m². Z. B. kann das Flächengewicht der Faserbahn im Bereich von etwa 60 bis etwa 100 g pro m² sein.
Die Faserbahn kann durch ein jegliches bekanntes Mittel hydroverschlungen werden, bevor die Bahn gesättigt wird. Hydraulisches Verschlingen kann mit jeglichem geeignetem Hochdruck-Arbeits-Fluid ausgeführt werden, wie etwa, nur beispielshaft, Wasser. Das Arbeitsfluid fließt durch einen Verteiler, welcher das Fluid gleichmäßig in eine Serie individueller Löcher oder Öffnungen verteilt. Diese Löcher oder Öffnungen können, als Illustrationsbeispiel, von etwa 0, 003 bis etwa 0, 015 Inch (von etwa 0, 07 bis etwa 1, 6 mm) im Durchmesser haben. Z. B. kann Hydroverschlingung einen Verteiler verwenden, welcher von Honeycomb Systems Inc., Biddeford, Maine, produziert wird, und einen Streifen enthält, welcher 0,007-Inch (etwa 0,18 mm)-Durchmesser Öffnungen, 30 Öffnungen pro Inch (etwa 12 Öffnungen pro cm) und eine Reihe von Öffnungen enthält. Es können jedoch auch viele andere Verteilerkonfigurierungen und -kombinationen verwendet werden. Z. B. kann ein einzelner Verteiler verwendet werden, oder mehrere Verteiler können nacheinander angeordnet werden. Als ein weiteres Beispiel kann die Faserbahn eine Anzahl von Hydroverschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 62 bis etwa 560 pro cm² aufweisen. In einem weiteren Beispiel kann die Faserbahn eine Anzahl von Hydroverschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 142 bis etwa 390 pro cm² aufweisen.
In dem hydraulischen Verschlingungsprozeß tritt das Hochdruck-Arbeitsfluid bei einem Druck im Bereich von etwa 200 bis etwa 2000 Pfund pro Quadratinch Gage (psig) (von etwa 14 bis etwa 140 kg pro cm², oder kg/cm²) durch die Öffnungen. Das Fluid trifft auf die Bahn oder das Substrat, welche/s getragen wird durch eine mit kleinen Löchern versehene Oberfläche, welche z. B. ein Einzel-Ebenen-Sieb mit einer Siebfeinheit von etwa 1600 bis 10.000 pro Quadratinch (etwa 248 bis 1550 pro cm²) sein kann. Die mit kleinen Löchern versehene Oberfläche kann auch ein Sieb mit multiplen Ebenen sein, mit einer Siebfeinheit von etwa 2500 bis etwa 40.000 pro Quadratinch (etwa 388 bis 6200 pro cm²). Wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck "Siebfeinheit" eine Zahl, welche das Produkt aus der Anzahl von Drähten in einer Drahtsiebabdeckung sowohl in der Maschinenrichtung (MD) und quer zur Maschinenrichtung (CD) in einer gegebenen Einheitsfläche ist. Z. B. würde eine Drahtsiebabdeckung mit 100 Drähten pro Inch (etwa 15,5 Drähten pro cm) in der Maschinenrichtung und 100 Drähten pro Inch in der Richtung quer zur Maschinenrichtung eine Siebfeinheit von etwa 10.000 pro Quadratinch (etwa 1550 pro cm²) aufweisen. Vakuumschlitze oder andere Öffnungen können direkt unter dem Hydroverschlingungsverteiler oder unterhalb der mit kleinen Löchern versehenen Oberfläche nach dem Hydroverschlingungsverteiler angeordnet sein, so dass überschüssiges Fluid aus dem hydraulisch verschlungenen Substrat oder der hydraulisch verschlungenen Bahn abgezogen wird.
Das Sättigungsmittel ist in der gesättigten hydroverschlungenen Faserbahn in einem Gehalt von etwa 10 bis etwa 100 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, vorhanden. Z. B. kann der Gehalt von Sättigungsmittel in der gesättigten hydroverschlungenen Faserbahn in einem Bereich von etwa 50 bis etwa 100 Gew.-% betragen. In einem anderen Beispiel kann der Gehalt von Sättigungsmittel in der gesättigten hydroverschlungenen Faserbahn im Bereich von etwa 50 bis etwa 80 Gew.-% sein. Wenn synthetische Polymerfasern in der Bahn vorhanden sind, kann das Sättigungsmittel eingerichtet sein, synthetische Polymerfasern zu benetzen.
Das Sättigungsmittel ist derart eingerichtet, dass es die gesättigte hydroverschlungene Faserbahn haltbar und Inkjetbedruckbar macht. Z. B. kann das Sättigungsmittel in der gesättigten hydroverschlungenen Faserbahn in einem Gehalt von etwa 20 bis etwa 70% vorliegen. In einem weiteren Beispiel kann das Sättigungsmittel in einem Gehalt von etwa 30 bis etwa 60% vorhanden sein. Wenn gewünscht, kann das Sättigungsmittel auch einen Füllstoff in einem Gehalt von bis zu etwa 20% enthalten, bezogen auf ein Trockengewicht. Ein Beispiel eines besonders nützlichen Füllstoffs ist Titandioxid.
Das Sättigungsmittel umfasst von etwa 98 bis etwa 30%, bezogen auf ein Trockengewicht, eines Latex verstärkenden Polymers mit einer Glasübergangstemperatur von etwa –40° bis etwa 25°C; und von etwa 2 bis etwa 70%, bezogen auf ein Trockengewicht, eines kationischen Polymers. Das Latex verstärkende Polymer und/oder das kationische Polymer sollten vernetzbare funktionelle Gruppen umfassen. Z. B. können die vernetzbaren funktionellen Gruppen im kationischen Polymer vorhanden sein. Vernetzen kann unterstützt werden durch die Zugabe eines oder mehrerer Vernetzungsmittel zu dem Sättigungsmittel. Als Beispiel kann das Sättigungsmittel von etwa 30 bis etwa 80% eines Latex verstärkenden Binders umfassen. Als weiteres Beispiel kann das Latex verstärkende Polymer eine Glasübergangstemperatur von –20°C bis etwa 15°C aufweisen. Auch als Beispiel können im wesentlichen alle der Fasern, aus welchen die Faserbahn besteht, zellulosische Fasern sein. Während das Latex verstärkende Polymer entweder nicht-ionisch oder kationisch sein kann, sind nicht-ionische Latex verstärkende Polymere erwünscht.
Zum Beispiel kann das Latex verstärkende Polymer ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer oder ein nicht-ionisches Polyacrylat sein. Beispiele für kationische Latex verstärkende Polymere umfassen, nur zu Illustrationszwecken, Polyamide, Amid-Epichlorhydrin-Harze, Polyethylenimine, Polyacrylamide und Harnstoff-Formaldehyd-Harze. Als ein weiteres Beispiel kann das kationische Polymer im Sättigungsmittel in einem Gehalt von etwa 10 bis etwa 60% vorhanden sein. In einem weiteren Beispiel kann das kationische Polymer im Sättigungsmittel in einem Gehalt von etwa 15 bis etwa 50% vorhanden sein.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein hydroverschlungenes Fasersubstrat bereit, welches eine erste Lage umfasst, welche Fasern umfasst und eine erste und zweite Oberfläche aufweist und eine zweite Lage umfasst, welche eine gebundene Vliesbahn mit erster und zweiter Oberfläche ist. Die zweite Oberfläche der ersten Lage überlagert die erste Oberfläche der zweiten Lage. Von etwa 20 bis 100 Gew.-% der Fasern der ersten Lage, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, sind zellulosische Fasern und von 0 bis etwa 70 Gew.-% der Fasern der ersten Lage, wiederum bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, können merzerisierte zellulosische Fasern sein. Z. B, können von etwa 75 bis etwa 100 Gew.-% der Fasern zellulosische Fasern sein. In einem weiteren Beispiel können von etwa 20 bis etwa 60 der Fasern merzerisierte zellulosische Fasern sein. von etwa 80 bis 0 Gew.-% der Fasern der ersten Lage, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, können synthetische Polymerfasern sein. Z. B. können in einigen Ausführungsformen von etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% der Fasern in der ersten Lage merzerisierte zellulosische Fasern sein. In anderen Ausführungsformen können von etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% der Fasern in der ersten Lage synthetische Polymerfasern sein. In wieder anderen Ausführungsformen können sowohl merzerisierte zellulosische Fasern als auch synthetische Polymerfasern vorhanden sein. Nur zur Illustration können die synthetischen Polymerfasern Polyester- oder Polyamidfasern sein.
Die erste Lage des hydroverschlungenen Fasersubstrats hat typischerweise ein Flächengewicht von etwa 20 g pro m² bis etwa 100 g pro m². Z. B. kann das Flächengewicht der ersten Lage im Bereich von etwa 30 g pro m² bis etwa 90 g pro m² sein.
Ein Sättigungsmittel ist zumindest in der ersten Lage des Substrats in einem Gehalt von etwa 10 bis etwa 100 vorhanden, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern der Lage oder Lagen, in welcher/n das Sättigungsmittel vorhanden ist. Damit kann das Sättigungsmittel nur in der ersten Lage oder in sowohl der ersten als auch der zweiten Lage vorhanden sein. Wenn synthetische Polymerfasern in einer oder beiden Lagen vorhanden sind, kann das Sättigungsmittel so eingerichtet sein, dass es synthetische Polymerfasern benetzt. Wünschenswerterweise ist das Sättigungsmittel sowohl in der ersten als auch in der zweiten Lage vorhanden.
Die zweite Lage des hydroverschlungenen Fasersubstrats kann typischerweise ein Flächengewicht von etwa 6 g pro m² bis etwa 40 g pro m² haben. Eine solche Lage ist eine gebundene Vliesbahn, wie bereits definiert. Wünschenswerterweise ist die gebundene Vliesbahn eine Spinnvliesbahn. Wie Fachleuten in diesem Gebiet wohl bekannt, bezieht sich der Ausdruck "Spinnbonden" ("spunbonding") auf die Produktion kontinuierlicher Filamente von kleinem Durchmesser, welche durch Extrusion eines geschmolzenen thermoplastischen Polymers als Filamente aus einer Mehrzahl feiner, gewöhnlich runder Kapillaren einer Spinndüse ausgebildet werden, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente dann durch, z. B., eduktives Ziehen (eductive drawing) rapide verringert wird.
Zahlreiche Spinnvliesbahnen, welche aus verschiedenen thermoplastischen Polymeren hergestellt sind, sind kommerziell erhältlich. Die am extensivst verwendeten kommerziellen Materialien sind aus Filamenten aus Polyamiden, Polyestern, und Polyolefinen, wie etwa Polyethylen und Polypropylen hergestellt, obwohl andere Polymere, wie etwa Rayon, Zelluloseacetat, Acrylharzderivate auch verwendet werden können.
Das Fasersubstrat kann durch jegliche bekannten Mittel hydroverschlungen werden, wie zuvor beschrieben, bevor das Substrat gesättigt wird. Hydroverschlingung führt zu einer Vielzahl von Verschlingungs-Loci in der Bahn. Z. B. kann die Anzahl von Verschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 62 bis etwa 560 pro cm² betragen. In einem weiteren Beispiel kann die Anzahl von Verschlingungs-Loci in einem Bereich von etwa 142 bis etwa 390 pro cm² betragen.
Die Hydroverschlingungs-Verfahrensvariablen werden, zumindest teilweise, durch das Flächengewicht und die Dichte der Bahn oder des Substrats, welche/s hydroverschlungen wird, bestimmt. Erhöhter Wasserstrahldruck führt typischerweise zu höherer interner Stärke der Bahn, wie durch Delaminierungstests gemessen. Wasserstrahldruck trägt auch zu einer Verringerung der Steifigkeit der gesättigten hydroverschlungenen Faserbahn bei. Ähnliche Erhöhungen von gesteigerter interner Bindungsstärke und verringerter Steifigkeit können auch erreicht werden durch Wasserdruck konstant halten, die Bahn jedoch mehreren Durchgängen unter den Hydroverschlingungs-Strahlen unterziehen. Dies kann ausgeführt werden unter Verwendung mehrerer Reihen oder Reihenanordnungen von Strahlverteilern. Schließlich wird Hydroverschlingung wünschenswerterweise derart ausgeführt, dass die erste Lage den Hydroverschlingungsstrahlen gegenüberliegt. In Abhängigkeit solcher Faktoren wie Strahldruck, den Dicken der ersten und zweiten Lage, und Durchmessern der Fasern der zweiten Lage, unter anderem, kann es angemessen sein, Hydroverschlingung so auszuführen, dass die zweite Lage den Strahlen gegenüberliegt oder beide Seiten Hydroverschlingung auszusetzen, entweder simultan oder nacheinander.
Typischerweise ist ein hydroverschlungenes Substrat signifikant absorbierender als ein andernfalls identisches Substrat, welches nicht hydroverschlungen wurde. Zusätzlich bleibt das gesättigte hydroverschlungene Substrat absorbierend, selbst bei relativ hohen Gehalten an Sättigungsmittel. Im Gegensatz dazu verlieren herkömmliche Latex gesättigte zellulosische Bahnen ihre absorbierenden Eigenschaften proportional zur Menge des in der Bahn vorhandenen Sättigungsmittels. Das gesättigte hydroverschlungene Substrat der vorliegenden Erfindung ist nicht nur immer noch absorbierend, sondern stellt auch eine exzellente Oberfläche zum Absorbieren von Drucktinten oder Spezialbeschichtungen bereit.
Latexsättigung der hydroverschlungenen Bahn oder des hydroverschlungenen Substrats kann durch jegliche Fachleuten auf diesem Gebiet bekannte Mittel ausgeführt werden. Typischerweise wird die Bahn oder das Substrat einem Überschuß der imprägnierenden Dispersion oder des imprägnierenden Latex ausgesetzt, sie durch einen Walzenspalt laufen gelassen und getrocknet. Ein besonderer Prozeß führt die Bahn durch Quetschrollen, welche Latex aus einem Sättigungslatexbecken applizieren und dann die Bahn einer Anzahl von Trockenbehältern zuführt, welche auf Temperaturen von etwa 90°C bis etwa 150°C gehalten sind. Die Latex gesättigte Bahn wird dann mittels einer Rollen-Aufwickel-Vorrichtung aufgewickelt und ist bereit für kommerzielle Verwendung. Jedoch kann die imprägnierende Dispersion auch durch andere Verfahren, wie etwa Aufstreichen, Rakeln, Sprühen, und direkten und Offset-Gravurdruck oder Beschichten aufgebracht werden, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeinen besonderen Imprägnierprozeß beschränkt. Die hydroverschlungene Bahn oder das hydroverschlungene Substrat kann auf gewöhnlicher Gerätschaft leicht gehandhabt werden, aufgrund der inherenten Stärke der Bahn. Trocknen des Substrats erfolgt rasch, aufgrund der offenen Charakteristik der hydroverschlungenen Oberfläche mit winzigen Löchern oder Öffnungen. Dies erlaubt rasche Verdampfung des Wassers aus dem Sättigungsmittel. Diese offene Charakteristik des Substrats erlaubt auch, dass während des Druckens Tintenabsorption auftritt.
In Abhängigkeit von den Flächengewichten der ersten und zweiten Lage und der Hydroverschlingungsbedingungen können beide Seiten des hydroverschlungenen Fasersubstrats im wesentlichen gleich oder unterschiedlich sein. Im ersteren Fall ist es wahrscheinlich, dass eine Sättigung des Substrats beide Lagen umfasst, ob das Sättigungsmittel die Fasern der zweiten Lage benetzt oder nicht.
Im letzteren Fall jedoch können die erste und zweite Lage, obwohl sie zu einem signifikanten Ausmaß zusammen hydroverschlungen wurden, ihre ursprünglichen Charakteristika beibehalten. D.h. das Substrat kann im Effekt zwei verschiedene Seiten aufweisen. Wenn das Sättigungsmittel die Fasern der zweiten Lage nicht benetzt, wird Sättigung im Allgemeinen auf die erste Lage beschränkt sein, unabhängig von dem Verfahren, welches verwendet wird, Sättigungsmittel auf das Substrat aufzubringen. Ob das Sättigungsmittel die Fasern der zweiten Lage benetzt oder nicht, kann das Verfahren zum Aufbringen des Sättigungsmittels die Gegenwart von Sättigungsmittel in der zweiten Lage verringern oder minimieren. Z. B. kann Aufbürsten oder Sprühen des Sättigungsmittels nur auf eine Seite der ersten Lage des Substrats Eindringen des Sättigungsmittels in die zweite Lage beschränken.
Das Latexsättigungsmittel umfasst natürliche, synthetische oder eine Kombination natürlicher und synthetischer Polymere. Zusätzlich zu Latex können andere lösliche Polymere und Additive für spezielle Endverbrauchseigenschaften in das Sättigungsmittel eingebracht werden. Solche Additive können Pigmente, Füllstoffe, Lehm, Titandioxid, Vernetzungsmittel und Rheologiemodifikatoren umfassen. Z. B. wurden sowohl Vernetzungsmittel als auch Rheologiemodifikatoren mit guten Ergebnissen verwendet. Die hydroverschlungene Bahn wird mit Latex imprägniert durch Leiten der Bahn durch ein Bad von Sättigungsmittel, welches das Latex enthält. Die Bahn wird dann zwischen Rollen einer Satiniermaschine gepresst, um überschüssiges Sättigungsmittel zu entfernen. Die Menge an der hydroverschlungenen Bahn zugesetztem Latex sollte im Bereich von 10 bis 100 trockenen Gramm von Sättigungsmittel auf 100 trockene Gramm Faser betragen. Als nächstes wird die Bahn bei einer Temperatur von 107°C auf geheizten, rotierenden Trommeln getrocknet. Die Bahn wird dann in noch heißen Zustand auf eine Rolle aufgewickelt, um auszuhärten und die notwendigen Nassfestigkeitseigenschaften der Bahn zu entwickeln. In einigen Fällen kann dieses Aushärten für die Nassfestigkeit bei Raumtemperatur stattfinden, wenn spezifische Polymere und Härtungshilfen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin durch die folgenden Beispiele beschrieben. Solche Beispiele sind jedoch nicht als den Geist oder den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend anzusehen.
Jedes Beispiel verwendet ein Substrat, welches wie folgt hergestellt wurde. Eine nasse, zellulosische Bahn, welche aus 75 Gew.-% Northern Softwood Kraftzellstoff und 25 Gew.-% Southern Softwood Kraftzellstoff besteht, und ein Trockenflächengewicht von 50 g pro m² aufweist, wurde einer etwa 14 g pro m² Vliesbahn aus Spinnvliespolypropylen überlagert. Das resultierende Substrat wurde von der zellulosischen Bahnseite bei 454 Fuß pro Minute (etwa 140 m/min) durch die Wasserstrahlen einer Hydroverschlingungseinheit mit fünf Verteilern und einem Wasserstrahldruck von 7,58 MPa (1100 psi) hydroverschlungen. Das hydroverschlungene Substrat wurde getrocknet und bis zu einem Zufügungsgehalt, welcher als trockene Gramm Sättigungsmittel pro 100 trockene Gramm Faser ausgedrückt ist, gesättigt.
Eine Anzahl verschiedener Latexsättigungsmittelzusammensetzungen oder -Gemische wurde in den Beispielen verwendet. Diese sind in Tabellen 1 bis 12 untenstehend zusammengefasst.
Tabelle 1 Latex Sättigungsmittel A
Tabelle 2 Latex Sättigungsmittel B
Tabelle 3 Latex Sättigungsmittel C
Tabelle 4 Latex Sättigungsmittel D
Tabelle 5 Latex Sättigungsmittel E
Tabelle 6 Latex Sättigungsmittel F
Tabelle 7 Latex Sättigungsmittel G
Tabelle 8 Latex Sättigungsmittel H
Tabelle 9 Latex Sättigungsmittel I
Tabelle 10 Latex Sättigungsmittel J
Tabelle 11 Latex Sättigungsmittel K
Tabelle 12 Latex Sättigungsmittel L
Um eine Probe des Substrats zu sättigen, wurde ein Teil des Substrats unter Verwendung eines Labor-Sättigungsapparats behandelt, ähnlich einem Atlas Laboratory Wringer, und auf dampferhitzten Dosen getrocknet. Der Prozentsatz an aufgenommener Menge betrug entweder 50 oder 70 Teile pro 100 Teile Fasern. Die so hergestellten, gesättigten Substrate sind in Tabelle 13 aufgelistet. In der Tabelle bezeichnet "aufgenommene Teile" trockene Gew.-%ichtsteile an Sättigungsmittel pro 100 Gew.-%ichtsteile trockenem Substrat.
Tabelle 13 Zusammenfassung der gesättigten Substrate
Jedes gesättigte Substrat wurde mit dem Standard-Testmuster unter Verwendung eines Standard Desktop Canon BJC-600 Farb-Ink-Jet-Drucker bedruckt. Das Testmuster umfasste Bereiche von durchgehender Farbe, farbigem Muster sowie schwarzem und weißem Druck. Das bedruckte Substrat wurde auf 2 mal 4,5 Inches (etwa 5 cm auf 11,4 cm) zurechtgeschnitten und mit einer herkömmlichen Nähmaschine an ein Badehandtuch genäht.
Das Handtuch wurde in einer Hauswaschmaschine und einem Haustrockner Maschinen-gewaschen und -getrocknet.
Nach dem Waschen wurde alle Substrate auf Substratintegrität hin geprüft, d. h. das Fehlen von Löchern und minimaler oder keiner Durchscheuerung/Zerfransung an den Rändern. Druckfarbenintensität wurde auf Verblassen und Auswaschen von Farbe hin geprüft. Die Lesbarkeit des bedruckten Bereichs wurde auch überprüft. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 14 (nach 25 Waschzyklen) und Tabelle 15 (nach 50 Waschzyklen) zusammengefasst.
Tabelle 14 Zusammenfassung der Prüfung nach 25 Waschzyklen
Tabelle 15 Zusammenfassung der Prüfung nach 50 Waschzyklen
Die Daten in Tabellen 14 und 15 zeigen den Bedarf an funktionellen, Quervernetzung erlaubenden Gruppen in entweder Latex verstärkendem Polymer oder dem kationischen Polymer oder beiden. Die Daten für Beispiele 1 , 2 und 6 in Tabelle 15 sind besonders zu beachten.

Claims

Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn, umfassend: eine Faserbahn mit einer Mehrzahl von Hydroverschlingungs-Loci als Ergebnis davon, dass die Faserbahn Hochdruck-Flüssigkeits-Strahlen ausgesetzt wurde, wobei die Faserbahn Fasern umfasst, in welchen von etwa 20 bis etwa 100 Gew.-%ichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, zellulosische Fasern sind; von 0 bis etwa 70 Gew.-%ichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, merzerisierte zellulosische Fasern sind; von etwa 80 bis 0 Gew.-%ichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, synthetische Polymerfasern sind; und ein Sättigungsmittel, welches in der hydroverschlungenen Faserbahn in einer Menge von etwa 10 bis etwa 100 Prozent vorhanden ist, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, und angepasst ist, die gesättigte hydroverschlungene Faserbahn haltbar und Tintenstrahl-bedruckbar zu machen, dadurch gekennzeichnet, dass das Sättigungsmittel umfasst: von etwa 98 bis etwa 30 Prozent, bezogen auf ein Trockengewicht, eines Latex verstärkenden Polymers mit einer Glasübergangstemperatur von etwa –40°C bis etwa 25°C; und von etwa 2 bis etwa 70 Prozent, bezogen auf ein Trockengewicht, eines kationischen Polymers; wobei entweder zwei oder eines von Latex verstärkendem Polymer und kationischem Polymer vernetzbare funktionelle Gruppen aufweisen.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn gemäß Anspruch 1, in welcher das Sättigungsmittel in der hydroverschlungenen Faserbahn in einer Menge von etwa 20 bis etwa 70 Prozent vorhanden ist.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn gemäß , Anspruch 1, in welcher das Sättigungsmittel in der hydroverschlungenen Faserbahn in einer Menge von etwa 30 bis etwa 60 Prozent vorhanden ist.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn gemäß Anspruch 1, in welcher das Sättigungsmittel in der hydroverschlungenen Faserbahn in einer Menge von etwa 30 bis etwa 60 Prozent, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, vorhanden ist; die Menge an Latex verstärkendem Polymer im Sättigungsmittel von etwa 96 bis etwa 80 Prozent ist, bezogen auf ein Trockengewicht; die Glasübergangstemperatur des Latex verstärkenden Polymers von etwa –20°C bis etwa 15°C ist; und die Menge an kationischem Polymer im Sättigungsmittel von etwa 4 bis etwa 20 Prozent ist, bezogen auf ein Trockengewicht.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn gemäß Anspruch 4, in welcher das Sättigungsmittel in einer Menge von etwa 30 bis etwa 70 Prozent vorhanden ist.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, in welcher im Wesentlichen alle Fasern, welche die Faserbahn umfassen, zellulosische Fasern sind.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem die Faserbahn ein Flächengewicht von etwa 30 bis etwa 135 Gramm pro Quadratmeter hat.
Gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat, umfassend: eine erste Lage mit erster und zweiter Oberfläche und Fasern umfassend; eine zweite Lage mit erster und zweiter Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der ersten Lage die erste Oberfläche der zweiten Lage überlagert, wobei die zweite Lage eine gebundene, Fasern umfassende Vliesbahn umfasst; ein Sättigungsmittel, welches zumindest in der ersten Lage vorhanden ist; wobei zumindest einige der Fasern der ersten und zweiten Lage in einer Mehrzahl von Verschlingungs-Loci miteinander verschlungen wurden als Ergebnis davon, dass erste und zweite Lage Hochdruck-Flüssigkeits-Strahlen ausgesetzt wurden; und die erste Lage eine gesättigte hydroverschlungene Faserbahn gemäß Anspruch 1 ist.
Gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß Anspruch 8, in welchem das Sättigungsmittel in zumindest der ersten Lage in einer Menge von etwa 20 bis etwa 70 Prozent vorhanden ist.
Gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß Anspruch 8, in welchem das Sättigungsmittel in zumindest der ersten Lage in einer Menge von etwa 30 bis etwa 60 Prozent vorhanden ist.
Gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß, Anspruch 8, in welchem das Sättigungsmittel in zumindest der ersten Lage in einer Menge von etwa 20 bis etwa 70 Prozent, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, vorhanden ist; die Menge an Latex verstärkendem Polymer im Sättigungsmittel von etwa 96 bis etwa 80 Prozent ist, bezogen auf ein Trockengewicht; die Glasübergangstemperatur des Latex verstärkenden Polymers von etwa –20°C bis etwa 15°C ist; und die Menge an kationischem Polymer im Sättigungsmittel von etwa 10 bis etwa 60 Prozent ist, bezogen auf ein Trockengewicht.
Gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß Anspruch 11, in welchem das Sättigungsmittel in einer Menge von etwa 30 bis etwa 70 Prozent vorhanden ist.
Gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, in welchem im Wesentlichen alle Fasern, welche die erste Lage umfassen, zellulosische Fasern sind.
Gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, in welchem die erste Lage ein Flächengewicht von etwa 20 bis etwa 135 Gramm pro Quadratmeter hat.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn oder gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem/r das Latex verstärkende Polymer eine Glasübergangstemperatur von etwa –20°C bis etwa 15°C hat.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn oder gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem/r das kationische Polymer im Sättigungsmittel in einer Menge von etwa 10 bis etwa 60 Prozent vorhanden ist.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn oder gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem/r das kationische Polymer im Sättigungsmittel in einer Menge von etwa 15 bis etwa 50 Prozent vorhanden ist.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn oder gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem/r das Sättigungsmittel weiterhin einen Füllstoff in einer Menge von bis zu 20 Prozent, bezogen auf ein Trockengewicht, umfasst.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn oder gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß Anspruch 18, in welchem/r der Füllstoff Titandioxid ist.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn oder gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem/r die Faserbahn eine Anzahl von Verschlingungs-Loci im Bereich von etwa 62 bis etwa 560 pro Quadratzentimeter hat.
Gesättigte, hydroverschlungene Faserbahn oder gesättigtes, hydroverschlungenes Fasersubstrat gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem/r die Faserbahn eine Anzahl von Verschlingungs-Loci im Bereich von etwa 142 bis etwa 390 pro Quadratzentimeter hat.