DE69826884T2

DE69826884T2 - Verfahren zum herstellen von elastischen bahnen mit niedriger dichte

Info

Publication number: DE69826884T2
Application number: DE69826884T
Authority: DE
Inventors: Gerald Frank DRUECKE; Liang Shan CHEN; Alan Michael HERMANS; Sheng-Hsin Hu; Joseph Richard KAMPS
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2005-03-03
Also published as: ES2230726T3; KR100530290B1; DE69826884T3; ZA989275B; CA2307677C; AR017533A1; AU1369899A; DE69826884T8; EP1027493A1; CN1129686C; SV1998000035A; CR5895A; TW440634B; AU733443B2; CN1283242A; BR9815203B1; BR9815203A; DE69826884D1; EP1027493B2; EP1027493B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren zur Herstellung von Papiertucherzeugnissen und insbesondere Verfahren zur Herstellung eines nicht gekreppten Papiertuches auf einer modifizierten Standardnasspressmaschine.
Auf dem Gebiet der Papiertuchherstellung werden gemeinhin große dampfgefüllte Zylinder, die unter der Bezeichnung „Yankee-Trockner" bekannt sind, zur Trocknung einer Papiertuchbahn eingesetzt, die an die Oberfläche des Zylindertrockners angedrückt wird, solange die Papiertuchbahn nass ist. Bei der herkömmlichen Papiertuchherstellung wird die nasse Papierbahn fest gegen die Oberfläche des Yankee-Trockners gedrückt. Das Andrücken der nassen Bahn an der Trommel bewirkt einen engen Kontakt, sodass eine schnelle Wärmeübertragung in die Bahn hinein erfolgen kann. Beim Trocknen der Bahn bilden sich Haftbindungen zwischen der Oberfläche des Yankee-Trockners und der Papiertuchbahn, was häufig durch aufgesprühte Haftmittel gefördert wird, die vor dem Kontaktpunkt zwischen der nassen Bahn und der Oberfläche des Trockners aufgebracht werden. Die Haftbindungen lösen sich, wenn die flache und trockene Bahn mittels einer Kreppklinge von der Oberfläche des Trockners abgezogen wird, wodurch der Bahn eine feine und weiche Textur verliehen wird, ihr spezifisches Volumen steigt und viele Faserbindungen gelöst werden, sodass ihre Weichheit zu- und ihre Steifheit abnimmt.
Das herkömmliche Kreppen bringt einige Nachteile mit sich. Da die Lage flach gegen den Yankee-Trockner gedrückt wird, bilden sich bei der Trocknung der Bahn entstehende Wasserstoffbindungen zwischen den Fasern in einem flachen und dichten Zustand aus. Auch wenn das Kreppen an den Fasern zahlreiche Knicke und Verformungen verursacht und das spezifische Volumen bei einer Benässung der gekreppten Lage vergrößert, lösen sich die Knicke und Verformungen mit dem Anschwellen der Fasern. Im Ergebnis neigt die Bahn dazu, in den flachen Zustand zurückzukehren, der gegeben war, als sich die Wasserstoffbindungen gebildet haben. Aus diesem Grund neigt die gekrepp te Lage beim Benässen dazu, sich in Richtung der Dicke zusammenzuziehen und sich seitlich in Maschinenrichtung auszudehnen, was oftmals mit einer Verknitterung während dieses Vorgangs einhergeht, wenn einige Teile der sich seitlich ausdehnenden Bahn, die noch trocken sind, durch Oberflächenspannungskräfte gespannt oder gegen eine andere Oberfläche gehalten werden.
Darüber hinaus schränkt das Kreppen sowohl die Textur wie auch das spezifische Volumen ein, die der Bahn jeweils verliehen werden können. Beim herkömmlichen Betrieb von Yankee-Trocknern können vergleichsweise wenige Maßnahmen ergriffen werden, um eine hochgradig texturierte Bahn herzustellen, wie dies beispielsweise bei durchgetrockneten Bahnen der Fall ist, die auf texturierten Durchtrocknungstüchern hergestellt worden sind. Die flache und dichte Struktur der Bahn auf dem Yankee-Trockner setzt enge Grenzen, was die sich ergebende Struktur des aus dem Yankee-Trockner kommenden Erzeugnisses betrifft.
Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Kreppens besteht darin, dass Schaber beziehungsweise Rakel verwendet werden, um das Kreppen an Papierherstellungsmaschinen auszuführen, wobei diese Schaber beziehungsweise Rakel aufgrund des Kontaktes mit der Oberfläche des sich drehenden Zylinders Verschleiß erfahren. Mit fortschreitendem Verschleiß sinkt die Wirksamkeit des Schabers, was zu immer größeren Schwankungen bei den Eigenschaften des Papiertuches führt. Die Kreppklingen werden üblicherweise ausgetauscht, nachdem eine Erzeugniseigenschaft von besonderer Wichtigkeit, so beispielsweise die Dehnung, das spezifische Volumen oder die in Maschinenrichtung genommene Zugfestigkeit, von einem vorgegebenen Sollwert abweicht. Der Austausch von Kreppklingen bringt merklichen Maschinenstillstand mit sich und verlangsamt die Herstellung.
Die vorstehend aufgeführten Nachteile des herkömmlichen Kreppens können vermieden werden, indem eine nicht gekreppte durchgetrocknete Papiertuchbahn hergestellt wird. Derartige Bahnen können mit einer Struktur versehen werden, die mehr voluminös und dreidimensional als flach und dicht ist, sodass die Bahn eine gute Nassspannkraft aufweist. Es ist jedoch bekannt, dass ein nicht gekrepptes Papiertuch oftmals dazu neigt, steif und nicht so weich zu sein, wie dies bei gekreppten Erzeugnissen der Fall ist. Darüber hinaus weisen durchgetrocknete Bahnen bisweilen Nadelstichporen auf, die von dem Luftstrom durch die Bahn herrühren, der zum Erreichen einer vollständigen Trocknung notwendig ist. Ferner ist die Mehrzahl der weltweit eingesetzten Papiermaschinen mit herkömmlichen Yankee-Trocknern ausgestattet, wobei die Papiertuchhersteller nicht willens sind, die hohen Kosten hinzunehmen, die mit der Implementierung der Durchtrocknungstechnik oder dem Vorgang des Durchtrocknens einhergehen.
Bei in letzter Zeit durchgeführten Versuchen zur Herstellung einer nicht gekreppten Lage auf einem Trommel- oder Yankee-Trockner wurde die Lage um den Trockner gewickelt. Zylindertrockner wurden lange Zeit beispielsweise bei schweren Papierhandelsklassen verwendet. Bei der herkömmlichen Zylindertrocknung wird die Papierbahn von Trocknungstüchern getragen, die sich um den Zylindertrockner herumwickeln, sodass ein guter Kontakt mit diesem gegeben ist und eine Laufschwankung der Lage verhindert wird. Unglücklicherweise sind auf der Technik des Herumwickelns fußende Vorgehensweisen unpraktisch, wenn es darum geht, eine moderne Maschine für gekreppte Papiertücher in eine Maschine für nicht gekreppte Papiertücher umzurüsten. Typische Krepppapiertuchmaschinen weisen einen Yankee-Trockner mit einer Trocknerhaube auf, in der Luft mit hoher Geschwindigkeit und bei hoher Temperatur verwendet wird, um die Bahn bei Geschwindigkeiten zu trocknen, die über denjenigen herkömmlicher Zylindertrockner liegen. Die meisten Trocknertücher würden sich bei den hohen Temperaturen einer Trocknerhaube schnell qualitativ verschlechtern, und sie würden zudem bei der Übertragung auf die Bahn stören. Des Weiteren erlaubt der Aufbau einer herkömmlichen Yankee-Trocknerhaube keine Endlosumläufe (Schlaufen) des Tuches, um die Bahn um die Trocknerhaube zu wickeln, ohne dass überaus kostenintensive Umrüstungen an den Maschinen vorzunehmen wären.
Die Druckschrift US 4,309,246 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer ein hohes spezifisches Volumen aufweisenden, weichen und saugfähigen Papierbahn. Die Druckschrift EP 0 033 559 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Druckpapier, das von einem Yankee-Trockner abgekreppt wurde. Die Druckschrift FR 2 303 116 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von weichen, spezifisches Volumen aufweisenden und saugfähigen Papierbahnen, die aus einer chemothermomechanischen Zerkleinerungsmasse (Pülpe) hergestellt sind.
Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung eines nicht gekreppten Papiertuches mit dreidimensionaler Struktur und hoher Nassspannkraft sowie hochgradiger Weichheit und Flexibilität bei Verwendung einer herkömmlichen Papierherstellungsmaschine mit einem Yankee-Trockner und einer Trocknungshaube. Insbesondere besteht Bedarf an einem Anhaftsteuersystem, das dafür sorgt, dass die Bahn korrekt an der Oberfläche des Trockners anhaftet, um die leitungstechnische (konduktive) Wärmeübertragung zu fördern, sowie um Blaskräften entgegenzuwirken, wobei die Bahn ausreichend lose aufgebracht ist, um zu ermöglichen, dass man sie von der Oberfläche des Trockners im nicht gekreppten Zustand abziehen kann, ohne sie zu beschädigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit den vorstehend aufgeführten Anforderungen im Blick hat man herausgefunden, dass eine weiche, hohes spezifisches Volumen aufweisende, texturierte sowie Nassspannkraft aufweisende Papiertuchbahn auf einem herkömmlichen Yankee-Trockner oder Zylindertrockner hergestellt werden kann, anstatt dass großformatige und kostenintensive Durchtrockner bei der Herstellung des nassgelegten Papiertuches zum Einsatz kommen müssten. Insbesondere können bestehende Nasspresskrepppapiertuchmaschinen auf wirtschaftliche Weise umgerüstet werden, sodass auf ihnen qualitativ hochwertige nicht gekreppte Papiertücher mit Eigenschaften hergestellt werden können, die denjenigen von durchgetrockneten Materialien ähneln. Die Hochgeschwindigkeitsherstellung einer derartigen Bahn bei gleichzeitiger hervorragender Handhabbarkeit wird durch ein Anhaftsteuersystem ermöglicht, das derart ausgelegt ist, das es die Lage während des Trocknens an dem Yankee-Trockner hält, wobei es das Entfernen der Lage nach erfolgter Trocknung dennoch zulässt. Das Anhaftsteuersystem umfasst ein Grenzflächensteuergemisch, das die Obergrenze der Betriebsgeschwindigkeit der Papiertuchmaschine nach oben verschieben kann, ohne dass Fehlbildungen der Lage auftreten würden. Das Grenzflächensteuergemisch ist insbesondere dann von Nutzen, wenn die Papiertuchlage vor dem Trocknen durch den Yankee-Trockner auf eine Konsistenz von wenigstens 30% entwässert wird.
Insbesondere wird die nasse Bahn mit einer dreidimensionalen und ein hohes spezifisches Volumen aufweisenden Struktur versehen, bevor sie auf die Oberfläche des Trocknungszylinders aufgebracht wird. Dies wird vorzugsweise durch eine Kombination aus der Verwendung speziell behandelter Fasern, so beispielsweise gekräuselte oder feinverteilte Papierfasern, einer Schnellübertragung der feuchten Bahn von einem schneller bewegten Tuch auf ein langsamer bewegtes Tuch und/oder einer Anformung der Bahn an ein strukturiertes und texturiertes Tuch erreicht. Die dreidimensionale Struktur zeichnet sich durch eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aus, da die Lage an ein dreidimensionales Substrat angeformt wird, anstatt dass Bereiche mit hoher und niedriger Dichte mittels durch Zusammendrücken arbeitender Einrichtungen geschaffen würden. Die Dreidimensionalität der Struktur wird durch die ohne Zusammendrücken erfolgende Entwässerung der Bahn vor der Aufbringung auf den Yankee-Trockner gefördert.
Anschließend wird die Bahn vorzugsweise auf einen Yankee-Trockner oder eine andere beheizte Trockneroberfläche derart aufgebracht, dass ein nennenswerter Teil der durch die Vorbehandlung verliehenen Textur, insbesondere der durch das Anformen an die dreidimensionalen Tücher verliehenen Textur, erhalten bleibt. Insbesondere wird die Bahn auf die Oberfläche des Trockners unter Verwendung eines Löcher aufweisenden Tuches aufgebracht, das einen guten Kontakt ermöglicht, während es gleichzeitig den Grad der Textur erhält. Ein derartiges Tuch weist vorzugsweise eine niedrige Tuchrauhigkeit (Geweberauhigkeit) auf und ist verhältnismäßig frei von isolierten Erhebungen. Die herkömmliche Art der Herstellung nassgepressten gekreppten Papiers ist mit Blick auf die Erhaltung der dreidimensionalen Struktur ungeeignet, da bei diesem Verfahren eine Druckwalze eingesetzt wird, um die Bahn zu entwässern, und um die Bahn gleichmäßig in einen dichten und flachen Zustand zu pressen. Bei der vorliegenden Erfindung wird der üblicherweise verwendete im Wesentlichen glatte Pressfilz durch ein texturiertes Material, so beispielsweise ein Löcher aufweisendes Tuch und vorzugsweise ein Durchtrocknungstuch, einen texturierten Filz, ein texturiertes nichtgewebtes Gewebe und dergleichen mehr, ersetzt.
Zum Erzielen bester Ergebnisse können merklich niedrigere Pressdrücke verwendet werden, als dies bei der herkömmlichen Papiertuchherstellung der Fall ist. Vorzugsweise liegt der Bereich der maximalen auf die Bahn wirkenden Beanspruchung beziehungsweise Belastung bei ungefähr 400 psi (2,8 MPa) oder weniger, vorzugsweise bei ungefähr 150 psi (1,0 MPa) oder weniger, so beispielsweise zwischen ungefähr 2 und ungefähr 50 psi (0,014 MPa und 0,34 MPa) und besonders bevorzugt bei ungefähr 30 psi (0,21 MPa), wobei hier über einen beliebigen quadratischen Bereich von einem Inch (650 mm²) gemittelt wird, der den Punkt des maximalen Drucks umschließt. Die in Pounds pro laufendem Inch (pli) (Kilogramm pro laufendem Millimeter; kg/mm) am Punkt des Maximaldruckes gemessenen Drücke liegen vorzugsweise bei ungefähr 400 pli (7,1 kg/mm) oder weniger und besonders bevorzugt bei ungefähr 350 pli (6,3 kg/mm). Das Ausüben eines niedrigen Druckes durch eine dreidimensionale Bahnstruktur auf einen Zylindertrockner unterstützt das Erhalten einer im Wesentlichen gleichmäßigen Dichte in der getrockneten Bahn.
Da das Löcher aufweisende Tuch nicht in der Lage ist, die nasse Bahn während des Andrückens so wirkungsvoll wie ein Filz zu entwässern, werden zusätzliche Entwässerungsmittel vor dem Yankee-Trockner benötigt, um, unmittelbar nachdem die Lage auf die Oberfläche des Yankee-Trockners aufgebracht ist, Feststoffgrade von ungefähr 30% oder mehr, vorzugsweise von ungefähr 35% oder mehr, so beispielsweise zwischen ungefähr 35 und ungefähr 50%, und ganz besonders bevorzugt von ungefähr 38% oder mehr zu erreichen. Ein Betrieb bei niedrigeren Feststoffgraden ist möglich, kann jedoch bei der Erreichung des Solltrocknungsgrades zu einer unerwünschten Verlangsamung der Papiermaschine nach dem Yankee-Trockner führen.
Eine Vielzahl möglicher Techniken zur Entwässerung der Rohbahn – vorzugsweise vor der Schnellübertragung – ist im Stand der Technik bekannt. Die Entwässerung bei Faserkonsistenzen von weniger als ungefähr 30% erfolgt vorzugsweise im Wesentlichen nichtthermisch. Nichtthermische Entwässerung hebt auf den Einsatz einer Ableitung (Drainage) durch das Siebtuch ab, die durch die Schwerkraft, hydrodynamische Kräfte, die Zentrifugalkraft, ein Vakuum, einen einwirkenden Gasdruck oder dergleichen mehr bewirkt wird. Eine teilweise Entwässerung mittels nichtthermischer Mittel kann unter anderem durch den Einsatz von Folien und Vakuumkästen an einer Fourdrinier-Maschine, einer Maschine vom Doppellangsiebtyp oder einer modifizierten Fourdrinier-Maschine mit Oberlangsieb, Vibrationswalzen oder „Shaker"-Walzen, darunter die „Sonic roll" von W. Kufferath et al., beschrieben in „Das Papier", 42 (10A), Band 140 (1988), Gautschwalzen, Saugwalzen oder anderen bekannten Vorrichtungen erfolgen. Darüber hinaus kann ein differentieller Gasdruck oder ein Kapillardruck über der Bahn einwirken, um flüssiges Wasser aus der Bahn auszutreiben, was aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt ist, nämlich von der Papiermaschine, die in dem am 27 Juli 1993 an I. A. Anderson et al. erteilten US-Patent 5,230,776 beschrieben ist; von den Kapillarentwässerungstechniken, die in dem am 4. Februar 1997 an S. C. Chuang et al. erteilten US-Patent 5,598,643 sowie in dem am 3. Dezember 1995 erteilten US-Patent 4,556,450 desselben Erfinders beschrieben sind; sowie von den Entwässerungskonzepten, die von J. D. Lindsay in „Displacement Dewatering to Maintain Bulk", veröffentlicht bei „Paperi ja Puu", 74(3), Seiten 232 bis 242 (1992), beschrieben werden. Sämtliche zitierten Druckschriften zählen zur Offenbarung der vorliegenden Erfindung. Luftdruck wird besonders bevorzugt, da er durch wirtschaftliche und vergleichsweise einfache maschinelle Aufbauten erzeugt werden kann und darüber hinaus eine hochwirksame und leistungsfähige Entwässerung bewirkt.
Nach der anfänglichen Siebung der Bahn in der Siebpartie der Papiermaschine, so beispielsweise an einer Fourdrinier-Maschine, wird der nassen Bahn üblicherweise eine hohe in Maschinenrichtung genommene Dehnung verliehen, was durch eine Schnellübertragung der nassen Bahn von einem ersten Trägertuch auf ein erstes Übertragungstuch erfolgt. Die Verwendung eines rauen dreidimensionalen Schnellübertragungstuches ermöglicht, dass die Bahnanformung derart erfolgt, dass eine elastische dreidimensionale Struktur mit hoher in Maschinenquerrichtung genommener Dehnung entsteht. Mehrere Schnellübertragungsvorgänge können ausgeführt werden, um Synergieeffekte zwischen Tüchern verschiedener Topografie und Ausgestaltung zu nutzen, und um der Bahn die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu verleihen.
Der Schritt der Schnellübertragung kann mittels eines beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens erfolgen, so beispielsweise mittels Verfahren aus den folgenden im Stand der Technik bekannten Druckschriften: dem am 16. September 1997 an S. A. Engel et al. erteilten US-Patent 5,667,636; sowie dem am 4. März 1997 an T. E. Farrington, Jr. et al. erteilten US-Patent 5,607,551. Zur Erzielung von Lagen mit guten Eigenschaften kann das erste Übertragungstuch eine Tuchrauhigkeit (Definition nachstehend) von ungefähr 30% oder mehr, insbesondere von ungefähr 30 bis 300%, bevorzugt von ungefähr 70 bis ungefähr 110% des Strangdurchmessers des höchsten Längs- oder Querfadens des Tuches oder für den Fall nichtgewebter Tücher der charakteristischen Breite der höchsten verlängerten Struktur an der Oberfläche des Tuches aufweisen. Übliche Strangdurchmesser liegen in einem Bereich von ungefähr 0,005 bis ungefähr 0,05 Inch (0,13 bis 1,3 mm), vorzugsweise von ungefähr 0,005 bis ungefähr 0,035 Inch (0,13 bis 0,89 mm) und besonders bevorzugt von ungefähr 0,010 bis ungefähr 0,020 Inch (0,25 bis 0,51 mm).
Zum Zwecke einer ausreichenden Wärmeübertragung an der Trockneroberfläche kann die Bahn von dem ersten Übertragungstuch auf das zweite Übertragungstuch übertragen werden, wobei letzteres vorzugsweise eine niedrigere Rauhigkeit als das erste Übertragungstuch aufweist.
Das Verhältnis zwischen der Rauhigkeit des zweiten Übertragungstuches und derjenigen des ersten Übertragungstuches liegt vorzugsweise bei ungefähr 0,9 oder weniger, besonders bevorzugt bei ungefähr 0,8 oder weniger, ganz besonders bevorzugt zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,7 und außerordentlich bevorzugt zwischen ungefähr 0,2 und 0,6. Analog sollte die Oberflächentiefe des zweiten Übertragungstuches vorzugsweise geringer als die Oberflächentiefe des ersten Übertragungstuches sein, sodass das Verhältnis zwischen der Oberflächentiefe des ersten Übertragungstuches und der Oberflächentiefe des zweiten Übertragungstuches bei ungefähr 0,95 oder weniger, vorzugsweise bei ungefähr 0,85 oder weniger, ganz besonders bevorzugt zwischen ungefähr 0,3 und ungefähr 0,75 und außerordentlich bevorzugt zwischen ungefähr 0,15 und ungefähr 0,65 liegt.
Während gewebte Tücher aufgrund ihrer niedrigen Herstellungskosten und der einfachen Handhabbarkeit besonders bevorzugt werden, sind auch nichtgewebte Materialien verfügbar beziehungsweise in Entwicklung, um herkömmliche Siebtücher und Pressfilze, die bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können, zu ersetzen.
Das Grenzflächensteuergemisch ist dafür ausgelegt, dass die texturierte Bahn an dem Zylindertrockner in ausreichendem Maße anhaftet, um die leitungstechnische (konduktive) Wärmeübertragung zu fördern, und um vorzugsweise Luftströmen hoher Geschwindigkeit entgegenzuwirken und dennoch die texturierte Bahn von der Oberfläche des Zylindertrockners ohne Kreppen freizugeben. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Grenzflächensteuergemisch" eine Kombination aus Klebstoffverbindungen und Trennmitteln sowie optionalen anderen Gemischen, die auf die Grenzfläche zwischen der nassen Bahn und der Oberfläche des Zylindertrockners aufgebracht werden. Die Klebstoffverbindungen und Trennmittel des Grenzflächensteuergemisches können einzeln auf die Fasern oder die Bahn aufgetragen werden oder zunächst gemischt und dann auf die Fasern oder die Bahn aufgetragen werden, vorausgesetzt, dass sowohl die Klebstoffverbindungen wie auch die Trennmittel an der Grenzfläche zwischen der Bahn und der Oberfläche des Trockners vorhanden sind. Die Klebstoffverbindungen und Trennmittel werden vor Aufbringung der Bahn auf die Oberfläche des Zylindertrockners aufgetragen; sie können vor oder während der Aufbringung der Bahn auf den Zylindertrockner direkt oder indirekt auf die Fasern oder die Bahn aufgetragen werden; oder sie können in der Nasspartie mit dem Faserbrei aufgebracht werden. So können die Komponenten beispielsweise auf die Trockneroberfläche unter Verwendung eines einzelnen Sprühsystems oder mehrerer Sprühsysteme aufgebracht werden, so beispielsweise mittels eines Sprühsystems für die Klebstoffverbindungen und eines Sprühsystems für die Trennmittel.
Geeignete Klebstoffverbindungen umfassen Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Glutinleime, polymerische Retentionsmittel hohen Molekulargewichtes, Zellulosederivative, Ethylen-Vinylacetat-Kopolymere und andere im Stand der Technik als wirkungsvolle Kreppmittel bekannte Gemische. Die Klebstoffverbindungen können mit wässrigen Lösungen eines kationischen Thermofixierpolyamidharzes gemischt werden oder dieses enthalten und vorzugsweise zudem Polyvinylalkohol enthalten. Geeignete kationische Thermofixierpolyamidharze sind das wasserlösliche polymerische Reaktionsprodukt eines Epihalohydrins, vorzugsweise Epichlorhydrin, und eines wasserlöslischen Polyamids mit sekundären Amingruppen, die von Polyalkylen-Polyamin und gesättigten aliphatischen dibasischen Karbonsäuren mit ungefähr 3 bis 10 Kohlenstoffatomen herstammen. Eine nützliche, jedoch nicht wesentliche Eigenschaft dieser Harze besteht darin, dass sie phasenverträglich mit Polyvinylalkohol sind. Geeignete im Handel erhältliche Klebstoffverbindungen sind unter anderem KYMENE von der Firma Hercules, Inc., Wilmington Delaware, und CASCAMID von der Firma Borden, USA, die eingehender in dem am 23. Februar 1960 an G. Keim erteilten US-Patent 2,926,116 und dem am 9. Juli 1985 an D. Soerens erteilten US-Patent 4,528,316 beschrieben werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Nasspresskreppvorgängen besteht bei der vorliegenden Erfindung nicht die Notwendigkeit einer Vernetzung der Klebemittel, so beispielsweise von KYMENE, was normalerweise für Aufbau und Erhaltung einer effektiven Beschichtung der Oberfläche des Yankee-Trockners erforderlich ist. Die Beschichtung muss wasserbeständig sein, da sie sonst bei einem herkömmlichen Nasspressvorgang durch das Wasser aus der Bahn abgelöst und beschädigt werden könnte. Wasserlösliche Klebstoffverbindungen, so beispielsweise Sorbitol und Polyvinylalkohol ohne zugesetzte Vernetzungsmittel können an der Oberfläche des Yankee-Trockners bei der Herstellung eines gekreppten und durchluftgetrockneten Papiertuches verwendet werden, da das an die Oberfläche des Yankee-Trockners gedrückte Papiertuch bereits ausreichend trocken (typischerweise bei einer Konsistenz von über 60%) ist, um das Risiko eines Ablösens der Beschichtung und einer Störung des richtigen Anhaftens zu vermeiden. Man hat überraschenderweise herausgefunden, dass vollständig wasserlösliche Klebstoffverbindungen an der Oberfläche des Zylindertrockners bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ohne dass die richtige Anhaftwirkung gefährdet wäre, und zwar auch dann, wenn die Bahn beim Andrücken an der Oberfläche des Zylinders nass ist, also bei Konsistenzen unterhalb von entweder 60%, 50%, 45% oder 40%. So hat man beispielsweise herausgefunden, dass ein Gemisch aus Sorbitol und Polyvinylalkohol ohne Vernetzungsmittel bei der vorliegenden Erfindung als hervorragende Klebstoffverbindung dienen kam, die in der Lage ist, ein stabiles und korrektes Anhaften der nassen Bahn an der Oberfläche des Yankee-Trockners zu ermöglichen, während sie die nicht gekreppte Entfernung der Bahn zulässt, wenn sie mit einer wirksamen Menge eines Trennmittels versetzt ist. Andere wasserlösliche Klebstoffverbindungen von potentiellem Wert für die vorliegende Erfindung umfassen Stärken, Glutinleime, Zellulosederivative und dergleichen mehr.
Die Klebstoffverbindung wird vorzugsweise als Lösung aufgetragen, die von ungefähr 0,1 bis 10% Feststoffe und bevorzugt von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5% Feststoffe enthält, wobei das Balancemittel üblicherweise Wasser ist. Die Klebstoffverbindungen (darunter Nassfestigkeitsverbindungen) können von ungefähr 10 bis ungefähr 99 Gew.-% Aktivfeststoffe in dem Grenzflächensteuergemisch, vorzugsweise von ungefähr 10 bis ungefähr 70 Gew.-% Aktivfeststoffe in dem Grenzflächensteuergemisch und besonders bevorzugt von ungefähr 30 bis ungefähr 60 Gew.-% Aktivfeststoffe in dem Grenzflächensteuergemisch enthalten.
Bei Verwendung der formulierten Klebstoffverbindungen gemäß vorstehender Beschreibung wird der Klebstoff vorzugsweise mit einer Rate zugegeben, die – auf Aktivklebstoffkomponentenbasis – ungefähr 0,01 (4,5 g) bis ungefähr 30 pounds (14 kg) pro Ton ne Trockenfaser in dem Papiertuchpapier erreicht. Insbesondere ist die Klebstoffzusetzrate gleich ungefähr 0,01 (4,5 g) bis ungefähr 5 pounds (2,3 kg) Aktivklebstoffe pro Tonne Trockenfaser, so beispielsweise ungefähr 0,05 (23 g) bis 1 pound (0,45 kg) Klebstoff pro Tonne Trockenfaser, und besonders bevorzugt ungefähr 0,5 (0,23 kg) bis ungefähr 1 pound (0,45 kg) Aktivklebstoffe pro Tonne Trockenzellulosefaser.
Die Trennmittel werden in wirksamen Mengen zugesetzt, um zu ermöglichen, dass die Papiertuchbahn von der Oberfläche des Zylindertrockners ohne Kreppen und ohne nennenswerte Beschädigung an der Papiertuchbahn abgezogen werden kann. Der Begriff „Trennmittel" bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung eine beliebige Chemikalie oder Verbindung, die den Grad der Anhaftung der Bahn an der Oberfläche des Trocknungszylinders, der durch die Klebstoffverbindungen vermittelt wird, verringert. Die Trennmittel erreichen dies durch Modifizieren der das spezifische Volumen betreffenden chemischen Eigenschaften eines Gemisches, durch Modifizieren der Anhaftwechselwirkungen vorzugsweise an der Oberfläche, durch Reagieren mit den Klebstoffverbindungen zur Bildung von Gemischen niedrigeren Anhaftvermögens und so weiter.
Zu den geeigneten Trennmitteln zählen Weichmacher und Anhaftmodifiziermittel, so beispielsweise quaternisierte Polyaminoamide, chemische Haftlösemittel und oberflächenaktive Mittel, wie beispielsweise TRITON X100 von Union Carbide; wasserlösliche Polyole, wie beispielsweise Glycerin, Ethylenglykol, Diethylenglykol und Triethylenglykol; Silikontrennmittel, darunter Polysiloxane und verwandte Zusammensetzungen, insbesondere in vergleichsweise kleinen Mengen, Entschäumungsmittel, wie beispielsweise Nalco 131 DR von der Firma Nalco Chemical, vorzugsweise durch Nasspartiezugabe zugesetzt; wasserabweisende und nichtpolare Verbindungen, wie beispielsweise Kohlenwasserstofföl, Mineralöl, pflanzliches Öl oder eine Kombination dieses Typs von Kohlenwasserstoffmaterial, das in dem wässrigen Medium unter Einsatz für diese Zwecke typischer Emulgatoren emulgiert wird; Polyglykole, wie beispielsweise Polyethylenglykole, die allein oder in Kombination mit den Kohlenwasserstoffölen, Mineralölen und pflanzlichen Ölen verwendet werden, wobei insbesondere diese Trennmittel in Wasser durch Emulgieren in Wasser entweder bei Vorhandensein oder bei Nichtvorhandensein von Polyethylenglykolen formuliert werden, und wobei beliebige Kombinationen der vorstehend erwähnten Öle vom Kohlenwasserstofftyp zum Einsatz kommen können; und dergleichen andere Substanzen mehr. Werden quaternisierte Polyaminoamide, so bei spielsweise Quaker 2008 von der Firma Quaker Chemical Company verwendet, so kann im Vergleich zu anderen Arten von Trennmitteln eine erhebliche Menge hiervon erforderlich sein, um zu verhindern, dass sich die Papiertuchbahn um den Trockner wickelt. Routinemäßige Untersuchungen sind notwendig, um die optimale Menge wasserlöslicher Polyole zu bestimmen, die in Verbindung mit den Klebstoffverbindungen und anderen Verbindungen zu verwenden ist, da nicht mit allen wasserlöslichen Polyolen ähnliche Ergebnisse erzielbar sind. Trennmittel, die nicht leicht in Wasser löslich sind, werden oftmals unter Einbeziehung eines Aufweichungsmittels in Wasser formuliert. Weitere Beispiele für geeignete Trennmittel sind in dem am 13. Februar 1996 an Chen et al. erteilten US-Patent 5,490,903 und dem am 16. Februar 1993 an Furman Jr. erteilten US-Patent 5,187,219 beschrieben.
Geeignete Mengen des Trennmittels in dem Grenzflächensteuergemisch können von ungefähr 1 bis ungefähr 90 Gew.-%, insbesondere von ungefähr 10 bis ungefähr 90 Gew.-%, besonders bevorzugt von ungefähr 15 bis ungefähr 80 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von ungefähr 25 bis ungefähr 70 Gew.-% auf Feststoffbasis reichen. Das Trennmittel kann mit einer Rate von ungefähr 0,1 (45 g) bis ungefähr 10 pounds (4,5 kg) pro Tonne Trockenfaser zugesetzt werden, so beispielsweise mit ungefähr 1 (0,45 kg) bis ungefähr 5 pounds (2,3 kg) pro Tonne Trockenfaser.
Die vorliegende Erfindung stellt eine ein hohes spezifisches Volumen aufweisende Papiertuchbahn bereit, die auf einem Yankee-Trockner getrocknet werden kann, ohne dass vorher ein Durchtrocknungsvorgang von Nöten wäre, und die zulässt, dass die Lage ohne Kreppen entfernt werden kann, sodass eine nicht gekreppte Lage mit durchtrocknungsartigen Eigenschaften entsteht. Entsprechend einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer nicht gekreppten Papiertuchbahn ab, das die nachfolgenden Schritte umfasst: a) Auftragen einer wässrigen Suspension aus Papierfasern auf ein Siebtuch, um eine Rohbahn auszubilden; b) Entwässern der Bahn; f) Übertragen der Bahn auf die Oberfläche eines Zylindertrockners; g) Auftragen eines Grenzflächensteuergemisches, das Klebstoffverbindungen und Trennmittel umfasst, wobei das Grenzflächensteuergemisch so eingerichtet ist, dass es die Bahn ohne Laufschwankungen an der Oberfläche des Trockners haften lässt und ein Lösen der Bahn ohne nennenswerte Beschädigung der Bahn ermöglicht; h) Trocknen der Bahn auf dem Zylindertrockner; und k) Lösen der Bahn von der Oberfläche des Trockners ohne Kreppen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer nicht gekreppten Papiertuchbahn kann darüber hinaus die nachfolgenden Schritte umfassen: a) Auftragen einer wässrigen Suspension aus Papierfasern auf ein Siebtuch, um eine Rohbahn auszubilden; b) Entwässern der Bahn auf eine Konsistenz von ungefähr 30% oder mehr; e) Texturieren der Bahn an einem dreidimensionalen texturierten Substrat; f) Übertragen der Bahn auf die Oberfläche eines Zylindertrockners bei einer Konsistenz von ungefähr 30 bis ungefähr 45% unter Verwendung eines texturierten Substrates; g) Auftragen eines Grenzflächensteuergemisches, das Klebstoffverbindungen und Trennmittel umfasst, wobei die Klebstoffverbindungen wasserlöslich und im Wesentlichen frei von vernetzenden Haftmitteln sind, und wobei das Grenzflächensteuergemisch so eingerichtet ist, dass es die Bahn ohne Laufschwankungen an der Oberfläche des Trockners haften lässt und ein Lösen der Bahn ohne nennenswerte Beschädigung der Bahn ermöglicht; h) Trocknen der Bahn auf dem Zylindertrockner; und k) Lösen der Bahn von der Oberfläche des Trockners ohne Kreppen.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer nicht gekreppten Papiertuchbahn umfasst die nachfolgenden Schritte: a) Auftragen einer wässrigen Suspension aus Papierfasern auf ein Siebtuch, um eine Rohbahn auszubilden; b) Entwässern der Bahn; e) Texturieren der Bahn an einem dreidimensionalen texturierten Substrat; f) Übertragen der Bahn auf die Oberfläche eines Zylindertrockners; g) Auftragen eines Grenzflächensteuergemisches, das Klebstoffverbindungen und Trennmittel umfasst, wobei das Grenzflächensteuergemisch so eingerichtet ist, dass es die Bahn ohne Laufschwankungen an der Oberfläche des Trockners haften lässt; h) Trocknen der Bahn auf dem Zylindertrockner; i) Lösen der Bahn von der Trockneroberfläche unter Verwendung einer Kreppklinge; j) Anpassen des Grenzflächensteuergemisches derart, dass das Grenzflächensteuergemisch so eingerichtet ist, dass es die Bahn ohne Laufschwankungen an der Oberfläche des Trockners haften lässt und ein Lösen der Bahn ohne nennenswerte Beschädigung der Bahn ermöglicht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt die Erfindung auf ein Verfahren zum wirtschaftlichen Modifizieren (Umrüsten) einer Nasspresskrepppapiertuchmaschine zur Herstellung eines nicht gekreppten Papiertuches ab. Die Nasskrepppapiertuchmaschine umfasst zunächst eine Siebpartie, die eine Endlosschlaufe eines Siebtuches, eine Endlosschlaufe eines glatten Nasspressfilzes enthält, einen Übertragungsabschnitt zum Übertragen einer nassen Bahn aus Papiertuch von dem Siebtuch auf den Nasspressfilz, einen Einzylindertrockner (Yankee-Trockner), eine Presse zum Pressen der nassen Bahn, die sich auf dem Nasspressfilz befindet, an den Einzylindertrockner, eine Sprühpartie zum Auftragen von Kreppklebstoff auf die Oberfläche des Einzylindertrockners, einen Schaber, der so eingerichtet ist, dass er an den Einzylindertrockner gedrückt wird, um die Bahn von der Oberfläche des Trockners zu kreppen, und eine Rolle, wobei die Nasspresskrepppapiertuchmaschine keinen Drehdurchtrockner vor dem Einzylindertrockner aufweist.
Das Verfahren zum Modifizieren (Umrüsten) der Maschine umfasst die nachfolgenden Schritte: a) Ersetzen des glatten Nasspressfilzes durch ein texturiertes Papiermaschinentuch; b) Modifizieren des Übertragungsabschnitts zum Übertragen einer Rohbahn auf dem Siebtuch auf das texturierte Papiermaschinentuch; c) Bereitstellen einer nicht zusammendrückenden Entwässerungseinrichtung; d) Bereitstellen eines Zuführungssystems zum Auftragen eines Trennmittels auf die Oberfläche des texturierten Papiermaschinentuchs, wobei das Trennmittel so eingerichtet ist, dass es das Trennen der Bahn von dem Papiermaschinentuch unterstützt; und e) Modifizieren der Sprühpartie, um wirksame Mengen an Verbindungen eines Grenzflächensteuergemischs, das Klebstoffverbindungen und Trennmittel umfasst, bereitzustellen, wobei das Grenzflächensteuergemisch so eingerichtet ist, dass es die Funktion der Papiertuchmaschine ohne Kreppen ermöglicht, sodass die Papiertuchbahn, die auf der Maschine hergestellt wird, stabil an dem Einzylindertrockner haften bleibt, bis sie ohne Kreppen durch Zug von der Rolle abgezogen wird.
Durch die Erfindung können auf wirtschaftliche Weise Papiertuchlagen hergestellt werden, ohne dass eine Durchtrocknung erfolgen müsste, wobei die Papiertuchlagen dennoch Eigenschaften ähnlich denjenigen einer durchgetrockneten Lage aufweisen. Insbesondere kann ein nicht gekrepptes Papiertuch auf einer Nasspresspapiertuchmaschine hergestellt und auf einem Zylindertrockner ohne Drehdurchtrocknung getrocknet werden. Das Papiertuch weist eine dreidimensionale Topografie, im Wesentlichen gleichmäßige Dichte, ein spezifisches Volumen von wenigstens 10 cc/g im nicht ka landrierten Zustand und ein Absorptionsvermögen von wenigstens 12 g Wasser pro Gramm Faser auf. Das Papiertuch enthält darüber hinaus nachweisbare Mengen eines Grenzflächensteuergemisches, das Klebstoffverbindungen und Trennmittel enthält. Der Nachweis kann mittels Solventextraktion in Verbindung mit FT-IR, Massenspektroskopie oder anderen analytischen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen.
Die Kombination aus ohne Zusammendrücken erfolgendem Entwässern, Einwirken eines von der Bahn bewirkten niedrigen Druckes auf die Oberfläche des Zylindertrockners und Verwendung eines geeignet ausgewählten Tuches oder Filzes zum Aufbringen der Bahn auf den Zylindertrockner derart, dass die Bahn durch Erhebungen an dem Tuch oder Filz nicht hochgradig verdichtet wird, kann zu einer getrockneten Bahn von im Wesentlichen gleichmäßiger Dichte führen. Es können Höcker (Buckel) in dem Tuch vorhanden sein, die vorzugsweise Abschnitte der Lage gegen die Oberfläche des Trockners halten, obwohl die Bahn wünschenswerterweise in diesen Buckelbereichen im Wesentlichen nicht verdichtet wird, was durch eine geeignete ohne Zusammendrücken erfolgende Entwässerung vor dem Trocknen und einen vergleichsweise niedrigen auf die Bahn wirkenden Druck verursacht wird.
Unabhängig davon, ob die Bahn eine im Wesentlichen gleichmäßige Dichte oder Bereiche mit höherer und niedrigerer Dichte aufweist, kann das durchschnittliche spezifische Volumen (das Inverse der Dichte) der Bahn bezogen auf eine Messung der Bahndicke zwischen flachen Auflageplatten bei einer Beanspruchung von 0,05 psi (0,34 kPa) ungefähr 3 cm³/g (Kubikzentimeter pro Gramm) oder mehr, vorzugsweise ungefähr 6 cm³/g oder mehr, besonders bevorzugt ungefähr 10 cm³/g oder mehr, ganz besonders bevorzugt ungefähr 12 cm³/g oder mehr und außerordentlich besonders bevorzugt ungefähr 15 cm³/g oder mehr betragen. Bahnen mit hohem spezifischem Volumen werden häufig kalandriert, um das Enderzeugnis herzustellen. Nach einem optionalen Kalandrieren der Bahn kann das spezifische Volumen des Enderzeugnisses ungefähr 4 cm³/g oder mehr, vorzugsweise ungefähr 6 cm³/g oder mehr, besonders bevorzugt ungefähr 7,5 cm³/g oder mehr und außerordentlich besonders bevorzugt ungefähr 9 cm³/g oder mehr betragen.
Viele Fasertypen können zum Einsatz kommen, darunter Hartholz oder Weichhölzer, Stroh, Flachs, Wolfsmilchsamenflusenfasern, Abaca (Manilafaser), Hanf, Kenaf (Gam bo), Bagasse (ausgepresstes Zuckerrohr), Baumwolle, Schilf und dergleichen. Alle bekannten Papierfasern können verwendet werden, darunter gebleichte und ungebleichte Fasern, Fasern natürlichen Ursprungs (darunter Holzfasern und andere Zellulosefasern, Zellulosederivative und chemisch versteifte oder vernetzte Fasern) oder künstliche Fasern (künstliche Papierfasern, darunter bestimmte Faserformen aus Polypropylen, Akrylharz, Aramiden, Acetaten und dergleichen), erstmalig verwendete oder wiederaufbereitete beziehungsweise recyclierte Fasern, Hartholz und Weichholz sowie Fasern, die mechanisch (beispielsweise Holzschliff), chemisch (darunter unter anderem Kraft- und Sulfitzerkleinerungsverfahren), thermomechanisch, chemothermomechanisch oder anderweitig zerkleinert wurden. Kombinationen von Untermengen der vorstehend erwähnten Verfahren oder der zugehörigen Faserklassen können zudem zum Einsatz kommen. Die Fasern können auf vielerlei im Stand der Technik bekannte Arten hergestellt werden. Zu den für die Herstellung von Fasern verwendbaren Verfahren zählt die Dispersion zur Verleihung einer Kräuselung sowie verbesserter Trocknungseigenschaften, entsprechend beispielsweise der Offenbarung in dem am 20. September 1994 an M. A. Hermans et al. erteilten US-Patent 5,348,620 und dem am 26. März 1996 erteilten US-Patent 5,501,768 desselben Erfinders.
Darüber hinaus können chemische Zusätze verwendet und den Ausgangsfasern, dem Faserbrei oder der Bahn während oder nach der Herstellung zugesetzt werden. Zu diesen Zusätzen zählen Trübungsmittel, Pigmente, Nassspannkraftverstärker, Trockenspannkraftverstärker, Weichmacher, Aufweichungsmittel, Feuchthalter, Virizide, Bakterizide, Puffer, Wachse, Fluoropolymere, Geruchsstoffe and Deodorantmittel, Zeolite, Farbstoffe, fluoreszierende Farbstoffe oder Weißmacher, Parfüme, Haftlösemittel, pflanzliche und mineralische Öle, Feuchthaltemittel, Schlichtmittel, Superabsorbenten, oberflächenaktive Stoffe, Feuchtmacher, UV-Blocker, antibiotische Mittel, Lotionen, Fungizide, Konservierungsmittel, Aloe-Vera-Extrakte, Vitamin E und dergleichen mehr. Die Einbringung chemischer Zusatzstoffe muss nicht gleichmäßig erfolgen, sondern kann in Abhängigkeit vom Ort (der Einbringung) sowie in Abhängigkeit von der Seite des Papiertuches variieren. Wasserabweisendes Material kann auf einen Teil der Oberfläche der Bahn aufgebracht werden, um die Bahneigenschaften zu verbessern.
Ohne die mit dem Kreppen einhergehenden Beschränkungen kann der chemische Aufbau der nicht gekreppten Lage verändert werden, um neuartige Wirkungen zu erzielen.
Mit Kreppen können beispielsweise hohe Anteile an Haftlösemitteln oder Lagenweichmachern mit dem Anhaften an dem Yankee-Trockner wechselwirken, wobei jedoch bei nicht erfolgtem Kreppen erheblich höhere Zugabemengen gegeben sein können. Aufweichungsmittel, Lotionen, Feuchthaltemittel, Oberflächengefälligmacher, Silikongemische, wie beispielsweise Polysiloxane, und dergleichen mehr können in vorzugsweise hohen Mengen zugesetzt werden, wobei die kreppungsbedingten Einschränkungen geringer sind. Gleichwohl muss in der Praxis besonders darauf geachtet werden, dass ein angemessenes Ablösen vom zweiten Übertragungstuch erfolgt, und dass ein gewisser Grad der Anhaftung an der Trockneroberfläche zum Zwecke eines wirksamen Trocknens und zum Zwecke einer Begrenzung der Laufschwankung bestehen bleibt. Gleichwohl gibt es, wenn kein Kreppen erfolgt, eine erheblich größere Freiheit bei der Verwendung neuer Nasspartiechemikalien und anderer chemischer Behandlungen im Sinne der vorliegenden Erfindung, als dies bei Kreppverfahren der Fall ist.
Ein einzelner Stoffauflaufkasten oder eine Mehrzahl von Stoffauflaufkästen kann eingesetzt werden. Der Stoffauflaufkasten beziehungsweise die Stoffauflaufkästen können in Schichten angeordnet sein, um die Herstellung einer mehrlagigen Struktur aus einem einzelnen Stoffauflaufkastenstrahl bei der Herstellung einer Bahn zu ermöglichen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen wird die Bahn mittels eines schicht- oder lagenartigen Stoffauflaufkastens hergestellt, wodurch kürzere Fasern auf die eine Seite der Bahn wegen verbesserter Weichheit und verhältnismäßig lange Fasern auf die andere Seite der Bahn oder in eine innere Schicht einer Bahn mit drei oder mehr Schichten gelangen. Vorzugsweise wird die Bahn auf einem Endlosumlauf (Endlosschlaufe) eines mit Löchern versehenen Siebtuches hergestellt, was eine Ableitung der Flüssigkeit und eine teilweise Entwässerung der Bahn ermöglicht. Mehrere Rohbahnen aus mehreren Stoffauflaufkästen können gegautscht beziehungsweise mechanisch oder chemisch im feuchten Zustand verbunden werden, um eine einzelne Bahn mit mehreren Schichten herzustellen.
Verschiedene Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. In der Beschreibung wird Bezug auf die begleitende Zeichnung genommen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Derartige Ausführungsbeispiele decken nicht den vollständigen Schutzbereich der Erfin dung ab. Dieser geht allein aus den Ansprüchen hervor, deren Deutung den vollständigen Schutzbereich der Erfindung erschließbar macht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein schematisches Verfahrensflussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer modifizierten Nasspresskreppmaschine darstellt, die für die erfindungsgemäße Herstellung eines Papiertuches geeignet ist.
2 zeigt ein weiteres schematisches Verfahrensflussdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei hier eine Papiertuchmaschine mit einer zusätzlichen Bahnübertragung und einer bis zu einem gewissen Grad gegebenen Tuchwicklung gezeigt ist.
3 zeigt ein weiteres schematisches Verfahrensflussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, bei dem eine erfindungsgemäß modifizierte Maschine vom Doppellangsiebtyp zum Einsatz kommt.
4 zeigt ein weiteres schematisches Verfahrensflussdiagramm, das eine alternative modifizierte Doppellangsiebmaschine zeigt, die bei der erfindungsgemäßen Herstellung eines Papiertuches Verwendung finden kann.
Definition der Begriffe und Verfahren
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „in Maschinenrichtung genommene Zugfestigkeit" (MD tensile strength = machine direction tensile strength) einer Papiertuchprobe eine einem Fachmann bekannte herkömmliche Messung der Beanspruchung pro Einheitsbreite an einem Fehlbildungspunkt, wenn die Papiertuchbahn in Maschinenrichtung beansprucht wird. Analog bezeichnet der Begriff „in Querrichtung genommene Zugfestigkeit" (CD tensile strenght = cross direction tensile strength) die analoge Messung in Maschinenquerrichtung. Die in Maschinenrichtung und in Querrichtung genommene Zugfestigkeit wird unter Verwendung eines Instron-Zugfestigkeitstesters mit einer Klemmbacke mit einer Breite von 3 Inch (76 mm), einer Ausdehnung der Klemmbacke von 4 Inch (100 mm) und einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 10 Inch pro Minute (25 cm/min) gemessen. Vor der Messung wird die Probe vier Stunden lang unter TAPPI-Bedingungen (73°F (23°C), 50% relative Feuchtigkeit) gehalten. Die Zugfestigkeit wird in Gramm pro Inch (Gramm pro Millimeter; g/mm) am Fehlbildungspunkt angegeben, wobei der Instron-Ablesewert in Gramm durch 3 geteilt wird, da die Messbreite 3 Inch (76 mm) beträgt.
Die „in Maschinenrichtung genommene Dehnung" und die „in Querrichtung genommene Dehnung" bezeichnen die prozentuale Verlängerung der Probe während des Testes auf Zugfestigkeit vor Auftreten der Fehlbildung. Ein erfindungsgemäß hergestelltes Papiertuch kann eine in Maschinenrichtung genommene Dehnung von 3% oder mehr, so beispielsweise von ungefähr 4 bis ungefähr 24%, von ungefähr 5% oder mehr, von ungefähr 8% oder mehr, von ungefähr 10% oder mehr und besonders bevorzugt von ungefähr 12% oder mehr aufweisen. Die in Querrichtung genommene Dehnung der erfindungsgemäßen Bahnen wird hauptsächlich durch das Anformen einer nassen Bahn auf ein hochgradig konturiertes Tuch verliehen. Die in Querrichtung genommene Dehnung kann ungefähr 4% oder mehr, ungefähr 6% oder mehr, ungefähr 8% oder mehr, ungefähr 9% oder mehr oder ungefähr 11% oder mehr betragen oder zwischen ungefähr 6 und ungefähr 15% liegen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen die Begriffe „Vorgang bei hoher Geschwindigkeit" oder „praxisrelevanter Geschwindigkeit" bei einer Papiertuchmaschine eine Maschinengeschwindigkeit, die wenigstens so groß wie einer der nachfolgenden Werte oder Wertebereiche, angegeben in feet pro Minute (m/s), ist: 1000 (5,1); 1500 (7,6); 2000 (10); 2500 (12,7); 3000 (15,2); 3500 (17,8); 4000 (20,3); 4500 (22,9); 5000 (25,4); 5500 (27,9); 6000 (30,5); 6500 (33,0); 7000 (35,6); 8000 (40,6); 9000 (45,7); 10000 (50,8); wobei die Bereiche eine obere und untere Grenze gleich einem beliebigen der angegebenen Werte aufweisen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung können „praxisrelevante Trocknungsgrade" bei ungefähr 60% oder mehr, ungefähr 70% oder mehr, ungefähr 80% oder mehr, ungefähr 90% oder mehr, zwischen ungefähr 60 und ungefähr 95%, oder zwischen ungefähr 75 und ungefähr 95% liegen. Für die vorliegende Erfindung sollte die Bahn auf einem Zylindertrockner auf praxisrelevante Trocknungsgrade getrocknet werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „Absorptionsvermögen" (Absorptionsfähigkeit) derart festgelegt, dass 20 Lagen des zu testenden Erzeugnisses in Quadrate von 4 Inch (0,10 m) × 4 Inch (0,10 m) geschnitten werden, wobei die Ecken zur Bildung eines Stapels mit 20 Lagen gestapelt werden. Der Stapel wird in einen Drahtnetzkorb gelegt, wobei der Stapel nach unten weist und anschließend in ein Wasserbad (30°C) abgesenkt wird. Wenn der Stapel vollständig durchnässt ist, wird er herausgenommen, und es erfolgt ein Abtropfen in dem Drahtkorb für 30 Sekunden. Das Gewicht des in dem Stapel nach 30 Sekunden verbliebenen Wassers ist die absorbierte Menge. Dieser Wert wird durch das Gewicht des Stapels geteilt, um das Absorptionsvermögen zu bestimmen, das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung in Gramm absorbiertes Wasser pro Gramm Faser ausgedrückt wird.
Die „Absorptionsrate" ist über das gleiche Verfahren wie das Absorptionsvermögen festgelegt, außer dass die Größe des Stapels 2,5 Inch (64 mm) × 2,5 Inch (64 mm) beträgt. Die Zeit, die der Stapel benötigt, um, nachdem er in das Wasserbad abgesenkt wurde, vollständig durchnässt zu sein, ist die Absorptionsrate, die in Sekunden ausgedrückt wird. Höhere Beträge weisen darauf hin, dass die Rate, bei der das Wasser absorbiert wird, niedriger ist.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Material „wasserlöslich", wenn wenigstens 95% eines 1-g-Anteils des Materials vollständig in 100 ml ionenfreien Wassers bei 95°C aufgelöst werden können. Die in dem Grenzflächensteuergemisch zu verwendende Klebstoffmischung ist vorzugsweise ausreichend löslich, dass eine dünne Beschichtung der Klebstoffverbindung in einer wässrigen Lösung mit einer Trockenmasse von 1 g getrocknet und 30 Minuten lang auf 150°C erwärmt werden kann und immer noch wenigstens zu 95% auf 100 ml ionenfreien Wassers bei 100°C wasserlöslich ist.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Oberflächentiefe" (surface depth) die charakteristische Scheitel-Senken-Höhendifferenz einer texturierten dreidimensionalen Oberfläche. Der Begriff kann die charakteristische Tiefe oder Höhe einer geformten Papiertuchstruktur bezeichnen. Ein besonders geeignetes Verfahren zur Messung der Oberflächentiefe stellt die Moiré-Interferometrie dar, die eine genaue Messung ohne gleichzeitige Verformung der Oberfläche ermöglicht. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sollte die Oberflächentopografie unter Verwendung eines computergesteuerten, Weißlicht verwendenden, feldverschobenen Moiré-Interferometers mit einem Sichtfeld von ungefähr 38 mm gemessen werden. Die Prinzipien einer sinnvollen Implementierung eines solchen Systems sind bei „Absolute Measurement Using Field-Shifted Moiré", beschrieben, der bei „SPIE Optical Conference Proceedings", Band 1614, Seiten 259 bis 264, 1991 veröffentlicht ist. Ein geeignetes im Handel erhältliches Instrument für die Moiré-Interferometrie ist das CADEYES^®-Interferometer von der Firma Medar, Inc. (Farmington Hills, Michigan), das mit einem Sichtfeld von 38 mm (ein Sichtfeld in einem Bereich von 37 bis 39,5 mm ist gleichwertig) ausgestattet ist. Das CADEYES^®-System verwendet weißes Licht, das durch ein Gitter projiziert wird, um feine schwarze Linien auf die Oberfläche der Probe zu projizieren. Die Oberfläche wird durch ein ähnliches Gitter betrachtet, sodass Moiré-Randzonen (fringes) entstehen, die durch eine CCD-Kamera betrachtet werden. Geeignete Linsen und ein Schrittmotor passen den optischen Aufbau der Feldverschiebung an (die Technik wird nachstehend noch beschrieben). Ein Videoprozessor sendet die erfassten Randzonenbilder an einen Personalcomputer zur Verarbeitung, sodass Einzelheiten der Oberflächenhöhe aus den von der CCD-Kamera erfassten Randzonenmustern rückerrechnet werden können. Die Prinzipien der Verwendung des CADEYES^®-Systems zur Analyse der charakteristischen Scheitel-Senken-Höhe sind in dem Beitrag „Exploring Tactile Properties of Tissue with Moiré Interferometry" von J. D. Lindsay and L. Bieman beschrieben, der in „Proceedings of the Non-contact, Three-dimensional Gaging Methods and Technologies Workshop", Society of Manufacturing Industries, Dearborn, Michigan, März 4–5, 1997 veröffentlicht ist.
Die Höhenkarte der topografischen CADEYES^®-Daten kann sodann von Fachleuten zur Identifizierung der charakteristischen Einheitszellenstrukturen (für den Fall von Strukturen, die durch Siebtuchmuster erzeugt worden sind, sind dies typischerweise Parallelogramme, die fliesenartig einen größeren zweidimensionalen Bereich bedecken) sowie zur Messung der typischen Scheitel-Senken-Tiefe derartiger Strukturen oder anderer beliebiger Oberflächen verwendet werden. Ein einfaches Verfahren hierfür stellt das Extrahieren zweidimensionaler Höhenprofile aus Linien dar, die in die topografische Höhenkarte eingezeichnet sind und durch die höchsten und tiefsten Bereiche der Einheitszellen oder durch eine ausreichende Anzahl repräsentativer Abschnitte der periodischen Oberfläche laufen. Diese Höhenprofile können anschließend auf den Scheitel-Senken-Abstand hin untersucht werden, wenn die Profile einer Lage oder einem Abschnitt einer Lage entnommen wurden, die bei der Messung vergleichsweise flach lagen. Zur Beseitigung des Effektes eines gelegentlichen optischen Rauschens oder möglicher Aussetzer werden die höchsten 10% und die niedrigsten 10% des Profils ausgeschlossen, wobei der Höhenbereich der verbleibenden Punkte als Oberflächentiefe genommen wird. Technisch umfasst diese Vorgehensweise die Berechnung einer Variable, die als „P10" bezeichnet wird und als Höhendifferenz zwischen den Materiallinien von 10% und 90% definiert ist, wobei das Konzept der Materiallinien im Stand der Technik bekannt ist, so beispielsweise aus „Surface Texture Analysis: The Handbook" von L. Mummery, Hommelwerke GmbH, Mühlhausen, Deutschland, 1990. Bei dieser Vorgehensweise wird die Oberfläche als Übergang „Luft-Material" betrachtet. Für ein gegebenes Profil, das von einer flachliegenden Lage genommen wurde, ist die größte Höhe, bei der die Oberfläche beginnt, das heißt die Höhe des höchsten Scheitels, die Erhebung der „0%-Bezugslinie" oder „0%-Materiallinie", was bedeutet, dass 0% der Länge der horizontalen Linie in dieser Höhe von dem Material eingenommen werden. Entlang der durch den tiefsten Punkt des Profils laufenden horizontalen Linie werden 100% der Linie von dem Material eingenommen, weshalb dies die „100%-Materiallinie" ist. Zwischen den Materiallinien von 0% und 100% (das heißt zwischen den Maximal- und Minimalpunkten des Profils) steigt der von dem Material eingenommene Anteil der horizontalen Linienlänge monoton, wenn die Linienhöhe steigt. Die Materialverhältniskurve gibt die Beziehung zwischen dem Materialanteil entlang einer horizontalen Linie, die durch das Profil läuft, und der Höhe der Linie an. Die Materialverhältniskurve ist darüber hinaus die kumulative Höhenverteilung eines Profils (ein exakterer Begriff wäre daher „Materialanteilskurve").
Sobald die Materialverhältniskurve aufgenommen ist, kann sie dazu verwendet werden, eine charakteristische Scheitelhöhe des Profils festzulegen. Der P10-Parameter („typische Scheitel-Senken-Höhe") ist als Differenz zwischen den Höhen der 10%-Materiallinie und der 90%-Materiallinie definiert. Dieser Parameter ist vergleichsweise stabil, da Ausreißer oder andere Abweichungen von der typischen Profilstruktur wenig Einfluss auf die P10-Höhe haben. P10 wird in Millimetern gemessen. Die Oberflächentiefe eines Materials wird bei Profillinien, die die Höhenextrema der typischen Einheitszelle der Oberfläche umfassen, als P10-Oberflächentiefenwert bezeichnet. Die „Feinoberflächentiefe" ist der P10-Wert für ein Profil entlang eines Plateaubereiches der Oberfläche, der in der Höhe vergleichsweise gleichmäßig gegenüber denjenigen Profilen ist, die Maxima und Minima der Einheitszellen umfassen. Die Messungen werden für den Fall, das Zweiseitigkeit vorliegt, in Bezug auf die stärker texturierte Seite der Materialien der vorliegenden Erfindung angegeben.
Die Oberflächentiefe soll die Topografie untersuchen, die in der Basislage besteht, und zwar insbesondere diejenigen Merkmale, die in der Lage vor den Trocknungsprozessen und während derselben vor sich gehen. Sie soll darüber hinaus „künstlich" geschaffene großformatige Topografien ausschließen, die durch Trocknungsumwandlungsvorgänge wie Gaufrieren, Perforieren, Plissieren und so weiter, entstehen. Aus diesem Grunde sollten die Profile in ungaufrierten Bereichen genommen werden, wenn die Lage gaufriert wurde, oder sie sollten gleich auf einer ungaufrierten Lage gemessen werden. Oberflächentiefenmessungen sollten großformatige Strukturen, so beispielsweise Plissierungen oder Falten, ausschließen, da diese nicht die dreidimensionale Natur der ursprünglichen Basislage selbst wiedergeben. Es ist anzuerkennen, dass die Lagentopografie durch Kalandrieren oder andere Bearbeitungsschritte, die Auswirkungen auf die Basislage als Ganzes haben, verringert werden kann. Die Oberflächentiefenmessung kann auch auf einer kalandrierten Lage geeignet vorgenommen werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Querlängenskala" (lateral length scale) eine charakteristische Abmessung einer texturierten dreidimensionalen Bahn mit einer Textur, die eine sich wiederholende Einheitszelle umfasst. Die minimale Breite eines konvexen Polygons, das die Einheitszelle umfasst, wird als Querlängenskala genommen. Bei einem Papiertuch, das auf einem Tuch mit sich wiederholenden rechteckigen Vertiefungen in einem Abstand von ungefähr 1 mm in Querrichtung und ungefähr 2 mm in Maschinenrichtung durchgetrocknet ist, ist die Querlängenskala ungefähr 1 mm. Die texturierten Tücher (Übertragungstücher und Filze), die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, können periodische Strukturen umfassen, die eine Querlängenskala von wenigstens einem der folgenden Werte aufweisen: ungefähr 0,5 mm, ungefähr 1 mm, ungefähr 2 mm, ungefähr 3 mm, ungefähr 5 mm und ungefähr 7 mm.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „in Maschinenrichtung genommene Einheitszellenlänge" (MD unit cell length) die in Maschinenrichtung genommene Ausdehnung (Erstreckung) einer charakteristischen Einheitszelle in einem Tuch oder einer Papiertuchlage, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine sich wiederho lende Struktur aufweist. Die texturierten Tücher (Übertragungstücher und Filze), die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, können periodische Strukturen umfassen, die eine Querlängenskala von wenigstens einem der folgenden Werte aufweisen: ungefähr 1 mm, ungefähr 2 mm, ungefähr 5 mm, ungefähr 6 mm und ungefähr 9 mm.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Tuchrauhigkeit" beziehungsweise „Geweberauhigkeit" (fabric coarseness) den charakteristischen maximalen Vertikalabstand, der von den Oberflächen eines texturierten Tuches überspannt wird, die mit einer darauf aufgebrachten Papierbahn in Kontakt kommen können.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Übertragungstuch oder sind beide Übertragungstücher entsprechend der Offenbarung des am 4. Juli 1995 an K. F. Chiu et al. erteilten US-Patentes 5,429,686 ausgebildet. Das dort beschriebene dreidimensionale Tuch weist eine Lastträgerschicht angrenzend an die zu der Maschine weisende Schicht des Tuches sowie eine dreidimensionale Skulpturschicht auf der Holzschliffseite des Tuches auf. Der Übergang zwischen der Lastträgerschicht und der Skulpturschicht wird „Teilniveauebene" (sublevel plane) genannt. Die Teilniveauebene ist durch die oberen Enden der niedrigsten in Querrichtung genommenen Buckel der Lastträgerschicht festgelegt. Die Skulptur auf der Holzschliffseite des Tuches ist bei der Erstellung eines negativen Bildabdrucks auf der auf dem Tuch getragenen Holzschliffbahn von Nutzen.
Die höchsten Punkte der Skulpturlage legen eine obere Ebene fest. Der obere Abschnitt der Skulpturschicht wird von Segmenten von „Abdrucks"-Längsfäden gebildet, die in in Maschinenrichtung genommene Abdruckbuckel eingeformt sind, deren obere Enden die obere Ebene der Skulpturschicht festlegen. Der Rest der Skulpturschicht liegt oberhalb der Teilniveauebene. Die oberen Enden der höchsten in Querrichtung genommenen Buckel legen eine Zwischenebene fest, die mit der Teilniveauebene zusammenfallen kann, jedoch oftmals geringfügig oberhalb der Teilniveauebene liegt. Die Zwischenebene muss um einen endlichen Abstand unterhalb der oberen Ebene befindlich sein, wobei der Abstand „Ebenendifferenz" genannt wird. Die „Ebenendifferenz" der von Chiu et al. offenbarten Tücher oder von ähnlichen Tüchern kann als „Tuchrauhigkeit" genommen werden. Bei anderen Tüchern kann die Tuchrauhigkeit allgemein als Differenz hinsicht lich der vertikalen Höhe zwischen dem am weitesten angehobenen Abschnitt des Tuches und der niedrigsten Oberfläche des Tuches genommen werden, bei der ein Kontakt mit der Papierbahn wahrscheinlich ist.
Eine besondere Messung betreffend die Tuchrauhigkeit ist der „Dichtmassenrauhigkeitsfaktor" (putty coarseness factor), bei dem der vertikale Höhenbereich eines Dichtmassenabdruckes des Tuches vermessen wird. Eine Substanz der Sorte Dow Corning^® Dilatant Compound 3179, die im Handel unter der Bezeichnung „Silly Putty" vertrieben wird, wird auf eine Temperatur von 73°F (23°C) erwärmt und zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 2,5 Inch (64 mm) und einer Dicke von 0,25 Inch (6,4 mm) geformt. Die Scheibe wird an einem Ende eines Messingzylinders mit einer Masse von 2046 g, einem Durchmesser von 2,5 Inch (64 mm) und einer Höhe von 3 Inch (76 mm) angeordnet. Das zu vermessende Tuch wird auf eine saubere feste Oberfläche gelegt, woraufhin der Zylinder mit der Dichtmasse an einem Ende umgedreht und sanft auf das Tuch gelegt wird. Das Gewicht des Zylinders drückt die Dichtmasse gegen das Tuch. Das Gewicht verbleibt für einen Zeitraum von 20 Sekunden auf der Dichtmassenscheibe, woraufhin der Zylinder leicht und sanft abgelhoben wird, sodass normalerweise die Dichtmasse daran haften bleibt. Die texturierte Dichtmassenoberfläche, die mit dem Tuch in Kontakt war, kann nun mittels optischer Einrichtungen zur Bestimmung von Schätzwerten der charakteristischen maximalen Scheitel-Senken-Höhendifferenz herangezogen werden. Als nützliches Mittel zur Messung dient das CADEYES^®-Moiré-Interferometer, das vorstehend beschrieben wurde und ein Sichtfeld von 38 mm aufweist. Die Messung sollte innerhalb von zwei Minuten nach Abnehmen des Messingzylinders erfolgen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen die Begriffe „texturiert" oder „dreidimensional", so sie auf die Oberfläche eines Tuches, eines Filzes oder einer unkalandrierten Papierbahn angewendet werden, die Tatsache, dass die Oberfläche im Wesentlichen nicht glatt und koplanar ist. Im Kern geben sie an, dass die Oberfläche eine Oberflächentiefe, Tuchrauhigkeit oder Dichtmassenrauhigkeit von wenigstens 0,1 mm, so beispielsweise von zwischen 0,2 und 0,8 mm, bevorzugt von wenigstens 0,3 mm, so beispielsweise von zwischen ungefähr 0,3 und 1,5 mm, besonders bevorzugt von wenigstens 0,5 mm und ganz besonders bevorzugt von wenigstens 0,7 mm aufweisen.
Die „Längsfädendichte" (warp density) bezeichnet die Gesamtzahl der Längsfäden pro Inch (Millimeter) der Tuchbreite multipliziert mit dem Durchmesser der Längsfadenstränge in Inch (Millimeter) multipliziert mit 100.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung betreffen die Begriffe „Längsfaden" (warp) und „Querfaden" (shute/chute, weft) die auf einem Webstuhl gewebten Garne des Tuches, wobei sich die Längsfäden in Bewegungsrichtung des Tuches durch die Papierherstellungsmaschine (Maschinenrichtung) bewegen, wohingegen sich die Querfäden über die Breite der Maschine (Querrichtung) erstrecken. Einem Fachmann erschließt sich unmittelbar, dass es möglich ist, ein Tuch derart herzustellen, dass sich die Längsfadenstränge in Querrichtung und die Querfadenstränge in Maschinenrichtung erstrecken. Derartige Tücher können im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls zum Einsatz kommen, und zwar dann, wenn die Querfadenstränge als Längsfäden in Maschinenrichtung und die Längsfadenstränge als Querfäden in Querrichtung betrachtet werden. Die Längsfaden- und Querfadengarne können rund, flach, bandartig oder auch eine Kombination dieser Formen sein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen die Begriffe „Entwässern ohne Zusammendrücken" (noncompressive dewatering) und „Trocknen ohne Zusammendrücken" (noncompressive drying) Verfahren der Entwässerung beziehungsweise Trocknung zum Zwecke des Entfernens von Wasser aus Zellulosebahnen, bei denen keine Andruckwalzen oder andere Mittel beziehungsweise Schritte Verwendung finden, die eine merkliche Verdichtung oder Stauchung eines Teiles der Bahn während des Vorganges der Trocknung oder Entwässerung bewirken. Zu diesen Verfahren zählen das Durchtrocknen; das Luftstoßaufpralltrocknen; das Trocknen mittels Neuanordnen eines Radialstrahles und eines Radialschlitzes, das beispielsweise von R. H. Page und J. Seyed-Yagoobi in „Tappi J.", 73(9), 229 (September 1990) beschrieben wird; das Nichtkontakttrocknen, so beispielsweise das Luftstromtrocknen, das von E. V. Bowden, E. V., in „Appita J.", 44(1), 41 (1991) beschrieben wird; das Trocknen mittels Durchströmen oder Aufleiten von überheißem Dampf; das Mikrowellentrocknen und andere funkfrequenztechnische oder dielektrische Trocknungsverfahren; die Wasserextraktion durch superkritische Fluide, die Wasserextraktion durch nichtwässrige Fluide mit niedriger Oberflächenspannung; das Infrarottrocknen; das Trocknen durch Kontakt mit einer Folie aus geschmolzenem Material; und dergleichen mehr. Man geht davon aus, dass die dreidi mensionalen Lagen der vorliegenden Erfindung durch jedes der vorstehend angegebenen Verfahren der Trocknung ohne Zusammendrücken getrocknet oder entwässert werden können, ohne dass eine merkliche Verdichtung oder ein merklicher Verlust der dreidimensionalen Struktur und der Eigenschaften hinsichtlich Nassspannkraft in der Bahn auftreten. Die Standardtrockenkrepptechnik wird als Verfahren der Trocknung mit Zusammendrücken angesehen, da die Bahn mechanisch auf einem Teil der Trocknungsoberfläche angedrückt werden muss, was zu einer merklichen Verdichtung der auf dem beheizten Zylinder des Yankee-Trockners angedrückten Bereiche führt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die "Nasskompressionselastizität" (wet compressive resiliency) eines Materials ein Maß für dessen Fähigkeit, Eigenschaften hinsichtlich Elastizität und spezifischen Volumens im feuchten Zustand nach einem Zusammendrücken in z-Richtung beizubehalten. Eine programmierbare Festigkeitsmessvorrichtung wird im Kompressionsmodus verwendet, um eine vorbestimmte Abfolge von Kompressionszyklen bei einer Probe durchzuführen, die auf eine genau vorbestimmte Weise befeuchtet wurde.
Die Testfolge beginnt mit einer Kompression der befeuchteten Probe auf 0,025 psi (0,17 kPa), um eine Anfangsdicke (Zyklus A) zu erhalten; es folgen zwei Wiederholungen der mechanischen Beanspruchung (Belastung) von bis zu 2 psi (14 kPa), die von einer Phase ohne Belastung (Zyklen B und C) gefolgt werden. Schließlich wird die Probe erneut auf 0,025 psi (0,17 kPa) zusammengedrückt, um eine Enddicke (Zyklus D) zu erhalten (Einzelheiten betreffend dieses Verfahren, darunter die Kompressionsgeschwindigkeiten, sind nachstehend angegeben). Nunmehr wird Feuchtigkeit gleichmäßig auf die Probe aufgebracht, und zwar unter Verwendung eines feinen Sprühnebels aus ionenfreiem Wasser, um das Feuchtigkeitsverhältnis (Gramm Wasser pro Gramm Trockenfaser) auf ungefähr 1,1 zu bringen, wobei jedoch Werte in einem Bereich von 0,9 bis 1,6 auch noch annehmbar sind. Dies erfolgt durch Aufbringen von ungefähr 100% Zusetzfeuchtigkeit, bezogen auf die Masse der behandelten Probe. Dies versetzt typische Zellulosematerialien in einen Zustand der Feuchtigkeit, in dem die physikalischen Eigenschaften vergleichsweise unempfindlich gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt sind (die Empfindlichkeit ist sehr viel geringer als sie es bei Feuchtigkeitsverhältnissen von weniger als 70% ist). Die angefeuchtete Probe wird sodann in die Testvorrichtung eingesetzt, woraufhin die Kompressionszyklen wiederholt werden.
Es werden drei Messungen der Nassspannkraft betrachtet, die vergleichsweise unempfindlich gegenüber der Anzahl der in dem Stapel befindlichen Lagen der Probe sind. Die erste Messung betrifft das spezifische Volumen der nassen Probe bei 2 psi (14 kPa). Man bezeichnet dies als „spezifisches Volumen bei Nasskompression" (wet compressed bulk WCB). Die zweite Messung betrifft die „Rückfederung" (springback), die das Verhältnis der Dicke der feuchten Probe bei 0,025 psi am Ende des Kompressionstestes (Zyklus D) und der Dicke der feuchten Probe bei 0,025 psi (0,17 kPa) ist, wobei letzteres zu Beginn des Testes (Zyklus A) gemessen wurde. Die dritte Messung betrifft das „Belastungsenergieverhältnis" (loading energy ratio LER), das das Verhältnis der Belastungsenergie bei der zweiten Kompression auf 2 psi (14 kPa) (Zyklus C) zu derjenigen der ersten Kompression auf 2 psi (14 kPa) (Zyklus B) während der vorstehend beschriebenen Abfolge für die benässte Probe darstellt. Die Belastungsenergie ist die Fläche unter der Kurve eines Ausdrucks der einwirkenden Belastung (Beanspruchung) gegen die Dicke der Probe, beginnend mit einer Beanspruchung von 0 bis hin zu einer maximalen Beanspruchung von 2 psi (14 kPa); die Belastungsenergie wird in Einheiten von in-lbf gemessen. Fällt ein Material nach dem Zusammendrücken zusammen und verliert es sein spezifisches Volumen, so verbraucht eine weitere Kompression viel weniger Energie, was zu einem niedrigeren LER-Wert führt. Für ein vollelastisches Material sind die Rückfederung und der LER-Wert gleich 1. Die drei beschriebenen Messungen sind vergleichsweise unabhängig von der Anzahl der Lagen in dem Stapel und gelten als brauchbare Messungen für die Nassspannkraft. Bei einem vollelastischen Material ist die Rückfederung ebenfalls gleich 1. Ebenfalls angesprochen ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung das „Kompressionsverhältnis" (compression ratio), das als Verhältnis der Dicke der befeuchteten Probe bei maximaler Beanspruchung in dem ersten Kompressionszyklus auf 2 psi (14 kPa) zu der anfänglichen Feuchtdicke bei 0,025 psi (0,17 kPa) definiert ist.
Beim Ausführen der vorstehend erläuterten Messung der Nasskompressionselastizität sollten die Proben für wenigstens 24 Stunden unter TAPPI-Bedingungen (50% relative Feuchtigkeit, 73°F (23°C)) gehalten werden. Die Proben werden aus der Papiertuchbahn derart ausgeschnitten, dass sich Quadrate mit einer Breite von 2,5 Inch (64 mm) ergeben. Üblicherweise werden 3 bis 5 Bahnlagen gestapelt, um einen 2,5-Inch-Quadratstapel (64- mm-Quadratstapel) herzustellen. Die Masse des geschnittenen Quadratstapels wird mit einer Genauigkeit von 10 mg oder besser gemessen. Die Masse der geschnittenen Probe sollte bei ungefähr 0,5 g und vorzugsweise zwischen ungefähr 0,4 und 0,6 g liegen; falls dies nicht der Fall ist, sollte die Anzahl der Lagen in dem Stapel entsprechend geändert werden (3 oder 4 Lagen pro Stapel haben sich bei den meisten Tests mit typischen Papiertuchflächenmassen als brauchbar erwiesen; die Ergebnisse hinsichtlich Nassspannkraft sind im Allgemeinen vergleichsweise unempfindlich gegenüber der Anzahl der Lagen in dem Stapel).
Die Feuchtigkeit wird gleichmäßig mittels eines feinen Sprühnebels aus ionenfreiem Wasser bei 70 bis 73°F (21 bis 23°C) aufgetragen. Dies kann unter Verwendung einer herkömmlichen Kunststoffsprühflasche erfolgen, wobei ein Behälter oder eine andere Barriere den Großteil des Sprühnebels zurückhält, sodass jeweils nur etwa die äußeren 20% der Hülle des Sprühnebels – ein Feinnebel – die Probe erreichen. Ist dies geeignet erfolgt, so treten während des Sprühens keine Nässeflecken durch größere Tröpfchen an der Probe auf, und die Probe wird gleichmäßig befeuchtet. Die Quelle des Sprühnebels sollte wenigstens 6 Inch (0,15 m) von der Probe entfernt sein, solange der Sprühnebel aufgebracht wird.
Ein flacher poröser Träger wird zum Halten der Proben während des Sprühens verwendet, durch den auch die Bildung von großen Wassertropfen an der Trägeroberfläche verhindert wird, die insbesondere in den Ecken der Probe auftreten können, was wiederum zu Nässeflecken führt. Ein im Wesentlichen trockener Zelluloseschaumschwan wurde bei den vorliegenden Messungen verwendet, wobei jedoch andere Materialien, so beispielsweise ein retikulierter offener Zellschaum ebenfalls verwendet werden können.
Bei einem Stapel aus drei Lagen sollten die drei Lagen getrennt nebeneinander auf den porösen Träger gelegt werden. Der Sprühnebel sollte gleichmäßig aufgetragen werden, wobei nacheinander aus zwei oder mehr Richtungen auf die getrennten Lagen gesprüht wird, und zwar unter Verwendung einer festen Anzahl von Sprühstößen (x-maliges Pumpen der Sprühflasche, wobei x fest ist), wobei die Anzahl mittels der Methode von Versuch und Irrtum derart bestimmt wird, dass eine bestimmte Sollfeuchtigkeit erreicht wird. Die Proben werden schnell umgedreht und erneut mit einer festen Anzahl von Sprühstößen besprüht, um den Feuchtigkeitsgradienten in z-Richtung in den Lagen zu verringern. Der Stapel wird dann wieder in der ursprünglichen Formation und mit den ursprünglichen relativen Anordnungen der Lagen angeordnet. Der wiedergebildete Stapel wird unverzüglich mit einer Genauigkeit von wenigstens 10 mg gewogen und sodann auf der unteren Instron-Kompressionsauflageplatte mittig ausgerichtet, wonach ein Computer verwendet wird, um die Testfolge des Instron-Gerätes einzuleiten. Es sollten nicht mehr als 60 Sekunden zwischen dem ersten Kontakt des Sprühnebels mit der Probe und dem Einleiten der Testfolge liegen, wobei 45 Sekunden für diesen Vorgang typisch sind.
Sollen vier Lagen pro Stapel im Zielbereich sein, so sind die Lagen üblicherweise dünner, als dies bei drei Lagen der Fall ist, und bringen größere Handhabungsprobleme im feuchten Zustand mit sich. Anstatt jede der vier Lagen getrennt während des Befeuchtens zu behandeln, wird der Stapel in zwei Häufchen aus jeweils zwei Lagen geteilt, woraufhin die Häufchen nebeneinander auf das poröse Substrat gelegt werden. Der Sprühnebel wird, wie vorstehend beschrieben, aufgebracht, um die oberen Lagen der Häufchen zu befeuchten. Die beiden Häufchen werden sodann umgedreht, woraufhin ungefähr die gleiche Feuchtigkeitsmenge erneut aufgebracht wird. Obgleich jede Lage bei diesem Vorgang lediglich von einer Seite her befeuchtet wird, wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Feuchtigkeitsgradienten in z-Richtung in jeder Lage teilweise durch die im Allgemeinen niedrigere Dicke der Lagen in einem Stapel mit vier Lagen im Vergleich zu einem Stapel mit drei Lagen ausgeglichen. Größere Anzahlen von Lagen pro Stapel können auf ähnliche Weise gehandhabt werden (begrenzte Tests mit Stapeln aus drei oder vier Lagen aus demselben Papiertuch zeigten keine nennenswerten Unterschiede, woraus zu schließen ist, dass die Feuchtigkeitsgradienten in z-Richtung in den Lagen, so sie vorhanden sind, aller Wahrscheinlichkeit nach keine bedeutende Rolle bei der Messung der Nasskompressionselastizität spielen). Nach dem Befeuchtungsvorgang werden die Stapel in die alte Formation zurückgebracht, gewogen und zum Zwecke der Messung auf das Instron-Messgerät gelegt, und zwar entsprechend der vorstehenden Beschreibung für den Stapel aus drei Lagen.
Die Kompressionsmessungen wurden unter Verwendung eines Testgerätes der Marke Instron 4502 Universal Testing Machine ausgeführt, das mit einem 286er Personalcomputer vernetzt war, auf dem die Instron-Series-XII-Software (Version von 1989) installiert sowie die Firmware der Version 2 implementiert war. Der erwähnte 286er Standardcomputer hatte einen 80286-Prozessor mit einer Taktfrequenz von 12 MHz. Der Computer war ein Compaq DeskPro 286e mit einem 80287-Mathprozessor, einem VGA-Videoadapter und einem IEEE-Board zur Datenüberspielung und Steuerung des Computers. Eine 1-kN-Lastzelle wurde mit kreisförmigen Auflageplatten mit einem Durchmesser von 2,25 Inch (5,7 cm) für das Zusammendrücken der Probe verwendet. Die untere Auflageplatte wies eine Kugellageranordnung auf, um eine genaue Ausrichtung der Auflageplatten zu ermöglichen. Die untere Auflageplatte wurde unter Last (30 bis 100 lbf; 14 bis 45 kg Krafteinwirkung) durch die untere Auflageplatte arretiert, sodass parallele Oberflächen sichergestellt waren. Die obere Auflageplatte musste ebenfalls mit einer Standardringmutter arretiert werden, um ein Spiel in der oberen Auflageplatte bei Einwirken der Last zu vermeiden. Die Lastzelle muss im freihängenden Zustand auf 0 gebracht werden. Das Instron-Gerät und die Lastzelle sollten vor der Durchführung der Messung etwa eine Stunde lang laufen, bis sie Betriebstemperatur erreichen.
Nach einer auf das Einschalten folgenden etwa einstündigen Aufwärmphase wird das Steuerpanel des Messinstrumentes verwendet, um das Extensionometer auf einen Abstand von 0 einzustellen, während die Auflageplatten in Kontakt sind (bei einer Last von 10 bis 30 lbf (14 bis 45 kg Krafteinwirkung), wodurch sichergestellt wird, dass die abgelesene Ausdehnung oder Dicke dem Abstand zwischen den beiden Auflageplatten entspricht. Die unbelastete Lastzelle wird ebenfalls genullt („Balances"), woraufhin die obere Auflageplatte auf eine Höhe von ungefähr 0,2 Inch (5,1 mm) angehoben wird, damit die Probe zwischen die Kompressionsauflageplatten eingeführt werden kann. Die Steuerung des Instron-Gerätes wird sodann an den Computer übertragen. Das Extensionometer und die Lastzelle sollten periodisch überprüft werden, um Grundlinienverschiebungen (Abdriften des Nullpunkts) zu verhindern. Die Messungen müssen bei festgelegten Umgebungsbedingungen hinsichtlich Feuchtigkeit und Temperatur stattfinden, und dies am besten entsprechend den TAPPI-Spezifikationen (50% ± 2% relative Luftfeuchtigkeit und 73°F (23°C)).
Unter Verwendung der Instron-Series-XII-Test-Software (Version 1.11) wird eine Messserie durchgeführt. Die programmierte Abfolge wird als Parameterdatei gespeichert. Die Parameterdatei weist sieben Marker" (diskrete Ereignisse) auf, die folgendermaßen aus drei „zyklischen Blöcken" (Anweisungssätzen) bestehen.
Marke 1: Block 1
Marke 2: Block 2
Marke 3: Block 3
Marke 4: Block 2
Marke 5: Block 3
Marke 6: Block 1
Marke 7: Block 3
Block 1 weist den Kreuzkopf an, auf 0,75 in/min (0,37 mm/s) herunterzugehen, bis eine Last von 0,1 lbf (0,045 kg Krafteinwirkung) erreicht ist (die Instron-Vorgabe ist –0,1 lbf (–0,045 kg Krafteinwirkung), da die Kompression als negative Kraft definiert ist). Die Steuerung erfolgt mittels „Displacement". Wird die Solllast erreicht, so wird die einwirkende Last auf 0 gefahren.
Block 2 setzt den Bereich für den Kreuzkopf von einer einwirkenden Last von 0,05 lb (0,02 kg) auf ein Maximum von 8 lb (3,6 kg) und anschließend zurück auf 0,05 lb (0,02 kg), und zwar mit einer Geschwindigkeit von 0,2 in/min (0,09 mm/s). Unter Verwendung der Instron-Software folgt: Der Steuermodus ist „Displacement", der Grenztyp (limit type) ist Last, das erste Niveau ist –0,05 lb (–0,02 kg), das zweite Niveau ist –8 lb (–3,6 kg), die Verweilzeit ist 0 Sekunden, und die Anzahl der Übergänge ist 2 (Kompression und dann Entspannung); am Ende des Blockes gilt „no action".
Block 3 verwendet die Displacement-Steuerung und den Displacement-Grenztyp, um den Kreuzkopf auf 0,15 Inch (3,8 mm) mit einer Geschwindigkeit von 4 in/min (1,7 mm/s) bei einer Verweilzeit von 0 anzuheben. Die anderen Instron-Software-Einstellungen sind 0 Inch (0 mm) für das erste Niveau, 0,15 Inch (3,8 mm) für das zweite Niveau, „1" für den Übergang und „no action" für das Ende des Blocks. Weist eine Probe eine nicht zusammengedrückte Dicke von mehr als 0,15 Inch (3,8 mm) auf, dann sollte Block 3 derart abgewandelt werden, dass das Niveau des Kreuzkopfes auf eine geeignete Höhe angehoben wird, wobei das geänderte Niveau aufgezeichnet und abgespeichert werden sollte.
Bei einer Ausführung der vorstehend angegebenen Abfolge (Marker 1 bis 7) komprimiert die Instron-Abfolge die Probe auf 0,025 psi (0,17 kPa) (0,1 lbf; 0,05 kg Krafteinwirkung), entspannt sodann, komprimiert anschließend auf 2 psi (14 kPa) (8 lbf; 3,6 kg Kraftein wirkung), woraufhin eine Dekompression und ein Anheben des Kreuzkopfes auf 0,15 Inch (3,8 mm) erfolgen, woraufhin die Probe wiederum auf 2 psi (14 kPa) komprimiert wird, anschließend entspannt, der Kreuzkopf auf 0,15 Inch (3,8 mm) angehoben wird, ein erneutes Zusammendrücken auf 0,025 psi (0,17 kPa) (0,1 lbf; 0,05 kg Krafteinwirkung) erfolgt, woraufhin ein Anheben des Kreuzkopfes stattfindet. Das Datenüberspielen sollte in Intervallen ausgeführt werden, die für Block 2 nicht größer als 0,04 Inch (0,10 mm) oder 0,03 lbf (0,01 kg Krafteinwirkung) (unabhängig davon, was zuerst kommt) und für Block 1 nicht größer als 0,003 lbf (0,001 kg Krafteinwirkung) sind. Sobald die Testphase eingeleitet ist, vergehen etwas weniger als zwei Minuten, bis das Ende der Testfolge des Gerätes erreicht ist.
Die Ausgabe der Series-XII-Software ist derart eingestellt, dass sie die Ausdehnung (Dicke) bei maximalen Lasten für die Marken 1, 2, 3 und 6 (jeweils bei 0,025 (0,17 kPa) und 2,0 psi (14 kPa) Maximalbelastung), die Belastungsenergie für die Marken 2 und 4 (die beiden Kompressionen auf 2,0 psi (14 kPa), das Verhältnis der beiden Belastungsenergien (zweiter 2-psi-(14-kPa)-Zyklus durch ersten 2-psi-(14-kPa)-Zyklus) und das Verhältnis der Enddicke zur Anfangsdicke (Verhältnis der Dicken bei der letzten zur ersten 0,025-psi-(0,17-kPa)-Kompression) ausgibt. Die Kurve „Last gegen Dicke" wird während der Ausführung der Blöcke 1 und 2 auf dem Bildschirm angezeigt.
Im Anschluss an den Test mit dem Gerät wird die Probe zum Zwecke der Trocknung in einen 105°C warmen Konvektionsofen gegeben. Ist die Probe vollständig trocken (nach wenigstens 20 Minuten), so wird das Trockengewicht aufgezeichnet (Wird keine beheizte Waage benutzt, so muss das Probegewicht innerhalb weniger Sekunden nach der Entfernung aus dem Ofen aufgenommen werden, da die Probe sofort mit der Aufnahme von Feuchtigkeit beginnt).
Die Verwendung einer Bahn oder einer saugfähigen Struktur mit einem hohen WCB-Wert ist offensichtlich, da ein nasses Material, das unter Kompression ein hohes spezifisches Volumen beibehalten kann, eine höhere Fluidkapazität aufweist, und bei Kompression weniger wahrscheinlich ausläuft.
Hohe Rückfederungswerte sind besonders wünschenswert, da ein nasses Material, das nach der Kompression rückfedert, ein hohes Porenvolumen zum Zwecke eines effekti ven Aufnehmens und Verteilens nachfolgend eingeleiteter Flüssigkeiten aufweist, wobei ein derartiges Material während seiner Entspannung Fluid wieder aufnehmen kann, das während der Kompression ausgetrieben wurde. In Windeln beispielsweise kann ein nasser Bereich vorübergehend bedingt durch die Körperbewegung oder durch Änderungen der Körperhaltung komprimiert werden. Ist das Material nicht in der Lage, sein spezifisches Volumen wiederzugewinnen, wenn die Kompressionskraft nachlässt, so ist seine Effektivität bei der Handhabung von Fluiden verringert.
Hohe Belastungsenergieverhältniswerte in einem Material sind darüber hinaus nützlich, da ein derartiges Material sich einer Kompression (Der LER-Wert fußt auf einer Messung der Energie, die zum Komprimieren einer Probe notwendig ist) bei Belastungen widersetzt, die niedriger als die Maximalbelastung von 2 psi (14 kPa) sind, und dies auch nachdem eine einmalige starke Kompression erfolgt ist. Man geht davon aus, dass das Aufrechterhalten dieser Nassspannkrafteigenschaften die Griffigkeit des Materials fördert, wenn dieses in einem saugfähigen Erzeugnis verwendet wird, und es unterstützt darüber hinaus den Sitz des saugfähigen Erzeugnisses am Körper eines Trägers, was mit zusätzlichen Vorteilen einhergeht, wenn die Struktur in der Lage ist, bei Nässe ihr Porenvolumen beizubehalten.
Die Bahnen dieser Erfindung können hohe Nassspannkraftwerte aufweisen, was jeden der drei beschriebenen Parameter angeht. Insbesondere können kalandrierte oder nicht kalandrierte Bahnen gemäß der Erfindung ein spezifisches Volumen bei Nasskompression von über 5 cm³/g oder mehr, vorzugsweise von ungefähr 6 cm³/g oder mehr, besonders bevorzugt von ungefähr 8 cm³/g oder mehr und ganz besonders bevorzugt von ungefähr 8 bis ungefähr 15 cm³/g aufweisen. Das Kompressionsverhältnis kann bei ungefähr 0,7 oder weniger, so beispielsweise zwischen ungefähr 0,4 und ungefähr 0,7, vorzugsweise bei ungefähr 0,6 oder weniger und besonders bevorzugt bei ungefähr 0,5 oder weniger liegen. Darüber hinaus können erfindungsgemäße Bahnen ein Nassrückfederungsverhältnis von ungefähr 0,5 oder mehr, so beispielsweise von ungefähr 0,5 bis ungefähr 0,8, insbesondere von ungefähr 0,6 oder mehr, und ganz besonders bevorzugt von ungefähr 0,7 oder mehr aufweisen. Das Belastungsenergieverhältnis kann ungefähr 0,45 oder mehr, vorzugsweise ungefähr 0,5 oder mehr, besonders bevorzugt ungefähr 0,55 bis ungefähr 0,8 und ganz besonders bevorzugt 0,6 oder mehr betragen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nunmehr eingehend anhand der Figuren beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit sind die verschiedenen Spannwalzen, die zur Festlegung der verschiedenen Tuchumläufe verwendet werden, zwar dargestellt, jedoch nicht nummeriert, wobei ähnliche Elemente in verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Eine Vielzahl herkömmlicher Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen von Papier kann mit Blick auf die Stoffaufbereitung, den Stoffauflaufkasten, die Siebtücher, die Bandübertragungen sowie das Trocknen und Kreppen eingesetzt werden. Es werden bestimmte übliche Komponenten dargestellt, damit ein Kontext bereitgestellt werden kann, in den die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung eingebettet werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einer Vorrichtung gemäß 1 ausgeführt werden. Eine Rohpapierbahn 10, die aus einem Papierfaserbrei gebildet ist, wird aus einem Stoffauflaufkasten 12 auf einen Endlosumlauf (Endlosschlaufe) eines mit Löchern versehenen Siebtuches 14 aufgebracht. Die Konsistenz und Flussrate des Breis bestimmt das Trockenbahnbasisgewicht, das vorzugsweise zwischen ungefähr 5 und ungefähr 80 g/m² und besonders bevorzugt zwischen ungefähr 10 und ungefähr 40 g/m² liegt.
Die Rohbahn 10 wird teilweise mittels Folien, Saugkästen und anderer im Stand der Technik bekannter Vorrichtungen (nicht gezeigt) entwässert, während sie auf dem Siebtuch 14 gefördert wird. Um bei der vorliegenden Erfindung einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu ermöglichen, können herkömmliche Entwässerungsverfahren für das Papiertuch vor dem Zylindertrockner eine unzureichende Entfernung des Wassers bewirken, sodass zusätzliche Entwässerungsmittel von Nöten sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Luftpresse 16 zum ohne Zusammendrücken erfolgenden Entwässern der Bahn 10 verwendet. Die dargestellte Luftpresse 10 umfasst eine Anordnung aus einer Druckluftkammer 18, die oberhalb der Bahn 10 angeordnet ist, einem Vakuumkasten 20, der unterhalb des Siebtuches 14 angeordnet ist und in Wirkverbindung mit der Druckluftkammer steht, sowie einem Trägertuch 22. Während des Durchlaufes durch die Luftpresse 16 ist die nasse Bahn 10 zwischen dem Siebtuch 14 und dem Trägertuch 22 schichtartig eingeschlossen, um eine Abdichtung der Bahn zu errei chen, ohne diese jedoch zu beschädigen. Die Luftpresse arbeitet mit nennenswerten Raten der Wasserentfernung, wodurch möglich wird, dass die Bahn vor der Aufbringung auf den Yankee-Trockner Trocknungsgrade von über 30% erreicht, und dies vorzugsweise ohne die Notwendigkeit einer mit Zusammendrücken erfolgenden Entwässerung.
Nach der Luftpresse 16 läuft die nasse Bahn 10 weiter mit dem Tuch 14, bis eine Übertragung auf ein texturiertes und mit Löchern versehenes Tuch 24 erfolgt, und zwar mit Hilfe eines Vakuumübertragungsschuhs 26 an einer Übertragungsstation. Die Übertragung ist vorzugsweise eine Schnellübertragung unter Verwendung geeignet ausgestalteter Schuhe, einer geeigneten Positionierung des Tuches und geeigneter Vakuumgrade, wie beispielsweise in dem am 16. September 1997 an S. A. Engel et al. erteilten US-Patent 5,667,636 und dem am 4. März 1997 an T. E. Farrington Jr. et al. erteilten US-Patent 5,607,551 beschrieben ist. Bei einem Schnellübertragungsvorgang läuft das texturierte Tuch 24 im Wesentlichen langsamer als das Siebtuch 14, wobei ein Geschwindigkeitsdifferenzial von wenigstens 10%, vorzugsweise von wenigstens 20% und besonders bevorzugt von ungefähr 15 bis ungefähr 60% gegeben ist. Die Schnellübertragung ermöglicht vorzugsweise eine makroskopische Entbauschung und vergrößert die in Maschinenrichtung genommene Dehnung, ohne dass die Festigkeit unannehmbar stark abnehmen würde.
Das texturierte Tuch 24 kann ein dreidimensionales Durchtrocknungstuch enthalten, wie es beispielsweise in dem am 4. Juli 1995 an K. F. Chiu et al. erteilten US-Patent 5,429,686 beschrieben ist, oder es kann andere gewebte und texturierte Stoffe oder nichtgewebte Stoffe enthalten. Das texturierte Tuch 24 kann mit einem Tuchtrennmittel, so beispielsweise einer Mischung aus Silikonen und Kohlenwasserstoffen behandelt werden, um die nachfolgende Loslösung der nassen Bahn von dem Tuch zu fördern. Das Tuchtrennmittel kann auf das texturierte Tuch vor der Aufnahme der Bahn aufgesprüht werden. Sobald die Bahn auf dem texturierten Tuch befindlich ist, kann die Bahn weiter an das Tuch angeformt werden, und zwar unter Einsatz eines Vakuumdruckes oder eines leichtes Druckes (nicht gezeigt), obwohl bereits die Anformung, die bedingt durch die Vakuumkräfte an dem Übertragungsschuh 26 während Aufnehmens erfolgt, ausreichend mit Blick auf die Anformung der Lage sein kann.
Die nasse Bahn 10 auf dem texturierten Tuch 24 wird sodann mittels einer Druckwalze 32 an die Oberfläche eines Zylindertrockners 30 angedrückt. Der Zylindertrockner 30 ist mit einer Dampfhaube oder einer Yankee-Trocknerhaube 34 ausgestattet. In der Haube kommen üblicherweise Strahlen erwärmter Luft bei Temperaturen von mehr als 300°F, insbesondere von mehr als 400°F (200°C), besonders bevorzugt von ungefähr 500°F (260°C) und ganz besonders bevorzugt von ungefähr 700°F (370°C) zum Einsatz, die aus Düsen oder anderen Strömungsvorrichtungen derart gegen die Papiertuchbahn gelenkt werden, dass die Luftstrahlen maximale oder örtlich gemittelte Geschwindigkeiten in der Haube aufweisen, die wenigstens einem der folgenden Werte entsprechen: 10 m/s, 50 m/s, 100 m/s oder 500 m/s.
Weniger gängige Hauben und Aufprallsysteme können als Alternative oder zusätzlich zu der Yankee-Trocknerhaube 34 verwendet werden, um das Trocknen der Papiertuchbahn zu verbessern. Insbesondere kann die Radialstrahl-Neuanordnungstechnik oder die Radialschlitz-Neuanordnungstechnik eingesetzt werden, um den Grad des Anhaftens zu senken, der für einen stabilen Verbleib der Bahn 10 an dem Yankee-Trockner 30 notwendig ist. Die Radialstrahl-Neuanordnung und die Radialschlitz-Neuanordnung stellen ein hocheffizientes Wärmeübertragungssystem dar, bei dem Gasstrahlen in etwa parallel zur der zu erwärmenden Oberfläche geleitet werden, wodurch starke Rezirkulationszonen über der Oberfläche entstehen, die die Wärme- und Massenübertragung erleichtern, ohne dass die hohen Aufprallkräfte herkömmlicher Trocknungstechnologien auftreten würden. Beispiele für die Radialstrahl-Neuanordnungstechnologie werden in „Enhancement of Drying Rate, Moisture Profiling and Sheet Stability on an Existing Paper Machine with RJR Blow Boxes", veröffentlicht bei „1985 Papermakers Conference, Tappi Press, Atlanta, Georgia, 1985, Seiten 223 bis 228, sowie von R. H. Page et al. in „Tappi J." 73(9), 229 (September 1990) beschrieben. Zusätzliche Zylindertrockner oder andere Trocknungsmittel, insbesondere ohne Zusammendrücken, können nach dem ersten Zylindertrockner ebenfalls zum Einsatz kommen.
Obwohl nicht dargestellt, kann die Bahn 10 auch mittels des Tuches 24 um die Trockneroberfläche gewickelt werden, und zwar entlang einer vorbestimmten Strecke, sodass das Trocknen und Anhaften verbessert wird. Das Tuch umwickelt den Trockner entlang weniger als dem vollen Abstand, den die Bahn mit dem Trockner in Kontakt ist, und ins besondere trennt sich das Tuch von der Bahn, bevor die Bahn in die Trocknerhaube 34 eintritt.
Die nasse Bahn 10 weist bei Aufbringung auf den Trockner 30 geeigneterweise Faserkonsistenzen von ungefähr 30% oder mehr, vorzugsweise von ungefähr 35% oder mehr, so beispielsweise zwischen ungefähr 35 und ungefähr 50%, und ganz besonders bevorzugt von ungefähr 38% oder mehr auf. Die Konsistenz der Bahn, wenn diese erstmalig auf den Zylindertrockner aufgebracht wird, kann unterhalb von 60%, 50% oder 40% liegen. Der Trocknungsgrad der Bahn bei der Entfernung von dem Trockner 30 steigt auf ungefähr 60% oder mehr, insbesondere auf ungefähr 70% oder mehr, besonders bevorzugt auf ungefähr 80% oder mehr, ganz besonders bevorzugt auf ungefähr 90% oder mehr und außerordentlich bevorzugt auf zwischen 90 und 98%.
Die sich ergebende getrocknete Bahn 36 wird ohne Kreppen von dem Trockner abgezogen und entfernt, woraufhin sie auf eine Rolle 38 aufgewickelt wird. „Ohne Kreppen" beschreibt sowohl das vollständige Ausbleiben des Kreppens, wobei die Bahn nicht in Kontakt mit einer Kreppklinge tritt, wie auch das nahezu vollständige Ausbleiben des Kreppens, wobei die Bahn lediglich am Anfang oder lediglich leicht in Kontakt mit einer Kreppklinge tritt, was bedeutet, dass die Bahn in der Nähe des Ablösepunktes von der Oberfläche des Trockners nur von Spannungskräften gehalten wird, ohne dass ein Kreppen erfolgen müsste. Für die Bahn auf der Trockneroberfläche besteht in der Nähe des Ablösepunktes von der Oberfläche des Trockners keine Notwendigkeit für das Kreppen, wenn kleinere Veränderungen bei den Betriebsgegebenheiten die Entfernung von der Trockneroberfläche nur mittels der Spannung und ohne eine merkliche Beschädigung der Bahn ermöglichen, was beispielsweise dann erfolgt, wenn eine der nachfolgenden Bedingungen einer erfolgreichen Ablösung durch Spannkräfte allein gegeben ist: a) Erhöhen der Spannung, die aufgewandt wird, um die Bahn von der Trockneroberfläche abzuziehen, um nicht mehr als 10% und insbesondere um nicht mehr als 5%; b) Erhöhen der Menge des Trennmittels, das pro Pound Faser eingesetzt wird, um nicht mehr als 10% und vorzugsweise um nicht mehr als 5%; c) Senken der Menge der Klebstoffverbindungen, die in dem Verfahren zum Einsatz kommen, um nicht mehr als 10% und insbesondere um nicht mehr als 5%; oder d) Senken der Festigkeit der Anhaftbindungen zwischen der Bahn und der Oberfläche des Trockners und nicht mehr als 10% und insbesondere um nicht mehr als 5%. Erfindungsgemäße Bahnen, die im Wesentli chen nicht gekreppt sind, weisen üblicherweise eine Oberflächentopografie auf, die im Wesentlichen keine Kreppfalten (Falten, die durch das Kreppen an dem Trockner erzeugt werden) umfasst, deren Höhe größer als 20 μm ist, und/oder es tritt üblicherweise auch kein Volumenzuwachs auf, der größer als ungefähr 10% und insbesondere größer als ungefähr 5% ist, was durch die lediglich geringfügige Kreppwirkung verursacht wird. Der Winkel, unter dem die Bahn von der Oberfläche des Trockners abgezogen wird, beträgt geeigneterweise ungefähr 80 bis ungefähr 100°, gemessen tangential zu der Oberfläche des Trockners am Punkt der Ablösung, wobei dieser Winkel in Abhängigkeit von den Betriebsgeschwindigkeiten variieren kann.
Das Aufrollen kann mittels eines beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens erfolgen, darunter die Verwendung einer bandgetriebenen Spule oder einer bandgestützten Spule, entsprechend der Offenbarung in dem am 17. September 1996 an Henseler erteilten US-Patent 5,556,053. Die Papiertuchrolle kann sodann kalandriert, geschlitzt, mit Weichmachern oder Aufweichungsmitteln oberflächenbehandelt, gaufriert oder ähnliches werden, um in nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen das Enderzeugnis herzustellen.
Aus Gründen der Flexibilität und für die Initialisierung der Vorgänge sollte eine Kreppklinge bereitstehen, um die Lage von dem Zylindertrockner abzukreppen. Der Übergang zum Nichtkreppbetrieb kann, sobald ein geeignetes Gleichgewicht zwischen Klebstoffverbindungen und Trennmitteln gefunden ist, dadurch erreicht werden, dass die Bahn derart weit von der Rolle oder einer anderen Vorrichtung gezogen wird, dass die Bahn von der Zylindertrockneroberfläche vor einem Kontakt mit der Kreppklinge abgelöst wird, ohne dass die Bahn nennenswert beschädigt würde. Der Übergang zum Nichtkreppbetrieb umfasst die Erhöhung der Menge der Trennmittel und/oder die Senkung der Menge der Klebstoffgemische in dem Grenzflächensteuergemisch, wobei dies ausreichend sein muss, um ein ohne Kreppen erfolgendes Entfernen der Bahn zu ermöglichen, was jedoch nicht in einem Umfang erfolgen sollte, dass die Bahn in der Trocknerhaube instabil wird. Andere Faktoren, die einen Einfluss auf die Anhaftung haben, so beispielsweise die Flächenmasse und der pH-Wert, sollten im Sinne einer Optimierung des Verfahrens überwacht und kontrolliert werden.
Gegebenenfalls kann die Kreppklinge an Ort und Stelle gehalten werden, um die Oberfläche des Zylindertrockners zu reinigen; sie kann jedoch auch gänzlich entfernt werden oder vergleichsweise locker aufsitzen, nachdem in den Nichtkreppmodus umgeschaltet wurde. Typische Rakelbelastungen für den Kreppbetrieb liegen in einem Bereich von 15 bis 30 pli (0,27 bis 0,54 kg/mm); geringe Belastungen, die für eine Reinigung des Zylinders während des Betriebs im Nichtkreppmodus geeignet sind, können unterhalb von 15 pli (0,27 kg/mm), insbesondere unterhalb von 10 pli (0,18 kg/mm), besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 pli (0,018 kg/mm) bis ungefähr 10 pli (0,18 kg/mm) und außerordentlich bevorzugt von ungefähr 1 pli (0,018 kg/mm) bis ungefähr 6 pli (0,11 kg/mm) liegen.
Ein Grenzflächensteuergemisch 40 wird gemäß Darstellung auf die Oberfläche des sich drehenden Zylindertrockners 30 in Form eines Sprühnebels aus einem Sprüharm 42 aufgebracht, bevor die nasse Bahn 10 mit der Oberfläche des Trockners in Kontakt kommt. Als Alternative zum direkt erfolgenden Aufsprühen auf die Oberfläche des Trockners kann das Grenzflächensteuergemisch mittels Tiefdruck entweder direkt auf die nasse Bahn oder die Oberfläche des Trockners aufgebracht werden, oder es kann in den wässrigen Faserbrei in der Nasspartie der Papiermaschine eingebracht werden. Als weitere Alternative können die Klebstoffverbindungen und die Trennmittel des Grenzflächensteuergemisches einzeln aufgebracht werden, und zwar entweder auf die Oberfläche des Trockners oder während verschiedener Phasen. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel werden die Klebstoffverbindungen beispielsweise auf die Oberfläche des Trockners vor der Aufbringung der nassen Bahn aufgebracht, und das Trennmittel wird als Nasspartie dem Faserbrei zugesetzt. Beim Aufliegen auf der Trockneroberfläche kann die Bahn darüber hinaus mit anderen Chemikalien behandelt werden, so beispielsweise durch Drucken oder direkt erfolgendes Aufsprühen von Lösungen auf die trocknende Bahn, so beispielsweise Mittel zur Förderung des Ablösens von der Oberfläche des Trockners.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 2 gezeigt, in der eine nasse Bahn 10 von einem Siebtuch 14 auf ein erstes Übertragungstuch 40 übertragen wird, und zwar mittels Übertragungspresswalzen und eines Vakuumschuhs 42. Die Bahn 10 wird vorzugsweise auf das erste Übertragungstuch 50 schnellübertragen, das eine Tuchrauhigkeit aufweisen kann, die gleich, kleiner oder größer als diejenige des Siebtuches 14 ist. Im Sin ne einer besseren Lagentextur weist das erste Übertragungstuch 50 vorzugsweise eine Tuchrauhigkeit auf, die wenigstens 30% über derjenigen des Siebtuches und besonders bevorzugt wenigstens 60% über derjenigen des Siebtuches liegt.
Die nasse Bahn 10 wird anschließend mittels eines Übertragungswalzenpaares auf ein zweites Übertragungstuch 54 übertragen, wobei hier optional ein Vakuumkasten 56 und ein Blaskasten oder eine druckbeaufschlagte Kammer 58 eingesetzt werden können, um die Übertragung und die Entwässerung der Bahn zu unterstützen. Das zweite Übertragungstuch 54 weist vorzugsweise eine Oberflächentiefe von wenigstens 0,3 mm und eine Tuchrauhigkeit von wenigstens 50% über derjenigen des Siebtuches und besonders bevorzugt von wenigstens 100% über derjenigen des Siebtuches auf, sodass der Bahn eine Textur und ein spezifisches Volumen verliehen werden. Das zweite Übertragungswalzenpaar kann ebenfalls nach dem Prinzip der Schnellübertragung arbeiten.
Eine weitere Entwässerung der Bahn 10 kann mittels einer Luftpresse 16 erreicht werden, die eine Druckkammer 18 und einen Vakuumkasten 20 umfasst, um Luft dazu zu bringen, ohne wesentliche Verdichtung durch die Bahn zu treten. Ein oberes Trägertuch 22 trägt dazu bei, dass die Bahn schichtartig eingeschlossen wird, und dass das Auftreten von Reibung zwischen der Bahn und der Oberfläche der Luftpresse verhindert wird, sodass die Toleranzen vergleichsweise eng sein können, was das Austreten von Luft aus den seitlichen Enden der Luftpresse betrifft, sodass eine wirkungsvolle Entwässerung aus energetischer Sicht möglich ist. Luft bei Raumtemperatur, erwärmte Luft, supererwärmter Dampf oder Gemische aus Dampf und Luft können als Gasmedien in der Luftpresse verwendet werden.
Das zweite Übertragungstuch 54 ist vorzugsweise weniger rau als das erste Übertragungstuch 50, sodass das erste Übertragungstuch ein Anformen der Bahn bewirkt, während das zweite Übertragungstuch eine größere Wärmeübertragung während des Trocknens aufgrund der etwas raueren Topografie ermöglicht. Ist lediglich ein kleiner Teil der Bahn 10 in engem Kontakt mit der Oberfläche des Trockners, so wird eine Wärmeübertragung unterbunden. Das zweite Übertragungstuch 54 kam entlang einer endlichen Strecke von vorzugsweise wenigstens ungefähr 6 Inch (0,15 m), so beispielsweise zwischen ungefähr 12 (0,30 m) und ungefähr 40 Inch (1,0 m), und besonders bevorzugt von wenigstens ungefähr 18 Inch (0,46 m) entlang der Maschinenrichtung an der Oberfläche des Zylindertrockners um den Yankee-Trockner gewickelt sein. Die Länge der Tuchwicklung kann von der Rauhigkeit des Tuches abhängen. Entweder beide oder keine der Walzen 60 und 62 sind/ist gegen die Oberfläche des Zylindertrockners belastet, um das Trocknen, die Lagenanformung und die Ausbildung von Anhaftbindungen zu fördern. Die Anhaftbindungen müssen ausreichend sein, um den Blaskräften in der Yankee-Haube 34 vor dem Aufrollen der nicht gekreppten Bahn 36 von der Oberfläche des Trocknungszylinders entgegenwirken zu können.
Ein Grenzflächensteuergemisch 40 wird genau vor der Aufbringung der Bahn 10 aus einem Sprüharm 42 auf die Oberfläche des Zylindertrockners 30 aufgebracht. Die sich ergebende getrocknete Bahn wird von dem Trockner 30 ohne Kreppen entfernt und auf eine Rolle 38 aufgerollt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 gezeigt, wo ein Brei aus Papierfasern aus einem Stoffauflaufkasten 12 zwischen einem oberen und einem unteren Langsieb 70 und 71 einer Maschine vom Doppellangsiebtyp aufgebracht wird. Die beiden Langsiebe, die identisch sein können oder auch unterschiedliche Muster und Materialien umfassen können, fördern die Bahn um eine Saugwalze 72. Die Bahn wird anschließend mittels mechanischer Vorrichtungen, so beispielsweise einer Reihe von Vakuumkästen 74, Folien und/oder anderer Mittel, entwässert. Vorzugsweise wird die Bahn ohne Zusammendrücken auf eine Konsistenz von mehr als 30% entwässert, und zwar unter Verwendung einer Luftpresse 16 mit einem druckbeaufschlagten Plenum 18 und einem Vakuumkasten 20. Die entwässerte Bahn wird anschließend übertragen, vorzugsweise schnellübertragen, und zwar an einem Übertragungspunkt auf ein texturiertes und mit Löchern versehenes Tuch 24, wobei bei diesem Vorgang ein Vakuumaufnahmeschuh 26 hilft. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel umfasst das texturierte Tuch ein dreidimensionales Tuch, so beispielsweise ein Tuch der Sorte Lindsay Wire T-116-3 (Lindsay Wire Division, Appleton Mills, Appleton, Wisconsin), mit einer Tuchrauhigkeit von wenigstens 0,3 mm, die vorzugsweise größer als diejenige des Siebtuches ist.
Das texturierte Tuch 24 trägt die Bahn 10 in ein Quetschwalzenpaar zwischen einer Walze 32 und einem Zylindertrockner 30, wo die Bahn auf die Oberfläche des Zylindertrockners aufgebracht wird. Das texturierte Tuch 24 kann die nasse Bahn um den Zylin dertrockner 30 wickeln, und zwar entlang einer kurzen Strecke von vorzugsweise weniger als 6 feet (1,8 m) in Maschinenrichtung, besonders bevorzugt von weniger als 4 feet, umfassend den Abstand zwischen der Druckwalze 32 und einer zweiten Walze 76, die in Kontakt mit der Oberfläche des Trocknungszylinders stehen kann oder nicht. Die Oberfläche des Zylindertrockners wird vor der Kontaktierung der feuchten Bahn mit Klebstoffverbindungen und/oder Trennmitteln eines Grenzflächensteuergemisches 40 mittels eines Sprühnebelaufbringers 42 oder eines anderen Aufbringers versehen. Die Oberfläche der Bahn kann zudem zusätzlich vor der Aufbringung auf die Trockneroberfläche mittels einer Sprühnebeldusche 78 mit Stoffverbindungen, Trennmitteln oder einer Mischung hieraus besprüht werden. Ein zusätzlicher Sprüharm oder eine Sprühnebeldusche 79 können verwendet werden, um vor der Aufnahme der Bahn feinverteiltes Trennmittel auf die Bahnkontaktseite des Tuches 24 aufzubringen.
Nachdem die Bahn auf die Trockneroberfläche aufgebracht ist, kann sie mittels einer Hochtemperaturluftaufprallhaube 34 oder einer anderen Trocknungs- oder Aufprallvorrichtung getrocknet werden. Die teilweise getrocknete Bahn wird anschließend von der Oberfläche des Trockners 30 ohne Kreppen entfernt, woraufhin die abgelöste Bahn 36 gegebenenfalls einer (nicht gezeigten) weiteren Trocknung oder auch anderen Behandlungen unterworfen wird, bevor ein Aufrollen erfolgt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt, in dem eine Rohbahn 10 zwischen einem Paar von Langsieben 70 und 71 schichtartig eingeschlossen ist, um eine Entwässerung mittels einer Luftpresse 16 mit einem druckbeaufschlagten Plenum 18 und einer unteren Vakuumkammer 20 zu ermöglichen. Bei einer Konsistenz von vorzugsweise ungefähr 30% Feststoffem oder mehr wird die Bahn 10 an einem ersten Übertragungspunkt auf das erste Übertragungstuch 50 übertragen, wobei bei diesem Vorgang ein Vakuumübertragungsschuh 52 hilft. Das erste Übertragungstuch 50 weist ein im Wesentlichen größeres Hohlraumvolumen als das untere Langsieb 51 auf und hat darüber hinaus eine dreidimensionale Topografie, die sich durch angehobene Buckel in Maschinenrichtung auszeichnet, die sich über die höchsten in Querrichtung genommenen Buckel um wenigstens 0,2 mm, vorzugsweise um ungefähr 0,5 mm, so beispielsweise um ungefähr 0,8 bis ungefähr 3 mm, und ganz besonders bevorzugt um wenigstens 1 mm hinaus erheben.
Die Bahn wird von dem ersten Übertragungstuch 50 auf ein zweites Übertragungstuch 54 mittels eines Vakuumaufnahmeschuhs 56 und gegebenenfalls eines druckbeaufschlagten Blaskastens oder einer Düse übertragen. Die Übertragung auf das erste Übertragungstuch 50, das zweite Übertragungstuch 54 oder auf beide kann eine Schnellübertragung bei 10% oder mehr sein. Die Bahn auf dem zweiten Übertragungstuch wird mittels einer Druckwalze 32 gegen die Oberfläche eines Zylindertrockners 30 gedrückt. Eine kleine Strecke eines kontaktierenden Tuches 80, das zwischen Drehwalzen 82 läuft, kann mit der Bahn an der Oberfläche des Zylindertrockners in Eingriff treten, um eine zusätzliche Textur oder eine verbesserte Wärmeübertragung zu ermöglichen. Die Bahn wird anschließend mittels konvektiv wirkender Einrichtungen in einer Trocknerhaube 34 zusätzlich zu der thermischen Konduktion an der Oberfläche des Zylindertrockners 30 getrocknet. Ein Grenzflächensteuergemisch 40 oder Komponenten hiervon können auf die Trockneroberfläche unter Verwendung eines Sprüharmes 42 aufgebracht werden. Die getrocknete Bahn 36 wird anschließend ohne Kreppen entfernt.
Der Grad der Wicklung des Tuches um die Oberfläche des Zylindertrockners soll vorzugsweise der Wärmeübertragung und der Verringerung von Problemen bei der Handhabung der Lage förderlich sein. Wird das Tuch zu früh entfernt, so kann die Lage an dem Tuch und nicht an der Oberfläche des Zylindertrockners haften, wenn das Tuch nicht bei hohem Druck gegen die Oberfläche des Trockners gedrückt wird, was als unvorteilhafte Lösung zu werten ist, wenn allgemein eine Behandlung ohne Zusammendrücken mit dem Ziel eines optimalen spezifischen Volumens und einer optimalen Nassspannkraft gewünscht ist. Vorzugsweise verbleibt das Tuch in Kontakt mit der Bahn an der Trockneroberfläche, bis die Bahn eine Konsistenz von wenigstens ungefähr 40%, vorzugsweise von wenigstens ungefähr 45%, so beispielsweise zwischen 45 und 65%, besonders bevorzugt von wenigstens ungefähr 50%, ganz besonders bevorzugt von wenigstens ungefähr 55% und außerordentlich besonders bevorzugt von wenigstens ungefähr 60% aufweist. Der auf die Bahn einwirkende Druck liegt insbesondere in einem Bereich von 0,1 bis 5 psi (0,69 bis 34 kPa), vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 4 psi (3,4 bis 28 kPa) und besonders bevorzugt in einem Bereich von ungefähr 0,5 bis 3 psi (3,4 bis 21 kPa), wobei jedoch höhere und niedrigere Werte durchaus noch im Schutzbereich der Erfindung enthalten sind. Für Ausführungsbeispiele mit nennenswerter Wicklung sollte der Grad der Tuchwicklung nicht mehr als 60% des Umfanges (Randes) in Maschinenrichtung des Zylindertrockners, vorzugsweise ungefähr 40% oder we niger, besonders bevorzugt ungefähr 30% oder weniger und ganz besonders bevorzugt ungefähr 5 bis ungefähr 20% des Umfanges des Zylindertrockners ausmachen.
Beispiele
Die nachfolgenden Beispiele dienen der Darlegung möglicher im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stehender Lösungsansätze. Die speziellen Mengen, Anteile, Zusammensetzungen und Parameter sind beispielhalber angegeben und sollen den Schutzumfang der Erfindung in keinster Weise einschränken.
Beispiel 1
Papiertuch wurde auf erfindungsgemäße Weise bei einer nominalen Flächenmasse von 12 lb/2880 ft² (5,4 kg/268 m²) unter Verwendung einer Experimentierpapiertuchmaschine mit einer Tuchbreite von 22 Inch (0,56 m) und einer praxistauglichen Geschwindigkeit von 100 feet/min (3,1 m/s) an einem Yankee-Trockner hergestellt. Die Einlage enthielt eine nichtraffinierte 50 : 50-Mischung gebleichter Krafteukalyptusfasern und gebleichter Kraftsüdweichholzfasern (LL 19 aus der Coosa River Pulp Mill, Alabama). Der Faserbrei lief durch einen schichtartigen drei Lagen aufweisenden Stoffauflaufkasten, wobei jede Schicht denselben Brei zur Herstellung der Mischlage enthielt. Festiger der Sorte Parez 631 NC wurde dem Brei mit der Geschwindigkeit von 1000 ml/min bei 6% Feststoffen zugesetzt. Der pH-Wert des Faserbreis wurde mittels eines Steuersystems bei 6,5 gehalten, das Schwefelsäure und Karbonate zuführte.
Der Stoffauflaufkasten spritzte den Brei zwischen zwei Siebtücher in eine Doppellangsiebsiebpartie mit einer Saugrolle ein. Jedes Tuch war ein Siebtuch der Sorte Lindsay Wire 2064. Die Rohbahn zwischen den beiden Tüchern wurde entwässert, als sie über fünf Vakuumkästen lief, die jeweils mit den folgenden Vakuumdrücken arbeiteten: 10,8 (36,6 kPa), 13,8 (46,7 kPa), 13,4 (45,4 kPa), 0 und 19,2 in Hg (65,0 kPa). Nach den Vakuumkästen lief die immer noch zwischen den beiden Siebtüchern gehaltene Rohbahn durch eine Luftpresse mit einem Plenumdruck von 15 psig (100 kPa) und einem Vakuumkastendruck von 9 Inch-Hg-Vakuum (30 kPa). Bei einer Geschwindigkeit von 100 fpm (5,1 m/s) war die Luftpresse in der Lage, die Konsistenz der Bahn von 27,8% vor der Luftpresse auf 39,1% nach der Luftpresse anzuheben, was einen nennenswerten Entwässerungsgrad darstellt.
Die entwässerte Bahn wurde anschließend auf ein dreidimensionales Tuch übertragen, das normalerweise zum Anformen getrockneter Bahnen verwendet wird, nämlich ein TAD-Tuch der Sorte Lindsay Wire T-216-3. Die Übertragung auf das TAD-Tuch erfolgte mittels eines Vakuumaufnahmeschuhs, der in der Lage war, eine effektive Schnellübertragung auszuführen, und erfolgte in drei verschiedenen Stufen der Schnellübertragung, nämlich bei 10%, 20% und 30%. Das TAD-Tuch näherte sich dann dem Yankee-Trockner und wurde mit einer herkömmlichen Andruckwalze gegen die Trockneroberfläche gedrückt. Ungefähr 24 Inch (0,61 m) Tuchwicklung entlang der Oberfläche des Yankee-Trockners wurden durch die Anordnung einer zweiten Druckwalze ermöglicht, die druckentlastet und geringfügig von dem Yankee-Trockner entfernt wurde, ähnlich dem Aufbau gemäß 4. Vor der Aufnahme der Bahn wurde das TAD-Tuch mit einem Silikon-Trennmittel, nämlich Dow Corning 2-1437-Silikonemulsion mit 1% Aktivfeststoffen, besprüht, wobei die Emulsion mit einer Flussrate von ungefähr 400 ml/min aufgetragen wurde, um eine Silikondosis von grob 20 bis 25 mg/m² zu erreichen. Das Silikon wurde aufgetragen, um zu verhindern, dass die Lage mehr an dem TAD-Tuch als an der Oberfläche des Yankee-Trockners anhaftet. Das Silikon erwies sich bei dem Vorgang als nützlich, da an dem Punkt, an dem der Silikonfluss unterbrochen wurde, die Übertragung der Bahn von dem TAD-Tuch auf den Yankee-Trockner problematisch wurde, da die Bahn an dem TAD-Tuch anhaftete.
Während des Anlaufens wurde die Papiertuchbahn, die bei einer Schnellübertragung von 10% umlief, an einem Yankee-Trockner gekreppt, der mit einem Dampfdruck von ungefähr 70 psig (480 kPa) arbeitete, der später auf einen Maximalwert von ungefähr 100 psig (96 kPa) erhöht wurde. Die Haube arbeitete bei einer Temperatur von ungefähr 650 bis 750°F (340°C bis 40°C) während des Anlaufens, wobei später größere Werte als 75°F (400°C) erreicht wurden, und lief mit einem Luftrezirkulationswert von ungefähr 35 bis ungefähr 45%, was zu einer Luftaufprallgeschwindigkeit von ungefähr 65 m/s führt. Die Lage wurde bei einer Konsistenz von ungefähr 95% trockengekreppt. Die Yankee-Beschichtung enthielt Polyvinylalkohol der Sorte AIRVOL 523 von der Firma Air Products and Chemical Inc. sowie Sorbitol in Wasser, das über vier Einspritzdüsen der Sorte #6501 von der Firma Spraying Systems Company aufgetragen wurde, die bei an nähernd 400 psig (280 kPa) und mit einer Flussrate von 0,4 gal/min (gpm) (1,5 l/min) arbeiteten. Der Sprühnebel enthielt eine Feststoffkonzentration von ungefähr 0,5 Gew%. Ohne Entfernen oder Abnehmen der Kreppklinge wurde der Übergang in den Nicht-kreppbetrieb erreicht, indem die Menge an Trennmittel, die auf die Bahn aufgebracht wurde, erhöht wurde, bis sich die Bahn von dem Yankee-Trockner unter der Spannung der Rolle genau vor der Kreppklinge abhob. Man hat herausgefunden, dass bei einer allzu großen Menge von Trennmitteln an der Oberfläche des Yankee-Trockners die Lage nicht ausreichend anhaften oder sich vorzeitig ablösen kann und in die Haube eintritt. Mit einer ausgewogenen Konzentration der Klebstoffverbindungen und Trennmittel war jedoch ein erfolgreicher und stabiler Betrieb möglich.
Ein geeignetes Grenzflächensteuergemisch für dieses Experiment enthielt, bezogen auf eine Prozentbasis von Aktivfeststoffen, annähernd 26% Polyvinylalkohol, 46% Sorbitol und 28% der Substanz Hercules-M1336-Polyglykol, das in einer Dosis von zwischen 50 und 70 mg/m² aufgetragen wurde. Die Gemische wurden in einer wässrigen Lösung mit weniger als 5 Gew.-% Feststoffe aufgetragen. Während der Kreppherstellung der Papierbahn wurde die Menge der Substanz Hercules M1336 allmählich auf ein optimales Niveau von ungefähr 28% gesteigert, um den Kreppgrad zu erhöhen, und um gegebenenfalls zu ermöglichen, dass die Bahn von dem Yankee-Trockner ohne Kreppen abgezogen wird. Die Bahn wurde von der Rolle abgezogen, die mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit wie der Yankee-Trockner arbeitete.
Anschließend wurde der Grad der Schnellübertragung weiter gesteigert, Beim Steigern des Grades der Schnellübertragung auf 20% und anschließend auf 30% war es notwendig, einige Anpassungen bei den Betriebsbedingungen vorzunehmen, um ein brauchbares nicht gekrepptes Erzeugnis zu erhalten. Eine leichte Senkung der Geschwindigkeit von 1000 fpm (5,1 m/s) auf 900 fpm (4,6 m/s) förderte die Steigerung des Grades der Schnellübertragung, die dann erfolgreich erfolgen konnte. Eine Steigerung der Lagenflächenmasse von 12 lbs/ 2880 ft² auf 13 lbs/ 2880 ft² (5,4 kg/268 m² bis 5,9 kg/268 m²) erwies sich ebenfalls bei der Durchführung einer Schnellübertragung höheren Grades als nützlich.
Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, wird davon ausgegangen, dass Unterschiede bei Schnellübertragungen zu Unterschieden in der Lagentopografie führen, die direkte Auswirkungen auf die Natur der Anhaftung der Bahn an der Oberfläche des Yankee-Trockners haben. Im Ergebnis wird erwartet, dass ein Ansteigen bei der Schnellübertragung mit einem gleichzeitig erwarteten Ansteigen der Oberflächentiefe und Textur an der Bahn eine Oberfläche bereitstellt, die weniger Kontakt mit dem Yankee-Trockner hat. Im Ergebnis kann, um genug Anhaftung zu erhalten, damit eine vorzeitige Ablösung der Lage oder eine Laufschwankung während des Trocknens an der Oberfläche des Zylindertrockners verhindert wird, ein Ansteigen des Grades der Schnellübertragung ausgleichende Maßnahmen nach sich ziehen, so beispielsweise einen höheren Grad der Anhaftung, eine niedrigere Maschinengeschwindigkeit, einen höheren Grad des Drucks, eine niedrigere Luftrezirkulationsrate in der Haube zur Verringerung aerodynamischer Kräfte oder eine höhere Flächenmasse, die den Blaskräften mehr Masse und daher mehr Widerstand entgegensetzt.
Zur Vereinfachung der Ablösung der Bahn von dem TAD-Tuch wurde vor der Tuchaufnahme ein Silikontrennmittel mit einer Rate von 400 ml/min einer Lösung mit ungefähr 1% Silikonfeststoffen auf das TAD-Tuch aufgesprüht.
Das mit einer 20-prozentigen Schnellübertragung hergestellte Erzeugnis wurde zu Rollen von Toilettenpapier verarbeitet und auf seine physikalischen Eigenschaften getestet. Das nicht gekreppte Papiertuch mit 20-prozentiger Schnellübertragung hatte eine in Maschinenrichtung genommene Dehnung von 13%, im Vergleich zu dem ähnlichen gekreppten Papiertuch ohne Schnellübertragung, das eine in Maschinenrichtung genommene Dehnung von 14% aufwies. Beide Lagentypen hatten eine Volltrockenflächenmasse von 19 gsm. Der Caliper-Wert (Stärkenmaß) von acht Einlagen bei einem Druck von 2 kPa wurde für die nicht gekreppte Bahn als 2,4 mm und für die gekreppte Bahn als 1,67 mm gemessen. Im Ergebnis wies eine Rolle des nicht gekreppten Papiertuches eine Lagenzahl von 180 Lagen im Vergleich zu einer Lagenzahl von 253 Lagen bei einer Rolle gekreppten Papiertuches mit demselben Durchmesser auf. Das Absorptionsvermögen der gekreppten Bahn betrug 11,8 Gramm Wasser pro Gramm Faser im Vergleich zu 14,1 Gramm Wasser pro Gramm Faser für das nicht gekreppte Erzeugnis.
Messungen der Oberflächentopografie wurden mit einem 38-mm-Moiré-Interferometer durchgeführt. Unter Verwendung der Profile, die aus den 10 Profillinien in Maschinenquerrichtung einer Höhenkarte extrahiert wurden, erhielt man einen Median-P10-Wert von 0,22 mm für die luftseitige Oberflächentiefe. Die dem Yankee-Trockner zugewandte Seite der Bahn hatte eine geringfügig niedrigere Oberflächentiefe von 0,19 mm, was auf die gleiche Weise bestimmt wurde. Die charakteristische Einheitszelle des texturierten Musters der Bahn war weitgehend rechteckig, mit einer Einheitszellenlänge in Maschinenrichtung von 5,4 mm und einer Breite in Querrichtung von 2,6 mm (in diesem Fall die Querlängenskala). Dem äußeren Anschein nach war die nicht gekreppte Lage im Wesentlichen dieselbe wie die nicht gekreppte durchgetrocknete Lage, die mit demselben TAD-Tuch und derselben Einlage hergestellt worden war.
Mit Blick auf den Durchlauf hat man herausgefunden, dass die Luftrezirkulationsrate in der Haube Auswirkungen auf die Chemikalien hatte, die man auf den Yankee-Trockner aufbringen musste, und zwar derart, dass höhere Rezirkulationsraten höhere aerodynamische Kräfte an der Bahn und damit ein stärkeres Anhaften bewirkten. Für ein geeignetes Steuerungssystem zur Herstellung einer nicht gekreppten Papierbahn an dem Yankee-Trockner müssen die Ausgewogenheit der Bestandteile des Grenzflächensteuergemisches, die Rezirkulationsrate in der Haube und andere aerodynamische Faktoren zusätzlich zu der Tatsache miteinbezogen werden, dass auch die Flächenmasse, die Nasspartiechemikalien, der Grad der Schnellübertragung und andere derartige Faktoren miteinbezogen werden.
Die nichtkalandrierte Yankee-getrocknete nichtgekreppte Lage wies nach einer standardisierten Umwandlung in eine Rolle eines doppellagigen Hygienepapiers ein höheres spezifisches Volumen und Absorptionsvermögen auf, als eine ähnliche nicht gekreppte durchgetrocknete Lage (wobei letztere einen 8-Lagen-Caliper-Wert bei 2 kPa von 1,5 mm sowie ein Absorptionsvermögen von 12,5 Gramm Wasser pro Gramm Faser aufwiesen). Ein weiteres Kalandrieren oder eine andere mechanische Behandlung der Bahn (Bürsten, Mikrospannen, Neukreppen oder dergleichen) könnten eingesetzt werden, um die Weichheit zu erhöhen, was jedoch gegebenenfalls auf Kosten des spezifischen Volumens oder des Absorptionvermögens geht; darüber hinaus können chemische Erweichungsmittel ebenfalls zugesetzt werden, wie aus dem Stande Technik bekannt ist. Die Verwendung gekräuselter oder feinverteilter Fasern kann darüber hinaus ein Instrument darstellen, um die Weichheit der Bahn weiter zu erhöhen, und um bestimmte gewünschte Griffigkeitseigenschaften zusätzlich zu den mechanischen Eigenschaften der Bahn zu erhalten.
Das umgewandelte Hygienetuch aus dem nicht gekreppten Erzeugnis dieses Beispiels wies eine Dehnung in Maschinenrichtung von 1911 g/3 in (76,2 mm) und eine in Querrichtung genommene Festigkeit von 1408 g/3 in auf. Die Nassfestigkeit in Querrichtung betrug 105 g/3 in. Das umgewandelte nicht gekreppte Papiertuch hatte die folgenden Nassspannkraftparameter: eine Rückfederung von 0,640, einen LER-Wert von 0,591 und ein spezifisches Volumen bei Nasskompression von 6,440, bezogen auf den Durchschnitt von fünf Proben, wobei jede Probe einen Stapel von drei zweilagigen Papiertuchabschnitten enthielt. Die jeweiligen Standardabweichungen der drei Nassspannkraftparameter lagen bei 0,013, 0,014 und 0,131. Das anfängliche spezifische Volumen der befeuchteten Probe lag bei der ersten Kompression von 0,025 psi (0,17 kPa) bei 20,1 cm³/g. Wurde das dreidimensionale Papiertuch auf die Oberfläche des Yankee-Trockners mit herkömmlichen Haftmitteln aufgebracht und durch herkömmliches Kreppen entfernt, so waren die sich ergebenden Nassspannkraftparameter vergleichsweise niedriger. Das gekreppte Papiertuch wies eine Rückfederung von 0,513, einen LER-Wert von 0,568 und ein spezifisches Volumen bei Nasskompression von 4,670 auf, bezogen auf einen Durchschnitt von sechs Proben, wobei jede Probe wiederum einen Stapel von drei zweilagigen Papiertuchabschnitten enthielt. Die jeweiligen Standardabweichungen der drei Nassspannkraftparameter betrugen 0,022, 0,020 und 0,111. Die durchschnittliche Ofentrockenflächenmasse der nicht gekreppten Proben betrug 37,3 gsm und der gekreppten Proben 36,0 gsm.
Beispiel 2
Ein nicht gekrepptes Papiertuch mit Hochausbeutefasern und Permanentnassfestigkeitsmitteln wurde im Wesentlichen in Entsprechung zu Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch ein weniger texturiertes Tuch der Sorte Asten 44GST anstelle des TAD-Tuches der Sorte Lindsay Wire TAD Fabric verwendet wurde. Die Einlage enthielt 100 BCTMP-behandelte Weichholzfichtenfasern mit 20 pounds (9,1 kg) pro Tonne der Faser KYME-NE 557 LX (hergestellt von Hercules, Wilmington, Delaware), wobei ein Nassfestigkeitsharz dem Faserbrei zugesetzt wurde. Das Papiertuch wurde auf die Oberfläche des Yankee-Trockners bei einer Konsistenz von etwa 34% aufgebracht und sodann vollständig getrocknet. Ein Grenzflächensteuergemisch aus Polyvinylalkohol, Sorbitol und der Substanz Hercules M1336 Polyglykol wurde verwendet, wobei die Dosen und Antei le der Mittel für ein wirkungsvolles Trocknen und Ablösen angepasst wurden. Das getrocknete nicht gekreppte Papiertuch wurde von dem Yankee-Trockner entfernt und ohne Weiterverarbeitung aufgerollt. Die Ofentrockenflächenmasse betrug 30,7 gsm.
Das nicht gekreppte Papiertuch wies eine Rückfederung von 0,783, einen LER-Wert von 0,743 und ein spezifisches Volumen bei Nasskompression von 8,115 auf, bezogen auf den Durchschnitt von vier Proben, wobei jede Probe einen Stapel von vier einlagigen Papiertuchabschnitten enthielt. Die jeweiligen Standardabweichungen der drei Nassspannkraftparameter waren 0,008, 0,019 und 0,110. Das anfängliche spezifische Volumen der befeuchteten Probe bei einer Last von 0,025 psi (170 Pa) betrug 17,4 cm³/g.
Die vorhergehende Beschreibung erfolgte lediglich zum Zwecke der Illustration. Aus diesem Grunde können eine Vielzahl von Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. So können beispielsweise alternative oder zusätzliche Merkmale, die als Teil eines Ausführungsbeispieles beschrieben wurden, bei einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden. Darüber hinaus können zwei genannte Komponenten Teil derselben Struktur sein. Darüber hinaus können verschiedene alternative Anordnungen hinsichtlich Verfahren und Vorrichtung eingesetzt werden, und zwar insbesondere mit Blick auf die Stoffaufbereitung, den Stoffauflaufkasten, die Siebtücher, die Bandübertragungen sowie das Trocknen und Kreppen. Die Erfindung ist durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt, sondern einzig durch die nachfolgenden Ansprüche festgelegt.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer nicht gekreppten Papiertuchbahn (36), das umfasst: a) Auftragen einer wässrigen Suspension aus Papierfasern auf ein Siebtuch (14), um eine Rohbahn (10) auszubilden; b) Entwässern der Bahn; f) Übertragen der Bahn (10) auf die Oberfläche eines Zylindertrockners (30); g) Auftragen eines Grenzflächen-Steuergemischs (40), das Klebstoffverbindungen und Trennmittel umfasst, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) so eingerichtet ist, dass es die Bahn ohne Laufschwankungen an der Oberfläche des Trockners (30) haften lässt und Lösen der Bahn (10) ohne nennenswerte Beschädigung der Bahn (10) ermöglicht; h) Trocknen der Bahn (10) auf dem Zylindertrockner (30); und k) Lösen der Bahn (10) von der Oberfläche des Trockners (30) ohne Kreppen.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst: e) Texturieren der Bahn (10) an einem dreidimensionalen Substrat (24, 50, 54).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) in Schritt b) auf eine Konsistenz von 30% oder mehr entwässert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bahn (10) an den Zylindertrockner gepresst wird, während die Bahn (10) mit einem texturierten Substrat (24, 50, 54) in Kontakt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bahn (10) bei einer Konsistenz von ungefähr 30 bis ungefähr 45% auf die Oberfläche des Zylindertrockners (30) gepresst wird, während die Bahn (10) in Kontakt mit einem texturierten Substrat (24, 50, 54) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Klebstoffverbindungen auf die Oberfläche des Zylindertrockners (30) aufgetragen werden und die Trennmittel auf die wässrige Suspension aus Papierfasern (10) aufgetragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sowohl die Klebstoffverbindungen als auch die Trennmittel auf die Oberfläche des Zylindertrockners (30) aufgetragen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Klebstoffverbindungen wasserlöslich sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Klebstoffverbindungen wasserlöslich bleiben, nachdem eine dünne Beschichtung der Klebverbindung in wässriger Lösung getrocknet und 30 Minuten lang bei 150°C erhitzt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Klebstoffverbindungen in dem Grenzflächen-Steuergemisch (40) wenigstens 90% wasserlöslich sind, nachdem sie getrocknet und 30 Minuten lang auf 250°F (120°C) erhitzt worden sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) im Wesentlichen frei von Vernetzungsmitteln ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) in einer Dosis von ungefähr 0,02 bis 0,15 Gramm Feststoff pro Quadratmeter der Auftragefläche aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) eine wirksame Menge eines Polyols umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trennmittel eine Kohlenwasserstoffemulsion umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) mehr als 0 bis 80% Sorbitol in der Trockenmasse enthält.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) Polyvinylalkohol umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren den Schritt des Wickelns eines Tuchs (24, 54, 82) auf die Bahn (10) umfasst, wenn sie mit der Oberfläche des Zylindertrockners (30) in Kontakt kommt, wobei die Länge der Tuchwicklung weniger als 60% des Umfangs des Zylindertrockners (30) ausmacht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der maximale Druck, der auf die Bahn (10) ausgeübt wird, wenn sie auf die Oberfläche des Trockners (30) übertragen wird, weniger als 400 psi (2,8 MPa) gemessen über einen Bereich von ein Quadratinch (650 mm²), der den Punkt des maximalen Drucks umschließt, beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren den Schritt des Schnellübertragens der Bahn (10) auf ein Übertragungstuch (24, 50, 54) umfasst, das vor der Schnellübertragung wenigstens 10% langsamer läuft als die Geschwindigkeit der Bahn (10).
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Übertragungstuch (24, 50, 54) eine Geweberauhigkeit (fabric coarseness) von wenigstens 0,3 mm hat.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren den Schritt des Sprühens eines Tuch-Trennmittels auf das dreidimensionale Substrat (24, 50, 54) vor dem Texturieren der Bahn (10) an dem Substrat (24, 50, 54) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) mit nichtthermischem Entwässern auf eine Konsistenz von ungefähr 30% oder mehr entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bahn (10) unter Verwendung von lediglich nicht zusammendrückenden Entwässerungseinrichtungen auf eine Konsistenz von ungefähr 30% oder mehr entwässert wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Bahn (10) unter Verwendung einer Luftpresse (16), die eine Druckluftkammer (18) umfasst, die funktionell mit einem Sauger (20) verbunden ist, auf eine Konsistenz von ungefähr 30% oder mehr entwässert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das gesamte Entwässern und Trocknen der Bahn (10) ohne den Einsatz eines Dreh-Durchtrockners erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trocknen der Bahn (10) auf dem Zylindertrockner (30) das Trocknen durch Auftreffen erhitzter Luft in einer Haube (34) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Trocknen durch Auftreffen von Luft Luftstrahlen umfasst, die auf die Bahn (10) gerichtet werden und mittlere Geschwindigkeiten von wenigstens 10 m/s haben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 27 zum Herstellen einer nicht gekreppten Papiertuchbahn (36) bei industriell nutzbaren Geschwindigkeiten, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: c) Übertragen der Bahn (10) auf ein erstes Übertragungstuch (50); d) Übertragen der Bahn (10) auf ein zweites Übertragungstuch (54).
Verfahren nach Anspruch 28, wobei die nasse Bahn (10) auf eine Konsistenz von ungefähr 30% oder mehr entwässert wird, nachdem die Bahn (10) auf eines der Übertragungstücher (50, 54) übertragen worden ist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das gesamte Entwässern und Trocknen vor dem Lösen der Bahn (10) von der Oberfläche des Trockners (30) ohne dem Einsatz eines Dreh-Durchtrockners erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 28, 29 oder 30, wobei die Übertragung der Bahn (10) von wenigstens einem der Übertragungstücher (50, 54) mit einer wenigstens 10%igen Schnellübertragung erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, wobei das erste Übertragungstuch (50) eine Geweberauhigkeit hat, die wenigstens 30% größer ist als die des Siebtuchs (14).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Bahn (10) in Schritt f) bei einer Konsistenz von ungefähr 30 bis ungefähr 45% unter Verwendung eines texturierten Substrats (24, 50, 54) auf die Oberfläche des Zylindertrockners (30) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Klebstoffverbindungen Sorbitol und Polyvinylalkoholumfassen.
Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, wobei die Klebstoffverbindungen wasserlöslich bleiben, nachdem eine dünne Beschichtung der Klebstoffverbindung in wässriger Lösung mit einer Feststoffmasse von 1 Gramm getrocknet und 30 Minuten lang bei 150°C erhitzt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 33, 34 oder 35, wobei die Klebstoffverbindungen in dem Grenzflächen-Steuergemisch (40) wenigstens 90% wasserlöslich sind, nachdem sie getrocknet und 30 Minuten lang auf 250°F (120°C) erhitzt worden sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: i) Lösen der Bahn (10) von der Trockneroberfläche (30) unter Verwendung einer Kreppklinge; j) Regulieren des Grenzflächen-Steuergemischs (40), so dass das Grenzflächen-Steuergemisch (40) so eingerichtet ist, dass es die Bahn (10) ohne Laufschwankungen an der Trockneroberfläche (30) haften lässt und Lösen der Bahn (10) ohne nennenswerte Beschädigung der Bahn (10) ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Regulieren des Grenzflächen-Steuergemischs (40) Verringerung der Menge an Klebstoffverbindungen relativ zu der Menge an Trennmitteln umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, wobei das Lösen der Bahn (10) von der Oberfläche des Trockners (30) ohne Kreppen Erhöhen der Geschwindigkeit einer Rolle (38) umfasst.
Verfahren zum Modifizieren einer Nasspress-Krepp-Papiertuchbahn zur Herstellung eines nicht gekreppten Papiertuchs (36), wobei die Nasskrepp-Papiertuchmaschine eine Siebpartie, die eine Endlosschlaufe eines Siebtuchs (14), eine Endlosschlaufe eines glatten Nasspressfilzes enthält, einen Übertragungsabschnitt zum Transportieren einer nassen Bahn (10) aus Papiertuch von dem Siebtuch (14) zu dem Nasspressfilz, einen Einzylindertrockner (30), eine Presse (32) zum Pres sen der nassen Bahn (10), die sich auf dem Nasspressfilz befindet, auf den Einzylindertrockner (30), eine Sprühpartie (42), zum Auftragen von Krepp-Klebstoff (40) auf die Oberfläche des Einzylindertrockners (30), einen Schaber, der so eingerichtet ist, dass er an den Einzylindertrockner (30) gedrückt wird, um die Bahn (10) von der Oberfläche des Trockners (30) zu kreppen, und eine Rolle (38) umfasst, wobei die Nasspress-Krepp-Papiertuchmaschine keinen Dreh-Durchtrockner vor dem Einzylindertrockner (30) aufweist und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Ersetzen des glatten Nasspressfilzes durch ein texturiertes Papiermaschinentuch (24, 50); b) Modifizieren des Übertragungsabschnitts zum Übertragen einer Rohbahn (10) auf dem Siebtuch (14) zu dem texturierten Papiermaschinentuch (24, 50); c) Bereitstellen einer nicht zusammendrückenden Entwässerungseinrichtung; d) Bereitstellen eines Zuführungssystems (78, 79) zum Auftragen eines Trennmittels auf die Oberfläche des texturierten Papiermaschinentuchs (24, 50), wobei das Trennmittel so eingerichtet ist, dass es Trennen der Bahn (10) von dem Papiermaschinentuch (24, 50) unterstützt; und e) Modifizieren der Sprühpartie (42), um wirksame Mengen an Verbindungen eines Grenzflächen-Steuergemischs (40), das Klebstoffverbindungen und Trennmittel umfasst, bereitzustellen, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) so eingerichtet ist, dass es Funktion der Papiertuchmaschine ohne Kreppen ermöglicht, so dass die Papiertuchbahn (36), die auf der Maschine hergestellt wird, stabil an dem Einzylindertrockner (30) haften bleibt, bis sie ohne Kreppen durch Zug von der Rolle (38) abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei der Schritt des Modifizierens der Übertragungspartie des Weiteren das Hinzufügen einer Einrichtung für Schnellübertra gung von dem Siebtuch (14) zu dem Papiermaschinentuch (24, 25) mit einer Geschwindigkeitsdifferenz von wenigstens 10% umfasst.
Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, das des Weiteren den Schritt des Einstellens der Last der Rakel auf den Einzylindertrockner (30) umfasst, so dass sie während der Herstellung von nicht gekrepptem Papiertuch (36) weniger als 15 pli (0,27 kg/mm) beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39, mit dem ein nicht gekrepptes Papiertuch mit einer Oberflächentiefe (surface depth) von wenigstens 0,2 mm hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei das nicht gekreppte Papiertuch (36) eine Dehnung in Maschinenrichtung von wenigstens 6% und eine Dehnung in Querrichtung von wenigstens 6% hat.
Verfahren nach Anspruch 43 oder 44, wobei das nicht gekreppte Papiertuch (36) ein spezifisches Volumen von wenigstens 15 cm³/g und eine Dehnung in Maschinenrichtung von wenigstens 6% hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, wobei das nicht gekreppte Papiertuch (36) einen Rückfederwert (springback value) von wenigstens 0,6 hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 46, wobei das nicht gekreppte Papiertuch (36) einen Wert des spezifischen Volumens im nassen zusammengedrückten Zustand (wet compressed bulk) von wenigstens 5 cm³/g hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39, mit dem ein nicht gekrepptes Papiertuch mit einer dreidimensionalen Topografie, im Wesentlichen einheitlicher Dichte, einem spezifischen Volumen von wenigstens 10 cm³/g im nicht kalandrierten Zustand und einem Absorptionsvermögen von wenigstens 12 Gramm Wasser pro Gramm Faser erzeugt wird, wobei das Papiertuch (36) nachweisbare Mengen eines Grenzflächen-Steuergemischs (40) umfasst, das Klebstoffverbindungen und Trennmittel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 48, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) ein Polyol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 48 oder 49, wobei das Grenzflächen-Steuergemisch (40) im Wesentlichen frei von Vernetzungsmitteln ist.
Verfahren nach Anspruch 48 bis 50, wobei das Papiertuch (36) gekräuselte Papierfasern umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 51, wobei das Papiertuch (36) vernetzte Fasern umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 52, wobei das Papiertuch (36) chemische Ablösemittel umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 53, wobei das Papiertuch (36) eine Vielzahl unitärer Schichten umfasst und wenigstens eine nach außen gerichtete Schicht eine durchschnittliche Faserlänge hat, die geringer ist als die wenigstens einer anderen Schicht in dem Papiertuch (36).
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 54, wobei das nicht gekreppte Papiertuch (36) im nicht kalandrierten Zustand ein spezifisches Volumen im nassen zusammengedrückten Zustand von wenigstens 5 cm³/g hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 55, wobei das nicht gekreppte Papiertuch (36) einen Rückfederungswert von wenigstens 0,5 hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 56, wobei das nicht gekreppte Papiertuch (36) einen Wert des Belastungsenergieverhältnisses (loading energy ratio) von wenigstens 0,45 hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39, wobei die Trennmittel auf eine Oberfläche der Bahn (10) aufgetragen werden und die Klebstoffverbindungen auf die wässrige Suspension aus Papierfasern (10) aufgetragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39, wobei die Trennmittel auf eine Oberfläche der Bahn (10) aufgetragen werden und die Klebstoffverbindungen auf die Oberfläche des Zylindertrockners (30) aufgetragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 39, wobei wenigstens die Klebstoffverbindungen oder die Trennmittel auf die Oberfläche der Bahn (10) aufgetragen werden, die mit dem Zylindertrockner (30) in Kontakt kommt, bevor die Bahn (10) auf die Oberfläche des Zylindertrockners (30) übertragen wird.