ES2107710T5 - Articulo celulosico laminar suave y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
Articulo celulosico laminar suave y procedimiento para su fabricacion.Info
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Abstract
PAÑUELOS DE SECADO TOTAL SUAVES, QUE SON LO SUFICIENTEMENTE SUAVES PARA SERVIR COMO PAÑUELOS DE ASEO MEJORADOS, PUEDEN SER HECHAS SIN EL USO DE UN SECADOR YANKEE. LAS TIPICAS FUNCIONES DEL YANKEE DE ESTIRAMIENTO EN DIRECCION DE LA MAQUINA PRODUCTORA Y EN DIRECCION CRUZADA A DICHA MAQUINA, SON REEMPLAZADAS POR UNA TRANSFERENCIA RAPIDA DE UN EXTREMO HUMEDO Y POR EL DISEÑO DEL TEJIDO DE SECADO TOTAL RESPECTIVAMENTE. ES PARTICULARMENTE PREFERIDO PARA FORMAR UN PAÑUELO CON FIBRAS TRATADAS QUIMICOMECANICAMENTE EN AL MENOS UNA CAPA. LOS PAÑUELOS RESULTANTES TIENEN ALTO ESPESOR (SOBRE 6 CENTIMETROS CUBICOS POR GRAMO O MAS GRANDE) Y BAJA RIGIDEZ.
Description
Artículo celulósico laminar suave y procedimiento
para su fabricación.
En la fabricación de artículos celulósicos
laminares tipo "tisú", tales como artículos celulósicos
laminares para baño, se deben conseguir una amplia variedad de
características en el producto a efectos de conseguir un producto
final con la apropiada mezcla de propiedades adecuadas para los
objetivos destinados para el producto. Entre estas distintas
propiedades, siempre ha sido un objetivo principal para los
productos de calidad el conseguir una mejora en la suavidad. Los
componentes principales de dicha suavidad comprenden la rigidez y el
volumen (densidad), con menor rigidez y volumen más elevado
(densidad inferior) mejorando de manera general la sensación
de
suavidad.
suavidad.
De modo tradicional, los productos laminares
celulósicos o "tisú" se han fabricado utilizando un proceso de
prensado en húmedo en el que una cantidad significativa de agua es
eliminada de un elemento laminar fabricado en húmedo al prensar o
escurrir el agua de dicho elemento laminar antes del secado final.
En particular, si bien está soportado por un fieltro de fabricación
de papel de tipo absorbente, el elemento laminar es escurrido o
prensado entre el fieltro y la superficie de un cilindro rotativo
calentado ("secador Yankee") utilizando un rodillo de presión
al ser transferido el elemento laminar a la superficie del
"secador Yankee" para el secado final. El elemento laminar seco
es retirado a continuación del "secador Yankee" mediante una
cuchilla roscadora ("crepado"), que sirve para desunir
parcialmente la unión del elemento laminar seco rompiendo muchas de
las uniones previamente formadas durante las fases de prensado en
húmedo del proceso. El crepado mejora de forma general la suavidad
del elemento laminar, si bien a expensas de una pérdida
significativa de resistencia.
Más recientemente, el secado pasante o
"throughdrying" ha pasado a ser un medio predominante para el
secado de elementos laminares celulósicos o "tisú". El secado
pasante proporciona un método relativamente no compresivo de
eliminación de agua del elemento laminar haciendo pasar aire
caliente a través de dicho elemento laminar hasta que llega a estado
seco. De manera más específica, un elemento laminar fabricado en
húmedo es transferido desde el género de fabricación o formación a
un género grosero, altamente permeable para el secado pasante,
siendo retenido sobre el género utilizado para dicho secado pasante
hasta que se encuentra seco. El elemento laminar seco resultante es
más suave y más voluminoso que una lámina seca no "crepada"
prensada en húmedo por el hecho de que se forma un número menor de
uniones en la fabricación del papel y porque el elemento laminar es
menos denso. Se elimina el escurrido de agua del elemento laminar
húmedo, si bien se usa todavía la transferencia subsiguiente del
elemento laminar al "secador Yankee" para "crepado" a
efectos de secado final y/o suavización del artículo celulósico
laminar resultante.
La Patente EP-A-0
342 646 describe un procedimiento para la fabricación de toallas
para las manos o de limpieza (bayetas). Una pasta de fibras
celulósicas es constituida depositándola sobre una cinta desplazable
dotada de orificios. De este modo, se forma un elemento laminar
fibroso encima de dicha cinta. Dicho elemento laminar fibroso es
transferido a continuación a un secador de tipo pasante para
eliminar el agua restante antes de que dicho elemento laminar sea
arrollado sobre un rollo del producto.
El documento
EP-A-0 568 404 publicado en 03.11.93
y que reivindica prioridades de 17.04.92 y 18.12.92 describe un
método para el tratamiento de fibras para la fabricación de papel
para la fabricación de un género laminar suave al someter a una
suspensión acuosa de las fibras con elevada consistencia a elevadas
temperaturas, tratando las fibras en un dispersor de vástago. Cuando
las fibras tratadas de este modo substituyen una parte de las fibras
de una pasta para género laminar celulósico determinado, la suavidad
del material celulósico laminar resultante se puede incrementar sin
pérdida de resistencia.
La Patente U.S.A. 4.440.597 da a conocer un
proceso para la fabricación de un producto de tejido ondulado
("crepado").
Si bien existe un incentivo de proceso para
eliminar el "secador Yankee" y fabricar un elemento laminar
celulósico secado de forma pasante, sin crepar, los intentos de
fabricar láminas de material celulósico con secado pasante sin
utilizar un "secador Yankee" (sin crepar) han carecido hasta el
momento de la suavidad adecuada cuando se compara con sus
equivalentes crepados. Esto es debido parcialmente a la rigidez y
resistencia básicamente elevadas de una lámina de material sin
crepar, dado que sin el crepado no hay eliminación mecánica de las
uniones en el proceso. Dado que la rigidez es un componente
principal de la suavidad, la utilización de láminas secadas de forma
pasante sin crepar ha quedado limitada a aplicaciones y mercados en
los que la resistencia elevada es fundamental, tales como artículos
de limpieza de tipo industrial y toallas, en vez de aplicaciones en
las que se requiere suavidad, tales como, por ejemplo, artículos
laminares para baño, toallas domésticas de calidad, y artículos
celulósicos faciales para el mercado de consumo.
Este objetivo es solucionado por el producto
celulósico laminar suave según la reivindicación independiente 1 así
como por el proceso de la reivindicación independiente 2. Otras
características, aspectos y detalles ventajosos de la invención
quedarán evidentes de las reivindicaciones dependientes, de la
memoria, ejemplos y dibujos. Las reivindicaciones están destinadas a
su comprensión, como primer enfoque no limitativo para definir la
invención en términos generales.
La presente invención se basa en los
descubrimientos del solicitante de que se pueden fabricar artículos
laminares celulósicos suaves que tienen propiedades especialmente
adecuadas para su utilización como artículos celulósicos suaves para
baño, utilizando ciertas fibras pretratadas para la fabricación de
papel en un procedimiento adecuado. Se utiliza un proceso de
fabricación de elementos laminares celulósicos por secado pasante en
el que el elemento laminar suave o "tisú" no se adhiere al
"secador Yankee" y por lo tanto es de tipo no crepado. Los
elementos laminares celulósicos resultantes de la presente
invención, que tienen un aspecto específico, se caracterizan por una
combinación única de elevado volumen y baja rigidez en comparación
con productos laminares celulósicos de baño crepados actualmente
conocidos y en especial, en comparación con productos secados de
forma pasante sin crepar, de tipo anteriormente conocido.
La rigidez de los productos de la presente
invención se puede representar de manera objetiva por la pendiente
máxima de la curva carga/alargamiento en la dirección de la máquina
(MD) para el elemento laminar celulósico (a la que se hará
referencia a continuación como "pendiente máxima MD") o por el
Factor de Rigidez en dirección de la máquina (tal como se ha
definido anteriormente), que tiene en consideración además la galga
del artículo laminar y el número de capas del producto. De acuerdo
con la presente invención, al superar la elevada rigidez inherente a
las láminas u hojas de secado pasante sin crepar, se puede producir
un elemento laminar celulósico aceptablemente suave con un elevado
volumen y baja rigidez. Además, los productos de la presente
invención de acuerdo con la reivindicación 1 pueden tener un elevado
grado de estirado que llega aproximadamente del 10 por ciento al 25
por ciento, que proporciona duración en su utilización. Dichos
productos laminares celulósicos suaves, resistentes y estirables con
elevado volumen no han sido fabricados hasta el momento. Si bien la
presente invención es particularmente aplicable a elementos
laminares celulósicos de baño, también es útil para otros productos
de papel en los que la suavidad es una propiedad significativa, tal
como artículos laminares celulósicos faciales y toallas de papel de
tipo doméstico.
En una realización preferente, la presente
invención da a conocer un método para la fabricación de una lámina u
hoja de un artículo laminar celulósico suave secado de forma pasante
sin crepar que comprende: (a) formación de una suspensión acuosa de
fibras para la fabricación de papel que tienen una consistencia
aproximada de 20 por ciento o superior; (b) manipulación mecánica de
la suspensión acuosa preferentemente a una temperatura de 60ºC
(140ºF) o superior preferentemente proporcionada por una fuente de
calentamiento externa, tal como vapor, con una entrada de potencia
aproximada de 746 vatios-día por tonelada
(aproximadamente 1 caballo-día por tonelada) de
fibras secas o superior para el curvado de las fibras; (c) diluir la
suspensión acuosa de fibras curvadas u onduladas a una consistencia
aproximada de 0,5 por ciento o menos y alimentar la suspensión
diluida a una caja colectora para la fabricación de artículos
laminares celulósicos; (d) depositar la suspensión acuosa diluida
sobre un tejido de formación para formar un elemento laminar húmedo;
(e) eliminar el agua del elemento laminar húmedo preferentemente
hasta una consistencia aproximada de 20 a 30 por ciento; (f)
transferir el elemento laminar del que se ha eliminado el agua desde
la tela o género de formación a una tela de transferencia que se
desplaza a una velocidad inferior a la de la tela de formación, cuya
velocidad varía entre 10 y 80 por ciento aproximadamente más lenta
que la del género o tela de formación; (g) transferir el elemento
laminar a una tela de secado pasante de manera que el elemento
laminar es redistribuido macroscópicamente para adaptarse a la
superficie del tejido de secado pasante; y (h) preferentemente
efectuando el secado pasante ("throughdrying") del elemento
laminar hasta sequedad final.
El Volumen de los productos de esta invención se
calcula como cociente de la Galga (que se definirá a continuación),
expresada en \mum, dividido por el peso base, expresado en gramos
por metro cuadrado. El Volumen resultante es expresado en forma de
centímetros cúbicos por gramo. Para los productos según la
reivindicación 1, los mencionados Volúmenes son de 9 hasta 20
centímetros cúbicos por gramo, y de manera más específica, desde
unos 10 a unos 15 centímetros cúbicos por gramo. Los productos de la
presente invención representan los Volúmenes a los que se hace
referencia anteriormente en la hoja o lámina base, que es la hoja o
lámina producida por la máquina de fabricación de géneros
celulósicos laminares sin tratamiento posterior, tal como
embutición. No obstante, las hojas base de la presente invención
pueden ser dotadas de embutición para producir un volumen incluso
más elevado o conseguir efectos estéticos, en caso deseado, o pueden
permanecer sin embutición. Además, las hojas base de la presente
invención pueden ser sometidas a calandrado para mejorar la suavidad
o disminuir el Volumen en caso deseado o si es necesario para
cumplir con las especificaciones de producto existentes.
El Factor de Rigidez MD de los productos de la
presente invención según la reivindicación 1 es de 50 hasta 100. El
Factor de Rigidez MD se calcula multiplicando la Pendiente Máxima MD
por la raíz cuadrada del cociente de la Galga dividido por el número
de capas. Las unidades del Factor de Rigidez MD son (kilos por 7,62
cm) - \mum^{0,5}, pero a efectos de simplicidad los valores del
Factor de Rigidez MD se indicarán a continuación sin las
unidades.
El término Galga tal como se utiliza en esta
descripción se refiere al espesor de una hoja única, medido como
grosor de una pila de diez hojas y dividiendo a continuación el
espesor de las diez hojas por diez, de manera que cada hoja dentro
de la pila está situada con el mismo lado o cara hacia arriba. La
Galga o galgado se expresa en \mum. Se mide de acuerdo con el
método de pruebas TAPPI T402 "Standard Conditioning and Testing
Atmosphere For Paper, Board, Pulp Handsheets and Related
Products" y T411 om-89 "Thickness (caliper) of
Paper, Paperboard, and Combined Board" refiriéndose la Nota 3 a
hojas apiladas. El micrómetro utilizado para llevar a cabo dicha
prueba T411 om-89 es un Micrómetro de Volumen o Bulk
Micrometer (TMI Modelo 49-72-00,
Amityville, New York) que tiene un diámetro de yunque de 103,2
milímetros (4 1/16 pulgadas) y una presión en el yunque de 3,39
kiloPascals (220 gramos/pulgada cuadrada). Después de haber medido
la Galga, se utilizan las mismas 10 hojas del apilamiento para
determinar el peso base promedio de las hojas.
Los productos de la presente invención según la
reivindicación 1 son productos de una sola capa. Los productos de
una sola capa son ventajosos a causa de su menor coste de
fabricación.
El peso base de los productos de la presente
invención puede variar desde aproximadamente 5 a unos 70 gramos por
metro cuadrado (gr/m^{2}), preferentemente desde unos 10 a 40
(gr/m^{2}), y de manera más preferente de unos 20 a 30 gr/m^{2}
aproximadamente. Para un artículo laminar celulósico para baño de
una sola capa, es preferible un peso base aproximado de 25
gr/m^{2}.
Los géneros laminares celulósicos de la presente
invención se pueden caracterizar también por un grado relativamente
elevado de estirado en la dirección de la máquina. La magnitud del
estirado de productos según la reivindicación 1 en la dirección de
la máquina es aproximadamente de 10 por ciento a 25 por ciento y
desde 15 a 25 por ciento. El estirado en la dirección transversal de
la máquina (CD) puede ser aproximadamente 3 por cien o superior, de
manera adecuada desde 7 a 10 por cien aproximadamente. El estirado
en la dirección de la máquina se puede impartir a la hoja después de
la transferencia del elemento laminar desde el género o tela de
formación a la tela de transferencia, y/o por transferencia desde la
tela de transferencia a otra tela de transferencia, y/o por
transferencia del elemento laminar desde una tela de transferencia a
la tela de secado pasante ("throughdrying"). El estirado en la
dirección transversal de la máquina tiene el efecto predominante del
diseño de la tela de secado pasante.
Para que sea apropiada su utilización como género
laminar para baño, la resistencia a la tracción en la dirección de
la máquina es preferentemente de unos 600 gramos por 7,62
centímetros (3 pulgadas) de anchura o superior, de manera más
adecuada desde unos 700 a 1500 gramos aproximadamente. Las
resistencias a la tracción en la dirección transversal de la máquina
son preferentemente de unos 300 gramos por 7,62 centímetros (3
pulgadas) de anchura o superior, de manera más adecuada de 400 a 600
gramos aproximadamente.
La Resistencia a la Tracción MD, el Estirado a la
Tracción MD, la Resistencia a la Tracción CD y el Estirado a la
Tracción CD se obtiene de acuerdo con el Método de Pruebas TAPPI 494
OM-88 "Tensile Breaking Properties of Paper and
Paperboard" utilizando los siguientes parámetros: velocidad de la
cruceta 254 mm/min (10,0 pulgadas/min), carga a escala completa de
4,540 g (10 lb.), carrera de la mandíbula (distancia entre las
mandíbulas, a la que se refiere en algunos casos como longitud de
medición o galga) es de 50,8 mm (2,0 pulgadas), anchura de la
muestra 76,2 mm (3 pulgadas). La máquina de pruebas de tracción es
una máquina Sintech, Modelo CITS-2000 (Systems
Integration Technology Inc., Stoughton, MA; una división de MTS
Systems Corporation, Research Triangle Park, NC).
Las fibras para fabricación de papel útiles para
los objetivos de la presente invención comprenden cualesquiera
fibras celulósicas conocidas como útiles para la fabricación de
papel, particularmente las fibras útiles para la fabricación de
papeles de densidad relativamente baja tales como artículos
laminares de aplicación facial, artículos laminares celulósicos para
baño, toallas de papel, servilletas para mesa y similares. Entre las
fibras adecuadas se incluyen la fibra virgen de madera blanda y de
madera dura, así como fibras celulósicas secundarias o recicladas, y
mezclas de las mismas. Entre las fibras de madera dura especialmente
apropiadas se incluyen el eucalipto y el arce. Productos de la
invención, según la reivindicación 1, comprenden capas en el lado
del aire y en la lado de la tela que tienen 80 por ciento o más de
las fibras de eucalipto onduladas. Tal como se utiliza en esta
descripción, el término "fibras secundarias" significa
cualquier fibra celulósica que ha sido aislada previamente de su
matriz original mediante medios físicos químicos o mecánicos y,
además, que ha sido conformada en un elemento laminar de fibras,
secado hasta un contenido de humedad aproximado de 10 por ciento o
inferior y que posteriormente ha sido nuevamente aislado de su
matriz laminar por medios físicos, químicos o mecánicos.
Un componente clave en la suavidad de los
elementos laminares celulósicos es la rigidez de la hoja o
resistencia al plegado. Los procesos anteriormente conocidos
disminuyen la rigidez por crepado, disposición de capas múltiples,
disposición del dibujo en el "secador Yankee" o alguna
combinación de estos factores. Ni el primer ni el último
procedimiento son posibles en un proceso de secado pasante sin
crepar. Por lo tanto, la disposición en capas se espera que juegue
un papel crítico en la reducción de la rigidez de las hojas para la
resistencia a la tracción global necesaria. De modo ideal, la
resistencia global deseada sería llevada a cabo en una capa muy
delgada (para tener una menor rigidez) que ha sido tratada para
conseguir una resistencia o módulo muy elevado (quizás por refino o
por acción química). La capa o capas restantes comprenderían fibras
que han sido tratadas para reducir de manera significativa su
resistencia (módulo). La clave para lograr una rigidez baja para la
resistencia global requerida pasa a ser entonces el tratamiento o
modificación de las fibras de manera tal que se hace máxima la
diferencia de resistencia (módulo) de las capas. Una modificación
ideal para la capa más débil consistiría en reducir simultáneamente
la resistencia a la tracción e incrementar el volumen, puesto que
esto disminuiría al máximo el módulo. Los productos según la
reivindicación 1 son de capas múltiples o de capa única.
Los métodos de modificación para producir fibras
suaves para las capas relativamente débiles incluyen modificación
mecánica y combinaciones de modificación mecánica y de modificación
química. Las modificaciones mecánicas son conseguidas por métodos
que deforman permanentemente las fibras a través de una acción
mecánica. Estos métodos introduce ondulaciones, pliegues y
microcompresiones en la fibra, que disminuyen las uniones fibra a
fibra, disminuyen la resistencia a la tracción de la hoja, e
incrementan el volumen de las hojas, el estirado, la porosidad y la
suavidad. Se incluyen entre los ejemplos de métodos de modificación
mecánica apropiados el secado brusco o "flash", la fiberización
en seco y la ondulación en húmedo de alta consistencia. Si bien
fibras tratadas según cualquier proceso o dispositivo mecánico que
imparte ondulaciones en la fibra pueden incrementar la suavidad de
la hoja o lámina, las obtenidas utilizando procesos que producen una
mayor ondulación o una ondulación más consistente o más permanente
después de la exposición al agua incrementarán la suavidad de las
hojas en un grado mayor y por lo tanto son preferentes. Además, se
pueden añadir productos químicos que aumentan la suavidad a fibras
mecánicamente modificadas antes o después de la modificación
mecánica para producir incrementos adicionales en la suavidad
durante el tratamiento mecánico o en la adición final en húmedo de
tipo químico. De acuerdo con el método de la presente invención
según la reivindicación 2 las fibras se pasan a través de un
dispersor de vástago ("shaft disperger"), que es un dispositivo
de ondulación en húmedo de alta consistencia que manipula las fibras
(imparte elevadas fuerzas de cizalladura y un grado elevado de
fricción entre las fibras) a una temperatura elevada. Las fibras que
han sido pasadas por un dispersor de vástago ("shaft
disperger") (al que a veces se hace referencia en esta
descripción como "dispersante") se designan como "fibras
sometidas a dispersión". Estas fibras poseen ciertas propiedades
que las hacen particularmente ventajosas para la fabricación de
artículos celulósicos laminares secados de forma pasante, sin
crepar, a causa de su capacidad de formación de volumen y su
suavidad. Los productos según la reivindicación 1 incluyen fibras de
eucalipto onduladas en capas del lado del aire y del lado de la
tela.
La consistencia de la suspensión acuosa de fibras
que es sometida al tratamiento de dispersión debe ser
suficientemente elevada para proporcionar contacto o manipulación
significativa fibra a fibra que altere las propiedades superficiales
de las fibras tratadas. De acuerdo con el método de la presente
invención según la reivindicación 2 la consistencia es, como mínimo,
de 20, más preferentemente de 20 a 60 aproximadamente, y de modo más
preferible de 30 a 50 aproximadamente en porcentaje de peso en seco.
La consistencia quedará en primer lugar determinada por el tipo de
máquina utilizada para tratar las fibras. Para algunos dispersores
de vástago de tipo rotativo, por ejemplo, existe el riesgo de
taponar la máquina para consistencias superiores aproximadamente a
40 por ciento de peso en seco. Para otros tipos de dispersores,
tales como la máquina Bivis (que se puede adquirir comercialmente de
la firma Clextral Company, Firminy Cedex, Francia), se pueden
utilizar consistencias mayores de 50 sin taponamiento. Este
dispositivo puede ser descrito de modo general como un dispersor de
vástago de doble husillo, a presión, teniendo cada vástago varios
pasos de husillo orientados en la dirección del flujo del material
seguido por varios pasos orientados en dirección opuesta para crear
contrapresión. Los pasos de rosca están ranurados para permitir que
el material pase a través de las ranuras de una serie de pasos a la
otra. Es deseable utilizar una consistencia lo más elevada posible
para la máquina específica utilizada a efectos de hacer máximo el
contacto fibra a
fibra.
fibra.
La temperatura de la suspensión fibrosa durante
la operación de dispersión puede ser aproximadamente de 60ºC (140ºF)
o superior, preferentemente de 65,56ºC (150ºF) o superior, más
preferentemente y de modo aproximado 98,89ºC (210ºF) o superior, y
de modo más preferible aproximadamente 104,44ºC (220ºF) o superior.
El límite superior de la temperatura queda determinado por el hecho
de que el aparato esté sometido a presión o no, puesto que las
suspensiones de fibras de tipo acuoso dentro de un aparato que
funciona a presión atmosférica no se pueden calentar más allá del
punto de ebullición del agua. Es interesante observar que se cree
que el grado y permanencia de la ondulación está influido
notablemente por la cantidad de lignina en las fibras sometida al
proceso de dispersión, pudiéndose conseguir efectos mayores con
fibras que tienen un contenido de lignina más elevado. Por lo tanto,
las pulpas de alto rendimiento que tienen un elevado contenido de
lignina son particularmente ventajosas por el hecho de que las
fibras previamente consideradas como no apropiadas por su suavidad,
pueden ser transformadas en fibras adecuadas desde el punto de vista
de suavidad. Dichas pulpas de alto rendimiento, designadas en orden
decreciente del contenido de lignina, son madera molida, pulpa
termomecánica (TMP), pulpa quimicomecánica (CMP), y pulpa
quimicotermomecánica blanqueada (BCTMP). Estas pulpas tienen
contenidos de lignina aproximadamente de 15 por ciento o superior,
mientras que las pulpas químicas (kraft y sulfito) son pulpas de
bajo rendimiento que tienen un contenido de lignina aproximadamente
de 5 por ciento o inferior.
La cantidad de potencia aplicada a la suspensión
de fibras durante la dispersión influye también en las propiedades
de las fibras. En general, aumentando la potencia introducida se
incrementará la ondulación de las fibras. No obstante, se ha
descubierto también que la ondulación de las fibras alcanza un
máximo al llegar a una introducción de potencia aproximada de 1,6
kilovatios-día por tonelada (2
caballos-día por tonelada (HPD/T)) de fibras secas
en suspensión. Una gama preferente de introducción de potencia es
aproximadamente de 0,8 a 2,5 kilovatios-días por
tonelada aproximadamente (de 1 a 3 HPD/T aproximadamente), más
preferentemente y de modo aproximado 1,6
kilovatios-días por tonelada (2 HPD/T) o
superior.
En la manipulación de las fibras durante la
operación de dispersión, es necesario que las fibras experimenten un
rozamiento o cizalladura substancial fibra a fibra así como
rozamiento o cizalladura de contacto con las superficies de los
dispositivos mecánicos utilizados para tratar las fibras. Un cierto
grado de compresión, lo que significa prensado de las fibras sobre
sí mismas, es también deseable para aumentar o amplificar el efecto
del rozamiento o cizalladura de las fibras. La medida de la cantidad
apropiada de cizalladura y compresión a utilizar reside en el
resultado final, que es la consecución de un volumen elevado y baja
rigidez en el artículo laminar celulósico resultante. Una serie de
dispersores de vástago o dispositivos mecánicos equivalentes
conocidos en la industria de fabricación de papel pueden ser
utilizados para conseguir diferentes grados de los resultados
deseados. Los dispersores de vástago adecuados comprenden, sin que
ello sirva de limitación, dispersores de vástago no sometidos a
presión y dispersores de vástago sometidos a presión, tales como las
máquinas Bivis descritas anteriormente. Estos dispersores de vástago
se pueden caracterizar por su proporción relativamente elevada de
volumen:superficie interna y se basan básicamente en el contacto
fibra a fibra para provocar la modificación de las fibras. Esto
contrasta con los refinadores de disco o dispersores de disco, que
se basan fundamentalmente en un contacto de superficie metálica a
fibras en vez de un contacto fibra a fibra. Si bien la dispersión es
un método preferente de reducción de módulo para fibras en capas de
tipo suave, esta invención no deberá quedar limitada por la
utilización de fibras tratadas de este modo. Se pueden utilizar
medios mecánicos o químicos para disminuir la resistencia y módulo
de estas fibras y se pueden utilizar junto con una capa resistente
para reducir direccionalmente la rigidez de la hoja o capa.
Se puede utilizar agentes suavizante, a los que
se hace referencia en algunos casos como desaglomerantes
("debonders"), para incrementar la suavidad del producto
laminar celulósico y dichos agentes suavizantes se pueden incorporar
con las fibras antes, durante o después de la operación de
dispersión. Estos agentes pueden ser también aplicados por rociado o
por impresión sobre el elemento laminar después de su formación, en
estado húmedo, o se pueden añadir al extremo llamado húmedo de la
máquina de fabricación del artículo laminar celulósico o "tisú"
antes de su formación. Se incluyen entre los agentes adecuados, sin
que ello sirva de limitación, ácidos grasos, ceras, sales amónicas
cuaternarias, cloruro amónico de sebo dimetil dihidrogenado, metil
sulfato de amonio cuaternario, polietileno carboxilado, dietanol
amina cocamida, betaína de coco, lauril sarcosinato sódico, sales
amónicas cuaternarias parcialmente etoxiladas, cloruro dimetil
amónico, diestearil, polisiloxanos y similares. Se incluyen entre
los ejemplos de agentes comerciales adecuados para la suavización
química, sin que ello sirva de limitación, los Berocell 596 y 584
(compuestos de amonio cuaternario) fabricados por Eka Nobel Inc.,
Adogen 442 (cloruro amónico de sebo dimetil dihidrogenado) fabricado
por Sherex Chemical Company, Quasoft 203 (sal de amonio cuaternario)
fabricado por Quaker Chemical Company, and Arquad
2HT-75 (cloruro dimetil amónico de sebo
di-hidrogenado) fabricado por Akzo Chemical Company.
Las cantidades apropiadas de agentes suavizantes variarán
notablemente con el tipo seleccionado y los resultados deseados.
Dichas cantidades pueden variar, sin que ello sirva de limitación,
entre 0,05 y 1 por ciento en peso aproximadamente basándose en el
peso total de la fibra, de manera más específica desde 0,25 a 0,75
por ciento en peso aproximadamente, y todavía de modo más específico
aproximadamente 0,5 por ciento en peso.
Haciendo referencia a continuación al proceso de
fabricación de artículos laminares celulósicos según la presente
invención, el proceso de formación y de manipulación pueden ser
convencionales tal como son bien conocidos en la industria de
fabricación de papel. Dichos procesos de formación incluyen
Fourdrinier, dispositivos de conformación de bóveda ("roof
formers") (tales como cilindro anterior de succión ("breast
roll"), y formadores de intersticio (tales como formadores de
varilla gemela, formadores de media luna), etc. Es preferible un
dispositivo formador de varilla gemela ("twin wire") para
conseguir una mayor velocidad de funcionamiento. También pueden ser
convencionales las varillas o telas de conformación, siendo
preferibles las texturas más finas que proporcionan un mayor soporte
a las fibras a efectos de producir una lámina u hoja más lisa y
proporcionando las texturas más groseras un volumen superior. Las
cajas colectoras utilizadas para depositar las fibras sobre la tela
formadora pueden ser de varias capas o no presentar capas, si bien
las cajas colectoras de varias capas son ventajosas a causa de que
las características del elemento laminar celulósico pueden ser
ajustadas de forma fina alterando la composición de las diferentes
capas.
De manera más específica, los productos de capa
única según la invención se prevén preferentemente como un artículo
laminar celulósico de tres capas con fibras dispersadas tanto en el
"lado del aire" del artículo laminar como en el "lado de la
tela" del mismo. (El "lado del aire" se refiere al lado del
artículo laminar que no se encuentra en contacto con la tela durante
el secado, mientras que el "lado de la tela" se refiere al lado
opuesto del artículo laminar que se encuentra en contacto con la
tela del secador pasante ("throughdryer") durante el secado).
El centro del artículo laminar comprende preferentemente fibras de
madera blanda ordinarias o fibras secundarias, que no han sido
sometidas a dispersión, para impartir suficiente resistencia al
género laminar celulósico. No obstante, las fibras sometidas a
dispersión (fibras virgen o fibras secundarias) pueden encontrarse
presentes en cualquiera de las capas o en la totalidad de ellas
dependiendo de las propiedades deseadas para la hoja o lámina. En
todos los casos, la presencia de fibras dispersadas puede
incrementar el Volumen y disminuir la rigidez. La cantidad de fibras
dispersadas en cualquier capa puede ser de una cantidad comprendida
entre 1 y 100 por cien en peso, más específicamente aproximadamente
20 por ciento en peso o superior, aproximadamente 50 por ciento en
peso o superior, o aproximadamente 80 por ciento en peso o superior.
Es preferible que las fibras dispersadas sean tratadas con un
desaglomerante tal como se ha descrito en esta memoria, para
aumentar adicionalmente el Volumen y reducir la rigidez. Los
productos según la reivindicación 1 incluyen 80 por ciento en peso o
más de fibras de eucalipto onduladas en sus capas del lado del aire
y del lado de la tela.
Según el método de la presente invención de la
reivindicación 2, se incluye una tela de transferencia para mejorar
la suavidad de la hoja y/o impartir suficiente estirado. Tal como se
utiliza en esta descripción, el término "tela o género de
transferencia" es una tela que queda dispuesta entre la sección
de formación y la sección de secado del proceso de fabricación del
elemento laminar. La tela puede tener un contorno superficial
relativamente suave para impartir suavidad al elemento laminar, no
obstante, debe tener una textura suficiente para sujetar el elemento
laminar y mantener contacto durante una transferencia brusca o
"rush". Es preferible que la transferencia del elemento laminar
desde la tela de formación a la tela de transferencia se lleve a
cabo con una transferencia con "intersticio fijo" o bien una
transferencia ligera "kiss" en la que el elemento laminar no
queda substancialmente comprimido entre las dos telas a efectos de
preservar la galga o volumen del artículo laminar y/o hacer mínimo
el desgaste de la tela.
Las telas de transferencia comprenden estructuras
de capa única, de capas múltiples o permeables compuestas. Las telas
preferentes tienen como mínimo una de las siguientes
características: (1) En el lado o cara de la tela de transferencia
que se encuentra en contacto con el elemento laminar húmedo (cara
superior), el número de la dirección de la máquina (MD) es de 4 a 80
hilos por centímetro (hilos por pulgada (malla) de 10 a 200) y el
número de hilos en dirección transversal de la máquina (CD) es del
mismo número aproximado (hilos por pulgada (contaje) de 10 a 200).
El diámetro de los hilos es típicamente menor de 1,3 milímetros
(0,050 pulgadas); y (2) en la cara superior, la distancia entre el
punto más alto de la protuberancia o acodamiento MD y el punto más
elevado del acodamiento o protuberancia CD es aproximadamente de
0,025 a 0,5 ó 0,75 milímetros aproximadamente (aproximadamente de
0,001 a 0,02 ó 0,03 pulgadas aproximadamente). Entre estos dos
niveles, pueden haber protuberancias o abombamientos formados por
hilos MD o CD que proporcionan la característica topografía
tridimensional. Entre las telas de transferencia específicas
adecuadas se incluyen, a título de ejemplo, las fabricadas por Asten
Forming Fabrics, Inc., Appleton, Wisconsin, y designadas con los
números 934, 937, 939 y 959 y Albany 94M fabricadas por Albany
International, Appleton Wire Division, Appleton, Wisconsin.
Para proporcionar estirado al artículo laminar
celulósico, se facilita un diferencial de velocidad entre las telas
en uno o varios puntos de transferencia del elemento laminar húmedo.
Según el método, de la presente invención, de la reivindicación 2,
la diferencia de velocidad entre la tela de formación y la tela de
transferencia es de 10 a 80 por ciento, preferentemente de 10 a 35
por ciento aproximadamente, y de modo más preferente desde
aproximadamente 15 a 25 por ciento, basado en la velocidad de la
tela de transferencia más lenta. El diferencial de velocidad óptimo
dependerá de una serie de factores, incluyendo el tipo particular
del producto que se está fabricando. Tal como se ha mencionado
anteriormente, el incremento de estirado impartido al elemento
laminar es proporcional al diferencial de velocidad. Para un
elemento laminar celulósico para baño, sometido a secado pasante,
sin crepar, de capa única, con un peso base aproximado de 25 gramos
por metro cuadrado, por ejemplo, un diferencial de velocidad
aproximadamente de 20 a 25 por ciento entre la tela de formación y
una tela única de transferencia produce un estirado en el producto
final comprendido aproximadamente entre 15 y 25 por ciento. El
estirado puede ser impartido al elemento laminar utilizando un único
diferencial de velocidad de transferencia o dos o más diferenciales
de velocidad de transferencia del elemento laminar húmedo antes del
secado. Por esta razón, pueden existir una o varias telas de
transferencia. La magnitud del estirado impartido al elemento
laminar puede ser dividido por lo tanto entre uno, dos, tres o más
diferenciales de velocidad de transferencia. El elemento laminar es
transferido a la última tela (tela de secado pasante) para secado
final preferentemente con ayuda de vacío para asegurar la
redistribución macroscópica del elemento laminar para conseguir el
Volumen y aspecto deseados. La utilización de telas separadas de
transferencia y de secado pasante ofrece una mejora significativa
con respecto a las técnicas anteriores puesto que permite que las
dos telas sean diseñadas específicamente para atender a las
exigencias clave del producto de forma independiente. Por ejemplo,
las telas de transferencia se optimizan de modo general para
permitir una conversión eficaz de niveles de transferencia de tipo
muy brusco ("high rush") en un estirado elevado MD y para
mejorar la suavidad de la hoja o lámina mientras que las telas de
secado pasante son diseñadas para conseguir volumen y estirado CD.
Por lo tanto, es útil tener telas de transferencia bastante finas y
relativamente planas y telas de secado pasante muy groseras y
tridimensionales en la configuración optimizada. El resultado es que
una lámina u hoja relativamente lisa sale de la sección de
transferencia y a continuación es redistribuida macroscópicamente
(con asistencia de vacío) para conseguir la topología superficial de
elevado volumen y elevado estirado CD de la tela de secado pasante.
No quedan en el producto terminado trazas visibles (por lo menos no
macroscópicamente visibles) de la tela de transferencia. La
topología de la hoja o lámina ha cambiado completamente de la tela
de transferencia a la de secado pasante y las fibras se han
redistribuido macroscópicamente, incluyendo un movimiento
significativo fibra a fibra.
El proceso de secado utilizado para secar el
elemento laminar a la sequedad final puede ser cualquier método de
secado sin compresión que tienda a conservar el volumen o grosor del
elemento laminar en húmedo incluyendo, sin que ello sirva de
limitación, secado pasante ("throughdrying"), radiación de
infrarrojos, secado por microondas, etc. A causa de su
disponibilidad comercial y practicabilidad, el secado pasante es
bien conocido y es un medio preferente para el secado sin compresión
del elemento laminar a la sequedad final a los efectos de la
presente invención. Entre las telas para secado pasante adecuadas se
incluyen, sin que ello sirva de limitación, las denominadas Asten
920A y 937A y Velostar P800 y 103A. El elemento laminar es secado a
sequedad final preferentemente sobre la tela de secado pasante, sin
compresión contra la superficie de un "secador Yankee", y sin
crepado subsiguiente. Esto proporciona un producto de densidad
relativamente uniforme en comparación con los productos realizados
por un procedimiento en el que el elemento laminar ha sido
comprimido contra un secador Yankee cuando todavía se encuentra
húmedo y soportado por la tela o género de secado pasante o por otra
tela o en comparación a productos dispuestos por acción de aire,
unidos por puntos ("spot-bonded"). Si bien el
aspecto del producto final y su volumen quedan influidos por el
diseño de la tela de secado pasante, el estirado en la dirección
máquina del elemento laminar es proporcionado básicamente por la
tela de transferencia, proporcionando por lo tanto el método de la
presente invención una mayor flexibilidad de proceso.
La figura 1 es un diagrama de flujo de proceso,
esquemático, que muestra un método para la fabricación de elementos
laminares de secado pasante, sin crepado, de acuerdo con la presente
invención.
La figura 2 es un diagrama de flujo de proceso,
esquemático, de un método de tratamiento de fibras de acuerdo con la
presente invención utilizando un dispersor de vástago para manipular
las fibras.
La figura 3 es una vista en perspectiva y en
sección del dispersor de vástago de la figura 2.
La figura 4 es un diagrama de flujo de proceso
esquemático de un método alternativo de acuerdo con la presente
invención utilizando un par de dispersores de vástago Bivis en
serie.
La figura 5 es un diagrama general de la curva de
carga/alargamiento para el elemento laminar celulósico, mostrando la
determinación de la Pendiente Máxima MD.
La figura 6 es un gráfico de Volumen con respecto
a Rigidez de Panel (Rigidez determinada por un panel sensorial
experto) para los elementos laminares celulósicos para baño
fabricados de acuerdo con la presente invención y elementos
celulósicos para baño crepados de tipo comercial, ilustrando el alto
nivel de volumen y la reducida rigidez mostrados por los productos
de la presente invención.
La figura 7 es un gráfico de Rigidez de Panel con
respecto a Pendiente Máxima MD para los elementos laminares
celulósicos de baño fabricados de acuerdo con la presente invención
y elementos celulósicos laminares para baño de tipo comercial,
mostrando la correlación de la Rigidez de Panel con respecto a la
Pendiente Máxima MD.
La figura 8 es un gráfico del Volumen con
respecto a la Pendiente Máxima MD para los elementos laminares
celulósicos para baño fabricados de acuerdo con la presente
invención y para elementos laminares celulósicos para baño de tipo
comercial, mostrando además el elevado Volumen y reducida rigidez
mostrados por los productos de esta invención.
La figura 9 es un gráfico similar al de la figura
8, pero para la Rigidez del Panel con respecto al Factor de Rigidez
MD, mostrando la correlación entre la Rigidez del Panel y el Factor
de Rigidez MD.
La figura 10 es un gráfico similar al de la
figura 9, pero para el Volumen con respecto al Factor de Rigidez MD,
mostrando además el elevado Volumen y reducida rigidez de los
productos de esta invención. El ejemplo 20, al que se hace
referencia en las figuras 6 a 10 no corresponde a la reivindicación
1, ya que no es producto de capa única.
Teniendo en cuenta los dibujos, la invención será
descrita a continuación de manera más detallada.
La figura 1 muestra un medio para llevar a cabo
el método de la presente invención. A efectos de simplicidad, los
diferentes rodillos tensores representados esquemáticamente,
utilizados para definir los diferentes ramales de tela se han
mostrado pero no se han numerado. Se ha mostrado un dispositivo de
conformación de husillo doble o gemelo, que tiene una caja colectora
(10) para la formación de papel en capas que inyecta o deposita un
flujo (11) de una suspensión acuosa de fibras para la fabricación
de papel sobre la tela de conformación (13) de un dispositivo de
conformación de doble husillo que tiene telas de conformación (12)
y (13). La tela de conformación (15), que está soportada por el
rodillo de conformación (14), sirve para soportar y transportar el
elemento laminar húmedo (15) de nueva formación en sentido
descendente en el proceso eliminando parcialmente el agua del
elemento laminar hasta una consistencia aproximada de 10 por ciento
en peso seco. La eliminación adicional del agua del elemento laminar
en húmedo puede ser llevada a cabo, tal como por ejemplo, por
succión en vacío, mientras el elemento laminar en húmedo está
soportado por la tela de conformación.
El elemento laminar húmedo es transferido a
continuación desde la tela de formación a la tela de transferencia
(17) desplazándose a una velocidad más reducida que la velocidad de
la tela de conformación para impartir un estirado incrementado en el
elemento laminar. La transferencia es llevada a cabo preferentemente
con ayuda de una zapata de vacío (18) y un intersticio o espacio
fijo entre la tela de conformación y la tela de transferencia o en
una transferencia suave ("kiss") para evitar la compresión del
elemento laminar húmedo.
El elemento laminar es transferido a continuación
desde la tela de transferencia a la tela (19) de secado pasante con
ayuda de un rodillo de transferencia en vacío (20) o de una zapata
de transferencia en vacío, utilizando nuevamente de forma opcional
una transferencia con intersticio fijo tal como se ha descrito
anteriormente. La tela de secado pasante se puede desplazar
aproximadamente a la misma velocidad o diferente velocidad con
respecto a la tela de transferencia. En caso deseado, la tela de
secado pasante se puede desplazar a una velocidad más reducida para
incrementar adicionalmente el estirado. La transferencia es llevada
a cabo preferentemente con ayuda de vacío para asegurar la
deformación de la lámina u hoja para su conformación a la tela de
secado pasante, facilitando así el Volumen y aspecto deseados.
El nivel de vacío utilizado para las
transferencias del elemento laminar puede quedar comprendido entre
75 y 380 milímetros de mercurio aproximadamente (de 3 a 15 pulgadas
aproximadamente), preferentemente unos 125 milímetros (5 pulgadas)
de mercurio. La zapata de vacío (presión negativa) puede ser
suplementada o substituida por la utilización de presión positiva
desde la cara opuesta del elemento laminar para el soplado del
elemento laminar sobre la tela siguiente además de la succión o como
substitución de la misma, sobre la tela siguiente con vacío.
Asimismo, se puede utilizar un rodillo o rodillos de vacío para
substituir la zapata o zapatas de vacío.
Si bien queda soportado por la tela de secado
pasante, el elemento laminar es secado finalmente a una consistencia
aproximada de 94 por ciento o superior por el secador pasante (21) y
después de ello es transferido a una tela portadora (22).
La hoja base seca (23) es transportada a un
carrete (24) utilizando una tela portadora (22) y una tela portadora
opcional (25). Se puede utilizar un rodillo de giro opcional a
presión (26) para facilitar la transferencia del elemento laminar
desde la tela portadora (22) a la tela (25). Son telas portadoras
adecuadas para este objetivo las designadas Albany International 84M
o 94M y Asten 959 ó 937, todas las cuales consisten en telas
relativamente suaves que tienen un dibujo fino. Si bien no se ha
mostrado, se puede utilizar calandrado en bobina o calandrado
subsiguiente fuera de la línea para mejorar la lisura y suavidad de
la hoja base.
La figura 2 es un diagrama de flujo con
representación mediante bloques, que muestra fases generales del
proceso para tratar fibras secundarias de fabricación de papel en
preparación para el tratamiento de dispersión ("disperging").
(Para fibras vírgenes, éstas pueden ser reducidas a pasta con agua a
la consistencia deseada e introducidas directamente en el
dispersor). Se ha mostrado la pasta de papel (40) a tratar, que es
alimentada a un dispositivo de formación de pulpa (41) de alta
consistencia (Modelo ST6C-W, Bird Escher Wyss,
Mansfield, MA) con la adición de agua de dilución (42) para alcanzar
una consistencia aproximada de 15 por cien. Antes del bombeo hacia
afuera del dispositivo de formación de pulpa, el material es diluido
a una consistencia aproximada de 6 por cien. Las fibras reducidas a
pulpa son alimentadas a una rejilla (43) de eliminación de la capa
superficial (Modelo fiberizador FT-E, Bird Escher
Wyss) con agua de dilución adicional para eliminar los contaminantes
de grandes dimensiones. La consistencia a la entrada de la rejilla
de eliminación de la capa superficial es aproximadamente de 4 por
cien. Los rechazos de la rejilla de eliminación de capa superficial
son dirigidos a la eliminación de residuos (44). Las partes
aceptadas por dicha rejilla son alimentadas a un dispositivo de
limpieza de alta densidad (45) (Cyclone Modelo 17,28 cm (de 7
pulgadas), Bird Escher Wyss) para eliminar contaminantes pesados que
han escapado a la rejilla de eliminación de la capa superficial. Los
rechazos (32) procedentes del dispositivo de limpieza (45) de alta
densidad son dirigidos a la eliminación de desperdicios. Las partes
aceptadas del dispositivo de limpieza de alta densidad son
alimentadas a una rejilla fina (46A) (Centrisorter Modelo 200, Bird
Escher Wyss) para eliminar adicionalmente contaminantes más
pequeños. Se añade agua de dilución al flujo o corriente de
alimentación de la rejilla fina para conseguir una consistencia del
producto de alimentación de 2 por ciento aproximadamente. Los
rechazos de la rejilla fina son dirigidos a una segunda rejilla fina
(46B) (Axiguard, Modelo 1, Bird Escher Wyss) para eliminar
contaminante adicionales. Las partes aceptadas son recicladas a la
corriente de entrada a la rejilla fina (46A) y los rechazos son
dirigidos a la eliminación de desperdicios. Las partes aceptadas
procedentes de la rejilla fina, con la adición de agua de dilución
para alcanzar una consistencia aproximada de 1 por cien, se hacen
pasar a continuación a una serie de cuatro celdas de flotación (47),
(48), (49) y (50) (Aerator Modelo CF1, Bird Escher Wyss) para
eliminar partículas de tinta y adherencias. Los rechazos de cada una
de las celdas de flotación son dirigidos a la eliminación de
desperdicios. Las partes aceptadas procedentes de la última celda de
flotación son alimentadas a un dispositivo de lavado (51) (Double
Nip Thickener Modelo 100, Black Clawson Co., Middletown, OH) para
eliminar partículas de tinta de muy pequeñas dimensiones y para
incrementar la consistencia hasta aproximadamente 10 por cien. Los
rechazos del dispositivo de lavado son dirigidos a la eliminación de
desperdicios. Las partes aceptadas procedentes del dispositivo de
lavado son alimentadas a una prensa de cinta (52)
(Arus-Andritz Belt Filter Press Modelo CPF 50.8 cm
(20 pulgadas), Andritz-Ruthner Inc., Arlington, TX)
para reducir el contenido de agua aproximadamente a 30 por cien. Los
rechazos de la prensa de cinta son dirigidos a la eliminación de
desperdicios. El material fibroso del que se ha eliminado el agua
parcialmente resultante es alimentado a continuación a un dispersor
de vástago (53) (GR 11, Ing. S. Maule & C. S.p.A., Torino,
Italia), descrito en detalle en la figura 3 a efectos de manipular
las fibras para mejorar sus propiedades, de acuerdo con la presente
invención. Se añade vapor (54) a la corriente de alimentación del
dispersor para elevar la temperatura del material de alimentación.
Las fibras tratadas resultantes (55) pueden ser utilizadas
directamente como material de alimentación para la fabricación de
papel o pueden ser tratadas de cualquier otro modo
deseado.
deseado.
La figura 3 es una vista en perspectiva en
sección de un aparato preferente para el tratamiento de fibras de
acuerdo con la presente invención, tal como se ha mostrado en la
figura 2. El aparato específico es un dispersor de vástago, tipo GR
II, fabricado por Ing. S. Maule & C. S.p.A., Torino, Italia. Se
ha mostrado un cuerpo cilíndrico superior (61) y un cuerpo
cilíndrico inferior (62), que una vez cerrados, encierran un vástago
rotativo (63) que tiene una serie de brazos (64). El cuerpo
envolvente superior contiene dos alineaciones de vástagos o dedos
grafilados (65) y tres aberturas de inspección (66). En un extremo
del cuerpo envolvente superior se encuentra una abertura de entrada
(67). En el extremo de entrada del vástago rotativo se encuentra un
motor de impulsión (68) para el giro del vástago. En el extremo de
salida del vástago rotativo se encuentra un cuerpo de cojinetes (69)
que soporta el eje rotativo. El extremo de entrada del vástago
rotativo contiene una sección de alimentación por husillo (70) que
está dispuesta directamente por debajo de la entrada y que sirve
para forzar al material de alimentación a través del dispersor. La
salida (71) del dispersor comprende una aleta acharnelada (72) que
tiene una palanca (73) que, cuando el dispersor se encuentra
cerrado, recibe la acción de unas bolsas hidráulicas y neumáticas
(74) montadas en el cuerpo envolvente superior. Las bolsas
neumáticas proporcionan resistencia controlable a la rotación de la
aleta acharnelada y por lo tanto proporcionan un medio para
controlar la contrapresión dentro del dispersor. Al aumentar la
contrapresión incrementa el grado en el que son elaboradas las
fibras. Durante el funcionamiento, los dedos o vástagos grafilados
se interponen con los brazos del vástago rotativo para elaborar
entre ambos el material
alimentado.
alimentado.
La figura 4 es un diagrama de flujo en bloques de
un proceso alternativo de la presente invención utilizando un par de
dispersores de vástago doble o gemelo (máquinas Bivis). Tal como se
ha mostrado, la pulpa para fabricación de papel, con una
consistencia aproximada de 50 por cien, es alimentada a un
alimentador de husillo. El alimentador de husillo mide el material
de alimentación a la primera de las dos máquinas Bivis en serie.
Cada una de las máquinas Bivis tiene tres zonas de
compresión/expansión. Se inyecta vapor a la primera máquina Bivis
para aumentar la temperatura de las fibras aproximadamente a 100ºC
(212ºF). La pulpa elaborada es transferida a la segunda máquina
Bivis que funciona en las mismas condiciones que la primera máquina
Bivis. La pulpa elaborada procedente de la segunda máquina puede ser
sometida a enfriamiento por vertido de la misma en un baño de agua
fría procediendo después a la eliminación del agua hasta conseguir
una consistencia adecuada.
Las figuras 5 a 10 serán explicadas más adelante
en relación con los Ejemplos.
Ejemplos
1-20
Para ilustrar la invención, se fabricó una serie
de elementos laminares celulósicos secados de forma pasante, sin
crepado, utilizando el método substancialmente ilustrado en la
figura 1. De manera más específica, los ejemplos
1-19 fueron en todos los casos artículos laminares
celulósicos de tres capas, de hoja única para baño, en las que las
capas externas comprende fibras de eucalipto dispersadas y
desaglomeradas y la capa central comprende fibras kraft de madera
blanda tipo northern refinada. El Ejemplo 20 era un género laminar
celulósico para baño, de dos hojas, quedando realizada cada hoja con
las capas que se han descrito para los ejemplos anteriores. El
ejemplo 20, por tanto, no se corresponde con la reivindicación 1,
que requiere un producto de capa única. Se redujeron a pulpa fibras
de cenebra eucalyptus durante 15 minutos a una consistencia de 10% y
se eliminó el agua al 30% de consistencia. La pulpa fue alimentada a
continuación a un dispersor de vástago Maule tal como se ha mostrado
en la figura 3. El dispersor funcionaba a una temperatura de 70ºC
(160ºF) con una introducción de potencia de 1,8
kilovatios-días por tonelada (2,2 HPD/T). Después de
la dispersión, se añadió un agente suavizante (Berocell 584) a la
pulpa en una cantidad de 4,54kg (10 lb) Berocell por tonelada de
fibras secas (0,5 por ciento en peso).
Antes de la formación, las fibras de madera
blanda fueron reducidas a pulpa durante 30 minutos con una
consistencia de 2,5 por cien, mientras que las fibras de eucalipto
desaglomeradas y dispersadas fueron diluidas a una consistencia de 2
por cien. El peso global de la hoja de varias capas fue dividido en
una proporción de 37,5%/25%/37,5% entre las capas formadas por
eucalipto sometido a dispersión/madera blanda refinada/eucalipto
sometido a dispersión. La capa central fue refinada a los niveles
requeridos para conseguir valores de resistencia objetivo, mientras
que las capas externas proporcionaron suavidad y volumen.
En estos ejemplos se utilizó una caja de
distribución ("headbox") Beloit Concept III de cuatro capas. El
material kraft de madera blanda northern refinada, fue utilizado en
las dos capas centrales de la caja de distribución para producir una
sola capa central para el producto de tres capas que se ha descrito.
Se utilizaron elementos postizos generadores de turbulencia
rebajados en unos 75 milímetros (tres pulgadas) desde los divisores
de hojas y capas extendiéndose aproximadamente 150 milímetros (seis
pulgadas) más allá de la hoja. Se utilizaron asimismo prolongaciones
de labios flexibles extendiéndose aproximadamente 150 milímetros
(seis pulgadas) más allá de las hojas, tal como se indica en la
Patente US-A-5.129.988 de 14 de
julio de 1992 de Farrington, Jr. titulada "Extended Flexible
Headbox Slice With Parallel Flexible Lip Extensions and Extended
Internal Dividers". La abertura neta de la hoja o placa fue
aproximadamente de 23 milímetros (0,9 pulgadas) y los flujos de agua
en las cuatro capas de la caja colectora fueron comparables. La
consistencia del material alimentado a la caja colectora fue
aproximadamente de 0,09 por ciento en peso.
La hoja resultante de tres capas fue conformada
sobre un dispositivo de conformación de varilla doble, con rodillo
de conformación por succión, con telas de conformación (12 y 13 en
la figura 1) de los tipos de telas Asten 866 y Asten 856A
respectivamente con un volumen de huecos aproximado de 64,5% y 61%
respectivamente. La velocidad de la tela de conformación era de 12,1
metros por segundo. El elemento laminar de nueva formación fue
sometido a continuación a eliminación del agua hasta una
consistencia aproximada de 20-27% utilizando succión
por vacío desde abajo de la tela de conformación antes de su
transferencia a la tela de transferencia que se estaba desplazando a
una velocidad de 9,7 metros por segundo (transferencia 25% brusca
"rush"). Las telas de transferencia utilizadas incluyeron los
tipos Asten 934 y Albany 94M. Se utilizó una zapata de vacío que
generaba un vacío aproximado de 150-380 milímetros
(6-15 pulgadas) de columna de mercurio para
transferir el elemento laminar a la tela de transferencia.
El elemento laminar fue transferido a
continuación a una tela de secado pasante que se desplazaba a una
velocidad aproximada de 9,7 metros por segundo. Se utilizaron telas
de los tipos Velostar 800 y Asten 934 para el secado de tipo
pasante. El elemento laminar fue transportado sobre un secador de
tipo pasante de Panal funcionando a una temperatura aproximada de
175ºC (350ºF) y se secó a un estado seco final con una consistencia
aproximada de 94-98%.
La Tabla 1 facilita una descripción más detallada
de las condiciones del proceso y también de las propiedades
resultantes del elemento laminar celulósico para los ejemplos
1-20, que ilustran la presente invención. Tal como
se ha utilizado en las Tablas 1 y 2 indicadas a continuación, los
encabezamientos de las columnas tienen los siguientes significados:
"tela TAD" significa tela de secado pasante (la designación
"W" o "S" para la tela de secado pasante se refiere al
lado de la tela que es presentado al elemento laminar. "W"
indica el lado en el que existen predominantemente salientes de
trama y "S" indica el lado en el que predominan los salientes
de urdimbre); "#1 Trans Vac" es el vacío utilizado para
transferir el elemento laminar desde la tela de formación a la tela
de transferencia, expresado en milímetros de columna de mercurio;
"#2 Trans Vac" es el vacío utilizado para la transferencia del
elemento laminar desde la tela de transferencia a la tela de secado
pasante, expresado en milímetros de columna de mercurio; "Cons @#1
Trans" es la consistencia del elemento laminar en el punto de
transferencia desde la tela de conformación a la tela de
transferencia, expresada en porcentaje de sólidos; "Cons @#2
Trans" es la consistencia del elemento laminar en el punto de
transferencia desde la tela de transferencia a la tela de secado
pasante, expresada en forma de porcentaje de sólidos; "Resistencia
a la Tracción MD" es la resistencia a la tracción en la dirección
de la máquina, expresada en gramos por 7,62 centímetros (3 pulgadas)
de anchura de la muestra; "Estirado a la Tracción MD" es el
estirado en la dirección de la máquina, expresado en alargamiento
percentual en la rotura de la muestra; "Pendiente Máxima MD"
indica lo definido anteriormente, expresándose en kilos por 7,62
centímetros (3 pulgadas) de anchura de la muestra; "Resistencia a
la Tracción CD" es la resistencia a la tracción en dirección
transversal de la máquina, expresada en gramos por 7,62 centímetros
(3 pulgadas) de anchura de la muestra; "Estirado a la Tracción
CD" es el estirado en la dirección transversal de la máquina,
expresado en forma de porcentaje de alargamiento en la rotura de la
muestra; "GMT" es la resistencia a la tracción media geométrica
expresada en gramos por 7,62 centímetros (3 pulgadas) de anchura de
la muestra; "Peso Base" es el peso base del material acabado,
expresado en gramos por metro cuadrado; "Galga" es el grosor de
10 hojas, dividido por diez, tal como se ha descrito anteriormente,
expresado en \mum; "Volumen" es el volumen tal como se ha
definido anteriormente, expresado en centímetros cúbicos por gramo;
"Rigidez del Panel" es la rigidez de la hoja determinada por un
panel de personas expertas sensorialmente que detectan la agudeza o
afilado relativo de los pliegues cuando se coge una hoja en la mano,
expresada como un número en una escala de 1 a 14, significando los
números mayores una rigidez superior (los elementos laminares
celulósicos para baño de tipo comercial tienen valores comprendidos
de manera típica de 3 a 8); y el "Factor de Rigidez MD" es el
Factor de Rigidez en la Dirección de la Máquina tal como se ha
definido anteriormente, expresado en (kilogramos por 7,62
cm)-\mum^{0,5} ((kilogramos por 3
pulgadas)-\mum^{0,5}.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a continuación a las figuras
5-10, se describirán varios aspectos de la invención
de manera más detallada.
La figura 5 es una curva generalizada de
carga/alargamiento para una lámina de un artículo laminar
celulósico, que muestra la determinación de la Pendiente Máxima MD.
Tal como se ha mostrado, dos puntos (P1) y (P2), cuya distancia
mutua se ha exagerado a efectos de ilustración, son seleccionados
encontrándose a lo largo de la curva de carga/alargamiento. El
comprobador de tracción es un comprobador programado (GAP [General
Applications Program], versión 2.5, Systems Integration Technology
Inc., Stoughton, MA; división de MTS Systems Corporation, Research
Triangle Park, NC) de manera tal que calcula una regresión lineal
para los puntos muestreados desde (P1) a (P2). Este cálculo se hace
repetidamente sobre la curva ajustando los puntos (P1) y (P2) de
forma regular a lo largo de la curva (que se describirá más
adelante). El valor más elevado de estos cálculos es la Pendiente
Máxima y, cuando se lleva a cabo en la dirección de la máquina de la
muestra, se designa Pendiente Máxima MD.
El programa de comprobación a la tracción se debe
ajustar de forma tal que se toman quinientos puntos tales como (P1)
y (P2) en un intervalo de dos pulgadas y media (63,5 mm) de
alargamiento. Esto proporciona un número suficiente de puntos que
supera esencialmente cualquier alargamiento práctico de la muestra.
Con una velocidad de la cruceta de 254 mm/min (diez pulgadas por
minuto) esto se traduce en un punto cada 0,030 segundos. El programa
calcula pendientes entre estos puntos ajustando el 10º punto como
punto inicial (por ejemplo, (P1)), contando treinta puntos hasta el
punto 40º (por ejemplo, (P2)) y llevando a cabo una regresión lineal
sobre dichos treinta puntos. Almacena la pendiente de esta regresión
en un conjunto. El programa cuenta a continuación hasta diez puntos
hasta el punto 20º (que pasa a ser (P1)) y repite el procedimiento
nuevamente (contando treinta puntos hasta lo que sería el punto 50º
(que pasa a ser (P2)), calculando dicha pendiente y almacenándola
asimismo en el conjunto mencionado). Este proceso continúa durante
la totalidad del alargamiento de la hoja. A continuación se escoge
la Pendiente Máxima como el valor más elevado para este conjunto.
Las unidades de Pendiente Máxima son kilos para cada 7,62 cm
(anchura de la muestra de tres pulgadas). (El alargamiento es, desde
luego, no dimensional puesto que la longitud del alargamiento se
divide por la longitud del espacio entre mandíbulas. Este cálculo se
tiene en consideración en el programa de la máquina de pruebas.)
La figura 6 es un gráfico de Volumen en
comparación con la Rigidez de Panel para elementos laminares
celulósicos de baño fabricados de acuerdo con la presente invención
(Ejemplos 1-20 indicados como puntos
a-t, respectivamente) y para una serie de elementos
laminares celulósicos para baño de tipo comercial, crepados,
indicados como "1" representando un producto de hoja única,
"2" representando un producto de dos hojas y "3"
representando un producto de tres hojas. Este gráfico muestra la
exclusiva combinación de elevado Volumen y baja rigidez que
presentan los productos de la presente invención. El ejemplo 20 no
se corresponde con la reivindicación 1 ya que es un producto de 2
capas.
La figura 7 es un gráfico de Rigidez de Panel con
respecto a Pendiente Máxima MD para los mismos productos, mostrando
la correlación de una Pendiente Máxima MD con la rigidez medida por
un panel experto sensorialmente. Este gráfico muestra que la
Pendiente Máxima MD es una medición objetiva de la rigidez del
panel.
La figura 8 es gráfico de Volumen con respecto a
Pendiente Máxima MD para los mismos productos, mostrando la
combinación de Volumen elevado y baja rigidez (medido por la
Pendiente Máxima MD) que muestran los productos de esta
invención.
La figura 9 es un gráfico similar al de la figura
7, pero la Rigidez del Panel ha sido trazada con respecto al Factor
de Rigidez MD en vez de hacerlo con la Pendiente Máxima MD,
mostrando que el Factor de Rigidez MD es asimismo una medición
válida de rigidez.
La figura 10 es un gráfico similar al de la
figura 8 con el Volumen indicado con respecto al Factor de Rigidez
MD, mostrando la combinación de Volumen elevado y baja rigidez
(medido por el Factor de Rigidez MD) que muestran los productos de
esta invención.
Claims (12)
1. Artículo celulósico laminar de baño, suave, de
hoja única, que comprende una hoja de un artículo laminar secado de
forma pasante, sin crepar, con disposición de capas, que tiene una
capa del lado que da al aire que comprende 80 por ciento en peso o
superior de fibras de eucalipto onduladas y una capa del lado de la
tela que comprende 80 por ciento en peso o superior de fibras de
eucalipto onduladas, poseyendo dicho artículo laminar celulósico un
Volumen (tal como se ha definido en esta invención) comprendido
entre 9 y 20 centímetros cúbicos por gramo, un Factor de Rigidez MD
(tal como se ha definido en esta invención) comprendido entre 50 y
100, y un estirado en la dirección de la máquina de 10 a 25 por
cien.
2. Método para la fabricación de un artículo
laminar celulósico secado de forma pasante, sin crepar, que
comprende:
- (a)
- formación de una suspensión acuosa de fibras para la fabricación de papel que tienen una consistencia de 20 por ciento o superior;
- (b)
- manipular mecánicamente la suspensión acuosa en un dispersor de vástago preferentemente a 60ºC (140ºF) o a temperatura más elevada para ondular las fibras;
- (c)
- diluir la suspensión acuosa de fibras onduladas a una consistencia de 0,5 por ciento o menor y alimentar la suspensión diluida a una caja colectora para la fabricación de elementos laminares celulósicos;
- (d)
- depositar la suspensión acuosa diluida de fibras para la fabricación de papel sobre una tela de formación a efectos de conformar un elemento laminar húmedo;
- (e)
- eliminar el agua del elemento laminar húmedo preferentemente hasta una consistencia de 20 a 30 por cien;
- (f)
- transferir el elemento laminar húmedo procedente de la tela de conformación a una tela de transferencia que se desplaza a una velocidad que es de 10 a 80 por ciento más lenta que la tela de conformación, siendo llevada a cabo opcionalmente dicha transferencia por dos o más transferencias a diferente velocidad utilizando más de una tela de transferencia;
- (g)
- transferir el elemento laminar a una tela de secado pasante de manera que el elemento laminar es redistribuido macroscópicamente para conformar la superficie de la tela de secado pasante; y
- (h)
- secar sin compresión el elemento laminar hasta sequedad final.
3. Procedimiento, según la reivindicación 2, en
el que la suspensión acuosa es manipulada mecánicamente con una
introducción de potencia aproximada de 746
vatios-día por tonelada (aproximadamente 1
caballo-día por tonelada) de fibras secas o superior
para la ondulación de las fibras.
4. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 ó 3, en el que las fibras son tratadas
superficialmente con un agente suavizante químico.
5. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, en el que las fibras onduladas son fibras de
eucalipto.
6. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, en el que las fibras onduladas son
depositadas sobre la tela de conformación en forma de una o dos
capas de un elemento laminar de capas múltiples.
7. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, en el que el elemento laminar comprende una
capa interna y dos capas externas, comprendiendo como mínimo una
capa externa las fibras onduladas.
8. Método, según la reivindicación 7, en el que
ambas capas externas comprenden las fibras onduladas.
9. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 8, en el que la totalidad de las fibras del
elemento laminar han sido manipuladas mecánicamente tal como se
indica en la fase (b).
10. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 9, en el que las fibras onduladas son
depositadas sobre la tela de conformación como capa del lado
expuesto al aire y la capa del lado de la tela del elemento
laminar.
11. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 10, en el que la fase de secado sin compresión
es una fase de secado pasante.
12. Artículo laminar celulósico suave, según la
reivindicación 1, que se puede obtener por el procedimiento de
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11.
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FG2A | Definitive protection |
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