ES2229549T3 - Metodo para la fabricacion de hojas continuas resistentes de baja densidad. - Google Patents
Metodo para la fabricacion de hojas continuas resistentes de baja densidad.Info
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Abstract
Método para producir una hoja continua de tisú que comprende: a) depositar una suspensión acuosa de fibras de papel sobre una tela de formación (2) para formar una hoja continua húmeda (1); b) eliminar el agua de la hoja continua húmeda (1) hasta una consistencia adecuada para una operación de transferencia brusca; c) someter la hoja continua en la que se ha eliminado el agua (1) a una transferencia brusca hacia una primera tela de transferencia (3) con una profundidad superficial de al menos 0, 1 mm; d) transferir la hoja continua (1) a una segunda tela de transferencia (7); e) transferir la hoja continua (1) a la superficie de un secador de tambor (11); y f) separar la hoja continua (1) de la superficie del secador de tambor (11).
Description
Método para la fabricación de hojas continuas
resistentes de baja densidad.
La presente invención hace referencia en general
a métodos para fabricar productos celulósicos suaves o papel tisú.
Más en particular, la invención hace referencia a métodos para
fabricar un producto de papel tisú de elevado volumen específico y
absorbencia en una máquina convencional modificada de prensado en
húmedo.
En la técnica de la fabricación de tisú, se usan
grandes cilindros llenos de vapor conocidos como secadores Yankee
para secar una hoja continua de tisú presionándola contra la
superficie del cilindro mientras dicha hoja continua de tisú todavía
está húmeda. En la fabricación convencional de tisú, la hoja
continua de papel se presiona firmemente contra la superficie del
secador Yankee. La compresión de la hoja continua húmeda contra la
superficie del secador proporciona un contacto íntimo para conseguir
una rápida transferencia de calor hacia el interior de la hoja
continua. Conforme la hoja continua se seca, se forman uniones
adhesivas entre la superficie del secador Yankee y la hoja continua
de tisú, a menudo favorecidas por el rociado de un adhesivo antes
del punto de contacto entre la hoja continua húmeda y la superficie
del secador. Las uniones adhesivas se rompen cuando se retira la
hoja continua plana seca de la superficie del secador separándola
con una cuchilla de crepado, lo que transmite una textura fina y
suave a la hoja continua, aumenta su volumen específico y rompe
muchos enlaces de la fibra para darle una mayor suavidad y una menor
rigidez.
El crepado tradicional presenta varios
inconvenientes. Dado que la hoja o lámina se presiona en estado
plano contra el Yankee, los enlaces de hidrógeno que se desarrollan
a medida que la hoja se seca se forman entre las fibras en un estado
plano y denso. Si bien el crepado transmite muchos pliegues y
deformaciones a las fibras y añade volumen específico, cuando se
humedece la hoja crepada, los pliegues y deformaciones se relajan
conforme las fibras se hinchan. Como resultado, la hoja continua
tiende a volver a su estado plano, tal y como estaba cuando se
formaron los enlaces de hidrógeno. Así, una hoja crepada tiende a
contraerse en su grosor y a expandirse lateralmente en la dirección
de la máquina al humedecerla, arrugándose a menudo en el proceso si
algunas partes de la hoja continua en expansión lateral, todavía
secas, son interrumpidas en su avance, o si se mantienen fijas a
otra superficie debido a las fuerzas de tensión superficial.
Además, el crepado limita la textura y el volumen
específico que pueden transmitirse a la hoja continua. Puede hacerse
relativamente poco con el funcionamiento convencional de los
cilindros Yankee para producir una hoja continua muy texturada, tal
como las hojas continuas secadas por circulación de aire pasante que
se producen sobre las telas texturadas secadas de forma pasante. La
estructura plana y densa de la hoja continua sobre el Yankee limita
radicalmente lo que puede conseguirse en términos de la subsiguiente
estructura del producto que sale del Yankee.
Los anteriores y otros inconvenientes del crepado
tradicional pueden evitarse produciendo una hoja continua de tisú no
crepada secada por circulación de aire pasante. Tales hojas
continuas pueden ser producidas con una estructura tridimensional
voluminosa en lugar de ser planas y densas, proporcionando de esta
manera una buena resistencia en estado húmedo. Se sabe, no obstante,
que el tisú no crepado tiende a menudo a ser rígido y carece de la
suavidad de los productos crepados. Adicionalmente, las hojas
continuas secadas por circulación de aire pasante presentan a menudo
miniporos en la hoja continua, debido al flujo de aire a través de
la hoja continua para conseguir un secado total. Además, la mayoría
de las máquinas de papel del mundo usan secadores Yankee
convencionales, y los fabricantes de tisú son reacios a aceptar el
elevado coste de la tecnología de secado por circulación de aire
pasante o los mayores costes operativos asociados con el secado por
circulación de aire pasante.
Los intentos anteriores de fabricar una hoja no
crepada en un secador de tambor o Yankee han incluido la envoltura
de la hoja alrededor del secador. Por ejemplo, se usan desde hace
tiempo secadores de cilindro para papeles de mayor grado. En el
secado de cilindro convencional, la hoja continua de papel es
conducida por telas de secado que envuelven el secador de cilindro
para proporcionar un buen contacto e impedir la agitación de la
hoja. Desafortunadamente, estas configuraciones envolventes no
resultan prácticas para convertir una máquina de tisú crepado
moderna en una máquina de tisú no crepado. Además, sin el crepado,
la hoja continua puede ser rígida y presentar un volumen específico
interno bajo (poco espacio de poros entre fibras). Además, puede no
ser posible el funcionamiento a alta velocidad debido a la
disminución de la transferencia de calor. Cuando no se presiona
fuertemente una hoja continua contra la superficie del Yankee o del
secador de tambor hasta llevarla a un estado plano, la transferencia
de calor conductiva se reduce, y la velocidad de secado disminuye
sustancialmente. Otro problema que aparece a alta velocidad es la
dificultad de separar una hoja continua de la tela para colocarla
sobre el Yankee, especialmente si se trata de una tela altamente
texturada o tridimensional. La hoja continua a menudo se fija
fuertemente a la tela, y el proceso de transferir la hoja continua
desde la tela hasta el Yankee puede provocar el levantamiento de la
hoja continua u otros signos de rotura o alteración de la hoja no
deseados. Adicionalmente, a velocidades comerciales, el problema de
fijar y separar una hoja no crepada texturada de la superficie del
Yankee resulta extremadamente difícil, tal y como se describe más
adelante.
Los métodos anteriores de fabricación de tisú
también han empleado la transferencia brusca o el arrastre negativo
de una hoja húmeda para mejorar la flexibilidad y suavidad de una
hoja no crepada secada sin compresión. Sin embargo, la combinación
de la transferencia brusca, el moldeo de la hoja continua sobre una
tela tridimensional y el secado en tambor, especialmente cuando se
ejecuta sin crepado a velocidades útiles industrialmente, conduce a
diversos problemas en la práctica que no se han reconocido o
resuelto anteriormente. En particular, los Solicitantes han
descubierto que las partes de la hoja transferida bruscamente
sometidas a un mayor esfuerzo, cuando se presionan contra la
superficie del Yankee para su secado, pueden romperse o permanecer
adheridas al Yankee una vez se separa la hoja con o sin crepado. El
problema puede resultar especialmente perjudicial en la operación
sin crepado, ya que algunas partes de la hoja pueden pegarse al
Yankee sin que se disponga de una cuchilla de crepado para realizar
una separación satisfactoria, pero la degradación de la calidad de
la hoja también se dará en la operación con crepado. El resultado
puede ser un elevado número de roturas en la hoja o un producto
aceptable que presente una resistencia baja, propiedades no
uniformes y defectos en la hoja.
La patente U.S.A. 3.629.056 da a conocer un
aparato para formar un patrón de malla en un tisú de elevado volumen
específico transportando una hoja continua entre un fieltro y una
malla y sometiendo a la hoja continua, al fieltro y a la malla a
presión y a secado por circulación de aire pasante. La patente
EP0625610 da a conocer un método para fabricar un producto de tisú
adaptado para mejorar el volumen específico interno de las hojas
continuas de tisú prensadas en húmedo sometiendo la hoja continua de
tisú a una presión diferencial mientras es soportada sobre una tela
gruesa con una consistencia de aproximadamente el 30 por ciento o
superior.
Por tanto, existe la necesidad de una operación
de fabricación de tisú que supere los problemas a que se hace
referencia anteriormente de moldeo de la hoja, secado, fijación y
separación del secador Yankee. En particular, existe la necesidad de
un proceso que permita la producción de un tisú texturado no crepado
o altamente crepado en un secador de tambor a velocidades útiles
industrialmente con un mínimo número de roturas en la hoja. De
manera deseable, la hoja de tisú que resulte de tal operación
presenta una topografía tridimensional para conseguir un volumen
específico aparente elevado, una estructura secada sin compresión
para conseguir suavidad y un volumen específico inherente elevado
(definido más adelante), y un nivel de daño reducido durante la
fijación y la separación para conseguir una elevada resistencia en
la hoja suave y absorbente.
Se ha descubierto que puede producirse una hoja
continua de tisú suave, de elevado volumen específico, texturada y
resistente en estado húmedo, usando un secador Yankee convencional o
secadores de tambor en lugar de los secadores por circulación de
aire pasante en la producción del tisú aplicado en húmedo. La
consecución de este objetivo ha requerido la combinación de diversas
operaciones de un modo particular, diseñadas para proporcionar las
propiedades deseadas y para impedir un problema crítico que afecta a
las anteriores técnicas de fabricación de tisú texturado de alto
volumen específico mediante el secado en el Yankee. Dicho problema
crítico se centra en torno a la interacción de la transferencia
brusca, las telas tridimensionales y la fijación de la hoja al
Yankee. En particular, se ha descubierto que, bajo determinadas
condiciones de funcionamiento, una hoja continua que se ha sometido
a transferencia brusca hacia una primera tela de transferencia
altamente tridimensional presenta una tendencia, si se transfiere
directamente a un secador Yankee, a romperse o a levantarse durante
la retirada del secador a alta velocidad si la hoja se seca hasta
niveles de secado válidos industrialmente. Este grave impedimento en
la producción puede ser superado ampliamente, sin embargo, si la
hoja sometida a transferencia brusca sobre la tela tridimensional se
transfiere subsiguientemente a una segunda tela de transferencia o
fieltro antes de colocarse sobre la superficie del Yankee o del
secador de tambor. De esta manera, la orientación de la hoja se
invierte en relación a la superficie del secador. La segunda tela de
transferencia o fieltro presenta de manera deseable un grado de
rugosidad de la tela inferior al de la primera tela de
transferencia, pero presenta de manera deseable un cierto nivel de
tridimensionalidad en su estructura superficial para preservar o
mejorar la textura de la hoja continua.
Si bien es deseable realizar la transferencia
brusca de una hoja continua desde una primera tela portadora a una
primera tela de transferencia tridimensional a fin de crear volumen
específico, estiramiento y textura, los Solicitantes han encontrado
en cualquier caso que este proceso conduce a serios problemas de
fluidez cuando le sigue el secado en el Yankee, especialmente en el
modo no crepado. Se ha creado la hipótesis de que el proceso de
transferencia brusca crea tensiones y microcompactaciones en la hoja
continua húmeda donde las fibras se han redispuesto por fricción y
cizalladura entre las dos telas que viajan a distintas velocidades.
En particular, tras la transferencia brusca hacia una primera tela
de transferencia tridimensional, se detecta que las partes más
elevadas de la hoja continua con respecto a la tela tridimensional
subyacente han sufrido en especial tensiones o deformaciones,
presentando regiones delgadas y débiles adyacentes a las partes más
elevadas. Si la hoja continua que se encuentra sobre la tela
tridimensional se presiona entonces contra un Yankee, las regiones
más elevadas sometidas a fuerte deformación serán presionadas con
más firmeza contra el Yankee. Estas regiones sometidas a fuerte
presión experimentarán la tensión más elevada durante la separación
de la hoja del Yankee, y es probable que se peguen, se rompan o
averíen durante la separación. En particular, las regiones
debilitadas cercanas a las regiones más elevadas de la hoja continua
en la tela de transferencia brusca tridimensional son regiones con
posibilidad de rotura cuando la hoja se despega del secador Yankee o
de tambor. Las fuerzas capilares y otras fuerzas químicas crean una
fijación entre la superficie del secador y las regiones de la hoja
continua húmeda presionadas contra el Yankee, y al imponerse
posteriormente estas fuerzas adhesivas, la hoja continua puede
romperse o sufrir degradación de la calidad cuando se separa del
secador. Si la hoja continua se separa de la superficie del secador
sin crepado, es probable que se dé una rotura o levantamiento de la
hoja continua, y pueden darse también problemas en la hoja en la
operación con crepado.
Para conseguir una buena fluidez y resistencia de
la hoja continua, la hoja continua moldeada debería experimentar al
menos una transferencia adicional a una segunda tela de
transferencia para asegurar que las partes más elevadas de la hoja
continua con respecto a la primera tela de transferencia no son las
regiones que se fijan con más fuerza a la superficie del secador de
tambor. En una realización en particular, las protuberancias
elevadas de la hoja continua tras la primera operación de
transferencia brusca se colocan en cavidades rebajadas de una
segunda tela de transferencia, y la segunda tela de transferencia se
usa para colocar la hoja continua fijada contra un secador de
tambor. En consecuencia, la hoja continua se invierte de tal manera
que la superficie más alta en relación a la primera tela de
transferencia se convierte en la superficie más baja en la segunda
tela de transferencia. La hoja transferida puede colocarse entonces
sobre un tambor del secador y ser separada de éste con o sin
crepado, siendo menos probables levantamiento o rotura. Incluso sin
hacer coincidir las protuberancias de la hoja continua con las
cavidades de la segunda tela de transferencia, se espera que el
simple hecho de invertir la hoja continua de cualquier modo al
colocarla en la segunda tela de transferencia, implicará resultados
beneficiosos para el secado por tambor posterior.
Se ha creado la hipótesis de que la inversión de
la hoja asegurará de este modo que las regiones más débiles de la
hoja continua, es decir, las regiones que han sufrido tensiones o
han sido extraídas debido al movimiento relativo de la tela
portadora más rápida durante la transferencia brusca, no serán las
que se adhieran más firmemente al Yankee. Como resultado, las
regiones que se someterán al mayor esfuerzo durante la separación de
la hoja de la superficie del secador tendrán menos probabilidades de
rotura. Los métodos dados a conocer en esta descripción permiten que
una hoja continua sea sometida a transferencia brusca, moldeada en
una tela tridimensional y secada en un secador Yankee a velocidades
útiles industrialmente. La inversión de la hoja continua puede
conseguirse con una segunda etapa de transferencia seguida de una
deposición de la hoja continua sobre la superficie del secador. De
hecho, podría usarse cualquier número impar de etapas adicionales de
transferencia a cintas adicionales de tela después de la primera
etapa de transferencia, para asegurar la realización de la inversión
de la hoja continua.
Por tanto, la invención reside en un método para
producir una hoja continua de tisú que comprende las etapas de: a)
depositar una suspensión acuosa de fibras de papel sobre una tela de
formación para formar una hoja continua húmeda; b) eliminar el agua
de la hoja continua húmeda hasta una consistencia adecuada para una
operación de transferencia brusca; c) someter a la hoja continua en
la que se ha eliminado el agua a una transferencia brusca hacia una
primera tela de transferencia con una profundidad superficial de
como mínimo 0,1 mm; d) transferir la hoja continua a una segunda
tela de transferencia; e) transferir la hoja continua a la
superficie de un secador de tambor; y f) separar la hoja continua de
la superficie del secador de tambor.
Por otro lado, un método para fabricar una hoja
continua de tisú puede comprender las etapas de: a) depositar una
suspensión acuosa de fibras de papel sobre una tela de formación
para formar una hoja continua húmeda; b) eliminar el agua de la hoja
continua húmeda hasta una consistencia de aproximadamente el 20 por
ciento o superior; c) someter a la hoja continua en la que se ha
eliminado el agua a una transferencia brusca hacia una primera tela
de transferencia con una topografía tridimensional y un grado de
rugosidad de la tela superior al de la tela de formación; d)
transferir la hoja continua a una segunda tela de transferencia con
un grado de rugosidad de la tela inferior al de la primera tela de
transferencia; e) transferir la hoja continua desde la segunda tela
de transferencia a la superficie de un secador de tambor con una
presión adaptada para mantener la topografía sustancialmente
tridimensional de la hoja continua; f) secar la hoja continua; y g)
separar la hoja continua de la superficie del secador de tambor.
En una realización particular, la hoja continua
se transfiere brevemente desde una primera tela de transferencia
hasta una segunda tela de transferencia y a continuación se hace
volver a la primera tela de transferencia una nueva alineación en
relación a la primera tela de transferencia. Como resultado, las
porciones de la hoja continua anteriormente mencionadas más
debilitadas y elevadas tras la transferencia brusca, se hacen
corresponder o se desplazan hacia partes más rebajadas de la tela,
de manera que las regiones anteriormente elevadas y sometidas a más
presión no sean los puntos principales de fijación al secador de
tambor. Incluso sin cambiar estas correspondencias de la hoja
continua con precisión en la primera tela de transferencia, la
transferencia de la hoja continua desde la primera tela de
transferencia y el retorno de dicha hoja continua a la primera tela
de transferencia reordena de manera deseable las fibras de la hoja
continua con el fin de mejorar el subsiguiente secado por tambor, y
reduce la probabilidad de rotura durante el despegado. Además, el
primer despegado de la hoja continua de la primera tela de
transferencia reducirá el nivel de enredo entre la fibra y la tela y
disminuirá los problemas de levantamiento cuando la hoja continua se
separe de nuevo de la primera tela de transferencia al colocarla en
el secador de tambor, reduciendo de este modo la probabilidad de que
surjan problemas en el secador.
Tal como se usa en esta descripción, un
"secador de tambor" es un secador cilíndrico calentado con una
superficie exterior sustancialmente impermeable adaptada para
proporcionar energía térmica a una hoja continua de papel por
conducción térmica desde la superficie exterior del secador. Algunos
ejemplos de dichos secadores de tambor incluyen, sin limitación, el
secador Yankee convencional relleno de vapor o mejoras del mismo;
otros secadores cilíndricos convencionales rellenos de vapor usados
habitualmente en la técnica de la fabricación de papel; secadores
cilíndricos calentados internamente por gas tales como los
producidos por Flakt-Ross de Montreal, Canadá y
descritos por A. Habert y otros, "Primera aplicación al cartón del
secador de papel calentado por gas" ("The First Linerboard
Application of the Gas Heated Paper Dryer"), Actas de la 77ª
Sesión Técnica Anual de la CPPA ("Proceedings of the CPPA
77^{th} Annual Technical Session"), Vol. B., Montreal, Canadá,
Enero de 1991; cilindros calentados mediante electricidad,
calentados por inducción o por elementos de resistencia eléctrica en
el armazón; cilindros calentados por flujos internos de aceite
caliente o termofluidos en asociación con un intercambiador de
calor; cilindros calentados radiactivamente mediante radiación
roja-infrarroja de quemadores de gas o elementos
eléctricos; cilindros calentados por contacto externo con llamas o
gas calentado, y similares.
En otras realizaciones, la segunda tela de
transferencia es de manera deseable menos texturada y presenta un
menor grado de rugosidad que la primera tela de transferencia para
mejorar el contacto de la hoja continua con la superficie del
secador y de este modo mejorar la transferencia de calor sin
eliminar el efecto de texturización de la primera tela de
transferencia. La segunda tela de transferencia y, opcionalmente, la
tela de formación pueden, por supuesto, transmitir también textura a
la hoja continua.
Además, los Solicitantes han observado que,
incluso sin secado en el Yankee, una hoja continua húmeda que se
somete a una transferencia brusca hacia una primera tela de
transferencia de alto grado de rugosidad y a continuación se
transfiere sustancialmente sin brusquedad (es decir, sin un
diferencial de velocidad significativo) hacia una segunda tela de
transferencia de menor grado de rugosidad presentará una resistencia
más elevada a un nivel dado de estiramiento en la DM (o un mayor
estiramiento en un nivel dado de resistencia) en comparación con una
hoja continua similar que se transfiere primero sin brusquedad a una
tela de menor grado de rugosidad y que a continuación se somete a
una transferencia brusca hacia una segunda tela de transferencia de
alto grado de rugosidad. Se cree que el hecho de realizar una
segunda transferencia a una tela de menor grado de rugosidad después
de una primera operación de transferencia brusca a una tela de alto
grado de rugosidad ayuda a relajar algunas de las zonas de la hoja
continua sometidas a esfuerzo antes de que se complete el secado,
reduciendo así las posibilidades de que se produzca una rotura o una
propagación de las grietas en la hoja continua secada. Por lo tanto,
se cree que una operación de transferencia brusca a una tela de alto
grado de rugosidad, seguida de una segunda etapa de transferencia a
una segunda tela de transferencia, coloca a la hoja continua en una
situación excelente para el subsiguiente secado en un cilindro
Yankee en el caso de que se desee que la hoja presente una buena
resistencia y un buen estiramiento.
También se cree que el uso de una segunda tela de
transferencia para fijar la hoja continua al Yankee mejora la
fijación de la hoja continua. En particular, el método de fijación
de una hoja continua al Yankee directamente desde una primera tela
de transferencia se vuelve a menudo problemático a altas
velocidades, debido a que la hoja continua no se separa bien de la
primera tela de transferencia tridimensional o altamente texturada.
Esto sucede porque la hoja continua tiende a embeberse en la tela
tras la transferencia brusca o tras la eliminación de agua con
presión diferencial. Cuando la hoja continua es presionada contra el
Yankee por la primera tela de transferencia, la hoja continua puede
permanecer adherida a la primera tela de transferencia, provocando
un levantamiento o una rotura de la hoja continua. Sin embargo,
transfiriendo la hoja continua desde la primera tela de
transferencia a una segunda tela de transferencia, la hoja continua
puede ser desalojada de la primera tela de transferencia de manera
no destructiva. La hoja continua, en términos generales, no se
fijará tan bien a la segunda tela de transferencia, que es de manera
deseable menos texturada (es decir, que posee una menor altura
pico-valle definida por los elementos sólidos de la
superficie) que a la primera tela de transferencia, permitiendo así
que la segunda tela de transferencia presione la hoja continua
contra la superficie del secador de cilindro y que separe la hoja
continua sin levantamiento y sin provocar ninguna otra forma
incipiente de rotura en la hoja.
La fijación de la hoja continua húmeda al Yankee
o a otra superficie caliente de un secador se lleva a cabo de manera
deseable con una compresión de la hoja continua relativamente baja,
para preservar una parte sustancial de la textura transmitida por
las anteriores telas. El modo convencional usado para producir papel
crepado resulta inadecuado para este propósito, ya que en dicho
método, se usa un rodillo de presión para compactar la hoja continua
para llevarla a un estado denso y plano en el Yankee, consiguiendo
de este modo la máxima transferencia de calor por conducción.
Deberían usarse presiones más bajas en la presente invención.
Específicamente, la presión aplicada a la hoja continua debería ser
inferior a aproximadamente 400 psi (2,8 Megapascales (MPa)), en
particular inferior a aproximadamente 150 psi (1,0 MPa), más en
particular inferior a aproximadamente 60 psi (0,41 MPa), tal como
aproximadamente entre 2 y 50 psi (0,014-0,34 MPa), y
más en particular inferior a aproximadamente 30 psi (0,21 MPa). La
presión aplicada a la hoja continua es la presión media medida en
psi (libras por pulgada cuadrada) (Megapascales) a lo largo de
regiones de una pulgada cuadrada (150 milímetros cuadrados
(mm^{2})) que rodean la zona de máxima presión. Las presiones
medidas en libras por pulgada lineal (pli) en el punto de máxima
presión son de manera deseable de aproximadamente 100 pli (libras
por pulgada lineal) (1,8 kilogramos por milímetro lineal (kg/mm)) o
menos, preferentemente de aproximadamente 50 pli (0,89 kg/mm) o
menos, y más preferentemente de aproximadamente entre 2 y 30 pli
(0,036-0,54 kg/mm).
El rodillo de presión puede hallarse
alternativamente separado del secador de cilindro, y por el
contrario, el contacto entre la hoja continua y la superficie del
secador puede favorecerse por la tensión de la tela en una sección
de envoltura de tela. Ya sea con el rodillo de presión en contacto
con el secador o no, la segunda tela de transferencia puede envolver
el secador de cilindro a lo largo de una longitud en la dirección de
la máquina de al menos aproximadamente 2 pies (0,61 m), en
particular de al menos aproximadamente 4 pies (1,2 m), aún más en
particular de al menos aproximadamente 7 pies (2,1 m), y aún más en
particular de al menos aproximadamente 10 pies (3,0 m). Para
realizaciones que implican una envoltura significativa de la tela,
el grado de envoltura de la tela no debería ser superior al 60 por
ciento del perímetro en la dirección de la máquina (circunferencia)
del secador cilíndrico, y en particular debería ser de
aproximadamente el 40 por ciento o menos, más en particular de
aproximadamente el 30 por ciento o menos y aún más en particular de
aproximadamente entre el 5 y el 20 por ciento de la circunferencia
del secador cilíndrico. La tela envuelve de manera deseable el
secador a lo largo de menos de la distancia completa en la que la
hoja continua se halla en contacto con el secador, y en particular,
la tela se separa de la hoja continua antes de la entrada de la hoja
continua en la campana del secador. La longitud de la envoltura de
tela puede depender del grado de rugosidad de la tela.
Suponiendo que se ha evitado la eliminación de
agua compresiva antes de la aplicación de la hoja continua sobre la
superficie del secador de cilindro, la aplicación a baja presión
ayuda a mantener una densidad sustancialmente uniforme en la hoja
continua secada. También se favorece una densidad sustancialmente
uniforme eliminando efectivamente el agua de la hoja continua por
medios no compresivos hasta niveles de secado relativamente altos
antes de la fijación al Yankee. Más específicamente, la hoja
continua se somete a eliminación de agua sin compresión de manera
deseable hasta una consistencia para su colocación sobre el secador
de cilindro, superior a aproximadamente el 25 por ciento, en
particular superior a aproximadamente el 30 por ciento, tal como
aproximadamente entre el 32 por ciento y el 45 por ciento, más en
particular superior a aproximadamente el 35 por ciento, tal como
aproximadamente entre el 35 por ciento y el 50 por ciento, y aún más
en particular superior a aproximadamente el 40 por ciento. Asimismo,
la tela seleccionada para hacer que la hoja continua entre en
contacto con el secador se halla de manera deseable relativamente
libre de protuberancias elevadas no flexibles que podrían aplicar
presiones locales elevadas sobre la hoja continua. Técnicas útiles
para la eliminación de agua suplementaria, más allá de lo que
normalmente es posible con filamentos y cajas de vacío
convencionales, incluyen una prensa neumática en la que pasa aire a
alta presión a través de la hoja continua húmeda para expulsar el
agua en estado líquido, la eliminación de agua capilar, el
tratamiento por vapor y similares.
En realizaciones particulares, la hoja continua
puede ser separada del Yankee o de cualquier otra superficie del
secador calentada sin crepado. Puede aplicarse una mezcla de control
interfacial, comprendiendo adhesivos de crepado y/o agentes químicos
de desmoldeo, a una superficie de la hoja continua o a la superficie
del secador de cilindro para favorecer la fijación y/o la separación
efectiva de la hoja continua de la superficie del secador.
Alternativamente, la hoja continua puede ser crepada, y en
particular crepada ligeramente al extraerla de la superficie del
secador de cilindro. El crepado ligero mantiene la topografía de la
superficie relativamente inalterada, y se asocia con fuerzas
cohesivas bajas en el secador de cilindro.
La etapa de eliminación parcial de agua de la
hoja continua embriónica antes de la etapa de transferencia brusca
puede conseguirse por cualquiera de los métodos conocidos en la
técnica. La eliminación de agua a consistencias de la fibra
inferiores aproximadamente al 30 por ciento es de manera deseable
sustancialmente atérmico. Los medios de eliminación de agua atérmica
incluyen el drenaje inducido por gravedad a través de la tela de
formación, las fuerzas hidrodinámicas, la fuerza centrífuga, el
vacío o la presión de gas aplicada o similares. La eliminación
parcial de agua por medios atérmicos puede incluir los conseguidos a
través del uso de filamentos y cajas de vacío en una Fourdrinier o
en una formadora de doble tela o una Fourdrinier de tela superior
modificada, los rodillos vibrantes o rodillos "agitadores",
incluyendo el "rodillo sónico" descrito por W. Kufferath y
otros en Das Papier, 42(10A):V140 (1988), los rodillos del
lecho de succión, los rodillos de succión u otros dispositivos
conocidos en la técnica. También puede usarse presión de gas
diferencial o presión capilar aplicada a lo largo de la hoja
continua para expulsar el agua en estado líquido de la hoja
continua, tal como la máquina de papel dada a conocer en la patente
U.S.A. 5.230.776, concedida el 27 de Julio de 1993 a I.A. Andersson
y otros; las técnicas de eliminación de agua capilar dadas a conocer
en las patentes U.S.A. 5.598.643, concedida el 4 de Febrero de 1997,
y 4.556.450, concedida el 3 de Diciembre de 1985, ambas a S.C.
Chuang y otros; y los conceptos de eliminación de agua dados a
conocer por J.D. Lindsay en "Eliminación de agua con
desplazamiento para mantener el volumen específico"
("Displacement Dewatering to Maintain Bulk"), Paperi ja Puu,
74(3): 232-242 (1992). Resulta especialmente
preferente la prensa neumática, porque puede añadirse de manera
económica como una modificación de la máquina relativamente simple y
porque ofrece una alta eficiencia y una buena eliminación de
agua.
La etapa de la transferencia brusca puede
llevarse a cabo a través de muchos de los métodos conocidos en la
técnica, en particular, por ejemplo, tal como se da a conocer en la
patente U.S.A. 5.667.636, concedida el 16 de Septiembre de 1997 a
S.A. Engel y otros; y la patente U.S.A. 5.607.551, concedida el 4 de
Marzo de 1997 a T. E. Farrington. Jr. y otros. Para obtener buenas
propiedades de la hoja, la primera tela de transferencia puede
presentar un grado de rugosidad (definido más adelante) de
aproximadamente el 30 por ciento o superior, en particular de
aproximadamente entre el 30 por ciento y el 300 por ciento, más en
particular de aproximadamente entre el 70 por ciento y del 110 por
ciento, del diámetro del filamento de la máxima urdimbre o caída de
la tela o, en el caso de telas no tejidas, de la anchura
característica de la máxima estructura alargada en la superficie de
la tela. Típicamente, los diámetros del filamento pueden estar
aproximadamente entre 0,005 y 0,05 pulgadas (0,1-1
mm), en particular aproximadamente entre 0,005 y 0,035 pulgadas
(0,1-0,9 mm), y más específicamente aproximadamente
entre 0,010 y 0,020 pulgadas (0,3-0,5 mm).
Para conseguir una transferencia de calor
aceptable en la superficie del secador, la segunda tela de
transferencia debe presentar de manera deseable un menor grado de
rugosidad que la primera tela de transferencia. La relación entre el
grado de rugosidad de la segunda tela de transferencia y el grado de
rugosidad de la primera tela de transferencia es de manera deseable
de aproximadamente 0,9 o menos, en particular de aproximadamente 0,8
o menos, más en particular de aproximadamente entre 0,3 y 0,7, y aún
más en particular de aproximadamente entre 0,2 y 0,6. Igualmente, la
profundidad superficial de la segunda tela de transferencia debería
ser de manera deseable inferior a la profundidad superficial de la
primera tela de transferencia, de tal manera que la relación entre
la profundidad superficial de la segunda tela de transferencia y la
profundidad superficial de la primera tela de transferencia sea de
aproximadamente 0,95 o menos, más en particular de aproximadamente
0,85 o menos, más en particular de aproximadamente entre 0,3 y 0,75,
y aún más en particular de aproximadamente entre 0,15 y 0,65.
Si bien las telas tejidas son las más populares
debido a su bajo coste y a su fluidez, se hallan disponibles y en
desarrollo y pueden utilizarse en la presente invención materiales
no tejidos como sustitutivos para las telas de formación y fieltros
de prensa convencionales.
Una hoja continua de tisú producida según los
métodos a que se hace referencia anteriormente posee: una
profundidad superficial (definida más adelante) de al menos 0,1 mm,
en particular de al menos aproximadamente 0,2 mm, y en particular de
al menos aproximadamente 0,3 mm; un valor de la LRA (definida más
adelante) de al menos 0,2 km; un estiramiento en la dirección de la
máquina de al menos el 6 por ciento; y/o un estiramiento en la
dirección transversal a la de la máquina de al menos el 6 por
ciento.
Sin las limitaciones impuestas por el crepado, la
química de la hoja no crepada puede ser modificada para conseguir
nuevos efectos. Con el crepado, por ejemplo, los niveles altos de
agentes desaglomerantes o de ablandadores de la hoja pueden
interferir con la adhesión al Yankee, mientras que en el modo no
crepado, pueden conseguirse niveles de agregados mucho más altos.
Pueden añadirse ahora emolientes, lociones, agentes hidratantes,
agentes de cuidado de la piel, compuestos de silicona tales como los
polisiloxanos y similares, en niveles de manera deseable elevados,
sin que los limite el rendimiento ante el crepado. En la práctica,
no obstante, se debe tener cuidado en conseguir la separación
adecuada desde la segunda tela de transferencia, y para mantener un
cierto nivel mínimo de adhesión en la superficie del secador para un
secado efectivo y el control de la agitación. En cualquier caso, sin
la necesidad de contar con el crepado, se dispondrá de mucha más
libertad para usar nuevos agentes químicos de la parte húmeda y
otros tratamientos químicos bajo la presente invención en
comparación con los métodos de crepado.
Con respecto a las realizaciones anteriores,
pueden usarse muchos tipos de fibras en la presente invención,
incluyendo madera dura y maderas blandas, paja, lino, fibras de seda
de semilla de asclepia, abacá, cáñamo, kenaf, bagazo, algodón, caña
y similares. Pueden usarse todas las fibras de papel conocidas,
incluyendo fibras blanqueadas y no blanqueadas, fibras de origen
natural (incluyendo la fibra de madera y otras fibras celulósicas,
los derivados de la celulosa y las fibras reforzadas o reticuladas
químicamente) o las fibras sintéticas (las fibras de papel
sintéticas incluyen determinadas formas de fibras fabricadas a
partir de polipropileno, acrílico, aramidas, acetatos y similares),
fibras vírgenes y fibras recuperadas o recicladas, madera dura y
madera blanda, y fibras pulperizadas mecánicamente (por ejemplo, la
pasta mecánica), pulperizadas químicamente (incluyendo, sin
limitación, los procesos de fabricación de pasta kraft y de pasta al
bisulfito), pulperizadas termomecánicamente, pulperizadas
químico-termomecánicamente, y similares. Pueden
usarse mezclas de cualquier subconjunto de las clases de fibras
mencionadas anteriormente u otras relacionadas.
En una realización, la emulsión de fibras
contiene fibras de elevada capacidad de deformación en una
proporción de aproximadamente el 10 por ciento o superior, en
particular de aproximadamente el 20 por ciento o superior, y más en
particular de aproximadamente el 50 por ciento o superior, y aún más
en particular de aproximadamente el 70 por ciento o superior. Las
hojas continuas fabricadas con fibras de una elevada capacidad de
deformación tienden a presentar niveles altos de resistencia en
estado húmedo. La resistencia en estado húmedo se favorece también
añadiendo cantidades efectivas de agentes de resistencia en estado
húmedo a la emulsión o a la hoja continua para proporcionar un
índice de resistencia a la tracción en estado húmedo:seco de
aproximadamente el 10 por ciento o superior, en particular de
aproximadamente el 20 por ciento o superior, más en particular de
aproximadamente el 30 por ciento o superior y aún más de
aproximadamente el 40 por ciento o superior. También pueden usarse
fibras reforzadas químicamente o reticuladas en una concentración de
aproximadamente el 10 por ciento o superior, y en particular de
aproximadamente el 25 por ciento o superior, para conseguir una
mejor resistencia en estado húmedo en algunas realizaciones. Por
eficiencia en costes y por otros motivos, algunas realizaciones de
la presente invención pueden incluir hojas continuas que comprenden
aproximadamente el 10 por ciento o más de fibras recicladas, en
particular aproximadamente el 20 por ciento o más de fibras
recicladas, y aún más en particular aproximadamente el 30 por ciento
o más de fibras recicladas, e incluso esencialmente el 100 por
ciento de fibras recicladas.
Las fibras útiles para la presente invención
pueden prepararse de múltiples maneras ventajosas conocidas en la
técnica. Algunos métodos útiles para preparar las fibras incluyen la
dispersión para transmitir ondulación y propiedades de secado
mejoradas, tal y como se da a conocer en las patentes U.S.A.
5.348.620, concedida el 20 de Septiembre de 1994, y 5.501.768,
concedida el 26 de Marzo de 1996, ambas a M.A. Hermans y otros.
Pueden emplearse varias combinaciones de tipos de fibras, de métodos
de tratamiento de fibras y de métodos de formación de la hoja
continua tales como la transferencia brusca para fabricar hojas
continuas según la presente invención.
También pueden usarse aditivos químicos, que
pueden añadirse a las fibras originales, a la emulsión de fibras o a
la hoja continua durante o tras la producción. Dichos aditivos
incluyen opacificadores, pigmentos, agentes de resistencia en estado
húmedo, agentes de resistencia en estado seco, ablandadores,
emolientes, viricidas, bactericidas, reguladores, ceras,
fluoropolímeros, materiales de control de olores, ceolitas, tintes,
tintes fluorescentes o blanqueadores, perfumes, agentes
desaglomerantes, aceites vegetales y minerales, humectantes, agentes
de encolado, superabsorbentes, tensoactivos, agentes humectativos,
agentes de bloqueo de UV, agentes antibióticos, lociones,
fungicidas, agentes de conservación, extracto de aloe vera, vitamina
E o similares. La aplicación de aditivos químicos no tiene que ser
uniforme, pero puede variar según la localización, así como de lado
a lado del tejido. Puede usarse material hidrofóbico depositado en
una parte de la superficie de la hoja continua para mejorar las
propiedades de la hoja continua.
Puede usarse una caja de entrada o una pluralidad
de cajas de entrada. La caja o cajas de entrada pueden
estratificarse para permitir la producción de una estructura
multicapa a partir de un único chorro de la caja de entrada en la
formación de una hoja continua. Preferentemente, la hoja continua se
forma en un bucle sin fin de tela de formación agujereada que
permite el drenaje de líquido y la eliminación de agua parcial de la
hoja continua. Pueden embutirse o unirse mecánica o químicamente
múltiples hojas continuas embriónicas en estado húmedo, procedentes
de múltiples cajas de entrada, para crear una única hoja continua
con múltiples capas.
Se harán evidentes numerosas características y
ventajas de la presente invención a partir de la siguiente
descripción. En la descripción, se hace referencia a los dibujos
adjuntos, que muestran realizaciones preferentes de la invención.
Dichas realizaciones no representan el alcance completo de la
invención. Por lo tanto, deberá hacerse referencia a las
reivindicaciones adjuntas para interpretar el alcance completo de la
invención.
La figura 1 muestra de manera representativa una
vista en sección transversal de una línea de contacto de
transferencia brusca donde una hoja continua se transfiere desde una
tela portadora hasta una tela de transferencia texturada.
La figura 2 muestra de manera representativa una
vista en sección transversal de una hoja continua tras la
transferencia brusca a una tela de transferencia tridimensional.
La figura 3 muestra de manera representativa un
diagrama de proceso esquemático que ilustra una realización de una
sección de una máquina de fabricación de papel según la presente
invención.
La figura 4 muestra de manera representativa un
diagrama de proceso esquemático que ilustra una segunda realización
de una sección de una máquina de fabricación de papel según la
presente invención.
La figura 5 muestra de manera representativa un
diagrama de proceso esquemático que ilustra una tercera realización
de una sección de una máquina de fabricación de papel según la
presente invención.
La figura 6 muestra de manera representativa un
diagrama de proceso esquemático que ilustra una cuarta realización
de una sección de una máquina de fabricación de papel según la
presente invención.
La figura 7 muestra de manera representativa un
diagrama de proceso esquemático que ilustra un gráfico de datos
sobre propiedades físicas de determinadas hojas continuas.
Tal como se utiliza en esta descripción, el
"grosor" de una hoja continua, a menos que se
especifique lo contrario, hace referencia al grosor medido con una
galga de espesores basada en platos de prensa de 3 pulgadas (76 mm)
de diámetro a una carga de 0,05 psi.
Tal como se utiliza en esta descripción, la
"resistencia a la tracción en la DM (``dirección de la
máquina'')" de una muestra de tisú es la medición
convencional, conocida para los técnicos en la materia, de carga por
unidad de anchura en el punto de rotura cuando una hoja continua de
tisú se somete a un esfuerzo en la dirección de la máquina.
Igualmente, la "resistencia a la tracción en la DT (``dirección
transversal a la máquina'')" es la medición análoga tomada en
la dirección transversal a la de la máquina. Las resistencias a la
tracción en la DM y en la DT se miden usando un medidor para ensayos
de tracción Instron usando una anchura de mordaza de 3 pulgadas (76
mm), una abertura de la mordaza de 4 pulgadas (100 mm) y una
velocidad de la cruceta de 10 pulgadas (25 cm) por minuto. Antes del
ensayo, la muestra se mantiene en condiciones TAPPI (73ºF (23ºC),
50% de humedad relativa) durante 4 horas antes del ensayo. La
resistencia a la tracción se determina en unidades de gramos por
pulgada (gramos/milímetro g/mm)) (en el punto de rotura, la lectura
en gramos del Instron se divide por 3, dado que la anchura del
ensayo es de 3 pulgadas (76 mm)).
El "estiramiento en la DM" y el
"estiramiento en la DT" hacen referencia al porcentaje
de alargamiento durante el ensayo de tracción antes de la rotura. El
tisú producido según la presente invención puede presentar un
estiramiento en la DM de aproximadamente el 3 por ciento o superior,
tal como aproximadamente entre el 4 por ciento o aproximadamente el
24 por ciento, aproximadamente el 5 por ciento o superior,
aproximadamente el 8 por ciento o superior, aproximadamente el 10
por ciento o superior y más en particular aproximadamente el 12 por
ciento o superior. El estiramiento en la DT de las hojas continuas
de la presente invención se transmite principalmente a través del
moldeo de una hoja continua húmeda sobre una tela altamente
contorneada. El estiramiento en la DT puede ser de aproximadamente
el 4 por ciento o superior, de aproximadamente el 6 por ciento o
superior, de aproximadamente el 8 por ciento o superior, de
aproximadamente el 9 por ciento o superior, de aproximadamente el 11
por ciento o superior o de aproximadamente entre el 6 y el 15 por
ciento.
Tal como se utiliza en esta descripción, el
factor "LRA" (Longitud de rotura ajustada) de una hoja
continua es la resistencia a la tracción en la DM dividida por el
peso base, expresado en kilómetros. Por ejemplo, una hoja continua
con una resistencia a la tracción en la DM de 300 g/pulg (12 g/mm) y
un peso base de 30 gsm (gramos por metro cuadrado) tiene un factor
LRA de (300 g/pulg)/(30 g/metros cuadrados)*(39,7
pulg/m)*(1 km/1000 m) = 0,4 km.
Tal como se utiliza en esta descripción, el
"índice húmedo:seco" es la relación entre la media
geométrica de la resistencia a la tracción en estado húmedo dividida
por la media geométrica de la resistencia a la tracción en estado
seco. La media geométrica de la resistencia a la tracción (MGRT) es
la raíz cuadrada del producto de la resistencia a la tracción en la
dirección de la máquina por la resistencia a la tracción en la
dirección transversal a la de la máquina de la hoja continua. A
menos que se indique lo contrario, el término "resistencia a la
tracción" significará "media geométrica de la resistencia a la
tracción". Las hojas continuas de esta invención pueden poseer un
índice húmedo:seco de aproximadamente 0,1 o superior, más
específicamente de aproximadamente 0,15 o superior, más
específicamente de aproximadamente 0,2 o superior, aún más
específicamente de aproximadamente 0,3 o superior, y aún más
específicamente de aproximadamente 0,4 o superior, y aún más
específicamente de aproximadamente entre 0,2 y 0,6.
Tal como se utiliza en esta descripción, el
"funcionamiento a alta velocidad" o "velocidad
industrial útil" para una máquina de tisú hace referencia a
una velocidad de la máquina como mínimo igual a cualquiera de los
siguientes valores o intervalos, en pies por minuto (metros por
segundo (m/s)): 1.000 (5,1); 1.500 (7,6); 2.000 (10); 2.500 (13);
3.000 (15); 3.500 (18); 4.000 (20); 4.500 (23); 5.000 (25); 5.500
(28); 6.000 (30); 6.500 (32); 7.000 (36); 8.000 (41); 9.000 (46);
10.000 (51); y un intervalo con un límite inferior y superior igual
a cualquiera de los valores anteriormente listados.
Tal y como se utiliza en esta descripción, el
"nivel de secado válido industrialmente" puede ser de
aproximadamente el 60 por ciento o superior, de aproximadamente el
70 por ciento o superior, de aproximadamente el 80 por ciento o
superior, de aproximadamente el 90 por ciento o superior, de
aproximadamente entre el 60 y el 95 por ciento, o de aproximadamente
entre el 75 y el 95 por ciento. Para la presente invención, la hoja
continua debería ser secada en el secador de cilindro hasta niveles
de secado válidos industrialmente.
Tal y como se utiliza en esta descripción, la
"profundidad superficial" hace referencia a la
diferencia de altura pico-valle característica de
una superficie texturada tridimensional. Puede hacer referencia a la
profundidad o altura característica de una estructura de tisú
moldeado. Un método especialmente adecuado para la medición de la
profundidad superficial es la interferometría moiré, que permite una
medición precisa sin deformación de la superficie. En referencia a
los materiales de la presente invención, la topografía de la
superficie debería medirse usando un interferómetro moiré de luz
blanca y desplazamiento de campo controlado por ordenador con un
campo de visión de aproximadamente 38 mm. Los principios de una
implementación útil de dicho sistema se describen en Bieman y otros,
"Medición absoluta usando un Moiré de desplazamiento de campo"
("Absolute Measurement Using Field-Shifted
Moiré"), Actas de la conferencia sobre óptica de la SPIE ("SPIE
Optical Conference Proceedings"), Vol. 1614, pág.
259-264, 1991. Un instrumento comercial adecuado
para la interferometría moiré es el interferómetro CADEYES®
producido por Medar, Inc. (Farmington Hills, Michigan), construido
para un campo de visión de 38 mm (aunque también resulta adecuado
para un campo de visión de entre 37 y 39,5 mm). El sistema CADEYES®
usa luz blanca proyectada a través de una rejilla para proyectar
líneas negras finas sobre la superficie de la muestra. La superficie
se ve a través de una rejilla similar, creando franjas moiré que se
ven en una cámara CCD. Lentes adecuadas y un motor de velocidad
gradual ajustan la configuración óptica para el desplazamiento de
campo (una técnica descrita más adelante). Un procesador de vídeo
envía las imágenes de borde capturadas a un ordenador PC para su
procesamiento, permitiendo que se calculen en segundo plano los
detalles de la altura de la superficie a partir de los patrones de
franjas detectados por la videocámara. Los principios de uso del
sistema CADEYES para el análisis de la altura
pico-valle característica del tisú los proporcionan
J.D. Lindsay y L. Bieman, "Exploración de propiedades táctiles del
tisú con la interferometría moiré" ("Exploring Tactile
Properties of Tisú with Moire Interferometry"), Actas del taller
de métodos y tecnologías de medición tridimensional sin contacto
(Proceedings of the Non-contact,
Three-dimensional Gaging Methods and Technologies
Workshop), Sociedad de ingenieros industriales ("Society of
Manufacturing Engineers"), Dearborn, Michigan,
4-5 de Marzo de 1997.
El mapa de altura de los datos topográficos de
CADEYES puede ser usado entonces por los técnicos en la materia para
identificar estructuras de malla características (en el caso de
estructuras creadas por patrones de tela; son típicamente
paralelogramos dispuestos en forma de baldosas para cubrir un área
bidimensional más amplia) y para medir la profundidad
pico-valle típica de tales estructuras u otras
superficies arbitrarias. Un método sencillo para hacer esto es
extraer perfiles de altura bidimensionales a partir de las líneas
trazadas en el mapa de altura topográfico que pasan a través de las
áreas más altas y más bajas de las mallas o a través de un número
suficiente de porciones representativas de una superficie periódica.
Estos perfiles de altura pueden ser entonces analizados para obtener
la distancia pico-valle, si los perfiles se extraen
de una hoja o porción de la hoja que se encontraba relativamente
plana durante la medición. A fin de eliminar el efecto del ruido
óptico ocasional y los posibles valores extremos, debería excluirse
el 10 por ciento más alto y el 10 por ciento más bajo del perfil,
tomando el intervalo de altura de los puntos restantes como la
profundidad superficial. Técnicamente, el procedimiento requiere
calcular la variable denominada "P10", que se define como la
diferencia en altura entre las líneas de material 10% y 90%, siendo
el concepto de líneas de material muy conocido en la técnica, tal y
como explica L. Mummery en "Análisis de textura superficial:
Manual" ("Surface Texture Analysis: The Handbook"),
Hommelwerke GmbH, Mühlhausen, Alemania, 1990. En este enfoque, la
superficie se ve como una transición desde el aire al material. Para
un perfil dado, tomado de una hoja colocada horizontalmente, la
altura máxima a la que comienza la superficie - la altura del pico
más alto - es la elevación de la "línea de referencia 0%" o de
la "línea de material 0%", lo que significa que un 0 por ciento
de la longitud de la línea horizontal en dicha altura está ocupada
por material. A lo largo de la línea horizontal que pasa a través
del punto más bajo del perfil, un 100 por ciento de la línea se
halla ocupada por material, haciendo que dicha línea sea la "línea
de material 100%". Entre el 0% y 100% de las líneas de material
(entre los puntos máximo y mínimo del perfil), la fracción de la
longitud de la línea horizontal ocupada por material aumentará
monotónicamente conforme la elevación de la línea disminuya. La
curva de proporción de material proporciona la relación entre la
fracción de material a lo largo de una línea horizontal que pasa a
través del perfil y la altura de la línea. La curva de proporción de
material constituye también la distribución acumulada en altura de
un perfil. (Un término más preciso podría ser "curva de fracción
de material").
Una vez se establece la curva de proporción de
material, puede usarse para definir una altura de pico
característica del perfil. El parámetro "altura
pico-valle típica" P10 se define como la
diferencia entre las alturas de la línea de material 10% y la línea
de material 90%. Este parámetro es relativamente robusto en la
medida en que los valores extremos o las desviaciones inusuales de
la estructura del perfil típica tienen poca influencia en la altura
P10. Las unidades de la altura P10 son los mm. La Profundidad
superficial de un material se expresa como el valor de la
profundidad superficial P10 para líneas del perfil que incluyen los
extremos de la altura de la malla típica de dicha superficie. La
"Profundidad superficial precisa" es el valor P10 para un
perfil tomado a lo largo de una región plana de la superficie de una
altura relativamente uniforme en relación con los perfiles que
incluyen máximos y mínimos de las mallas unitarias. En una
disposición de dos caras, las mediciones se expresan para la cara
más texturada de los materiales de la presente invención.
La profundidad superficial tiene como fin
examinar la topografía producida en la hoja base, especialmente
aquellas características creadas en la hoja antes y durante los
procesos de secado, pero pretende excluir la topografía a gran
escala creada "artificialmente" a partir de las operaciones de
conversión en seco tales como el estampado, el perforado, el
plisado, etc. Por lo tanto, los perfiles examinados deberían ser
tomados de regiones no estampadas si la hoja ha sido estampada, o
deberían ser medidos en una hoja no estampada. Las mediciones de la
Profundidad superficial deberían excluir estructuras a gran escala
tales como pliegues o dobleces que no reflejan la naturaleza
tridimensional de la propia hoja base original. Se reconoce que la
topografía de la hoja puede verse reducida por el satinado y otras
operaciones que afectan a toda la hoja base. La medición de la
profundidad superficial puede llevarse a cabo adecuadamente en una
hoja satinada.
Tal y como se utiliza en esta descripción, la
"escala de longitud lateral" hace referencia a una
dimensión característica de una hoja continua texturada
tridimensional con una textura que comprende una malla repetitiva.
La anchura mínima de un polígono convexo que rodea la malla se toma
como la escala de longitud lateral. Por ejemplo, en un tisú secado
por circulación de aire pasante en una tela con depresiones
rectangulares repetitivas separadas aproximadamente 1 mm en la
dirección transversal y aproximadamente 2 mm en la dirección de la
máquina, la escala de longitud lateral sería de aproximadamente 1
mm. Las telas texturadas (telas de transferencia y fieltros)
descritas en esta invención pueden presentar estructuras periódicas
que muestran una escala de longitud lateral de al menos alguno de
los siguientes valores: aproximadamente 0,5 mm, aproximadamente 1
mm, aproximadamente 2 mm, aproximadamente 3 mm, aproximadamente 5 mm
y aproximadamente 7 mm.
Tal y como se utiliza en esta descripción, la
"longitud de la malla en la DM" hace referencia a la
extensión (distancia) en la dirección de la máquina de una malla
característica en una tela u hoja de tisú caracterizada por
presentar una estructura repetitiva. Las telas texturadas (telas de
transferencia y fieltros) descritas en esta invención pueden
presentar estructuras periódicas que muestren una escala de longitud
lateral de al menos alguno de los siguientes valores:
aproximadamente 1 mm, aproximadamente 2 mm, aproximadamente 5 mm,
aproximadamente 6 mm y aproximadamente 9 mm.
Tal como se utiliza en esta descripción, el
"grado de rugosidad de la tela" hace referencia a la
distancia vertical máxima característica abarcada por las
superficies superiores de una tela texturada que puede entrar en
contacto con una hoja continua del papel depositada sobre la
misma.
En una realización de la presente invención, una
o ambas telas de transferencia se fabrican según lo expuesto en la
patente U.S.A. 5.429.686, concedida el 4 de Julio de 1995 a K. F.
Chiu y otros. La tela tridimensional dada a conocer en la misma
presenta una capa de soporte de carga adyacente a la cara de la
máquina de la tela, y contiene una capa esculpida tridimensional en
la cara de la pulpa de la tela. La unión entre la capa de soporte de
carga y la capa esculpida se denomina "plano de subnivel". El
plano de subnivel viene definido por las partes superiores de los
nudos inferiores en la DT en la capa de soporte de carga. El
esculpido sobre la cara de la pulpa de la tela resulta efectivo para
producir una impresión de imagen negativa sobre la hoja continua de
pulpa transportada por la tela.
Los puntos más elevados de la capa esculpida
definen un plano superior. La parte superior de la capa esculpida se
halla formada por segmentos de urdimbres de "impresión" que
forman nudos de impresión en la DM, cuyos puntos superiores definen
el plano superior de la capa esculpida. El resto de la capa
esculpida se halla por encima del plano de subnivel. Las partes
superiores de los nudos en la DT más elevados definen un plano
intermedio que puede coincidir con el plano de subnivel, pero que
más frecuentemente se encuentra levemente por encima del plano de
subnivel. El plano intermedio debe encontrarse por debajo del plano
superior a una distancia finita de éste denominada "diferencia
de plano". La "diferencia de plano" de las telas dadas a
conocer por Chiu y otros, o de telas similares, puede tomarse como
el "grado de rugosidad de la tela". Para otras telas, el grado
de rugosidad de la tela puede tomarse en general como la diferencia
en altura vertical entre la parte más elevada de la tela y la
superficie más baja de la tela con posibilidad de entrar en contacto
con una hoja continua de papel.
Una medición relacionada específicamente con el
grado de rugosidad de la tela es el "Factor de rugosidad en
masilla", donde se mide el intervalo de altura vertical de
una impresión en masilla de la tela. El compuesto dilatante 3179 de
Dow Coming®, que se ha comercializado bajo la marca comercial SILLY
PUTTY, se lleva hasta una temperatura de 73ºF (23ºC) y se moldea
para formar un disco plano y uniforme de 2,5 pulgadas (64 mm) de
diámetro y de 1/4 de pulgada (6,4 mm) de grosor. El disco se coloca
en un extremo de un cilindro de bronce con una masa de 2046 gramos y
que mide 2,5 pulgadas (64 mm) de diámetro y 3 pulgadas (76 mm) de
altura. La tela a medir se coloca sobre una superficie limpia y
sólida, y el cilindro con la masilla en un extremo se invierte y se
coloca suavemente sobre la tela. El peso del cilindro presiona la
masilla contra la tela. El peso permanece sobre el disco de masilla
durante un periodo de 20 segundos, tras los cuales el cilindro se
eleva con cuidado y suavemente, típicamente llevándose consigo la
masilla. La superficie texturada de la masilla que estuvo en
contacto con la tela puede medirse ahora por medios ópticos para así
obtener estimaciones de la diferencia de altura
pico-valle característica medida como el parámetro
P10 anteriormente descrito. La medición a transmitir es el valor más
alto de los dos valores medios P10, uno para la dirección de la
máquina y uno para la dirección transversal. La media de cada
dirección es el valor P10 medio de al menos 10 secciones del perfil
paralelas a la dirección de interés, siendo cada sección del perfil
de aproximadamente 15 mm de largo o más largas, y estando separadas
entre sí en la superficie para obtener una representación razonable
de las diferencias de altura en la superficie. Por ejemplo, las
impresiones en masilla de varias telas Lindsay Wire TAD con
estructuras alargadas en la dirección de la máquina proporcionaron
el valor medio P10 más alto cuando se tomaron medias en la dirección
transversal. Una tela, por ejemplo, presentó un valor P10 medio de
0,68 mm en la dirección transversal a la de la máquina (DT) y de
0,47 mm en la dirección de la máquina (DM), para la cual se
determinaría un valor del Factor de grado de rugosidad en masilla de
0,68 mm. Otra tela presentó un valor P10 medio en la DT de 1,16 mm,
basado en 15 líneas del perfil de 20 mm de longitud, en comparación
con un valor de 0,64 mm en la dirección de la máquina, y para ésta
se determinaría un valor del Factor de grado de rugosidad en masilla
de 1,16 mm. Un medio útil para tal medición es el interferómetro
moiré CADEYES descrito anteriormente, con un campo de visión de 38
mm. La medición debería realizarse en los primeros 2 minutos tras la
retirada del cilindro de bronce.
La porosidad de la tela determina su capacidad de
dejar pasar aire o humedad o agua a través de la tela para conseguir
el contenido de humedad deseado en la hoja continua transportada por
la tela. La porosidad se determina a partir de la densidad de
urdimbre (porcentaje de cobertura de urdimbres) y la orientación y
espaciado de las urdimbres y tramas de la tela.
Tal y como se utiliza en esta descripción, el
término "texturada" o "tridimensional"
aplicado a la superficie de una tela, fieltro u hoja continua de
papel sin satinar indica que la superficie no es sustancialmente
suave y coplanar. En particular, indica que la superficie posee un
valor de Profundidad superficial, grado de rugosidad de la tela o
Grado de rugosidad en masilla de al menos 0,1 mm, tal como
aproximadamente entre 0,2 y 0,8 mm, en particular al menos 0,3 mm,
tal como aproximadamente entre 0,3 y 1,5 mm, más en particular al
menos 0,5 mm y aún más en particular al menos 0,7 mm. En
realizaciones particulares de la presente invención, la primera tela
de transferencia posee un Factor de grado de rugosidad en masilla de
entre 0,2 mm y 2,0 mm, y más en particular la primera tela de
transferencia posee un Grado de rugosidad en masilla de al menos 0,5
mm, y la segunda tela de transferencia posee un Grado de rugosidad
en masilla de al menos aproximadamente un 20 por ciento menos que el
Grado de rugosidad en masilla de la primera tela de
transferencia.
La "densidad de urdimbre" se define
como el número total de urdimbres por pulgada (milímetros) de
anchura de tela por el diámetro de los hilos de urdimbre en pulgadas
(milímetros) por 100.
Se usan los términos "urdimbre" y
"trama" para hacer referencia a los hilos de la tela
tejidos en un telar donde la urdimbre se extiende en la dirección de
desplazamiento de la tela a través del aparato de fabricación del
papel (la dirección de la máquina) y las tramas se extienden a
través de la anchura de la máquina (la dirección transversal a la de
la máquina). Los técnicos en la materia reconocerán que es posible
fabricar la tela de tal manera que los hilos de urdimbre se
extiendan en la dirección transversal a la de la máquina y los hilos
de trama se extiendan en la dirección de la máquina. Dichas telas
pueden utilizarse de acuerdo con la presente invención considerando
los hilos de trama como urdimbres en la DM y los hilos de urdimbre
como tramas en la DT. Las tramas del extremo de la urdimbre pueden
ser redondos, planos, en forma de cinta o cualquier combinación de
estas formas.
Tal como se usan aquí, las "fibras de la
pasta de alto rendimiento" son aquellas fibras de papel
producidas por procesos de pulpación que proporcionan un rendimiento
de aproximadamente el 65 por ciento o superior, más específicamente
de aproximadamente el 75 por ciento o superior, y aún más
específicamente de aproximadamente entre el 75 y el 95 por ciento.
El rendimiento es la cantidad resultante de fibra procesada como
porcentaje de la masa de madera inicial. Tales procesos de pulpación
incluyen la pulpa químico-termomecánica blanqueada
(BCTMP), la pulpa químico-termomecánica (CTMP), la
pulpa termomecánica a presión (PTMP), la pulpa termomecánica (TMP),
la pulpa termomecánica química (TMCP), las pastas al bisulfito de
alto rendimiento y las pastas kraft de alto rendimiento, todas las
cuales dejan las fibras resultantes con niveles elevados de lignina.
Las fibras de alto rendimiento son muy conocidas por su rigidez
(tanto en el estado seco como en el estado húmedo) en relación con
las típicas fibras pulperizadas químicamente. Las paredes de las
mallas de las fibras de kraft y de otras fibras sin un elevado
rendimiento tienden a ser más flexibles debido a que se ha eliminado
en gran medida la lignina, el "cemento" o "pegamento" que
se encuentra sobre la pared de la malla y en parte de la misma. La
lignina, asimismo, no aumenta de volumen en el agua y es
hidrofóbica, y resiste el efecto ablandador del agua en la fibra,
manteniendo la rigidez de la pared de la malla en fibras de elevado
rendimiento humedecidas, en relación con las fibras kraft. Las
fibras de la pasta de alto rendimiento preferentes también pueden
caracterizarse por estar compuestas de fibras comparativamente
enteras y no dañadas, un refinado elevado (un Grado de refinado
estándar canadiense ("Canadian Standard Freeness") (CSF) de 250
o superior, más específicamente un CSF 350 o superior, y aún más
específicamente un CSF 400 o superior), y un bajo contenido en
fibras cortas (menos del 25 por ciento, más específicamente menos
del 20 por ciento, aún más específicamente menos del 15 por ciento,
y aún más específicamente menos del 10 por ciento según la prueba de
jarra Britt). Las hojas continuas fabricadas a partir de fibras
recicladas tienen menos probabilidades de adquirir las propiedades
de resistencia en estado húmedo de la presente invención debido al
daño que sufren las fibras durante el proceso mecánico. Además de
las fibras de papel comunes indicadas anteriormente, las fibras de
la pasta de alto rendimiento también incluyen otras fibras naturales
tales como las fibras de seda de semilla de asclepia, la abacá, el
cáñamo, el kenaf, el bagazo, el algodón y similares.
Tal como se usan aquí, las "fibras de la
pasta resistentes en estado húmedo" son fibras de papel
seleccionadas del grupo que comprende las fibras de la pasta de alto
rendimiento, las fibras reforzadas químicamente y las fibras
reticuladas. Ejemplos de fibras reforzadas químicamente o
reticuladas incluyen fibras mercerizadas, fibras HBA producidas por
Weyerhaeuser Corp., y aquellas tales como las descritas en la
patente U.S.A. 3.224.926, "Método para formar fibras celulósicas
reticuladas y producto a partir del mismo" ("Method of Forming
Cross-linked Cellulosic Fibers and Product
Thereof"), concedida en 1965 a L.J. Bemardin, y la patente U.S.A.
3.455.778, "Tisú crepado formado a partir de fibras reticuladas
reforzadas y fibras de papel refinadas" ("Creped Tisú Formed
From Stiff Cross-linked Fibers and Refined
Papermaking Fibers"), concedida en 1969 a L.J. Bernardin. Si bien
puede usarse cualquier mezcla de fibras de la pasta resistentes en
estado húmedo, las fibras de la pasta de alto rendimiento son las
fibras resistentes en estado húmedo escogidas para muchas
realizaciones de la presente invención, debido a su bajo coste y a
su buen comportamiento en el manejo en estado fluido cuando se usan
según los principios descritos más adelante.
La cantidad de fibras de la pasta de alto
rendimiento o resistentes en estado húmedo puede ser al menos de
aproximadamente el 10 por ciento de peso seco o superior, más
específicamente de aproximadamente el 15 por ciento de peso seco o
superior, por ejemplo desde aproximadamente el 20 al 100 por ciento,
más específicamente de aproximadamente el 30 por ciento de peso seco
o superior, y aún más específicamente de aproximadamente el 50 por
ciento de peso seco o superior. Para hojas en capas, estas mismas
cantidades pueden aplicarse a una o varias de las capas
individuales. Dado que las fibras de la pasta resistentes en estado
húmedo son en general menos suaves que otras fibras de papel, en
algunas aplicaciones resulta ventajoso incorporarlas en el centro
del producto final, por ejemplo colocándolas en la capa central de
una hoja de tres capas o, en el caso de un producto de doble hoja,
colocándolas en las capas que miran hacia el interior de cada una de
las dos hojas.
Tal y como se usan aquí, la "eliminación de
agua no compresiva" y el "secado no compresivo"
hacen referencia a métodos de eliminación de agua o secado,
respectivamente, para eliminar el agua de hojas continuas
celulósicas que no implican líneas de contacto compresivas ni otras
etapas que provoquen una significativa densificación o compresión de
una parte de la hoja continua durante el proceso de secado o
eliminación de agua. Tales métodos incluyen el secado por
circulación de aire pasante; el secado por impacto de un chorro de
aire; el secado por refijación de chorro radial y por refijación de
ranura radial, tal y como describen R.H. Page y J.
Seyed-Yagoobi en Tappi J., 73(9):229 (Sept
1990); el secado sin contacto tal como el secado por flotación de
aire, tal y como lo describe E.V. Bowden, E. V., Appita J.,
44(1):41 (1991); el flujo pasante o el impacto de vapor
supercalentado; el secado por microondas u otros métodos de secado
por radiofrecuencia o dieléctricos; la extracción de agua por
fluidos supercríticos; la extracción de agua por fluidos no acuosos
con baja tensión superficial; el secado por infrarrojos; el secado
por contacto con una película de metal fundido; y otros métodos. Se
cree que las hojas tridimensionales de la presente invención podrían
secarse o eliminar el agua mediante cualquiera de los anteriormente
mencionados medios de secado no compresivos sin provocar una
significativa densificación de la hoja continua o una pérdida
significativa de su estructura tridimensional ni de sus propiedades
de resistencia en estado húmedo. La tecnología estándar de crepado
en seco se considera un método de secado compresivo, dado que la
hoja continua debe ser presionada mecánicamente contra parte de la
superficie de secado, provocando una densificación significativa de
las regiones que sufren la presión contra el cilindro Yankee
calentado.
La invención se describirá ahora en mayor detalle
con referencia a las figuras. Por simplicidad, los diversos rodillos
tensores usados esquemáticamente para definir los diversos
recorridos de la tela se muestran pero no se numeran, y se ha dado
el mismo numeral a elementos similares en diferentes figuras. Pueden
usarse una variedad de aparatos y operaciones convencionales de
fabricación de papel con respecto a la preparación de la pasta, la
caja de entrada, las telas de formación, las transferencias de la
hoja continua, el secado y el crepado. En cualquier caso, se
muestran componentes particulares convencionales con el propósito de
proporcionar el contexto en el que pueden usarse las diversas
realizaciones de la invención.
La presente invención resuelve varios problemas
que aparecen en la producción de una hoja continua no crepada usando
la transferencia brusca y el secado en tambor. Sin que se desee
limitación por ninguna teoría en concreto, el mecanismo propuesto
para alguno de los problemas anteriormente mencionados puede
comentarse en referencia a las figuras 1 y 2. El punto de
transferencia o levantamiento de una estación de transferencia de la
hoja se muestra en la figura 1. Una hoja continua de papel húmeda
(1) es transportada por una tela portadora (2) que se desplaza a una
primera velocidad en la dirección positiva de la máquina, que es la
dirección de la flecha (60) en la figura 1. La hoja continua (1) se
transfiere a una tela de transferencia texturada (3), la cual
comprende generalmente un patrón alternativo en la dirección de la
máquina de nudos (3a) elevados hacia la hoja continua (1) y de
cavidades (3b) rebajadas con respecto a la hoja continua. La tela
portadora (2) y la tela de transferencia (3) se hallan adaptadas
para colocarse muy cercanas entre sí en el punto de transferencia.
La tela de transferencia (3) se desplaza a una segunda velocidad
sustancialmente más lenta que la primera velocidad de la tela
portadora (2). Típicamente, se aplica un diferencial de presión del
aire para ayudar a la transferencia de la hoja continua (1) desde la
tela portadora a la tela de transferencia. Por ejemplo, puede
posicionarse una caja de vacío (no mostrada) bajo la tela de
transferencia (3) para forzar a la hoja continua (1) hacia la tela
de transferencia.
La transferencia brusca de la hoja continua (1) a
la tela de transferencia texturada (3) proporciona en general a la
hoja continua (1) un patrón alternativo de regiones planas (4) y
regiones moldeadas (5), visto en la dirección transversal a la de la
máquina. Conforme los nudos (3a) o las regiones más elevadas (3a) de
la tela de transferencia (3) entran en contacto con la hoja continua
(1) que se halla todavía fijada a la tela portadora (2), los nudos
con un movimiento más lento arañan la superficie de la hoja continua
y pueden llegar a provocar una rotura en el plano de la trama
fibrosa durante el breve tiempo de contacto entre la tela portadora
y la tela de transferencia. Conforme la hoja continua (1) se
decelera, puede curvarse y ser moldeada en la tela de transferencia
(3) y/o experimentar microcompresiones (no mostradas) con una escala
de longitud más reducida que la escala de longitud de la tela de
transferencia. El movimiento de arrastre o de arrancado de los nudos
elevados (3a) de la tela de transferencia (3) puede resultar en una
distribución menos uniforme de la masa y de los enlaces
fibra-fibra del papel. Las regiones planas (4) de la
hoja continua cercanas a los picos elevados (3a) de la tela de
transferencia (3) pueden haber sido los que han sufrido las mayores
tensiones durante la transferencia brusca diferencial.
Una observación particular a partir de las
investigaciones experimentales del inventor se muestra en la figura
2, donde la hoja continua (1) se presenta ahora desplazándose con la
tela de transferencia tridimensional (3) una vez la hoja continua ha
sido transferida bruscamente con éxito hacia la tela de
transferencia tridimensional. La tela (3) se mueve de izquierda a
derecha, tal y como indica la flecha (60). Las regiones de la hoja
continua (1) adyacentes al extremo posterior de las regiones
elevadas (3a) de la tela de transferencia (3- pueden presentar
bultos (4a) o protuberancias aparentemente resultantes de un
apilamiento de material fibroso desplazado o de la tensión dentro
del plano de la hoja continua que entra en contacto con la tela de
transferencia (3)-. En relación al marco de referencia de la tela
portadora (2), que se mueve en la dirección positiva de la máquina,
la tela de transferencia (3) se mueve hacia atrás en la dirección
negativa de la máquina. Los bultos elevados (4a) de la hoja continua
(1) pueden aparecer debido a una acción de ranurado de la estructura
que se desplaza hacia atrás (en relación a la hoja continua antes de
la transferencia). Las regiones adyacentes pueden estar sometidas a
una tensión elevada y presentar un peso base reducido, y los propios
bultos (4a) pueden estar sometidos a una tensión elevada,
especialmente en la superficie de la hoja continua que no mira a la
tela de transferencia.
Si la hoja continua (1) de la figura 2 fuera
presionada directamente contra el secador Yankee, las regiones que
contienen los bultos (4a) serían las que sufrirían una mayor presión
contra el Yankee. Durante el secado, dichos bultos (4a) pueden
adherirse firmemente al Yankee por tensión capilar y adhesión
química, implicando compuestos orgánicos en la emulsión de fibras o
adhesivos aplicados a la superficie del secador o a la hoja
continua. Así, cuando se tira de la hoja para separarla del Yankee,
las regiones débiles de la hoja fijada pueden romperse o permanecer
adheridas al Yankee, provocando roturas en la hoja continua y
defectos en la hoja. Alternativamente o además de ello, la hoja
continua (1) puede someterse a una tensión excesiva durante la
separación, de manera que la hoja presenta una resistencia reducida.
Si la hoja continua (1) se separase usando una cuchilla de crepado,
la hoja podría romperse. Pero cuando se tira de la hoja para
separarla del Yankee o de otra superficie de secado del tambor, la
fragilidad de las regiones sometidas a una tensión elevada que
contienen o se hallan adyacentes a los bultos (4a) puede comprometer
la integridad de la hoja. Los bultos (4a) pueden permanecer fijados
a la superficie del secador, formándose una rotura o defecto en la
región adyacente de la hoja continua. El problema parece ser
entonces que la combinación de transferencia brusca a una hoja
continua texturada con el secado en un secador de tambor resulta en
el levantamiento de la hoja, defectos o la rotura de la hoja
continua debido a que las regiones con más probabilidades de rotura
son las que sufrirán una tensión mayor al despegar la hoja continua
de la superficie del secador. Estos problemas resultan especialmente
graves en el funcionamiento a alta velocidad, cuando la hoja se seca
hasta niveles de secado industrialmente válidos.
Habiendo descubierto una posible causa de los
problemas de fluidez encontrados en determinadas condiciones en la
producción de tisú no crepado transferido bruscamente, con un alto
volumen específico y secado en tambor, se han desarrollado diversas
soluciones. En particular, la hoja continua sometida a transferencia
brusca se transfiere al menos una vez más a fin de asegurar que las
regiones más débiles o sometidas a más tensión (4) y (4a) de la hoja
continua (1) (y en particular las partes más exteriores de la hoja
continua en dichas regiones) no se convierten en las zonas de mayor
fijación al Yankee o al secador de tambor, y posiblemente para
ayudar a la separación de la hoja continua de la tela una vez se
coloca la hoja continua en la superficie del secador de cilindro.
Independientemente de las causas de la pobre fluidez de anteriores
enfoques, se ha descubierto que los métodos dados a conocer aquí
resultan en una mejora de las propiedades de la hoja y de la
fluidez.
Idealmente, la hoja continua (1) se invierte
antes de ser fijada al Yankee, de manera que la superficie de la
hoja continua que entró en contacto originalmente con la tela de
transferencia sea la que entre en contacto con el Yankee cuando la
hoja se coloca sobre éste. Una realización de la presente invención
se muestra en la figura 3. Se muestra una hoja continua húmeda (1)
desplazándose sobre una tela portadora (2-, que puede ser una tela
de formación sobre la cual se deposita una emulsión acuosa desde una
caja de entrada (no mostrada). La hoja continua se somete a
eliminación de agua de manera deseable mientras se encuentra sobre
la tela portadora (2) hasta una consistencia adecuada para una
operación de transferencia brusca, a saber, una consistencia que
permita, para un mejor rendimiento, la formación de una hoja
continua tal como de aproximadamente el 15 por ciento o superior, en
particular de aproximadamente el 20 por ciento o superior.
La tela portadora (2) se introduce en una primera
línea de contacto de transferencia, donde una primera zapata de
transferencia por vacío (6) ayuda a transferir la hoja continua a
una primera tela de transferencia (3) que se desplaza a una
velocidad sustancialmente menor que la de la tela portadora. La
primera tela de transferencia (3) es una tela tridimensional, tal
como un diseño Lindsay Wire T-116-3
(Lindsay Wire Division, Appleton Mills, Appleton,
Wisconsin), u otra tela basada en lo expuesto en la patente U.S.A. 5.429.686, concedida a Kai F. Chiu y otros. La hoja continua se reduce durante la transferencia brusca gracias a la diferencia de velocidad entre las dos telas. Para obtener los mejores resultados, la primera tela de transferencia (3) debería avanzar más lentamente que la tela portadora (2) en aproximadamente un 10 por ciento o más, en particular en aproximadamente un 20 por ciento o más, y más en particular en aproximadamente un 30 por ciento o más. En realizaciones concretas, la primera tela de transferencia (3) se desplaza a una velocidad aproximadamente entre un 15 por ciento y un 50 por ciento inferior a la de la tela portadora (2).
Wisconsin), u otra tela basada en lo expuesto en la patente U.S.A. 5.429.686, concedida a Kai F. Chiu y otros. La hoja continua se reduce durante la transferencia brusca gracias a la diferencia de velocidad entre las dos telas. Para obtener los mejores resultados, la primera tela de transferencia (3) debería avanzar más lentamente que la tela portadora (2) en aproximadamente un 10 por ciento o más, en particular en aproximadamente un 20 por ciento o más, y más en particular en aproximadamente un 30 por ciento o más. En realizaciones concretas, la primera tela de transferencia (3) se desplaza a una velocidad aproximadamente entre un 15 por ciento y un 50 por ciento inferior a la de la tela portadora (2).
La hoja continua (1) sometida a transferencia
brusca es conducida por la primera tela de transferencia (3) hasta
una segunda línea de contacto de transferencia entre una caja de
soplado (8) opcional y una segunda zapata de transferencia por vacío
(9), donde la hoja continua es levantada por una segunda tela de
transferencia (7). La segunda tela de transferencia (7) porta la
hoja continua hasta una línea de contacto entre un rodillo (10) y un
secador de tambor (11), donde la hoja continua se fija a la
superficie del secador de tambor (11). El giro del secador de tambor
(11) se representa por las flechas de las figuras. La segunda tela
de transferencia (7) presenta de manera deseable un menor grado de
rugosidad que la primera tela de transferencia (3), y resulta
adecuada para presionar una cantidad suficiente de la hoja contra el
Yankee o secador de tambor para así favorecer una buena fijación y
un buen secado. Si sólo una pequeña parte de la hoja se halla en
contacto íntimo con la superficie del secador, ello impedirá la
transferencia de calor, y la velocidad de la máquina deberá
reducirse.
La transferencia de la hoja continua (1) a la
segunda tela de transferencia (7) invierte la hoja continua y
asegura que las partes más debilitadas de la hoja continua, esto es,
las regiones (4) y (4a), tal y como se muestra en la figura 2, no se
fijen preferentemente a la superficie del secador. Como resultado,
la hoja continua puede retirarse más adelante de la superficie del
secador con un riesgo de daño a la hoja continua relativamente
bajo.
La hoja continua pasa entonces por el rodillo
(10a) y es forzada contra la superficie del secador de cilindro
(11). El rodillo (10a) puede ser forzado contra el secador de
cilindro (11) para proporcionar una carga lineal de aproximadamente
100 pli (1,8 kg/mm) o menos, preferentemente de aproximadamente 50
pli (0,89 kg/mm), y más preferentemente de aproximadamente entre 2
(0,036 kg/mm) y 30 pli (0,54 kg/mm). Opcionalmente, el rodillo (10a)
puede hallarse desplazado con respecto al secador (11) de tal manera
que no exista una línea de contacto compresiva en el punto en el que
la hoja continua entra en contacto con la superficie del secador de
cilindro. La tela (7) envuelve el secador de cilindro a lo largo de
una parte del perímetro del secador para así proporcionar a la hoja
continua el suficiente tiempo de residencia como para que pueda
adherirse al cilindro en lugar de a la segunda tela de transferencia
(7)-. De esta manera, la hoja continua permanece fijada al cilindro
de secado cuando la tela se aleja del cilindro a la altura del
rodillo (10b). La fracción del perímetro del cilindro a lo largo de
la cual se envuelve la segunda tela de transferencia puede ser de
aproximadamente el 5 por ciento o superior, más específicamente de
aproximadamente el 15 por ciento o superior, y aún más
específicamente de aproximadamente entre el 10 y el 30 por ciento.
Puede ser necesario aplicar sustancias químicas apropiadas u otros
medios a la superficie del secador de cilindro con la ayuda de un
brazo de rociado (no mostrado), así como a la segunda tela de
transferencia (7), para conseguir una buena adhesión y
separación.
separación.
Es deseable un cierto grado de envoltura de la
tela alrededor de la superficie del secador de cilindro para
favorecer la transferencia de calor y para reducir los problemas de
manejo de la hoja. Si la tela se retira demasiado pronto, la hoja
podría pegarse a la tela y no a la superficie del secador de
cilindro, a menos que la hoja continua sea presionada a alta presión
contra la superficie del secador. Por supuesto, el uso de alta
presión representa una solución no deseable cuando se favorece el
uso de un tratamiento generalmente no compresivo para conseguir un
mejor volumen específico y una mejor resistencia en estado húmedo.
Preferentemente, para conseguir un mejor rendimiento, la tela
permanece en contacto con la hoja continua sobre la superficie del
secador hasta que la hoja continua ha alcanzado una consistencia de
al menos el 40 por ciento, en particular de al menos el 45 por
ciento, más en particular de al menos el 50 por ciento, aún más en
particular de al menos el 55 por ciento y aún más en particular de
al menos el 60 por ciento. La presión aplicada a la hoja continua se
encuentra de manera deseable, aunque no necesariamente, en el
intervalo de 0,1 a 5 psi (0,69-34 kPa), más en
particular en el intervalo de 0,5 a 4 psi (3,4-28
kPa), y aún más en particular en el intervalo de aproximadamente 0,5
a 3 psi (3,4-21 kPa).
Una vez se fija la hoja continua a la superficie
del secador, puede secarse aún más con una campana (12) de impacto
de aire a alta temperatura u otros medios de secado. La hoja
continua parcialmente secada se separa entonces de la superficie del
secador (11), y la hoja continua despegada (14) se somete entonces,
si fuera necesario, a un secado posterior (no mostrado) o a otros
tratamientos antes de su enrollado.
En la figura 4 se muestra una realización
alternativa de la presente invención, en la que una hoja continua
(1) avanza sobre una tela portadora (2) hasta alcanzar una
consistencia de manera deseable de aproximadamente entre el 10 y el
30 por ciento, momento en el cual la hoja continua se transfiere en
un primer punto de transferencia a una primera tela de transferencia
(3) con la ayuda de una zapata de transferencia por vacío (6). La
primera tela de transferencia (3) presenta un volumen vacío
sustancialmente superior al de la tela portadora, y posee de manera
deseable una topografía tridimensional caracterizada por nudos
elevados en la dirección de la máquina que superan en altura a los
nudos más elevados en la dirección transversal en al menos 0,2 mm,
en particular en al menos 0,5 mm, y más en particular en al menos 1
mm. En realizaciones concretas, los nudos elevados en la dirección
de la máquina superan en altura a los nudos más elevados en la
dirección transversal en aproximadamente entre 0,8 y 3 mm.
La hoja continua húmeda se desplaza hasta un
segundo punto de transferencia donde una caja de soplado (16) y una
caja de vacío (15) cooperan para transferir la hoja continua a una
segunda tela de transferencia (7), que puede tener un movimiento más
lento que la primera tela de transferencia (3). La segunda tela de
transferencia (7) presenta de manera deseable aproximadamente la
mitad del grado de rugosidad de la primera tela de transferencia o
menos, suponiendo que la mayoría de la transferencia brusca aplicada
transmitida a la hoja continua ha ocurrido durante la primera
transferencia. Si la mayoría de la transferencia brusca aplicada a
la hoja continua ocurre durante la transferencia a la segunda tela
de transferencia, puede ser deseable que la segunda tela de
transferencia presente un mayor grado de rugosidad que la primera
tela de transferencia, siendo preferible un grado de rugosidad al
menos un 30 por ciento superior al de la primera tela de
transferencia. La transferencia brusca puede ocurrir en cualquiera
de los puntos de transferencia o en ambos puntos. La cantidad de
transferencia brusca es proporcional a la diferencia de velocidad
absoluta en pies por minuto (o metros por segundo) que la hoja
continua experimenta en una transferencia.
Tras ser transferida a la segunda tela de
transferencia (7), la hoja continua pasa a través de una operación
opcional de eliminación de agua no compresiva tal como en la prensa
neumática mostrada en la figura 4. La prensa neumática comprende una
cámara impelente superior presurizada (17) y una caja de vacío
inferior (18) en una relación de cooperación tal que el aire
presurizado de la cámara impelente (17) pasa a través de la hoja
continua y hacia el interior de la caja de vacío (18), eliminando el
agua de esta manera de la hoja continua hasta una consistencia
preferentemente de aproximadamente el 30 por ciento o superior, más
preferentemente de aproximadamente el 32 por ciento o superior, y
aún más preferentemente de aproximadamente el 33 por ciento o
superior. Puede colocarse una tela de soporte adicional (no
mostrada) en contacto con la hoja continua (1) para aprisionar la
hoja continua entre la segunda tela de transferencia (7) y la tela
de soporte conforme la hoja continua se desplaza a través de la
prensa neumática.
La hoja continua pasa entonces por el rodillo
(10a) y es forzada contra la superficie del secador de cilindro
(11). La tela (7) puede envolver el secador de cilindro hasta
alejarse del cilindro a la altura del rodillo (10b). Tras ser
separada de la segunda tela de transferencia (7), la hoja continua
reposa sobre la superficie del secador de cilindro (11) y pasa a
través de una campana de secado (12) opcional que incorpora el
impacto de aire calentado a alta velocidad. La hoja continua secada
(14) puede ser entonces enrollada en una bobina (21) con la ayuda de
otro rodillo (20) o rodillos adicionales, o de un sistema accionado
por correa, que es generalmente preferible para los materiales de
tisú de alto volumen específico.
Una alternativa al método de inversión de la hoja
continua dado a conocer en relación con las figuras 3 y 4 consiste
en desplazar la alineación de la hoja continua en la primera tela de
transferencia, de tal manera que las partes previamente elevadas de
la hoja continua dejen de estar sobre las partes elevadas de la
primera tela de transferencia. El resultado de este método de
desplazamiento de la alineación es que las regiones elevadas de la
hoja continua en la primera tela de transferencia no se convierten
en los puntos principales de contacto con el secador de cilindro. En
referencia a la figura 5, una hoja continua (1) se transfiere desde
una tela de formación (2) a una primera tela de transferencia (22)
con movimiento más lento mediante una zapata de levantamiento (6) en
la ubicación del primer punto de transferencia. Se consigue un
desplazamiento en la alineación de la hoja continua moldeada
transferida bruscamente con respecto a la estructura de la primera
tela de transferencia transfiriendo la hoja continua desde la
primera tela de transferencia (22) a una segunda tela de
transferencia (23) en un segundo punto de transferencia en el que la
segunda tela de transferencia se halla respaldada por el rodillo
(24) (también puede usarse una zapata de vacío), y a continuación de
vuelta a la primera tela de transferencia en un tercer punto de
transferencia que corresponde aproximadamente a la ubicación de una
ranura de vacío en la zapata de vacío (27). Este reposicionamiento
de la hoja continua (1) tiene como propósito asegurar que aquellas
partes de la hoja continua que habían estado en contacto con las
partes más elevadas de la superficie de la primera tela de
transferencia se hallan ahora en contacto con partes menos elevadas
de la superficie de la primera tela de transferencia, o, como
mínimo, separar preliminarmente la hoja continua de la tela para así
facilitar la separación subsiguiente que se dará cuando la tela sea
forzada hacia la superficie del secador (11), y provocar una
reordenación macroscópica de la hoja continua en relación con la
primera tela de transferencia con el fin de reducir las
probabilidades de que las partes más débiles sean las que queden más
firmemente fijadas al secador de cilindro.
A fin de conseguir un realineamiento más
efectivo, debería prestarse atención a las longitudes de los
recorridos entre los puntos de transferencia segundo y tercero. Tal
como se muestra en la figura 5, la primera tela de transferencia
atraviesa una longitud del recorrido superior entre los puntos de
transferencia segundo y tercero que la segunda tela de transferencia
y la propia hoja continua. La diferencia en las longitudes del
recorrido para la primera tela de transferencia y la hoja continua
no debe ser un múltiplo entero de la longitud de la malla en la DM
característica de la primera tela de transferencia. Más bien, deberá
presentar un desplazamiento fraccional tal que las partes de la hoja
continua que habían estado en contacto con las partes más elevadas
de la primera tela de transferencia antes del segundo punto de
transferencia se hallen ahora desplazadas con respecto a dichas
partes más elevadas de la primera tela de transferencia por una
distancia de desplazamiento. Idealmente, la distancia de
desplazamiento es la mitad de la longitud de la malla en la DM, pero
en la práctica, dicho desplazamiento, en unidades de la longitud de
la malla en la DM característica, puede adoptar cualquier valor
aproximadamente entre 0,2 y 0,8, en particular aproximadamente entre
0,3 y 0,7, y más en particular aproximadamente entre 0,4 y 0,6.
Puede conseguirse un tratamiento adicional de la
hoja continua con un diferencial de presión del aire mientras la
hoja continua se encuentra sobre la segunda tela de transferencia.
Tal como se muestra en la figura 5, la hoja continua se somete a un
moldeo posterior contra la segunda tela de transferencia o a una
eliminación posterior de agua por la combinación de una caja de aire
presurizado o vapor (26) y una caja de vacío (25). En este caso,
resulta posible que la segunda tela de transferencia presente una
textura arbitraria, ya que no entrará en contacto con el secador de
cilindro. De hecho, en la realización de la figura 5, la primera
tela de transferencia puede presentar una rugosidad intermedia de la
fibra superior a la de la tela de formación (1), pero inferior a la
de la segunda tela de transferencia, con lo que la segunda tela de
transferencia puede convertirse en el medio principal de la
aportación de textura a gran escala. De este modo, la transferencia
brusca puede realizarse principalmente en el primer punto de
transferencia cerca de la primera zapata de transferencia por vacío
(6) y, en lugar de invertir la hoja, puede conseguirse una mejor
fluidez realineando la hoja continua en la primera tela de
transferencia usando dos transferencias adicionales hacia una
segunda tela de transferencia y desde la misma, posicionando
adecuadamente el bucle de la segunda tela de transferencia para
asegurar que el realineamiento se produce correctamente. Resulta
deseable un nivel de envoltura de la tela proporcionado por la
primera tela de transferencia bajo una tensión adecuada en contacto
con el secador de cilindro (11) para así mejorar la transferencia de
calor e impedir problemas de separación de la hoja. Durante el
intervalo en el que la hoja continua se ha separado temporalmente de
la primera tela de transferencia, dicha tela puede ser tratada con
un agente de desmoldeo, tal como una disolución o emulsión de aceite
de silicona, en el lado en contacto con la hoja continua, para así
facilitar su subsiguiente separación de la hoja continua una vez
dicha hoja continua se ha colocado sobre la superficie del secador.
El chorro (52) se aplica de manera deseable mediante un brazo de
rociado o ducha de rociado (51). También se muestra un brazo de
rociado independiente (53) que aplica un chorro (54) al tambor del
secador (11) para proporcionar un equilibrio adecuado de adhesión y
desmoldeo a la hoja continua sobre la superficie del
secador.
secador.
Tras ser transferida de vuelta a la primera tela
de transferencia (22), la hoja continua puede ser moldeada de nuevo
contra la primera tela de transferencia o bien sometida a una nueva
eliminación de agua por una operación de moldeo o eliminación de
agua (28), que puede incluir una caja de vapor con una caja de vacío
bajo la hoja continua, una prensa neumática, eliminación de agua por
desplazamiento y otros medios de eliminación de agua no compresivos
o medios de texturado. La hoja continua entra entonces en contacto
con el secador de cilindro, preferentemente con cierto grado de
envoltura, tras lo cual la primera tela de transferencia se despega
del secador de cilindro mientras la hoja continua (1) permanece
fijada, y se somete a un posterior secado en una campana de aire
calentado u otros medios antes de despegar la hoja continua del
secador de cilindro, que se realiza preferentemente sin crepado.
En las anteriores realizaciones, la hoja continua
húmeda (1) se aplica de manera deseable al Yankee sin una
densificación significativa de la hoja continua. La combinación de
la eliminación de agua no compresiva, la aplicación a baja presión
de la hoja continua en la superficie del secador de cilindro y el
uso de una tela o fieltro seleccionados adecuadamente para aplicar
la hoja continua sobre el cilindro, de manera que la hoja continua
no se densifique excesivamente a causa de protuberancias en la tela
o fieltro, puede resultar en una hoja continua secada de una
densidad sustancialmente uniforme. Tanto si la hoja continua
presenta una densidad sustancialmente uniforme como si presenta
regiones de densidad alta y baja, el volumen específico medio (el
inverso de la densidad) de la hoja continua basado en la medición
del grosor de la hoja continua entre platos de prensa planos puede
ser de aproximadamente 3 cc/g (centímetros cúbicos por gramo) o
superior, en particular de aproximadamente 6 cc/g o superior, más en
particular de aproximadamente 10 cc/g o superior, más en particular
de aproximadamente 12 cc/g o superior, y aún más en particular de
aproximadamente 15 cc/g o superior. Las hojas continuas de alto
volumen específico se satinan a menudo para formar un producto
final. Tras un satinado opcional de la hoja continua, el volumen
específico del producto acabado puede ser de aproximadamente 4 cc/g
o superior, en particular de aproximadamente 6 cc/g o superior, más
en particular de aproximadamente 7,5 cc/g o superior, y aún más en
particular de aproximadamente 9 cc/g o
superior.
superior.
Dado que la tela que presiona la hoja contra el
secador puede tener una superficie tridimensional, pueden existir
nudos que mantengan preferentemente partes de la hoja fijadas contra
la superficie del secador, si bien, de manera deseable, la hoja no
debería encontrarse sustancialmente densificada en estas regiones de
los nudos debido a un secado no compresivo adecuado antes del secado
y gracias a la presión relativamente baja aplicada por la tela. Por
lo tanto, es posible crear una hoja continua con una densidad
sustancialmente uniforme, y con una distribución uniforme o no
uniforme de agentes de resistencia en estado húmedo, compuestos de
resistencia en estado seco, sales, tintes u otros aditivos y
compuestos.
Otra realización de la invención se muestra en la
figura 6, que es similar a la realización de la figura 3 antes de la
segunda transferencia. En la segunda transferencia, la hoja continua
(1) se coloca sobre la segunda tela de transferencia (7), desde la
que la hoja continua (1) se fija al secador de cilindro (11) con un
rodillo de presión de carga (30), a niveles de carga del rodillo o
presiones en la línea de contacto convencionales. Esto resulta en
una densificación según un patrón de la hoja continua (1) por la
tela agujereada (7) que se presiona contra la hoja continua. La tela
(7) puede envolver el secador (11), si bien con un grado de
envoltura reducido, menor del 5 por ciento del perímetro del
secador. La hoja continua (1), una vez fijada al secador de cilindro
(11), puede ser posteriormente retenida o mantenida en contacto con
la superficie caliente mediante un bucle adicional opcional de tela
del secador (32) que se mantiene en contacto con una parte de la
superficie del secador de cilindro mediante los rodillos (33), los
cuales pueden ejercer presión sobre el cilindro del secador o bien
pueden estar separados de la superficie del secador por un hueco
suficiente como para que los rodillos no ejerzan ninguna fuerza
directa sobre el secador, aparte de la fuerza de la tensión en la
tela (32). La tela (32) debería desplazarse sobre la superficie del
secador de cilindro a la misma velocidad que la hoja continua (1),
si bien puede ser deseable un diferencial de velocidad en algunas
realizaciones para suavizar o modificar de otra manera la superficie
de la hoja continua expuesta al aire. La tela (32) puede ser plana o
seguir un patrón, y puede presentar una topografía
tridimensional.
Al igual que en la figura 3, la hoja continua es
secada en el secador (11) por la transferencia de calor del aire
calentado en la campana (12) y por conducción desde el propio
secador antes del despegado de la superficie del secador. El
despegado se realiza preferentemente sin crepado, si bien puede
estar presente una cuchilla de crepado para ayudar a la separación
de la hoja continua.
Los siguientes Ejemplos sirven para ilustrar
posibles enfoques relacionados con la presente invención, en los que
se consigue un mejor manejo en estado fluido, volumen vacío y
textura superficial a través de las construcciones innovadoras dadas
a conocer aquí. Las cantidades, proporciones, composiciones y
parámetros concretos se dan a modo de ejemplo, y no se pretende que
limiten específicamente el alcance de la invención.
Para ilustrar la eficacia de una segunda
transferencia de tela a tela después de una etapa de transferencia
brusca en lo que respecta a la mejora de determinadas propiedades de
la hoja continua, se llevaron a cabo pruebas en una máquina de papel
modelo funcionando como una máquina de secado por circulación de
aire pasante sin un secador de tambor. El objetivo de la prueba era
examinar el efecto de la estrategia de transferencia brusca en
relación con disponer de una segunda operación de transferencia
después de una primera etapa de transferencia brusca. Se preparó una
pulpa a partir de un 40 por ciento de fibras de abeto BCTMP y un 60
por ciento en peso de fibras kraft blanqueadas de madera blanda
Coosa Pines LL19. Las fibras se diluyeron hasta una consistencia del
1 por ciento. Se añadió el aditivo KYMENE 557LX de resistencia en
estado húmedo (Hercules, Inc., Wilmington, Delaware) en una dosis
del 0,4 por ciento en base al peso en seco de la fibra. En un primer
subconjunto de este ejemplo, que representa un método de
transferencia preferente, la emulsión fue suministrada por un
difusor de flujo hacia una tela de formación suave a 40 pies por
minuto (0,20 m/s). La hoja continua embriónica fue sometida a
eliminación de agua con cajas de vacío y a continuación transferida
bruscamente a una tela tridimensional de elevado grado de rugosidad,
una tela T-116-3 Lindsay Wire
(filial de Appleton Mills, Appleton, Wisconsin). El nivel de
transferencia brusca varió tal y como se muestra en la Tabla 1. La
hoja continua sometida a transferencia brusca fue transferida
entonces a una tela menos texturada, una tela de secado por
circulación de aire pasante Lindsay Wire L-452. La
hoja continua se secó entonces en una secadora por circulación de
aire pasante y fue enrolla-
da.
da.
En una segunda variante que representa un método
menos preferente, la hoja continua embriónica se transfirió primero
de manera no brusca a una tela Albany Felt, Velostar 800, desde la
cual se realizó entonces la transferencia brusca de la hoja continua
a la tela Lindsay Wire T-116-3 con
una mayor grado de rugosidad. La tela
T-116-3 presentaba un valor de malla
de 71X64 y un grado de rugosidad de 0,6 mm; la Vetostar 800
presentaba un valor de malla de 46X32.
Los resultados del método preferente se muestran
en la Tabla 1, mientras que la Tabla 2 proporciona los resultados
del método menos preferente. En las tablas, "PB" hace
referencia al peso base de la hoja continua dado en gramos por metro
cuadrado, y el "Calibre" hace referencia al espesor de una
única hoja dado en milésimas de pulgada (y milímetros). En ambos
casos, se aplicó la transferencia brusca conforme la hoja continua
avanzaba a la tela de mayor grado de rugosidad, pero no en la
transferencia a la tela de menor grado de rugosidad. De este modo,
los valores representados hacen referencia a un proceso en el que la
hoja continua se sometió a una transferencia brusca a una tela de
alto grado de rugosidad, y en el método preferente, se transfirió
subsiguientemente de nuevo a una tela de menor grado de rugosidad.
Tras las dos etapas de transferencia, ambas hojas continuas fueron
secadas completamente por circulación de aire pasante y enrolladas
sin satinado.
Los datos de estiramiento en la DM y del factor
LRA se presentan en la figura 7, que muestra cómo la segunda etapa
de transferencia posterior a la etapa inicial de transferencia
brusca permite a las hojas continuas alcanzar una mayor resistencia
en un nivel dado de estiramiento en la DT, y viceversa. Por ejemplo,
en un estiramiento en la DM del 5 por ciento, el método preferente
de transferencia brusca proporciona más de un 30 por ciento de
aumento de la resistencia. Una hoja continua con un estiramiento en
la DM adecuado y resistencia elevada es un buen candidato para el
secado en tambor, ya que la hoja podrá ser separada del tambor
tirando de ella sin crepado, o menos de manera deseable, con un
crepado leve de la hoja continua. La resistencia o el estiramiento
mejorados se traducen en una mejor fluidez de la máquina y mejores
propiedades físicas del producto acabado.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Se fabrica una hoja continua en capas con fibras
largas en una primera capa y fibras más cortas y rizadas en una
segunda capa con una caja de entrada estratificada que deposita una
emulsión de baja consistencia (inferior al 0,6%) sobre una tela de
formación texturada capaz de transmitir una distribución de masa
variable a una hoja continua durante la etapa de formación. La
segunda capa contiene un porcentaje de agentes desaglomerantes del
0,1 por ciento o superior, mientras que la primera capa contiene un
porcentaje de resinas de resistencia en estado húmedo del 0,1 por
ciento o superior. La hoja continua se somete a eliminación de agua
mediante cajas de vacío y filamentos hasta una consistencia de entre
el 18 por ciento y el 20 por ciento o superior, y a continuación se
somete a transferencia brusca con un nivel de aceleración de al
menos el 10 por ciento, y en particular un nivel de aceleración de
al menos el 25 por ciento, hacia un bucle sin fin de una tela
texturada secada por circulación de aire pasante (la primera tela de
transferencia o una tela con un grado de rugosidad de
aproximadamente 1 mm) tal como una tela Lindsay Wire
T-216-3. Después de la transferencia
brusca, la hoja se somete a eliminación de agua hasta una
consistencia de aproximadamente el 30 por ciento o superior, en
particular de aproximadamente el 36 por ciento o superior, mediante
una prensa neumática en la que sustancialmente todo el aire aplicado
pasa a través de la hoja continua, con presiones del aire superiores
a 30 psi (0,21 MPa) y de manera deseable superiores a 60 psi (0,41
MPa), con una caja de vacío bajo la región de contacto de la prensa
neumática para así atraer más gas a través de la hoja. La hoja se
precalienta con una caja de vapor antes de la prensa neumática. La
hoja continua texturada sometida a transferencia brusca se
transfiere entonces a una tela o fieltro relativamente suave, siendo
éste último texturado o convencional, presentando un grado de
rugosidad al menos un 20 por ciento inferior al de la primera tela
de transferencia, y de manera deseable al menos un 50 por ciento
inferior. La tela o fieltro envuelve entonces ligeramente la
superficie del Yankee a lo largo del al menos 2 pies (0,61 m), en
particular al menos 7 pies (2,1 m) y aplica la suficiente presión a
través de la tensión de la tela para mantener la hoja sujeta sobre
el Yankee, mientras el rodillo de presión que fija la hoja continua
al Yankee ejerce una carga inferior al 30 por ciento de su carga
convencional para reducir la compactación de la hoja. La hoja se
seca en el Yankee hasta una consistencia de al menos el 70 por
ciento, tras lo cual se seca posteriormente con secadores de tambor
adicionales. La hoja puede ser estampada o convertida de cualquier
otro modo para su uso comercial. La hoja continua puede ser moldeada
por diferenciales de presión del aire para ajustarse a la primera o
la segunda tela de transferencia, o a ambas. Además, puede usarse un
rodillo de presión texturado tal como un rodillo ranurado para
transmitir una textura adicional a la hoja continua o para mantener
la textura de la tela. La hoja continua puede usarse como papel
higiénico, tisú facial, toallita absorbente de papel, capa
absorbente dentro de un artículo absorbente, una parte de una prenda
desechable y
similares.
similares.
La anterior descripción detallada se ha hecho a
modo de ilustración. Por ello, pueden realizarse un número de
modificaciones y cambios sin salirse del alcance de la presente
invención. Por ejemplo, pueden usarse características alternativas u
opcionales descritas como parte de una realización para dar como
resultado otra realización. Adicionalmente, dos componentes
denominados podrían representar partes de la misma estructura.
Además, pueden emplearse diversos procesos y disposiciones
alternativas del equipo, en particular con respecto a la preparación
de la pasta, la caja de entrada, las telas de formación, las
transferencias de la hoja continua, el secado y el crepado. Por lo
tanto, la invención no deberá estar limitada por las realizaciones
específicas descritas.
Claims (45)
1. Método para producir una hoja continua de tisú
que comprende:
a) depositar una suspensión acuosa de fibras de
papel sobre una tela de formación (2) para formar una hoja continua
húmeda (1);
b) eliminar el agua de la hoja continua húmeda
(1) hasta una consistencia adecuada para una operación de
transferencia brusca;
c) someter la hoja continua en la que se ha
eliminado el agua (1) a una transferencia brusca hacia una primera
tela de transferencia (3) con una profundidad superficial de al
menos 0,1 mm;
d) transferir la hoja continua (1) a una segunda
tela de transferencia (7);
e) transferir la hoja continua (1) a la
superficie de un secador de tambor (11); y
f) separar la hoja continua (1) de la superficie
del secador de tambor (11).
2. Método, según la reivindicación 1, en el que
la hoja continua húmeda (1) se somete a eliminación de agua hasta
una consistencia de aproximadamente el 20 por ciento o superior
antes de la etapa de transferencia brusca.
3. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la primera tela de
transferencia (3) presenta una topografía tridimensional con un
grado de rugosidad superior al de la tela de formación (2).
4. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la segunda tela de
transferencia (7) presenta un menor grado de rugosidad que la
primera tela de transferencia (3).
5. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la hoja continua (1) se
transfiere a la superficie del secador de tambor (11) con una
presión adaptada para mantener una topografía sustancialmente
tridimensional en la hoja continua (1).
6. Método, según la reivindicación 5, en el que
la hoja continua (1) se transfiere a la superficie del secador de
tambor (11) desde la segunda tela de transferencia (7).
7. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la hoja continua (1) se seca
en la superficie del secador de tambor (11) antes de la retirada del
mismo.
8. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la hoja continua (1) tiene
una primera superficie que entra en contacto con la primera tela de
transferencia (3) durante la transferencia brusca y que más adelante
entra en contacto con la superficie del secador de tambor.
9. Método, según la reivindicación 8, que
comprende además un número par de transferencias adicionales a telas
adicionales.
10. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la primera tela de
transferencia (3) posee un grado de rugosidad de entre 0,2 mm y 1,5
mm.
11. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que la primera tela de transferencia
(3) posee un grado de rugosidad de 0,5 mm o superior.
12. Método, según la reivindicación 11, en el que
la primera tela de transferencia posee un grado de rugosidad de
entre 0,5 mm y 1,2 mm.
13. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la primera tela de
transferencia (3) posee un grado de rugosidad de al menos tres veces
el grado de rugosidad de la tela de formación (2) y al menos un 10
por ciento superior al Grado de rugosidad de la segunda tela de
transferencia (7).
14. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el nivel de transferencia
brusca es de aproximadamente el 10 por ciento o superior.
15. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la hoja continua (1) se
separa de la superficie del secador de tambor (11) sin crepado.
16. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, en el que la hoja continua (1) se separa de
la superficie del secador de tambor (11) con crepado.
17. Método, según la reivindicación 1 o
cualquiera de las reivindicaciones precedentes dependientes de la
reivindicación 1, que comprende además la transferencia de la hoja
continua (1) desde la segunda tela de transferencia (7) de vuelta a
la primera tela de transferencia (3) de manera que la hoja continua
(1) sea reposicionada en la primera tela de transferencia (3).
18. Método, según la reivindicación 17, en el que
la hoja continua (1) presenta una primera superficie que entra en
contacto con la primera tela de transferencia (3) durante la
transferencia brusca y una segunda superficie opuesta a ésta que
entra en contacto más adelante con el secador de tambor (11).
19. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la hoja continua (1) se
somete a eliminación de agua hasta una consistencia de
aproximadamente el 25 por ciento o superior antes de ser transferida
a la superficie del secador de tambor (11).
20. Método, según la reivindicación 19, en el que
la hoja continua (1) se somete a eliminación de agua hasta una
consistencia de aproximadamente el 30 por ciento o superior antes de
ser transferida a la superficie del secador de tambor (11).
21. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 18, en el que la hoja continua (1) se somete a
eliminación de agua sin compresión hasta una consistencia de
aproximadamente el 30 por ciento o superior antes de ser transferida
a la superficie del secador de tambor (11).
22. Método, según la reivindicación 21, en el que
se emplea una prensa neumática para eliminar el agua de la hoja
continua (1).
23. Método, según la reivindicación 21, en el que
se hace pasar un gas a través de la hoja continua (1) para eliminar
el agua de dicha hoja continua (1) antes de que entre en contacto
con el secador de tambor (11).
24. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además envolver una
parte del secador de tambor (11) con una tela (7) para mantener un
buen contacto térmico entre la superficie del secador de tambor (11)
y la hoja continua (1).
25. Método, según la reivindicación 24, en el que
la tela envolvente (7) es un fieltro resistente de fabricación de
papel con una estructura superficial tridimensional que comprime
diferencialmente la hoja continua (1) en la superficie del secador
de tambor (11).
26. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la máxima presión ejercida
contra la hoja continua (1) mientras dicha hoja continua (1) se
halla en contacto con la segunda tela de transferencia (7) y en
contacto con la superficie del secador de tambor (11) es de
aproximadamente 100 libras por pulgada lineal (1,8 kg/mm) o inferior
en el punto de máxima presión.
27. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la hoja continua (1)
presenta una densidad sustancialmente uniforme y una topografía
tridimensional antes de su deposición sobre el secador de tambor
(11).
28. Método, según la reivindicación 27, en el que
la hoja continua secada (14) presenta una densidad sustancialmente
uniforme.
29. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la hoja continua secada (14)
posee un volumen específico de aproximadamente 6 cc/g o
superior.
30. Método, según la reivindicación 29, en el que
la hoja continua secada (14) posee un volumen específico de
aproximadamente 9 cc/g o superior.
31. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que las fibras de papel
comprenden al menos aproximadamente un 10 por ciento de fibras
celulósicas químicamente reforzadas.
32. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que las fibras de papel
comprenden al menos aproximadamente un 10 por ciento de fibras de
alto rendimiento.
33. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que las fibras de papel
comprenden al menos aproximadamente un 20 por ciento de fibras
recicladas.
34. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la suspensión acuosa
contiene una cantidad efectiva de un aditivo de resistencia en
estado húmedo, de tal manera que el índice de resistencia a la
tracción en estado húmedo:seco de la hoja continua secada (14) es al
menos de 0,10.
35. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la suspensión acuosa
contiene agentes desaglomerantes de las fibras.
36. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la velocidad de la máquina
en el secador de tambor (11) es al menos de 1500 pies por minuto
(7,6 m/s).
37. Método, según la reivindicación 32, en el que
la velocidad de la máquina en el secador de tambor es al menos de
2000 pies por minuto (10 m/s).
38. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la hoja continua de tisú
resultante posee una profundidad superficial de al menos 0,1 mm en
el estado no satinado.
39. Método, según la reivindicación 38, en el que
la hoja continua de tisú resultante posee una profundidad
superficial de al menos 0,2 mm en el estado no satinado.
40. Método, según la reivindicación 38 ó 39, en
el que la hoja continua de tisú resultante posee una profundidad
superficial de al menos 0,3 mm en el estado no satinado.
41. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 38 a 40, en el que la hoja continua de tisú
resultante posee un valor de la Longitud de rotura ajustada de al
menos 0,2 km.
42. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 38 a 41, en el que la hoja continua de tisú
resultante posee un valor del estiramiento en la dirección de la
máquina de al menos el 6 por ciento.
43. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 38 a 42, en el que la hoja continua de tisú
resultante posee un valor del estiramiento en la dirección
transversal de al menos el 6 por ciento.
44. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 37, en el que no se usa ningún secador
giratorio por circulación de aire pasante para secar la hoja
continua (1).
45. Método, según la reivindicación 17 y
cualquiera de las reivindicaciones dependientes de la reivindicación
17, que comprende además aplicar un agente de desmoldeo a la primera
tela de transferencia (3) después de la primera transferencia y
antes de que la hoja continua (1) sea transferida de vuelta a la
primera tela de transferencia (3).
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