JP4972285B2 - せん断−カレンダ加工方法及び装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2002年11月27日出願の米国特許出願出願番号第10/305,784号の一部継続出願である。
本発明は、一般的に、ティッシュ製品のような螺旋状に巻いた紙製品に関し、また、せん断カレンダ加工装置及びこの装置を用いる方法に関する。
本発明で説明するティッシュ製品は、トイレットペーパー、ティッシュペーパー、ペーパータオル、工業用ワイプ、給食用ワイプ、ナプキン、医療用パッド、及び他の同様の製品のようなベースウェブで作られた紙製品を含むことを意味する。
ロール嵩は、巻いたロール上の紙の容積をその質量で割ったものである。ロール嵩は、π(3.142)に平方cm(cm2)で測ったロール直径の平方と平方cm(cm2)で測った外側コア直径の平方との差を計算して得られる量を掛け、それを4で割り、cmで測ったシート長さにシート数を掛けてグラム(g)/平方cm(cm2)で測ったシートの骨格乾燥坪量を掛けた量で割ることにより計算される。
すなわち、ロール嵩(cc/g)=3.142×(ロール直径の平方(cm2)−外側コア直径の平方(cm2))/(4×シート長さ(cm)×シート数×坪量(g/cm2))、又は、ロール嵩(cc/g)=0.785×(ロール直径の平方(cm2)−外側コア直径の平方(cm2))/(シート長さ(cm)×シート数×坪量(g/cm2))である。
本発明の様々なロール製品では、ロール上のシートの嵩は、約11.5立方センチメートル/グラム又はそれ以上、好ましくは、約12立方センチメートル/グラム又はそれ以上、より好ましくは、約13立方センチメートル/グラム又はそれ以上、更に好ましくは、約14立方センチメートル/グラム又はそれ以上とすることができる。
図5を参照すると、ファズ・オン・エッジ試験を行うのに用いることができる固定具の一実施形態が示されている。図示のように、固定具には、第1のガラスプレート300及び第2のガラスプレート302が含まれる。各ガラスプレートの厚みは1/4インチである。更に、ガラスプレート300には、面取りしたエッジ部304が含まれ、ガラスプレート302には、面取りエッジ部306が含まれる。各面取りエッジ部の厚みは1/16インチである。この実施形態では、ガラスプレートは、一対のU字形ブラケット308及び310により定位置に維持される。ブラケット308及び310は、例えば、3/4インチの仕上げ寸法を有するべニヤ板で作ることができる。
サンプルを試料トレイに入れ、試料の上に保持フレームを置く。最初に、機械方向測定を行う。1つは摩擦係数を測定し(MIUと記録)、1つは表面粗度(SMDと記録)を測定するための2つのプローブをサンプルの上に置く。表面粗度を測定するためのプローブは、直径0.5mmの鋼製ワイヤで作られる。摩擦係数は、各々の直径が0.5mmで人間の指を模擬するように設計された10個の鋼製ワイヤを備えたプローブを用いて測定される。サンプルは、2つのプローブの下を一定速度0.1センチメートル/秒で前後に移動される。測定は、表面上の2cmに対して行われる。プローブの距離又は変位は、電位差計で検出される。摩擦係数プローブは、力変換器で検出される。表面粗度プローブの垂直方向移動は、変換器で検出される。サンプルの変位(距離)(L、cm)に対して、摩擦係数(MIU−単位なし)及び表面粗度(SMD−ミクロン)をプロットする。次に、サンプルを90度回転して再び試験し、機械横断方向測定値を得る。以下の設定が用いられた。
摩擦感度=2×5
粗度感度=2×5
静的荷重=25g
上述の設定では、器具から得た生の数値に次に0.2を掛けて最終的な摩擦係数の結果が得られる。
移動可能なチャックは、速度0.5センチメートル/秒で移動する。材料を曲げるのに用いられるモーメント量(グラム重*cm/cm)に対する曲率をプロットする。試験する全ての材料に対して、以下の計器設定を用いた。
測定モード=1サイクル
感度=2×1
Kスパン制御=SET
曲率=±2.5cm-1
KESシステムアルゴリズムは、以下の曲げ特性値を計算する。
B=曲げ剛性(グラム重×cm2/cm)
2HB=曲げヒステリシス(グラム重×cm/cm)
各サンプルに対してMD及びCD曲げ剛性の両方を試験し、MD及びCD測定値の算術平均を取ることにより平均曲げ剛性を計算した。平均曲げ剛性は、本明細書では「カワバタ曲げ剛性」と呼ぶ。
圧縮線形性は、同じくカトー・テック・カンパニーから入手可能な「カワバタ評価システムKES型番FB−3」を用いて測定する。
この計器は、2つのプランジャ間でサンプルを圧縮することにより材料の圧縮特性を測定するように設計される。圧縮特性を測定するために、最大の予め設定した力になるまで上部プランジャを一定速度でサンプル上に降ろす。プランジャの変位は、電位差計で検出される。サンプルを圧縮する圧力の量(P、gf/cm2)に対する材料の厚み(変位)(T、mm)をコンピュータスクリーン上にプロットする。この試験では、全ての材料に対して以下の計器設定を用いた。
感度=2×5
ギア(速度)=1ミリメートル/50秒
Fm設定=5.0
ストローク選択=最大5mm
圧縮面積=2cm2
時間遅延=標準
最大圧縮力=50gf
圧縮線形性(LC)
圧縮エネルギ(WC)
圧縮弾性(RC)
最小圧力0.5gf/cm2で測定した厚み値(TO)
完全圧縮圧力50gf/cm2で測定した厚み値(TM)
以下の式を用いて圧縮率(EMC)を計算した。
EMC%=((TO−TM)/TO)×100
各サンプルに対して5回の測定が行われた。
実施例で圧縮線形性の値を説明する。
例えば、一実施形態では、本発明は、螺旋状に巻いてロールにした単一プライティッシュウェブで作られたロールティッシュ製品に関する。巻きロールのKershawロール堅さは、約7.8mmよりも小さく、詳細には、約7.6mmよりも小さく、より詳細には、約7.0mmよりも小さい。例えば、一実施形態では、巻きロールのKershawロール堅さは、約7.0mmから約7.8mm、詳細には、約7.2mmから約7.5mmとすることができる。
また、本発明に従って製造されたベースウェブの機械方向又は機械横断方向の摩擦係数は、最も高いファズ・オン・エッジ値を有するウェブの側を試験すると約0.32よりも大きい。ベースウェブの曲げ剛性/GM勾配Aは、約0.006よりも小さいとすることができ、ベースウェブの圧縮線形性は、約0.50よりも小さいとすることができる。
代替実施形態では、本発明は、螺旋状に巻いてロールにした多重プライティッシュで作られたロールティッシュ製品に関する。このティッシュには、例えば、2プライ、3プライ、又は更にそれ以上の数のプライを含むことができる。この実施形態では、巻きロールのKershawロール堅さは、約9.0mmよりも小さく、例えば、8.5mmよりも小さく、8.0mmよりも小さく、7.5mmよりも小さく、実施形態によっては、約7.0mmよりも小さいとすることができる。例えば、Kershawロール堅さは、約6.0mmから約9.0mmの範囲とすることができる。
一実施形態では、本発明の工程に用いられるせん断−カレンダ加工装置は、互いに対向するように位置決めされた2つの回転ロールを含むことができる。しかし、別の実施形態では、回転ロールは、移動ベルトに対向するように位置決めすることができる。
本発明の他の特徴及び態様をより詳細に以下に示す。
当業者に対する本発明の最良の態様を含む完全で実行可能な本発明の開示は、添付図面の参照を含む本明細書においてより具体的に説明される。
本明細書及び図面の参照符号の反復使用は、本発明の同じか又は類似の特徴又は要素を表すものとする。
一般的に、本発明は、螺旋状に巻いた単一プライ又は多重プライティッシュ製品を生成するための工程に関する。本発明の工程を通して、螺旋状に巻いた製品は、従来技術の構成よりも種々に改善された独特の組合せの特性を有する。例えば、本発明に従って作られた単一プライの螺旋状の巻き製品は、多重プライで作られた巻きティッシュ製品に類似の特性を有する。一実施形態では、改善された特性を有する多重プライティッシュ製品を形成することができる。より詳細には、本発明による巻き製品は、消費者が望む量のロール堅さ及び嵩を有するが、依然として優れたシート柔らかさ及び強度特性を維持する。
上述のように、本発明に従って作られた単一プライティッシュ製品は、強度値も比較的高い。例えば、上述の特性と組み合わせて、単一プライウェブの幾何平均引張強度は、約550グラム/3インチ又はそれ以上、例えば、約600グラム/3インチよりも大きいとすることができる。特定的な実施形態では、ティッシュウェブの強度は、約700グラム/3インチより大きく、又は約750グラム/3インチよりも大きいとすることができる。
本発明の工程で用いることができるベースウェブは、特定的な用途により変えることができる。一般的に、本発明の工程には、適切に作られた任意のベースウェブを用いることができる。更に、ウェブは、任意の適切な種類の繊維で作ることができる。例えば、ベースウェブは、パルプ繊維、他の天然繊維、合成繊維などで作ることができる。
層状繊維供給物でウェブを構成する場合には、各層の相対重量は、特定的な用途によって様々とすることができる。例えば、一実施形態では、3層を含むウェブを構成する場合には、各層は、ウェブの総重量の約15%から約40%、例えば、ウェブの重量の約25%から約35%とすることができる。
例えば、ウェブはパルプ繊維を含むことができ、従来の製紙技術により湿式堆積工程で形成することができる。湿式堆積工程では、繊維供給物を水と組み合わせて水性懸濁液を形成する。水性懸濁液をワイヤ又はフェルト上に広げて乾燥し、ウェブを形成する。
次に、真空移送ロール20又は真空移送シューの助けを用いて、ウェブを移送布から通気乾燥布19まで移送する。通気乾燥布は、移送布とほぼ同じか又は異なる速度で進行することができる。必要に応じて、通気乾燥布を遅い速度で移動させ、更に延伸性を促進することができる。移送は、好ましくは真空の助けを借りて行い、シートを確実に通気乾燥布の外形に適合させることにより望ましい嵩及び外観をもたらす。
ロール−ギャップカレンダ加工により、カレンダニップは、比較的低度の圧縮レベルで平面内せん断をベースウェブに付与し、従来のカレンダ加工よりも高度な毛羽立ち及び高度なキャリパーを達成することによって嵩高をもたらす。図2を参照すると、ロール−ギャップ装置50の一実施形態が示されている。一般的に、ロール−ギャップカレンダ加工には、ベースウェブ56を圧縮してせん断する2つのカレンダ加工ロール52及び54が用いられる。ベースウェブ56に接触するカレンダ加工ロール52及び54の表面58及び60には、紙、布、鋼鉄又は鋳鉄のような金属、又はポリウレタン、天然ゴム(硬質又は軟質)、合成ゴム、エラストマー材料などのようなポリマー材料を含む多くの材料を含むことができる。更に、ロール表面は、滑らかとすることも、粗面とすることも、エッチングされることも可能である。一実施形態では、カレンダ加工ロール52及び54の両方の表面58及び60は、ポリマー材料を含む。別の実施形態では、カレンダ加工ロールの一方の表面は鋼鉄であり、他方の表面はポリマー材料を含む。
巻いた製品では、消費者に向く最も柔らかい側で製品を巻くと有利であることが多く、従って、この側面の柔らかさを増大させるせん断工程が好ましい。しかし、布側ではなくウェブの空気側を処理することも可能であり、この実施形態では、空気側の柔らかさを布側の柔らかさよりも高いレベルまで増大させることも可能であろう。
望ましくは、ウェブの速度は、表面を運搬又は捕捉する速度に符合する。ニップ後のウェブと運搬表面の間の接触を延長すると、せん断ロール又はベルトによりせん断される時にウェブが滑らないようになる。好ましくは、ニップが出る時の全巻き角は、10と45度の間である。
単一プライの用途では、図2及び図3に示すロール−ギャップせん断装置又はロール−ベルトせん断装置のようなベースウェブがせん断−カレンダ加工装置と接触した後に、ベースウェブは、Kershaw堅さが約7.8mmよりも小さく、詳細には、約7.6mmよりも小さく、より詳細には、約7.3mmよりも小さいロールに巻かれる。例えば、一実施形態では、Kershaw堅さは、7.0mmよりも小さいとすることができる。本発明人は、上述の堅さレベルでも、上述のせん断−カレンダ加工装置を用いて生成した巻き製品は、依然として優れた柔らかさレベルを維持することを発見した。より詳細には、本発明に従って作られたベースウェブのファズ・オン・エッジは、約1.7mm/mmより大きく、詳細には、約2.0mm/mmより大きく、より詳細には、約2.5mm/mmよりも大きいとすることができる。例えば、一実施形態では、本発明に従って作られたベースウェブのファズ・オン・エッジは、約3.0mm/mmより大きく、例えば、3.5mm/mmよりも大きいとすることができる。これらのファズ・オン・エッジ値は、包装のためにウェブが最終的なロールに巻かれた後のベースウェブに存在することができる。
幾何平均引張強度は、ウェブの坪量、ウェブが生成される方法、及びウェブを形成するのに用いる繊維供給物により様々とされることになる。例えば、いくつかの実施形態では、ウェブの幾何平均引張強度は、750グラム/3インチよりも大きいとすることができる。
1つの特定実施形態では、2プライロールティッシュ製品が本発明により形成され、この場合、両方のプライにせん断間隙カレンダ加工工程が行われる。例えば、図7を参照すると、本発明により多重プライティッシュを形成する工程の一実施形態が示されている。図示のように、第1のプライ400は、第1の供給ロール402から巻き戻される。図示のように、第1のプライ400は、次に、図2に示すものと同様の全体的に404で示されるロール−ギャップカレンダ加工装置に送られる。しかし、ロール−ベルトせん断装置を用いることもできることは理解されるものとする。図7に示すように、ロール−ギャップカレンダ加工装置404には、カレンダ加工ロール406及び408が含まれる。図2に示す実施形態を参照して上述したように、カレンダ加工ロール406及び408は、異なる速度で回転する。例えば、一実施形態では、ロール408は、ロール406が回転する速度よりも約10%速い速度で動くことができる。ウェブは、ウェブの布側(ティッシュ機械で製造される間に通気乾燥布に接触する側)が速く移動する方のロールに接触するような向きに配置されることが好ましい。
巻いてロールにする前に、第1のプライ400及び第2のプライ410は互いに付着される。一般的に、ウェブを互いに積層する任意の適切な方法を用いることができる。例えば、図7に示すように、工程には、繊維交絡を通してプライを機械的に互いに付着させるしぼ寄せ装置420が含まれる。
しかし、別の実施形態では、プライを互いに付着させるために接着剤を用いることができる。一般的に、本発明には、任意の従来の接着剤を用いることができる。
以下の実施例は、特許請求の範囲を限定することなく本発明の特定的な実施形態を示すことを意図している。
2つのスルードライヤに入れる前に、ティッシュをほぼ26から28%稠度まで真空脱水し、その後、親ロールの巻き付けの前に、ほぼ1%最終水分までスルードライヤで乾燥した。
次に、標準技術を用いて、詳細には、単一の従来型ポリウレタン/鋼鉄カレンダを用いてティッシュの一部を変換した。カレンダは、シートの空気側に「40 P&J」ポリウレタンロール、布側に標準鋼鉄ロールを含む。カレンダを標準固定荷重モードで運転し、対照ティッシュロールを生成した。完成製品の直径は118mmに固定し、カレンダ加工は、シート数210及びシート長さ104mmで7.5mmのKershawロール堅さを生成するように設定した。得られる製品のロール重量がほぼ78グラムになり、ロール嵩がほぼ11.8cc/gramになることを目標とした。
この場合、完成シート幾何平均引張強度は644グラムであり、シートの布側のファズ・オン・エッジ値は、1.93mm/mmロールであった。この製品は、以下の表2で実施例2と表されるものであり、これも、表1の対照製品に比較される。
米国特許第5,932,068号に記載の方法により、共にボイス・ファブリクス・インコーポレーテッドから供給された「t−1203−8」通気乾燥布及び「t−807−1」移送布を用いて非しぼ寄せ通気乾燥トイレットペーパーを生成した。ベースウェブは、北方軟材クラフト(NSWK)及びクラフトユーカリパルプの混合物で作った。各ベースウェブは、中心層が100%NSWK、両外側層が75%ユーカリ及び25%破砕物であり、この破砕物が全体的なティッシュと同じ組成である3層で作られた。
最初に、100%NSWK層の相対重量をティッシュ重量の34%まで増加させることにより、高度な引張強度を有する第2のサンプルを生成した。従って、繊維スプリットは、33%、34%、33%であり、外側層が、依然として75%ユーカリ及び25%破砕物であり、中心層が、依然として100%NSWKであることにより、全体的繊維組成物は、60.6%ユーカリ及び39.4%NSWKとなった。再び、2.1kg/mt活性デボンダをユーカリ層に加え、2.5kg/mtのPAREZ湿潤強度樹脂をNSWK層に加えた。
従って、最も張力が小さいサンプルは、29%NSWK及び71%ユーカリで生成され、張力が中間のサンプルは、39.4%NWSK及び60.6%ユーカリで生成され、張力が最も強いサンプルは、39.4%精製NSWK及び60.6%ユーカリで生成された。
3つの場合の全てにおいて、ティッシュは、2つのスルードライヤに入る前にほぼ26から28%稠度まで真空脱水し、その後、親ロールに巻く前にスルードライヤでほぼ1%最終水分まで乾燥させた。
完成製品の直径は128mmに固定し、カレンダ加工は、Kershawロール堅さが8.0mmで、シート数190及びシート長さ104mmとなるように設定した。得られる製品のロール重量は、ほぼ88グラムを目標とし、ほぼ13.0cc/gramのロール嵩をもたらした。
市販の2−プライトイレットペーパー製品を入手してこれも試験した。特に、プロクター・アンド・ギャンブル・カンパニーの「CHARMIN ULTRA」、キンバリー・クラーク・コーポレーションの「COTTONELLE ULTRA」、及びジョージア・パシフィック・カンパニーの「NORTHERN ULTRA」が試験された。結果は以下の表に含まれる。
52、54 カレンダ加工ロール
56 ベースウェブ
Claims (15)
- パルプ繊維を含むティッシュウェブを準備する段階と、
回転ロールの外面と対向する移動表面との間に形成された間隙を通して前記ティッシュウェブを運ぶ段階であって、該回転ロールの外面と該対向する移動表面とは、前記ティッシュウェブが存在しないときに互いに接触せず、前記ティッシュウェブの厚さより小さい幅の間隙を形成する、該段階と、
を含み、
前記ロールの外面及び前記対向する表面は、前記間隙内を異なる速度で移動し、該間隙は、前記ティッシュウェブをカレンダ加工しながら、同時に該ウェブのファズ・オン・エッジ特性を増大させるのに十分なせん断力を該ウェブに及ぼす、
ことを特徴とするせん断−カレンダ加工方法。 - 前記対向する表面は、回転ロールを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記対向する表面は、移動ベルトを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記回転ロールの一方は、ポリマー材料を含む外面を有することを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記回転ロールの両方は、ポリマー材料を含む外面を有することを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記ロールの前記外面及び前記対向する外面は、5%と100%の間の速度差で移動することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1のティッシュウェブに第2のティッシュウェブを組み合わせて多重プライティッシュ製品を形成する段階、
を更に含み、
増大したファズ・オン・エッジ特性を有する前記第1のティッシュウェブの外側面が、前記ティッシュ製品の外部側面を形成するようにする、
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記多重プライティッシュ製品を螺旋状に巻いてロール製品にする段階を更に含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記ティッシュ製品は、約35gsmよりも大きい完全乾燥坪量を有し、
前記ロール製品は、約9cc/gよりも大きいロール嵩を有し、前記外部側面は、約2.0mm/mmよりも大きいファズ・オン・エッジを有する、
ことを特徴とする請求項8に記載の方法。 - 前記ロールの外面及び前記対向する外面は、5%と100%の間の速度差で移動することを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記第2のティッシュウェブはまた、回転ロールの外面と対向する移動表面との間に形成された間隙を通って運ばれ、
前記ロールの外面及び前記対向する表面は、前記間隙内を異なる速度で移動し、該間隙は、前記第2のティッシュウェブをカレンダ加工しながら、同時に該第2のウェブの外側面のファズ・オン・エッジ特性を増大させるのに十分なせん断力を該ウェブに及ぼし、増大したファズ・オン・エッジ特性を有する該ウェブの外側面はまた、前記ティッシュ製品の外面を形成するようにする、
ことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 不織ウェブをカレンダ加工すると同時にせん断力を及ぼすせん断−カレンダ加工装置であって、
外面を有する回転可能ロールと、
前記回転ロールに対向する可動表面と、
を含み、
前記回転可能ロール及び前記対向する表面は、ティッシュウェブを受け取るための間隙を形成し、該対向する表面及び該回転可能ロールは、該間隙を通過するティッシュウェブにせん断力を及ぼし、ティッシュウェブのファズ・オン・エッジ特性を増大させるのに十分な速度差を形成するために、該間隙内を異なる速度で移動するように構成され、該対向する表面と該回転可能ロールとは、前記ティッシュウェブが存在しないときに互いに接触せず、前記ティッシュウェブの厚さより小さい幅の間隙を形成する、
ことを特徴とする装置。 - 前記間隙は、装置を通して送られるように構成されたベースウェブの厚みの2%から約25%の間隙であることを特徴とする請求項12に記載のせん断−カレンダ加工装置。
- 前記回転可能ロールと前記対向する表面の間の前記速度差は、約5%から約100%であることを特徴とする請求項12に記載のせん断−カレンダ加工装置。
- 前記回転可能ロールの外面は、ポリマー材料を含むことを特徴とする請求項12に記載のせん断−カレンダ加工装置。
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