MX2013001622A - Producto de papel con propiedades fisicas unicas. - Google Patents

Abstract

Se describe un producto de papel que tiene una pluralidad de celdas unitarias de teselación que forman un patrón. Cada celda unitaria tiene un centro y al menos dos áreas planas continuas que se extienden en al menos dos direcciones desde el centro y una pluralidad de áreas acolchadas rodeadas por al menos una de las áreas planas continuas. Cada una de las áreas planas continuas se bifurca para formar al menos una porción de área plana continua que tiene un primer ancho antes de la bifurcación y al menos dos porciones de área plana continua que tienen un segundo ancho después de la bifurcación. El primer ancho es mayor que el segundo ancho. Cada una de las porciones de área plana continua que tiene el primer ancho tiene una primera densidad numérica dentro de la celda y cada una de al menos dos porciones de área plana continua que tienen el segundo ancho tiene una segunda densidad numérica dentro de la celda. La primera densidad numérica es menor que la segunda densidad numérica.

Description

PRODUCTO DE PAPEL CON PROPIEDADES FISICAS UNICAS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a productos de papel. Más particularmente, la presente invención se refiere a productos de papel de múltiples hojas con parámetros físicos definidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los productos desechables, tales como pañuelos de papel, papel higiénico, toallas de papel, y lo similar se fabrican, típicamente, a partir de una o más tramas de papel. Si los productos deben cumplir las tareas a las que están destinados, las tramas de papel a partir de las cuales se forman deben exhibir ciertas características físicas. Entre las más importantes de estas características están la resistencia, la suavidad y la absorbencia. La resistencia es la capacidad de una trama de papel para conservar su integridad física durante el uso. La suavidad es la sensación táctil agradable que el usuario percibe cuando arruga el papel en su mano y pone en contacto varias partes de su anatomía con la trama de papel. Generalmente, la suavidad aumenta cuando la rigidez de la trama de papel disminuye. La absorbencia es la característica de la trama de papel que permite que esta capte y retenga fluidos. Típicamente, la suavidad y/o absorbencia de una trama de papel se incrementa a expensas de la resistencia de la trama de papel. Por lo tanto, se han desarrollado métodos de fabricación de papel en un intento de proporcionar tramas de papel suaves y absorbentes que tengan las características de resistencia deseables.

Los procesos para fabricar productos de papel incluyen, generalmente, la preparación de una pulpa acuosa de fibras celulósicas y, posteriormente, la eliminación del agua de la pulpa mientras, en forma simultánea, las fibras se reorganizan para formar una trama embrionaria. Se pueden emplear distintos tipos de maquinaria para ayudar en el proceso de desaguado. Un proceso típico de fabricación emplea la máquina papelera de malla metálica de Fourdrinier mencionada anteriormente, en donde una pulpa de papel se alimenta sobre una superficie de una malla metálica transportadora sin fin en la que se produce el desaguado inicial. En un proceso convencional de prensado en húmedo, las fibras se transfieren directamente a una banda de desaguado capilar donde tiene lugar el desaguado adicional. En un proceso de trama estructurada, la trama fibrosa se transfiere, posteriormente, a una banda papelera donde se realiza la reorganización de las fibras.

Una banda papelera preferida en un proceso estructurado tiene un miembro tejido poroso rodeado por un armazón de resina fotosensible endurecida. El armazón de resina se puede proporcionar con una pluralidad de canales aislados distintos conocidos como conductos de deflexión. Esta banda papelera se puede calificar como un miembro de deflexión porque las fibras papeleras desviadas hacia los conductos se reorganizan al aplicar una presión diferencial al fluido. El uso de la banda en el proceso de fabricación de papel ofrece la posibilidad de crear papel con ciertas características deseadas de resistencia, absorción y suavidad. Una banda papelera ilustrativa se describe en la patente de los EE. UU. núm. 4,529,480.

Los conductos de deflexión pueden proporcionar un medio para producir una orientación de las fibras en la dirección Z al permitir que las fibras se desvíen a lo largo de la periferia de los conductos de deflexión a medida que se elimina el agua de la pulpa acuosa de fibras celulósicas. La deflexión total de las fibras depende del tamaño y la forma de los conductos de deflexión con relación a la longitud de la fibra. Los conductos grandes permiten que las fibras pequeñas se acumulen en el fondo del conducto, lo que a su vez limita la deflexión de las fibras subsiguientes que se depositan en él. Inversamente, los conductos pequeños permiten que las fibras grandes se conecten a través de la abertura del conducto con mínima deflexión de la fibra. Los conductos de deflexión definidos por esquinas angulosas o radios pequeños que forman una periferia aumentan el potencial de conexión de la fibra, lo que minimiza la deflexión de la fibra. Las formas ilustrativas de los conductos y su efecto sobre la conexión de las fibras se describe en la patente de los EE. UU. núm. 5,679,222.

A medida que se forma la trama fibrosa celulósica, las fibras se orientan predominantemente en el plano X-Y de la trama y proporcionan de ese modo una rigidez estructural insignificante en la dirección Z. En un proceso de prensado en húmedo, a medida que las fibras orientadas en el plano X-Y se compactan por presión mecánica, las fibras se comprimen juntas, lo que aumenta la densidad de la trama de papel mientras reduce el grosor. En cambio, en un proceso estructurado, la orientación de las fibras en la dirección Z de la trama aumentará la rigidez estructural en la dirección Z de la trama y su correspondiente resistencia a la presión mecánica. Por consiguiente, maximizar la orientación de la fibra en la dirección Z maximiza el calibre.

Un papel producido de conformidad con un proceso de trama estructurada se puede caracterizar por tener dos regiones físicamente distintas distribuidas en sus superficies. Una región es una región de red continua que tiene una densidad relativamente alta y una resistencia intrínseca alta. La otra región es una que está compuesta por una pluralidad de domos que están totalmente rodeados por la región de red. Los domos en la otra región tienen densidades relativamente bajas y resistencia intrínseca baja en comparación con la región de red.

Los domos se producen a medida que las fibras llenan los conductos de deflexión de la banda papelera durante el proceso de fabricación de papel. Los conductos de deflexión evitan que las fibras depositadas en ellos se compacten a medida que la trama de papel se comprime durante un proceso de secado. En consecuencia, los domos son más gruesos y tienen una menor densidad y resistencia intrínseca en comparación con las regiones compactadas de la trama. Por consiguiente, el calibre de la trama de papel está limitado por la resistencia intrínseca de los domos. Un papel formado ilustrativo se describe en la patente de los EE. UU. núm. 4,637,859.

Después de la formación inicial de la trama, que posteriormente se convierte en la estructura fibrosa celulósica, la máquina papelera transporta la trama al extremo seco de la máquina. En el extremo seco de una máquina convencional, un fieltro de prensa compacta la trama en una sola región de la estructura fibrosa celulósica que tiene una unidad uniforme y un peso base antes del secado final. El secado final se puede lograr mediante un tambor calentado, tal como un tambor secador Yankee, o mediante una prensa de desaguado convencional. El secado por aire pasante puede producir mejoras significativas en los productos de consumo. En un proceso de secado por aire pasante, la trama formada se transfiere a una banda de secado por aire pasante permeable al aire. Esta "transferencia en húmedo" ocurre, típicamente, en un dispositivo de recolección, en cuyo punto la trama puede moldearse primero a la topografía de la banda de secado por aire pasante. En otras palabras, durante el proceso de secado, la trama embrionaria toma un patrón o forma particular causada por el arreglo y deflexión de las fibras celulósicas. Un proceso de secado por aire pasante puede producir un papel estructurado que tiene regiones de diferentes densidades. Este tipo de papel se ha usado en productos comercialmente exitosos, tales como toallas de papel Bounty® y papel higiénico Charmin®. El secado de fieltro convencional tradicional no produce un papel estructurado que tiene estas ventajas. Sin embargo, sería deseable producir un papel estructurado al usar el secado convencional a velocidades equivalentes o mayores de un proceso de secado por aire pasante.

Una vez terminada la fase de secado del proceso de fabricación de papel, se completa el arreglo y deflexión de las fibras. Sin embargo, dependiendo del tipo del producto terminado, el papel puede someterse a procesos adicionales, tales como calandrado, aplicación de suavizante y conversión. Estos procesos tienden a compactar las regiones de domos del papel y reducir el grosor total. Así, producir productos de papel terminado de calibre alto que tienen dos regiones físicamente distintas requiere la formación de estructuras fibrosas celulósicas que tienen una resistencia a la presión mecánica.

Sería ventajoso proporcionar una trama de papel prensada en húmedo que tenga resistencia y capacidad de absorción por capilaridad incrementadas. Sería ventajoso, además, proporcionar una trama de papel con patrón no grabada que tenga una red continua de densidad relativamente alta, una pluralidad de domos de densidad relativamente baja dispersos en toda la red continua y una región de transición de grosor reducido que rodee al menos parcialmente cada uno de los domos de densidad baja.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN Una modalidad de la presente descripción proporciona un producto de papel que comprende un patrón formado en él. El patrón comprende una pluralidad de celdas unitarias que generan una teselación. Cada celda de la pluralidad de celdas unitarias comprende un centro con al menos dos áreas planas continuas que se extienden en al menos dos direcciones desde el centro y una pluralidad de áreas acolchadas rodeadas por al menos una de las áreas planas continuas. Cada área acolchada comprende una estructura fibrosa no densificada y cada una de las áreas planas comprende una estructura fibrosa densificada. Al menos una de las áreas planas continuas se bifurca para formar al menos una porción de área plana continua que tiene un primer ancho antes de la bifurcación y al menos dos porciones de área plana continua que tienen un segundo ancho después de la bifurcación. Cada una de al menos dos porciones de área plana continua que tiene el segundo ancho están en comunicación continua con la porción de área plana continua que tiene el primer ancho. El primer ancho es mayor que el segundo ancho. Cada una de las porciones de área plana continua que tiene el primer ancho tiene una primera densidad numérica dentro de la celda y cada una de al menos dos porciones de área plana continua que tienen el segundo ancho tiene una segunda densidad numérica dentro de la celda. La primera densidad numérica es menor que la segunda densidad numérica.

Otra modalidad de la presente descripción proporciona un producto de papel que comprende un patrón formado en él. El patrón comprende una pluralidad de celdas unitarias que generan una teselación. Cada celda de la pluralidad de celdas unitarias comprende un centro con al menos dos áreas acolchadas continuas que se extienden en al menos dos direcciones desde el centro y una pluralidad de áreas planas rodeadas por al menos una de las áreas acolchadas continuas. Cada área acolchada comprende una estructura fibrosa no densificada y cada una de las áreas planas comprende una estructura fibrosa densificada. Al menos una de las áreas acolchadas continuas se bifurca al menos para formar una porción de área acolchada continua que tiene un primer ancho antes de la bifurcación y al menos dos porciones de área acolchada continua que tienen un segundo ancho después de la bifurcación. Cada una de al menos dos porciones de porciones de área acolchada continua que tiene el segundo ancho están en comunicación continua con la porción de área acolchada continua que tiene el primer ancho. El primer ancho es mayor que el segundo ancho. Cada una de las porciones de área acolchada continua que tiene el primer ancho tiene una primera densidad numérica dentro de la celda y cada una de al menos dos porciones de área acolchada continua que tiene el segundo ancho tiene una segunda densidad numérica dentro de la celda. La primera densidad numérica es menor que la segunda densidad numérica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una ilustración esquemática de una vista en planta de un miembro de impresión poroso ilustrativo formado a partir de una pluralidad de celdas unitarias que tienen una primera cara en contacto con la trama que comprende una superficie de impresión de trama de red continua con patrón macroscópicamente monoplana que define, dentro del miembro de impresión poroso, una pluralidad de conductos de deflexión distintos, aislados y no conectados; la Figura 2 es una ilustración esquemática de una vista en planta de un miembro de impresión poroso alternativo formado a partir de una pluralidad de celdas unitarias que tienen una primera cara en contacto con la trama que comprende una red continua con patrón macroscópicamente monoplana de conductos de deflexión que define, dentro del miembro poroso, una pluralidad de superficies de impresión de trama distintas y aisladas; la Figura 3 es una ilustración esquemática de una celda unitaria ilustrativa, en donde las áreas planas exhiben un patrón geométrico que se repite a escalas cada vez más pequeñas; la Figura 4 es una fotografía de una trama de papel moldeada formada al usar el miembro de impresión poroso de las Figuras 1 y 3 que muestran un área plana y un área acolchada; la Figura 5 es una fotografía de una trama de papel ilustrativa fabricada al usar el miembro de impresión poroso de la Figura 1 , que muestra domos de densidad relativamente baja que están acortados por crepado; los domos están dispersos en toda la región de red continua de densidad relativamente alta; la Figura 6 es una fotografía del lado opuesto de la trama de papel de la Figura 4, que muestra los domos de densidad relativamente baja dispersos en toda una región de red continua de densidad relativamente alta; y, las Figuras 7-1 1 muestran ejemplos de ilustraciones esquemáticas de patrones ilustrativos adecuados para usar como superficies de impresión de trama de red continua; las Figuras 7-8 muestran patrones ilustrativos de domos de densidad relativamente baja dispersos en toda una región de red continua de densidad relativamente alta que tiene un patrón geométrico fractal; la Figura 9 muestra un patrón ilustrativo de domos de densidad relativamente baja dispersos en toda una región de red continua de densidad relativamente alta que tiene un patrón geométrico constructal; la Figura 10 muestra un patrón ilustrativo de áreas de densidad relativamente alta dispersas en toda una región de red continua de densidad relativamente baja que tiene un patrón geométrico fractal; la Figura 1 1 muestra un patrón ilustrativo de áreas de densidad relativamente alta dispersas en toda una región de red continua de densidad relativamente baja que tiene un patrón geométrico constructal.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se usa en la presente descripción, los términos "trama de papel", "trama", "lámina de papel", "estructura fibrosa" y "producto de papel", todos se usan indistintamente para referirse a láminas de productos de papel adecuados para el uso del consumidor tales como toallas de papel, papel higiénico y pañuelos desechables. En un ejemplo, los productos de papel de la presente invención son desechables. Por ejemplo, las estructuras fibrosas de la presente invención son estructuras fibrosas no textiles. Los productos de trama que son el tema de esta invención pueden ser útiles como un implemento para la limpieza después de la micción y defecación (papel higiénico), para las descargas otorrinolaringológicas (pañuelos desechables) y usos multifuncionales absorbentes y de limpieza (toallas absorbentes). Los productos de la presente invención pueden ser eliminados con agua, es decir, tales como papel higiénico. En una modalidad preferida, los productos de papel pueden enrollarse intrincadamente alrededor de un núcleo o sin un núcleo para formar un producto de papel enrollado. Estos productos enrollados pueden comprender una pluralidad de láminas perforadas y conectadas que se suministran separadamente a partir láminas adyacentes.

Los ejemplos no limitantes de procesos para fabricar estructuras fibrosas incluyen procesos de fabricación de papel de tendido en húmedo, procesos de fabricación de papel de tendido al aire y procesos de hilado de filamento en seco y solución en húmedo conocidos, los cuales se conocen, típicamente, como procesos de telas no tejidas. Se puede realizar otro procesamiento de la estructura fibrosa de tal manera que se forme una estructura fibrosa. Por ejemplo, en procesos de fabricación de papel típicos, la estructura fibrosa se enrolla en el carrete al final del proceso de elaboración de papel. La estructura fibrosa terminada puede convertirse, posteriormente, en un producto terminado, por ejemplo, un producto de papel sanitario. Solo a manera de un ejemplo no limitante, se puede fabricar una estructura fibrosa consistente con la presente invención mediante un proceso que comprende las etapas de formar una pasta papelera acuosa, depositar esta pasta en un miembro de impresión poroso que tiene una superficie porosa y eliminar el agua de la pasta (p. ej., por gravedad o drenaje asistido por vacío), formar una trama embrionaria, transferir la trama embrionaria desde la superficie formadora hacia una superficie de transferencia que viaja a una velocidad menor que la superficie formadora. Después, la trama se transfiere a una tela en la cual se seca con aire pasante a una sequedad final después de lo cual se enrolla en un carrete.

Como se muestra en la Figura 1 , un miembro de impresión poroso ilustrativo 219 tiene una primera cara 220 en contacto con la trama y una segunda cara 240 en contacto con el fieltro. La cara 220 en contacto con la trama tiene una superficie de impresión de trama 222 y una porción de conductos de deflexión 230. La porción de conductos de deflexión 230 forma al menos una porción de un conducto continuo que se extiende desde la primera cara 220 hasta la segunda cara 240 para transportar agua a través del miembro de impresión poroso 219. Por lo tanto, cuando se elimina agua de la trama de fibras papeleras en la dirección del miembro de impresión poroso 219, el agua puede desecharse sin tener que entrar en contacto nuevamente con la trama de fibras papeleras. El miembro de impresión poroso 219 puede ser una banda sin fin. La primera cara 220 en contacto con la trama del miembro de impresión poroso 219 se puede rociar con una emulsión que comprende aproximadamente 90 por ciento en peso de agua, aproximadamente 8 por ciento de aceite de petróleo, aproximadamente 1 por ciento de alcohol cetílico y aproximadamente 1 por ciento de un surfactante, tal como Adogen TA-100. Dicha emulsión puede facilitar la transferencia de la trama desde el miembro de impresión 219 hacia el tambor de secado. Desde luego, debe comprenderse que no es necesario que el miembro de impresión poroso 219 comprenda una banda sin fin si se usara en la elaboración manual de hojas de papel en un proceso discontinuo.

En una modalidad, el miembro de impresión poroso 219 puede comprender una banda de tela formada con filamentos tejidos. El miembro de impresión poroso 219 puede comprender una tela tejida. Como reconocerá un experimentado en la industria, las telas tejidas comprenden, típicamente, filamentos de urdimbre y trama, donde los filamentos de trama se encuentran paralelos a la dirección de máquina y los filamentos de urdimbre se encuentran paralelos a la dirección transversal de máquina. Los filamentos entretejidos de urdimbre y trama forman nudillos discontinuos donde los filamentos se cruzan unos sobre los otros en sucesión. Estos nudillos discontinuos proporcionan áreas impresas distintas en la trama moldeada 120B durante el proceso de fabricación de papel. Como se usa en la presente descripción, el término "nudillos largos" se usa para definir los nudillos discontinuos formados a medida que los filamentos de urdimbre y trama se cruzan sobre dos o más filamentos de urdimbre y trama, respectivamente. Las bandas de tela de filamentos tejidos adecuadas para usar como miembro de impresión poroso 219 se describen en las patentes de los EE. UU. núm. 3,301 ,746; 3,905,863; 4,191 ,609; y 4,239,065.

El área de impresión de nudillos de la tela tejida puede mejorarse con un pulido de la superficie de los filamentos en los puntos de cruce de urdimbre y trama. Las telas tejidas pulidas ilustrativas se describen en las patentes de los EE. UU. núm. 3,573, 164 y 3,905,863.

El volumen vacío absoluto de una tela tejida puede determinarse midiendo el calibre y peso de una muestra de tela tejida de área conocida. El calibre se puede medir al colocar la muestra de tela tejida sobre una superficie plana horizontal y confinarla entre la superficie plana y un pie de carga que tiene una superficie de carga horizontal, en donde la superficie de carga del pie de carga tiene un área de superficie circular de aproximadamente 20.3 cm2 (3.14 pulgadas cuadradas) y aplica una presión de confinamiento de aproximadamente 1447.9 Pa (15 g/cm2 (0.21 psi)) a la muestra. El calibre es el espacio resultante entre la superficie plana y la superficie de carga de un pie de carga. Estas mediciones se pueden obtener con un aparato VI R Electronic Thickness Tester Modelo II disponible de Thwing-Albert, Philadelphia, Pa.

Se puede determinar la densidad de los filamentos, en tanto que se supone que la densidad de los espacios vacíos es 0 g/cc. Por ejemplo, los filamentos de poliéster (PET) tienen una densidad de 1 .38 g/cm3. Se pesa la muestra de área conocida y se obtiene así la masa de la muestra de prueba.

En otra modalidad ilustrativa, pero no limitante, la primera cara 220 en contacto con la trama del miembro de impresión poroso 219 comprende una superficie de impresión de trama 222 de red continua con patrón macroscópicamente monoplana. El plano del miembro de impresión poroso 219 define las direcciones MD/CD (X-Y). Perpendicular a las direcciones MD/CD y al plano de la tela de impresión está la dirección Z de la tela de impresión. La superficie de impresión de trama de red continua 222 define, dentro del miembro de impresión poroso 219, una pluralidad de conductos de deflexión 230 distintos, aislados y no conectados. Los conductos de deflexión 230 tienen aberturas 239 que son, preferentemente, de forma uniforme y se distribuyen en un patrón de repetición preseleccionado sobre la primera cara 220 en contacto con la trama. Esta superficie de impresión de trama de red continua 222 y los conductos de deflexión 230 distintos son útiles para formar una estructura de papel que tiene una región 1083 de red continua de densidad relativamente alta y una pluralidad de domos 1084 de densidad relativamente baja dispersos en toda la región 1083 de red continua de densidad relativamente alta tal como se muestra en las Figuras 3-5.

Un ejemplo de miembro de impresión poroso 219 que tiene una superficie de impresión de trama de red continua 222 y conductos de deflexión 230 distintos y aislados adecuado para usar con la presente invención se puede fabricar de conformidad con las enseñanzas de las patentes de los EE. UU. núm. 4,514,345; 4,528,239; 4,529,480; 5,098,522; 5,260,171 ; 5,275,700; 5,328,565; 5,334,289; 5,431 ,786; 5,496,624; 5,500,277; 5,514,523; 5,554,467; 5,566,724; 5,624,790; 5,714,041 ; y, 5,628,876.

Alternativamente, como se muestra en la Figura 2, la primera cara 220a en contacto con la trama del miembro de impresión poroso 219a comprende conductos de deflexión continua con patrón macroscópicamente monoplanos 230a. El plano del miembro de impresión poroso 219a define las direcciones D/CD (X-Y). Perpendicular a las direcciones MD/CD y al plano de la tela de impresión está la dirección Z de la tela de impresión. Los conductos de deflexión continua 230a definen, dentro del miembro de impresión poroso 219a, una pluralidad de superficies de impresión de trama 222a distintas, aisladas y no conectadas. Los conductos de deflexión 230a tienen una abertura continua 239a que define la forma de las superficies de impresión de trama 222a. Las superficies de impresión de trama 222a se distribuyen, preferentemente, en un patrón de repetición preseleccionado en la primera cara 220a en contacto con la trama.

Con referencia nuevamente a las Figuras 1 y 3, la superficie de impresión de trama de red continua 222 (y, alternativamente, los conductos de deflexión continua 230a de la Figura 2 y los componentes físicos y numéricos correspondientes de estos) se proporcionan con una forma geométrica que puede dividirse en partes, cada una de las cuales es (al menos aproximadamente) una copia reducida del total. Esto es conocido para los experimentados en la industria como la propiedad de autosemejanza. Estas formas: 1 . Tienen una estructura fina a escalas arbitrariamente pequeñas, 2. son, generalmente, demasiado irregulares para ser descritas fácilmente en el lenguaje geométrico euclidiano tradicional, 3. Son autosemejantes (al menos aproximadamente o estocásticamente), 4. Tienen una dimensión de Hausdorff que es mayor que su dimensión topológica (aunque este requisito no es satisfecho por curvas que llenan el espacio tales como la curva de Hilbert ), y 5. Tienen una definición simple y repetitiva.

Las formas geométricas tienen, preferentemente, o bien una autosemejanza exacta (parecen idénticas a diferentes escalas) o son casi autosemejantes (parecen aproximadamente idénticas a diferentes escalas).

Los ejemplos de formas geométricas adecuadas para usar con la presente invención y que forman la superficie de impresión de trama de red continua 222 incluyen fractales y constructales. Debido a que parecen similares en todos los niveles de magnificación, se considera, frecuentemente, que los fractales son infinitamente complejos (en términos informales). Las imágenes de fractales adecuadas para usar con la presente invención y capaces de proporcionar la superficie de impresión de trama de red continua 222 deseada pueden crearse mediante el uso de software de generación de fractales. Las imágenes generadas por este tipo de software se denominan, normalmente, fractales aun cuando no tengan las características mencionadas anteriormente, tales como cuando es posible amplificar una región del fractal que no exhibe ninguna propiedad de los fractales. Además, estas puede incluir aberraciones de cálculo o pantalla que no son característicos de los verdaderos fractales. Las técnicas ilustrativas, pero no limitantes, para generar fractales son: 1. Fractales de tiempo de escape (conocidos, además, como fractales "orbitales" y que se definen por una fórmula o relación de recurrencia en cada punto en un espacio, por ejemplo, el conjunto de Mandelbrot, el conjunto de Julia, el fractal Burning Ship, el fractal Nova y el fractal Lyapunov), 2. Los sistemas de funciones iteradas (tienen una regla geométrica fija para el reemplazo, por ejemplo, conjunto de Cantor, alfombra de Sierpinski, triángulo de Sierpinski, curva de Peano, copo de nieve de Koch, curva del dragón de Harter-Highway, T-cuadrado, esponja de Menger), 3. Los fractales aleatorios (generados por procesos estocásticos más que deterministas, por ejemplo, trayectorias del movimiento Browniano, el vuelo de Lévy, los paisajes fractales y el árbol Browniano), y 4. Atractores extraños (generados por iteración de un mapa o la solución de un sistema de ecuaciones diferenciales de valor inicial que exhiben caos).

Un fractal ilustrativo, pero no limitante, el conjunto de Mandelbrot, está basado en la multiplicación de los números complejos. Se comienza con un número complejo z0. A partir de z0 se define ? = (z0)2 + z0. Al suponer que es conocido, zx+1 se define para ser (zx)2 + zx. Los puntos en el conjunto de Mandelbrot son todos aquellos puntos que permanecen relativamente cerca del punto 0 + 07 (en el sentido de que siempre están dentro de alguna distancia fija de (0 + 0/)) a medida que se repite este proceso. Como resultado, si zx sale alguna vez fuera del círculo de radio 2 alrededor del origen para algún valor de n, no estará en el conjunto de Mandelbrot.

En contraposición con los modelos fractales de fenómenos, la ley constructal es predictiva y, así, puede probarse experimentalmente. La teoría constructal plantea la idea de que la generación de diseño (configuración, patrón, geometría) en la naturaleza es un fenómeno físico que une todos los sistemas animados e inanimados. Por ejemplo, en los flujos punto-área y punto-volumen, la teoría constructal predice tres arquitecturas, y estos flujos exhiben al menos dos regímenes: uno muy resistivo y otro menos resistivo. La teoría constructal puede aplicarse en cualquier escala: desde los sistemas macroscópicos hasta los sistemas microscópicos. El método constructal para distribuir cualquier imperfección del sistema es poner el régimen, más resistivo a la escala más pequeña del sistema. La ley constructal es el principio que genera la forma perfecta, que es la forma menos imperfecta posible.

Para expresar matemáticamente la ley constructal, se definieron nuevas propiedades para un sistema termodinámico que distinguen el sistema termodinámico de un sistema estático (en equilibrio, nada fluye), que no tiene configuración. Las propiedades de un sistema de flujo son: (1 ) tamaño externo global, por ejemplo, la escala de longitud del cuerpo bañado por el flujo arbolar L; (2) tamaño interno global, por ejemplo, el volumen total de los ductos V; (3) al menos una medida global de rendimiento, por ejemplo, la resistencia de flujo global del árbol R; (4) configuración, figura, arquitectura; y (5) libertad para transformarse, es decir, la libertad para cambiar la configuración.

Los tamaños globales externos e internos (L, V) significan que un sistema de flujo tiene al menos dos escalas de longitud L y V1 3. Estas forman una relación adimensional - la esbeltez Sv - que es una nueva propiedad global de la configuración de flujo (Lorente y Bejan, 2005).

Sv = escala de longitud de flujo externo = L escala de longitud de flujo interno V1/3 La ley constructal es el enunciado que resume la observación común de que las estructuras de flujo que sobreviven son aquellas que se transforman (evolucionan) en una dirección en el tiempo: hacia configuraciones que hacen que las corrientes fluyan más fácilmente. Este enunciado se refiere estrictamente a cambios estructurales en el contexto de tamaños finitos. Si las estructuras de flujo tienen la libertad de cambiar, con el tiempo se moverán a valores constantes de L y V en la dirección de un valor de R progresivamente más pequeño. La ley constructal requiere: R2 < R, (L, V constantes) Si la libertad de transformarse persiste, entonces la estructura de flujo continuará hacia valores más pequeños de R. Cualquier cambio de este tipo se caracteriza por: dR < 0 (L, V constantes) El fin de esta migración es la "estructura de flujo de equilibrio", en donde la geometría del flujo tiene una libertad total. El equilibrio se caracteriza por un valor mínimo de R a valores constantes de L y V. En el área adyacente de la estructura de flujo de equilibrio se tiene: dR = 0 y d2R > 0 (constante L, V) La curva R(V) generada es el borde de la nube de arquitecturas de flujo posibles con el mismo tamaño global L. La curva tiene una pendiente negativa debido a la física del flujo: la resistencia disminuye cuando se abren los canales de flujo: La evolución de configuraciones en el corte de V constante (y, además, a valor constante de L) representa la supervivencia a través de incrementar el rendimiento, la supervivencia del más apto. La idea de la ley constructal es que la libertad para transformarse es buena para el rendimiento.

La misma flecha de tiempo se puede describir alternativamente con referencia al corte de R constante a través de un espacio tridimensional. Las arquitecturas de flujo con igual rendimiento global (R) y tamaño global (L) evolucionan hacia la compactibilidad y la esbeltez, volúmenes más pequeños dedicados a ductos internos, es decir, volúmenes más grandes reservados para el "tejido" de trabajo (los intersticios). Los tamaños globales externos e internos (L, V) significan que un sistema de flujo tiene escalas L y V1/3. Estas forman una relación adimensional (esbeltez, Sv) qúe es una propiedad de la configuración del flujo. Para que un sistema de tamaño global y rendimiento global fijos perdure (viva) en el tiempo, el sistema debe evolucionar de manera tal que su estructura de flujo ocupe una fracción más pequeña del espacio disponible. Esta supervivencia está basada en la maximización del uso del espacio disponible. La supervivencia obtenida al incrementar Sv (compactibilidad) es equivalente a la supervivencia obtenida al incrementar el rendimiento.

Un tercer enunciado equivalente de la ley constructal se hace evidente si el diseño de L constante se replantea en un espacio de diseño V constante. La contribución de la forma y orientación de la hipersuperficie de estructuras de flujo que no están en equilibrio hace que la pendiente de la curva en el plano inferior (3R/5L)V sea positiva. Esto se debe a que la resistencia del flujo aumenta cuando se incrementa la distancia recorrida por la corriente. Las estructuras de flujo de un cierto nivel de rendimiento (R) y volumen de flujo interno (V) se transforman en nuevas estructuras de flujo que cubren progresivamente territorios más grandes. Nuevamente, las configuraciones de flujo evolucionan hacia valores de Sv mayores.

Las geometrías de la superficie de impresión de trama de red continua 222 mostradas en la Figura 2 proporcionan una pluralidad de celdas unitarias que generan una teselación (mostradas representativamente en la Figura 3). Cada celda unitaria se proporciona con un centroide de donde emana cada primera área plana que tiene un ancho (W,) que forma la superficie de impresión de trama de red continua 222. Cada área plana se bifurca al menos, preferentemente, en áreas planas adicionales (p. ej., segunda área plana, tercera área plana, etc.) y cada una tiene un ancho (p. ej., W2, W3, etc.) que es diferente del ancho de la primera área plana (W^). Cada área plana adicional (p. ej., segunda área plana, tercera área plana, etc.) puede bifurcarse entonces al menos en aún otras áreas planas adicionales que tienen anchos que son distintos a los de las áreas planas adicionales.

En el ejemplo provisto en la Figura 3 el diseño es similar al de la ramificación vascular. Puede usarse el método analítico descrito por Rosen (Ch. 3 en Optimality Principies ¡n Biology, Robert Rosen, Butterworths, London, 1967) para determinar los anchos y las longitudes de las ramas y los ángulos entre ellas. La optimización de los radios (r) de los canales capilares y sus longitudes (L) al considerar la presión capilar y la resistencia hidrodinámica de Hagen-Poiseuille da como resultado las relaciones entre Ln, rn, Ln+ , rn+ i y T, como se muestra en la Figura 3.

Dado que Ln, rn, Ln+1, y rn+1 se usan, típicamente, para describir las relaciones en sistemas de tipo capilar de origen natural que tienen 3 dimensiones, debería ser fácilmente evidente para un experimentado en ia industria que las áreas planas de las regiones de red continua de la descripción de la presente invención harán referencia a un ancho (W) porque las estructuras de la presente descripción son esencialmente macroscópicamente monoplanas en las direcciones de máquina y transversal a la máquina. Un experimentado en la industria comprenderá que, en esta circunstancia, 2r = W. Un experimentado en la industria comprenderá, además, que con el propósito de justificar la elección del diseño (p. ej., lineal, cónico, curvilíneo, etc.) y/o tratar con los detalles de fabricación, el ancho (W) que se muestra y usa para la base de la presente descripción es, preferentemente, un ancho promedio de la región. Además, un experimentado en la industria debe comprender que aun cuando los ejemplos de sistemas de tipo capilar representativos descritos en la presente descripción se muestran con características lineales, no existe razón para que los sistemas de tipo capilar de la presente descripción no puedan ser diseños curvilíneos o incluso combinaciones de diseños lineales y curvilíneos.

Adicionalmente, en el ejemplo provisto en la Figura 3, la primera área plana que tiene un ancho (Wi) se bifurca en dos áreas planas adicionales, cada una con su respectivo ancho (W2 y W3). Pueden surgir cuatro escenarios de la bifurcación resultante de la primera área plana que tiene un ancho (WÍ) en dos áreas planas adicionales, cada una con un respectivo ancho (W2 y W3). Estos escenarios son: 1 . W, = W2 + W3, donde W2 y W3? 0; 2. W, < W2 + W3, en donde W2 y W3? 0; 3. W, = W2 + W3, en donde W2?W3, y en donde W2, W3 > 0; y, 4. W, < W2 + W3, en donde W2?W3, y donde W2, W3 > 0.

Se encontró ventajoso que los valores de L, W y T se seleccionen con el fin de proporcionar la mejor correlación entre las celdas unitarias que se repiten para formar una teselación. Si bien un experimentado en la materia podría proporcionar cualquier valor de L, W y T para adecuarse a una necesidad, se descubrió que U (antes de la bifurcación) y L2, L3 (después de la bifurcación) podrían variar de aproximadamente 0.13 mm (0.05 pulgadas) a aproximadamente 19.05 mm (0.750 pulgadas) y/o de aproximadamente0.25 mm (0.010 pulgadas) a aproximadamente10.16 mm (0.400 pulgadas), y/o de aproximadamente 0.51 mm (0.020 pulgadas) a aproximadamente 5.08 mm (0.200 pulgadas), y/o de aproximadamente 0.76 mm (0.03 pulgadas) a aproximadamente 2.54 mm (0.100 pulgadas) y/o de aproximadamente 1 .27 mm (0.05 pulgadas) a aproximadamente 1 .91 mm (0.075 pulgadas). Se descubrió, además, que ?\? (antes de la bifurcación) y W2 , W3 (después de la bifurcación) podrían variar de aproximadamente 0.13 mm (0.005 pulgadas) a aproximadamente 5.08 mm (0.200 pulgadas) y/o aproximadamente 0.25 mm (0.010 pulgadas) a aproximadamente 2.54 mm (0.100 pulgadas) y/o aproximadamente 0.38 mm (0.015 pulgadas) a aproximadamente 1.91 mm (0.075 pulgadas) y/o aproximadamente 0.51 mm (0.020 pulgadas) a aproximadamente 1.27 mm (0.050 pulgadas). Se descubrió, además, que T podría variar de aproximadamente 1 grado a aproximadamente 180 grados, y/o de aproximadamente 30 grados a aproximadamente 140 grados, y/o de aproximadamente 30 grados a aproximadamente 120 grados, y/o de aproximadamente 40 grados a aproximadamente 85 grados, y/o de aproximadamente 45 grados a aproximadamente 75 grados y/o de aproximadamente 50 grados a aproximadamente 70 grados.

Se descubrió, sorprendentemente, que un producto de trama formado por el uso de una superficie de impresión de trama 222 que tiene una superficie de impresión de trama de red continua 222 con una geometría dada por la ecuación 2 (mencionada anteriormente) y los valores de L, W y T descritos anteriormente exhibió varias mejoras notables en el rendimiento. Esto incluyó un incremento sorprendente en los valores observados de VFS y SST, y una disminución sorprendente en los valores de agua residual observados (Rw) en relación con otros productos comerciales sometidos a prueba.

Se descubrió, sorprendentemente, que un producto de trama formado por el uso de una superficie de impresión de trama 222 que tiene una superficie de impresión de trama de red continua 222 con una geometría dada por la ecuación 2 (mencionada anteriormente) exhibió varias mejoras notables en el rendimiento. Esto incluyó un incremento sorprendente en los valores observados de VFS y SST, y una disminución sorprendente en los valores observados de agua residual (Rw) en relación con otros productos comerciales sometidos a prueba.

Los productos de papel de la presente invención son, preferentemente, crepados, es decir, producidos en una máquina papelera que termina con un secador Yankee, al cual se adhiere una trama papelera parcialmente secada, en el cual se seca y se retira mediante una cuchilla de crepado flexible. El crepado es un medio para compactar mecánicamente el papel en la dirección de máquina. El resultado es un incremento en el peso base (masa por área unitaria), así como cambios dramáticos en muchas propiedades físicas, particularmente cuando se miden en la dirección de máquina. El crepado se logra, generalmente, con una cuchilla flexible, o la denominada cuchilla raspadora, contra un secador Yankee en el funcionamiento de máquina.

Un secador Yankee es un tambor de gran diámetro, generalmente, de 2.4 a 6.1 metros (8 a 20 pies), que está diseñado para ser presurizado con vapor para proporcionar una superficie caliente para completar el secado de las tramas para la fabricación de papel al final del proceso de fabricación de papel. La trama de papel que se forma primero en un portador de formación poroso tal como un alambre Fourdrinier, en donde se libera del agua abundante necesaria para dispersar la pulpa fibrosa, se transfiere, generalmente, a un fieltro o tela en una denominada sección de prensa, en donde el desaguado continúa al compactar mecánicamente el papel o mediante algún otro método de desaguado tal como secado por aire pasante caliente, antes que se transfiera finalmente en la condición semiseca a la superficie del Yankee para completar el secado.

Si bien se prefieren las características de las tramas de papel crepado, particularmente, cuando el proceso de crepado está precedido por métodos de densificación con patrón para poner en práctica en la presente invención, los productos de papel no crepado están, además, dentro del alcance de la presente invención. Como se usa en la presente descripción, "productos de papel no crepado" se refiere a productos de papel secados sin compresión, con la máxima preferencia, a través de aire pasante. Las tramas secadas por aire pasante pueden densificarse con patrón, de tal manera que las zonas de densidad relativamente alta se dispersen dentro de un campo voluminoso. Esto incluye productos densificados con patrón, en donde las zonas de densidad relativamente alta son continuas y el campo voluminoso es distinto.

Para producir tramas de producto de papel no crepado, se transfiere una trama embrionaria desde el portador formador poroso en el cual se deja, a un portador de tela de transferencia de soporte de alto contenido de fibra, en movimiento más lento. Después, la trama se transfiere a una tela de secado en la cual se seca hasta una sequedad final. Estas tramas pueden ofrecer algunas ventajas en suavidad de superficie en comparación con las tramas de papel crepado.

El papel de la presente invención puede comprender fibras papeleras de los tipos madera dura y madera blanda, en donde al menos aproximadamente 65 % de las fibras papeleras son madera dura y al menos aproximadamente 35 % son madera blanda. Se debe tener en cuenta que se puede usar cualquier combinación de fibras de madera dura y madera blanda. Preferentemente, las fibras de madera dura y de madera blanda se combinan en una estructura heterogénea. Alternativamente, las fibras de madera dura y de madera blanda pueden aislarse al relegar cada una de ellas en capas separadas, en donde el producto de papel comprende una capa interior y al menos una capa exterior. En cualquier caso, la pulpa de madera en todas sus variedades puede producir los productos de papel contemplados en la presente invención. Además, se pueden usar otras pulpas fibrosas de celulosa tales como linteres de algodón, bagazo, rayón. Las pulpas de madera útiles en la presente invención incluyen pulpas químicas, tales como, pulpas de sulfito y de sulfato (a veces denominadas pulpa Kraft), así como pulpas mecánicas que incluyen, por ejemplo, madera triturada, pulpa termomecánica (TMP, por sus siglas en inglés) y pulpa quimiotermomecánica (CTMP, por sus siglas en inglés). Se puede usar las pulpas derivadas de árboles caducifolios y coniferas.

"Pulpas de madera dura", como se usa en la presente descripción, se refiere a la pulpa fibrosa derivada de la sustancia leñosa de árboles caducifolios (angiospermas). "Pulpas de madera blanda" son las pulpas fibrosas derivadas de la sustancia leñosa de árboles de coniferas (gimnospermas). Para la fabricación de las tramas de los productos de papel de la presente invención son particularmente adecuadas las mezclas de pulpas Kraft de madera dura, especialmente, las pulpas de eucalipto y las pulpas Kraft de madera de coniferas del norte o NSK (por sus siglas en inglés). Una primera modalidad de la presente invención puede proporcionar capas de trama heterogéneas, en donde, con la máxima preferencia, las pulpas de madera dura tales como eucalipto se combinan con las pulpas Kraft de madera blanda del norte. Otra modalidad de la presente invención puede proporcionar tramas de productos de papel estratificadas en donde, con la máxima preferencia, las pulpas de maderas duras, tales como la del eucalipto, se usan para capa(s) exterior(es) y las pulpas Kraft de madera blanda del norte se usan para capa(s) interior(es). En la presente invención se aplica, además, las fibras derivadas de papel reciclado, que pueden contener cualquiera o todas las anteriores categorías de fibras. Además, las múltiples pastas papeleras que contienen fibras papeleras que se pondrán en contacto mediante cualquier carga particulada es predominantemente del tipo de madera dura, preferentemente, con un contenido de al menos aproximadamente 80 % de madera dura.

Además, las fibras que forman los productos de la presente invención pueden hilarse a partir de composiciones de fusión de polímero a través de operaciones de hilado adecuadas tales como fusión-soplado y/o unión por hilado y/o pueden obtenerse de fuentes naturales tales como fuentes vegetales, por ejemplo, árboles. Estas fibras pueden ser monocomponentes o multicomponentes. Por ejemplo, los elementos fibrosos pueden comprender fibras y/o filamentos bicomponentes. Las fibras y/o filamentos bicomponentes pueden ser de cualquier forma tal como una al lado de la otra, núcleo y envoltura, islotes y lo similar. Los ejemplos no limitantes de filamentos incluyen filamentos de fusión-soplado y/o de unión por hilado. Los ejemplos no limitantes de materiales que se pueden hilar en filamentos incluyen los polímeros naturales tales como almidón, derivados de almidón, celulosa, tales como rayón y/o liocel y derivados de celulosa, hemicelulosa, derivados de la hemicelulosa y polímeros sintéticos que incluyen, pero no se limitan a, filamentos de alcohol polivinílico y/o filamentos derivados de alcohol polivinílico, y filamentos de polímero termoplástico, tales como poliésteres, nailon, poliolefinas tales como filamentos de polipropileno, filamentos de polietileno y fibras termoplásticas biodegradables tales como filamentos de ácido poliláctico, filamentos de polihidroxialcanoato, filamentos de poliesteramida y filamentos de policaprolactona. Los ejemplos no limitantes de fibras incluyen fibras de pulpa, tales como fibras de pulpa de madera, y fibras sintéticas acortadas tales como polipropileno, polietileno, poliéster, copolímeros de estos, rayón fibras de vidrio y fibras de alcohol polivinílico. Las fibras acortadas pueden ser producidas al hilar un haz de filamento y luego cortar el haz en segmentos menores que 5.08 cm (2 pulg), y de ese modo se produce las fibras.

Además de las varias fibras de pulpa de madera, otras fibras celulósicas, tales como borra de algodón, rayón, liocel y bagazo, pueden usarse en la presente invención. La estructura fibrosa o el material de los productos de trama que son materia de esta invención puede ser una estructura fibras de una hoja o de múltiples hojas adecuada para convertirse en un producto perforado seco con aire pasante. Para impartir otras características al producto o mejorar el proceso de elaboración de papel se pueden añadir otros materiales a la pasta papelera acuosa o a la trama embrionaria. Por ejemplo, cantidades pequeñas de agentes químicos funcionales tales como aglutinantes de resistencia en húmedo o resistencia en seco, aditivos de retención, surfactantes, tamaño, suavizantes químicos, composiciones que ayudan al plegado, pero estas se usan, típicamente, en cantidades menores.

Se puede añadir una especie química polarizadora de carga al proceso papelero para controlar el potencial zeta de la mezcla de pulpa papelera acuosa mientras se suministra al proceso papelero. Estos materiales se usan debido a que la mayoría de los sólidos en la naturaleza tienen cargas superficiales negativas, incluso las superficies de las fibras y finos celulósicos y la mayoría de las cargas inorgánicas. Un polarizador de carga catiónica usado tradicionalmente es el alumbre. Para la polarización de carga puede usarse polímeros sintéticos catiónicos de peso molecular relativamente bajo que tienen, preferentemente, un peso molecular no mayor que aproximadamente 500,000 y, con mayor preferencia, no mayor que aproximadamente 200,000, o aún aproximadamente 100,000. Las densidades de carga de estos polímeros sintéticos catiónicos de bajo peso molecular son relativamente altas. Estas densidades de carga varían de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 equivalentes de nitrógeno catiónico por kilogramo de polímero. Un material ilustrativo es Cypro 514.RTM., un producto de Cytec, Inc. de Stamford, Conn. En la práctica de la presente invención se permite expresamente el uso de estos materiales.

Además, puede usarse micropartículas de alta carga aniónica y alta área superficial para los propósitos de mejorar la formación, drenaje, resistencia, y retención. Los materiales comunes para este propósito son sílice coloidal o arcilla de bentonita.

Si se desea resistencia en húmedo permanente, el grupo de químicos: que incluye latices de poliamida-epiclorhidrina, poliacrilamina, estireno-butadieno; alcohol polivinílico insolubilizado; urea formaldehído; polietilenimina; polímeros de quitosana y mezclas de estos pueden adicionarse a la pasta papelera o a la trama embrionaria. Las resinas de poliamida-epiclorhidrina son resinas catiónicas para la resistencia en húmedo que se ha comprobado son especialmente útiles. Los tipos adecuados de esas resinas se describen en las patentes de los EE. UU. núm. 3,700,623 y 3,772,076. La resinas de poliamida-epiclorhidrina útiles están disponibles de Hercules, Inc. de Wilmington, Del., que comercializa dicha resina con el nombre comercial Kymene® 557H.RTM.).

Muchos productos de papel deben tener resistencia limitada cuando están húmedos debido a la necesidad de desecharlos a través de los inodoros y los sistemas de desagüe o sépticos. Si se imparte resistencia en húmedo a estos productos, se prefiere la resistencia en húmedo fugaz, que se caracteriza porque una parte o toda la potencia desaparece en presencia del agua. Si se desea tener una resistencia fugaz en húmedo, los materiales aglutinantes se pueden elegir del grupo que consiste en almidón dialdehídico u otras resinas que tengan la función aldehido tales como Co-Bond 1000. RTM comercializadas por National Starch and Chemical Company, Parez® 750. RTM comercializada por Cytec de Stamford, Conn. y la resina descrita en la patente de los EE. UU. núm. 4,981 ,557.

Si se necesita aumentar la absorbencia de las tramas de productos de papel se pueden tratar con surfactantes. El nivel de surfactante está, preferentemente, en el intervalo de aproximadamente 0.01 % a aproximadamente 2.0 % en peso, con base en el peso de fibra seca del producto de papel. Los surfactantes tienen, preferentemente, cadenas alquilo con ocho o más átomos de carbono. Ejemplos de surfactantes aniónicos son los alquiisulfonatos y alquilbencenosulfonatos. Los ejemplos de surfactantes no iónicos incluyen alquilglicósidos, que incluyen ésteres de alquilglicósido, tales como Crodesta® SL-40.RTM, que está disponible de Croda, Inc. (Nueva York, N.Y.); los ésteres alquilglicósidos se describen en la patente de los EE. UU. núm. 4,01 1 ,389, concedida a W. K. Langdon, y col. el 8 de marzo de 1977; y ésteres alquil polietoxilados tales como Pegosperse 200 mi disponible de Glyco Chemicals, Inc. (Greenwich, Conn.) y IGEPAL® RC-520.RTM disponibles de Rhone Poulenc Corporation (Cranbury, N.J.).

La presente invención se puede aplicar, además, a la producción de tramas de productos de papel de múltiples capas. Las estructuras de productos de papel de múltiples capas y métodos para la formación de estructuras de productos de papel de múltiples capas se describen en las patentes de los EE. UU. núm. 3,994,771 ; 4,300,981 ; 4,166,001 ; y la publicación de patente europea núm. 0 613 979 A1. Las capas comprenden, preferentemente, diferentes tipos de fibras, las fibras, generalmente, son fibras de madera dura relativamente cortas y de madera suave relativamente largas como se usan en la fabricación de productos de papel de múltiples capas. Las tramas de producto de papel de múltiples capas para la presente invención pueden comprende al menos dos capas superpuestas, una capa interior y al menos una capa exterior contigua con la capa interior. Preferentemente, las tramas de productos de papel de múltiples capas comprenden tres capas superpuestas, una capa central o interior y dos capas exteriores, con la capa interior ubicada entre las dos capas exteriores. Las dos capas exteriores comprenden, preferentemente, un constituyente filamentoso primario de fibras papeleras relativamente cortas con una longitud de fibra promedio entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 1.5 mm, preferentemente, menor que aproximadamente 1.0 mm. Estas fibras cortas para la fabricación de papel comprenden, típicamente, fibras de madera dura, preferentemente, fibras Kraft de madera dura y, con la máxima preferencia, fibras derivadas de eucalipto. La capa interior comprende, preferentemente, un constituyente filamentoso primario de fibras para la fabricación de papel relativamente largas con una longitud de fibra promedio de al menos aproximadamente 2.0 mm. Estas fibras papeleras largas son, típicamente, fibras de madera blanda, preferentemente, fibras Kraft de madera blanda. Preferentemente, la mayoría de la carga particulada de la presente invención se encuentra en al menos una de las capas exteriores de la trama de producto de papel de múltiples capas de la presente invención. Con mayor preferencia, la mayoría de la carga particulada de la presente invención se encuentra en ambas capas exteriores. En cualquier caso, tanto los productos de una sola hoja como los de múltiples hojas pueden producirse a partir las tramas de la presente invención.

Los agentes suavizantes tales como compuestos amonio cuaternarios pueden añadirse a la pulpa papelera. Algunos ejemplos específicos de compuestos de amonio cuaternario con función éster que tienen las estructuras mencionadas anteriormente y que resultan adecuados para usar en la presente invención pueden incluir las sales de diéster dialquildimetilamonio tales como el cloruro de diéster disebodimetilamonio, cloruro de monoéster disebodimetilamonio, sulfato de diéster disebodimetilamoniometilo, sulfato de diéster disebo di(hidrogenado) dimetilamoniometilo, cloruro de diéster disebo di(hidrogenado) dimetilamonio y mezclas de estos. Se prefiere, particularmente, el cloruro de diéster disebodimetilamonio y el cloruro de diéster disebo di(hidrogenado) dimetilamonio. Estos materiales particulares están disponibles de Witco Chemical Company Inc. de Dublin, Ohio con el nombre comercial "ADOGEN® SDMC". Otros tipos de compuestos de amonio cuaternario adecuados para usar en la presente invención se describen en las patentes de los EE. UU. núm. 5,543,067; 5,538,595; 5,510,000; 5,415,737, y en la solicitud de la patente europea núm. 0 688 901 A2. Se puede usar, además, las variaciones dicuaternarias de los compuestos de amonio cuaternario con función éster y están previstas dentro del alcance de la presente invención. Sin desear estar limitados por la teoría, se cree que la(s) entidad(es) éster de los compuestos cuaternarios proporcionan una medida de biodegradabilidad. Se cree que los compuestos de amonio cuaternario con función éster usados en la presente invención se biodegradan más rápidamente que los suavizantes químicos dimietilamonio de dialquilo convencionales.

Otros agentes suavizantes químicos adecuados para añadir a las pulpas papeleras comprenden ingredientes de polidimetilsiloxano órgano-reactivos, que incluyen poldimetilsiloxano aminofuncional. Un agente químico suavizante preferido combina una silicona órgano-reactiva con un compuesto de amonio cuaternario adecuado. Una silicona órgano-reactiva tal como un amino polidimetilsiloxano se aplica en una cantidad que está en el intervalo de aproximadamente 0 % a aproximadamente 50 % y, preferentemente, de aproximadamente 5 % a aproximadamente 15 % en peso con base en el peso del polisiloxano relativo al agente suavizante total. Los ácidos grasos adecuados comprenden análogos saturados, insaturados, lineales o ramificados de C6-C23. Un ácido graso preferido es el ácido isoesteárico. Un agente químico suavizante particularmente preferido contiene de aproximadamente 0.1 % a aproximadamente 70 % de un compuesto polisiloxano.

Los polisiloxanos pueden incluir, además, materiales poliméricos, oligoméricos, copoliméricos y otros múltiples materiales de siloxano monomérico. Como se usa en la presente descripción, el término polisiloxano deberá incluir todos los materiales poliméricos, oligoméricos, copoliméricos y otros múltiples materiales monoméricos. Además, el polisiloxano puede ser de cadena recta, de cadena ramificada o tener una estructura cíclica. Las referencias que describen los polisiloxanos incluyen las patentes de los EE. UU. núm. 2,826,551 ; 3,964,500; 4,364,837; 5,059,282; 5,529,665; 5,552,020; y la patente británica 849,433.

Los productos de la presente invención pueden ser, además, grabados. "Grabado", como se usa en la presente descripción, con respecto a una estructura fibrosa que se ha sometido a un proceso que convierte una estructura fibrosa de superficie lisa en una superficie decorativa al replicar un diseño en uno o más rodillos de grabado, que forman una línea de contacto a través de la cual pasa la estructura fibrosa. "Grabado" no incluye crepado, microcrepado, impresión u otros procesos que puedan impartir una textura y/o patrón decorativa a una estructura fibrosa. En un ejemplo, la estructura fibrosa grabada comprende grabados anidados profundos que muestran una diferencia promedio entre el pico y el valle del grabado mayor que 600 pm y/o mayor que 700 µ?? y/o mayor que 800 pm y/o mayor que 900 µ?? medida con el uso de MicroCAD.

Como se muestra en las Figuras 4-6, un producto de papel ilustrativo producido de conformidad con la presente invención es macroscópicamente monoplano, en donde el plano del papel define sus direcciones X-Y y tiene una dirección Z ortogonal a él. La trama moldeada 120B formada por el miembro de impresión poroso mostrado en la Figura 1 se caracteriza por tener una flexibilidad y resistencia a la tracción relativamente altas para un nivel dado de peso base de trama y calibre H de trama. Se piensa que esta flexibilidad y resistencia a la tracción relativamente altas se deben, al menos en parte, a la diferencia de densidad entre la región 1083 de densidad relativamente alta y la región 1084 de densidad relativamente baja. La resistencia de la trama se incrementa al prensar una porción de la trama intermedia 120A entre el primer fieltro de desaguado 320 y la superficie de impresión de trama 220 para formar la región 1083 de densidad relativamente alta. Compactar y desaguar una porción de la trama simultáneamente proporciona uniones entre fibras en la región de densidad relativamente alta para transportar cargas.

Un producto de papel ilustrativo producido de conformidad con el aparato y el proceso de la presente invención (mostrado en la Figura 1 ) tiene al menos dos regiones. La primera región comprende una región impresa que está impresa contra la superficie de impresión de trama 220 del miembro de impresión poroso 219. La región impresa es, preferentemente, una red prácticamente continua. La región 1084 de densidad relativamente baja desviada hacia la porción de conductos de deflexión 230 del miembro de impresión 219 proporciona volumen para aumentar la absorbencia. Además, presionar la trama intermedia 120A conduce a las fibras papeleras hacia la porción 230 del conducto de deflexión para formar una región de densidad intermedia y, de ese modo, se incrementa el macrocalibre H de la trama. El incremento del calibre H de la trama H disminuye la densidad aparente de la trama (peso base de la trama dividido entre el calibre H de la trama). La flexibilidad de la trama se incrementa a medida que la rigidez de la trama disminuye. Alternativamente, un producto de papel ilustrativo producido de conformidad con el aparato y el proceso de la presente invención (mostrado en la Figura 2) tiene al menos dos regiones. La primera región comprenderá una pluralidad de regiones impresas que están impresas contra la superficie de impresión de trama 220a del miembro de impresión poroso 219a. La región impresa es, preferentemente, una red prácticamente discontinua. Una región de densidad relativamente baja se desvía en la porción continua de los conductos de deflexión 230a del miembro de impresión 219 proporciona volumen para aumentar la absorbencia.

Con referencia nuevamente a un producto producido de conformidad con el miembro de impresión 210 de la Figura 1 , la diferencia de densidad entre la región 1083 de densidad relativamente alta y la región 1084 de densidad relativamente baja se proporciona, en parte, al desviar una porción de la trama embrionaria 120 en la porción de conductos de deflexión 230 del miembro de impresión 219 para proporcionar una trama intermedia 120A que no es monoplana corriente arriba del punto de sujeción por compresión 300. Una trama monoplana transportada a través del punto de sujeción por compresión 300 estaría sometida a alguna compactación uniforme y aumentaría, de este modo, la densidad mínima en la trama moldeada 120B. Las porciones de la trama intermedia no monoplana 120A en la porción de conductos de deflexión 230 evitan esta compactación uniforme y mantienen, por lo tanto, una densidad relativamente baja. Sin embargo, sin limitaciones teóricas de ninguna especie, se cree que la región 1084 de densidad relativamente baja y la región 1083 de densidad relativamente alta pueden tener, generalmente, pesos base equivalentes. En cualquier caso, la densidad de la región 1084 de densidad relativamente baja y la región 1083 de densidad relativamente alta pueden determinarse de conformidad con las patentes de los EE. UU. núm. 5,277,761 y 5,443,691.

Además, la trama moldeada 120B se puede acortar, como se conoce en la industria. El acortamiento puede lograrse por crepado de la trama moldeada 120B desde una superficie rígida, tal como un cilindro de secado. Para este fin, puede usarse un tambor secador Yankee. Durante el acortamiento, se puede producir al menos un reborde de acortamiento en las regiones 1084 de densidad relativamente baja de la trama moldeada 120B. al menos uno de estos rebordes de acortamiento se separa del plano en MD/CD de la trama moldeada 120B en la dirección Z. El crepado se puede lograr con una cuchilla raspadora de conformidad con la patente de los EE. UU. núm. 4,919,756. Alternativa o adicionalmente, el acortamiento puede lograrse por vía de una microcontracción en húmedo, según las enseñanzas de la patente de los EE. UU. núm. 4,440,597 y/o por el crepado de la tela, como será conocido para los experimentados en la industria.

"Peso base", como se usa en la presente descripción, es el peso por área unitaria de una muestra indicada en libras/3000 pies2 o g/m2. Los productos de la presente invención pueden tener un peso base mayor que 15 g/m2 (9.2 libras/3000 pies2) a aproximadamente 120 g/m2 (73.8 libras/3000 pies2) y/o de aproximadamente 15 g/m2 (9.2 libras/3000 pies2) a aproximadamente 1 10 g/m2 (67.7 libras/3000 pies2) y/o de aproximadamente 20 g/m2 (12.3 libras/3000 pies2) a aproximadamente 100 g/m2 (61 .5 libras/3000 pies2) y/o de aproximadamente 30 (18.5 libras/3000 pies2) a 90 g/m2 (55.4 libras/3000 pies2). Además, los productos de la presente invención pueden exhibir un peso base entre aproximadamente 40 g/m2 (24.6 libras/3000 pies2) a aproximadamente 120 g/m2 (73.8 libras/3000 pies2) y/o de aproximadamente 50 g/m2 (30.8 libras/3000 pies2) a aproximadamente 1 10 g/m2 (67.7 libras/3000 pies2) y/o de aproximadamente 55 g/m2 (33.8 libras/3000 pies2) a aproximadamente 105 g/m2 (64.6 libras/3000 pies2) y/o de aproximadamente 60 (36.9 libras/3000 pies2) a 100 g/m2 (61 .5 libras/3000 pies2).

Los productos de la presente invención pueden exhibir un valor de tensión total en seco menor que aproximadamente 3000 g/25.4 mm y/o menor que 2000 g/25.4 mm y/o menor que 1875 g/25.4 mm y/o menor que 1850 g/25.4 mm y/o menor que 1800 g/25.4 mm y/o menor que 1700 g/25.4 mm y/o menor que 1600 g/25.4 mm y/o menor que 1560 g/25.4 mm y/o menor que 1500 g/25.4 mm a aproximadamente 400 g/25.4 mm y/o a aproximadamente 600 g/25.4 mm y/o a aproximadamente 800 g/25.4 mm y/o a aproximadamente 000 g/25.4 mm. En aún otro ejemplo, los productos de una hoja pueden exhibir una tensión total en seco menor que aproximadamente 1560 g/25.4 mm y/o menor que 1500 g/25.4 mm y/o menor que 1400 g/25.4 mm y/o menor que 1300 g/25.4 mm a aproximadamente 300 g/25.4 mm y/o 400 g/25.4 mm y/o a aproximadamente 600 g/25.4 mm y/o a aproximadamente 800 g/25.4 mm y/o a aproximadamente 1000 g/25.4 mm.

Los productos de la presente invención pueden exhibir un valor de resistencia a la tensión total en seco menor que 800 g/25.4 mm y/o menor que 600 g/25.4 mm y/o menor que 450 g/25.4 mm y/o menor que 300 g/25.4 mm y/o menor que aproximadamente 225 g/25.4 mm.

Los productos de la presente invención pueden exhibir una densidad (medida a 15.5 g/cm2 (95 g/in2)) menor que aproximadamente 0.60 g/cm3 y/o menor que aproximadamente 0.30 g/cm3 y/o menor que aproximadamente 0.20 g/cm3 y/o menor que aproximadamente 0.10 g/cm3 y/o menor que aproximadamente 0.07 g/cm3 y/o menor que aproximadamente 0.05 g/cm3 y/o de aproximadamente 0.01 g/cm3 a aproximadamente 0.20 g/cm3 y/o de aproximadamente 0.02 g/cm3 a aproximadamente 0.10 g/cm3.

"Densidad", como se usa en la presente descripción, se calcula como el cociente del peso base expresado en gramos por metro cuadrado dividido entre el calibre expresado en mieras. La densidad resultante se expresa como gramos por centímetros cúbicos (g/cm3 o g/cc). Los productos de papel de la presente invención pueden tener densidades mayores que 0.04 g/cm3 y/o mayores que 0.05 g/cm3 y/o mayores que 0.06 g/cm3 y/o mayores que 0.07 g/cm3 y/o menores que 0.10 g/cm3 y/o menores que 0.09 g/cm3 y/o menores que 0.08 g/cm3. Los productos de papel de la presente invención pueden exhibir una densidad que varía de aproximadamente 0.045 g/cm3 a aproximadamente 0.095 g/cm3.

Procedimientos analíticos Los siguientes métodos de prueba son representativos de las técnicas usadas para determinar las características físicas de los productos de papel de múltiples hojas asociados con ellas. 1 . Acondicionamiento y preparación de las muestras A menos que se indique de cualquier otra forma, las muestras se acondicionan de conformidad con el método Tappi núm. T402OM-88. Las muestras de papel se acondicionan durante al menos 2 horas a una humedad relativa de 48 a 52 % y en de un intervalo de temperatura de 22° a 24 °C. La preparación de las muestras y todos los aspectos de la prueba que usan los siguientes métodos se confinan a una temperatura y humedad ambiente constantes. 2. Peso base El peso base se mide al preparar una o más muestras de un área determinada (m2) y pesar las muestras de una estructura fibrosa de conformidad con la presente invención y/o un producto de papel que comprende esta estructura fibrosa en una balanza de carga superior con una resolución mínima de 0.01 g. La balanza está protegida de corrientes de aire y otras perturbaciones con un escudo protector contra corrientes de aire.

Los pesos se registran cuando las lecturas en la balanza se vuelven constantes. Se calcula el peso promedio (g) y el área promedio de las muestras (m2). El peso base se calcula (g/m2) al dividir el peso promedio (g) entre el área promedio de las muestras (m2). 3. Volumen y calibre La densidad de los productos de papel de múltiples capas, como el término que se usa en la presente descripción, es la densidad promedio calculada como el peso base del papel dividido por el calibre, con las conversiones de unidades apropiadas incorporadas en ella. Como se usa en la presente descripción, el calibre del producto de papel de múltiples capas es el grosor del papel cuando se somete a una carga compresiva de 15.5 g/cm2 (95 g/pulg2). La densidad aparente es el valor recíproco de la densidad medida.

Como se usa en la presente descripción, macrocalibre significa el grosor macroscópico de la muestra. El calibre se puede medir al colocar la muestra sobre una superficie plana horizontal y confinarla entre la superficie plana y un pie de carga que tiene una superficie de carga horizontal, en donde la superficie de carga del pie de carga tiene un área de aproximadamente 20.3 cm2 (3.14 pulgadas cuadradas) y aplica una presión de confinamiento de aproximadamente 1447.9 Pa (15 g/cm cuadrados (0.21 psi)) a la muestra. El macrocalibre es el espacio resultante entre la superficie plana y la superficie de carga de un pie de carga. Estas mediciones se pueden obtener con un aparato VI R Electronic Thickness Tester Modelo II disponible de Thwing-Albert, Philadelphia, Pa. El macrocalibre es un promedio de al menos cinco mediciones. 4. Resistencia total a la tensión Como se usa en la presente descripción, la resistencia total a la tensión (TT) significa la suma de la resistencia máxima en dirección de máquina y en dirección transversal a la máquina (en g/pulg). El valor de TT se reporta en g/pulg La resistencia máxima se mide con el uso de una máquina de prueba de tensión, tal como un Intelect II STD, disponible de Thwing-Albert, Philadelphia, Pa. La resistencia máxima se mide a una velocidad de cruceta de 2.54 cm por minuto (1 pulgada por minuto) para muestras crepadas, y 0.254 cm por minuto (0.1 pulgada por minuto) para muestras de hojas a mano no crepadas. Para hojas a mano, solo se mide la resistencia máxima en dirección de máquina, y el valor de TT es igual a dos veces esta resistencia máxima en dirección de máquina dividida entre el peso base. El valor de TT se reporta como un promedio de al menos cinco mediciones. 5. Método de prueba de agua residual (RJ Este método mide la cantidad de agua destilada absorbida por un producto de papel. Generalmente, una cantidad finita de agua destilada se deposita en una superficie estándar. Después, se coloca una toalla de papel sobre el agua durante una cantidad determinada de tiempo. Después del tiempo transcurrido, la toalla se retira y se calcula la cantidad de agua restante y la cantidad de agua absorbida.

La temperatura y humedad se controlan dentro de los siguientes límites: o Temperatura: 23 °C ± 1 °C (73 °F ± 2 °F) o Humedad relativa: 50 % ± 2 % El siguiente equipo se usa en este método de prueba. Se usa una balanza de carga superior con sensibilidad: ± 0.01 gramos o mejor que tenga la capacidad de gramos mínima. Se usa una pipeta con una capacidad de 5 mi y una sensibilidad de ±1 mi. Se usa una baldosa Fórmica™ de 15.2 cm (6 pulg)x17.8 cm (7 pulg). Se usa, además, un cronómetro o temporizador digital capaz de medir el tiempo en segundos con una aproximación de 0.1 segundos.

Preparación de la solución y la muestra Para este método de prueba, se usa agua destilada, controlada a una temperatura de 23 °C ± 1 °C (73 °F ± 2 °F). Para este método se describe una unidad utilizable como una unidad de producto terminado a pesar de la cantidad de hojas. Se acondiciona los rollos o unidades utilizables de productos con materiales de envoltura o envase aislados en un recinto acondicionado a 50 % + 2 % de humedad relativa, 23 °C ± 1 °C (73 °F ± 2 °F) durante un mínimo de dos horas. No se prueba las unidades utilizables con defectos tales como arrugas, rasgaduras, agujeros etc.

Muestras de papel Se retira y desecha al menos las cuatro unidades más externas utilizables del rollo. Para probar, se retira las unidades utilizables de cada rollo de producto enviado como se indica más abajo. Para los productos de papel toalla, se selecciona cinco (5) unidades utilizables del rollo. Para servilletas de papel que están doblados, se corta y apila, se selecciona cinco (5) unidades utilizables de la pila de muestras enviadas para la prueba. Para todas las servilletas, se dobla en dos o en tres, se desdobla las unidades utilizables a su estado de cuadrado más grande. Las servilletas de una hoja tendrán una capa de una hoja; Las servilletas de dos hojas tendrán una capa de dos hojas. Con servilletas de dos hojas, las hojas pueden ser grabadas (solo presionadas) juntas, o grabadas y laminadas (presionadas y pegadas) juntas. Se debe tener cuidado cuando se desdoble las unidades de dos hojas utilizables para mantener las hojas juntas. Si las dimensiones de la unidad utilizable desdoblada exceden los 279 mm (1 1 pulgadas) en cualquier dirección, se corta la unidad utilizable hasta los 279 mm (11 pulgadas). Se registra el tamaño de unidad utilizable original si sobrepasa los 279 mm. (1 1 pulgadas). Si las dimensiones de la unidad utilizable desdoblada exceden los 279 mm (1 1 pulgadas) en cualquier dirección, se registran las dimensiones de la unidad utilizable.

Se coloca la baldosa Fórmica (superficie estándar) en el centro de la superficie de la balanza limpia. Se limpia la baldosa Fórmica para asegurarse que esté seca y libre de cualquier desecho. Se tara la balanza para obtener una lectura en cero. Se suministra lentamente 2.5 mi de agua destilada sobre el centro de la superficie estándar con el uso de la pipeta. Se registra el peso del agua con una aproximación de 0.001 g. Se suelta una unidad utilizable de la toalla de papel sobre el lugar del agua con la hoja externa hacia abajo. Inmediatamente se activa el cronómetro. La muestra debe ser soltada sobre el lugar de tal manera que lugar esté en el centro de la muestra una vez soltada. Se permite que la toalla de papel absorba el agua destilada durante 30 segundos después de activar el cronómetro. Se retira el papel del lugar después que los 30 segundos hayan transcurrido. La toalla debe ser retirada cuando el cronómetro indique 30 segundos ± 0.1 s. La toalla de papel debe ser retirada con el uso de un movimiento vertical rápido. Se registra el peso del agua restante en la superficie con una aproximación de 0.001 g.

Cálculos s ? (Cantidad de H20 restante (g)) RWV promedio (g) =— en donde: n = el número de repeticiones para este método es 5.

Se registra el RWV con una aproximación de 0.001 g. 6. Método de prueba de la pendiente de la raíz cuadrada del tiempo (SST) El método SST mide el índice sobre un espectro amplio de tiempo para capturar una vista del índice de recogida del producto durante la vida útil. Particularmente, el método mide el índice de absorbencia a través de la pendiente de la masa versus la raíz cuadrada del tiempo de 2 a 15 segundos.

Descripción general La absorción (absorción por capilaridad) de agua mediante una muestra fibrosa se mide con el tiempo. Se coloca una muestra horizontalmente en el instrumento y se sostiene mediante una estructura de red de onda abierta que permanece en una balanza. La prueba se inicia cuando se eleva un tubo conectado a un receptáculo de agua y el menisco hace contacto con el centro de la muestra desde abajo, a una presión negativa pequeña. La absorción se controla mediante la habilidad de la muestra para jalar el agua desde el instrumento durante aproximadamente 20 segundos. El índice se determina como la pendiente de la línea de regresión del peso resultante en comparación con la raíz cuadrada del tiempo de 2 a 15 segundos.

Aparatos Recinto acondicionado. La temperatura se controla de 23 °C ± a 1 °C (73 °F ± 2 °F). La humedad relativa se controla de 50 % ± a 2 % Preparación de muestra. Las muestras de producto se cortan con el uso de un cortador de precisión hidráulico/neumático en círculos con un diámetro de 8.573 cm (3.375 pulgadas).

Analizador de índice de capacidad (CRT, por sus siglas en inglés). El CRT es un analizador de absorbencia capaz de medir la capacidad y el índice. El CRT consiste de una balanza (0.001 g), en la cual permanece en una rejilla tejida (con el uso de una línea de monof ¡lamento de nailon con un diámetro de 0.036 cm (0.Ó14")) colocado sobre un receptáculo pequeño con un tubo de suministro en el centro. Este receptáculo se llena mediante la acción de válvulas de solenoide que ayudan a conectar el receptáculo de suministro de muestra a un receptáculo intermedio, cuyo nivel de agua se monitorea mediante un sensor óptico. El CRT se hace funcionar con una columna de agua de -2 mm controlada al ajustar la altura del agua en el receptáculo de suministro.

Software. Software personalizado con base en LabView específico para CRT, versión 4.2 o posterior.

Agua. Agua destilada con conductividad < 10 pS/cm (destino <5 pS/cm) a 25 °C Preparación de muestra Para este método, se describe una unidad utilizable como una unidad de producto terminado a pesar de la cantidad de hojas. Se acondiciona todas la muestras con materiales de envasado retirados durante un mínimo de 2 horas antes de las pruebas. Se desecha al menos las primeras diez unidades utilizables del rollo. Se retira dos unidades utilizables y se corta una muestra circular de 8.573 cm (3.375 pulgadas) del centro de cada unidad utilizable para realizar un total de 2 repeticiones para cada resultado de prueba. No se prueban las muestras con defectos tales como arrugas, rasgaduras, agujeros, etc. Se reemplaza con otra unidad utilizable que está libre de dichos defectos Pruebas de la muestra Configuración de la preprueba 1 . La altura del agua en el receptáculo se establece a -2.0 mm por debajo de la parte superior del bastidor de soporte (en donde la muestra de toalla será colocada). 2. El tubo de suministro (diámetro interno, 8 mm) se centra con respecto a la red de soporte. 3. La muestras de prueba se cortan en círculos de 0.87 cm (3-3/8") de diámetro y se equilibran a condiciones de ambiente Tappi durante un mínimo de 2 horas.

Descripción de la prueba 1 . Luego de presionar el botón de inicio en la aplicación del software, el tubo de suministro se mueve a 0.33 mm por debajo de la altura del agua en el tanque de reserva. Esto crea un pequeño menisco de agua sobre el tubo de suministro para asegurar el inicio de la prueba. Una válvula entre el tanque y el tubo de suministro se cierra y la escala se calibra a cero. 2. El software le indica "cargar una muestra". Se coloca una muestra en la red de soporte, se centra sobre el tubo de suministro y con el lado que se orienta hacia el exterior del rollo colocado hacia abajo. 3. Se cierra las ventanas de la balanza y se presiona el botón "OK", el software registra el peso seco del círculo.

El software le indica "colocar la cubierta en la muestra". La cubierta de plástico se coloca sobre la parte superior de la muestra, en la parte superior de la red de soporte. La cubierta de plástico tiene un pasador de centro (que se jala con el borde exterior) para asegurarse que la muestra esté en la posición apropiada para establecer la conexión hidráulica. Se colocan otros cuatro pasadores, 1 mm más cortos en profundidad radialmente a una distancia de 3.18-3.81 cm (1 .25-1 .5 pulgadas) del pasador central para asegurarse que la muestra esté plana durante la prueba. El borde de la cubierta de muestra no debe entrar en contacto con la hoja. Se cierra la ventana superior de la balanza y se hace clic en "OK".

El software recalibra a cero la escala y luego mueve el tubo de suministro hacia la muestra. Cuando el tubo de suministro alcanza su destino que está a 0.33 mm por debajo de la red de soporte, la válvula se abre (es decir, la válvula entre el tanque de reserva y el tubo de suministro) y se establece una conexión hidráulica entre el tubo de suministro y la muestra. La captación de datos ocurre a una frecuencia de 5 Hz, y se inicia aproximadamente 0.4 antes que el agua se ponga en contacto con la muestra.

La prueba se realiza durante al menos 20 segundos. Después de esto, se retira el tubo de suministro de la muestra para romper la conexión hidráulica.

Se retira la muestra húmeda de la red de soporte. Se seca el agua residual en la red de soporte y en la cubierta con una toalla de papel. 8. Se repite hasta que todas la muestras sean analizadas. 9. Después de realizar cada prueba, se crea un archivo *.txt (almacenado, típicamente, en el CRT/base de datos/directorio de índices) con un nombre de archivo como sé escribió al inicio de la prueba. El archivo contiene todos los parámetros de configuración de prueba, peso de muestra seca y los datos de agua acumulada absorbida (g) vs. tiempo (s) recolectados de la prueba.

Cálculo del índice de captación Se toma el archivo de datos sin procesar que incluye los datos de tiempo y peso.

Primero, se crea una nueva columna de tiempo que resta 0.4 segundos de los datos de tiempo sin procesar para ajustarlos y que correspondan con el momento en el que realmente se inicia la prueba (aproximadamente 0.4 segundos después que la recolección de datos comienza).

Segundo, se crea una columna de datos que convierte los datos de tiempo ajustados a la raíz de los datos de tiempo (p. ej., con el uso de una fórmula tal como raíz cuadrada del tiempo (SQRT) en el Excel).

Tercero, se calcula la pendiente de los datos de peso en comparación con la raíz cuadrada de los datos de tiempo (p. ej., con el uso de la función PENDIENTE() en Excel, con el uso de los datos de peso como los datos Y y los datos de la raíz cuadrada del tiempo como los datos X, etc.). La pendiente, debe calcularse para los puntos de datos de 2 a 15 segundos, incluso (o 3.58 a 9.83 cm (1 .41 a 3.87 pulg) en la columna de datos de la raíz cuadrada del tiempo).

Cálculo de la pendiente de la raíz cuadrada del tiempo (SST) El tiempo de inicio del contacto del agua con la muestra se estima que sea 0.4 segundos después de establecer el inicio de la conexión hidráulica entre el tubo de suministro y la muestra (Tiempo CRT). Esto se debe a que la captación de datos comienza mientras el tubo aún se mueve hacia la muestra e incorpora el pequeño retraso en respuesta en escala. En consecuencia, el "tiempo cero" es realmente a los 0.4 segundos en el tiempo CRT como se registra en el archivo *.txt.

La pendiente de la raíz cuadrada del tiempo (SST) de 2 a 15 segundos se calcula a partir de la pendiente de una línea de regresión lineal de la raíz cuadrada de tiempo entre (y que incluye) 2 a 15 segundos (eje x) versus los gramos acumulados de agua absorbida. Las unidades son g/s0 5.

Resultados de reporte Se reporta la pendiente promedio con una aproximación de 0.01 g/s° 5. 7. Métodos de prueba de hoja completa vertical (VFS. por sus siglas en inglés) v hoja completa horizontal (HFS, por sus siglas en inglés Los métodos de prueba de hoja vertical completa (VFS) y hoja completa horizontal (HFS) determinan la cantidad de agua destilada absorbida y retenida por una estructura fibrosa de la presente invención. Este método se realiza al pesar primero una muestra de la estructura fibrosa que se va a evaluar (conocido en la presente invención como el "peso seco de la muestra"), después, se humedece cuidadosamente la muestra, se drena la muestra humedecida en una posición vertical y, después, se vuelve a pesar (conocido en la presente invención como "peso húmedo de la muestra")- Luego, la capacidad de absorción de la muestra se calcula como la cantidad de agua retenida en unidades de gramos de agua absorbida por la muestra. Cuando se evalúan diferentes muestras de estructura fibrosa, se usa el mismo tamaño de estructura fibrosa para todas las muestras evaluadas.

El aparato para determinar la capacidad de VFS de las estructuras fibrosas comprende los siguiente: 1 . Una balanza electrónica con una sensibilidad de al menos ± 0.01 g y una capacidad mínima de 1200 g. La balanza debe ser colocada en una mesa para balanza y en una losa para minimizar los efectos de vibración del peso del piso/mesa de trabajo. La balanza debe tener, además, una bandeja especial para balanza que sea capaz de soportar el tamaño de la muestra evaluada (es decir, una muestra de estructura fibrosa de aproximadamente 27.9 cm (1 1 pulg) por 27.9 cm (1 1 pulg). La bandeja de la balanza puede ser fabricada de una variedad de materiales. El plexiglass es un material común usado. 2. Se requiere, además, un bastidor de soporte de muestra y una cubierta de bastidor de soporte de muestra. El bastidor y la cubierta comprenden un marco de metal ligero, encordado con un filamento de 0.305 cm (0.012 pulg) de diámetro de tal manera que forme una rejilla. El tamaño del bastidor de soporte y la cubierta es tal que el tamaño de la muestra puede ser convenientemente colocado entre los dos.

La prueba de VFS se realiza en un ambiente mantenido a 23 °C ± 1 °C y 50 % ± 2 % de humedad relativa. Se llena un receptáculo o tubo de agua con agua destilada a 23 °C ± 1 °C a una profundidad de 7.6 cm (3 pulg).

Se pesan cuidadosamente en la balanza ocho muestras de 19.05 cm (7.5 pulgadas) x 19.05 cm (7.5 pulgadas) a 27.94 cm (1 1 pulgadas) x 27.94 cm (1 1 pulgadas) de una estructura fibrosa que se va a evaluar. Se coloca el bastidor de soporte de muestra vacío en la balanza con la bandeja especial para balanza descrita más arriba. Se calibra la balanza a cero (es decir, se tara). Se coloca cuidadosamente una muestra en el bastidor de soporte de muestra. Se registra el peso de la muestra con una aproximación de 0.01 g como el peso seco de la muestra. Se coloca la cubierta del bastidor de soporte en la parte superior del bastidor de soporte. Se sumerge la muestra (ahora intercalada entre el bastidor y la cubierta) en el receptáculo de agua. Después de sumergir la muestra durante 30 segundos, se elevan suavemente el bastidor de soporte de muestra y la cubierta fuera del receptáculo.

Se dejan drenar horizontalmente la muestra y el bastidor de soporte durante 120 s ± 5 s, se tiene cuidado de no sacudir o hacer vibrar excesivamente la muestra. Mientras la muestra está drenando, se retira cuidadosamente la cubierta del bastidor y se limpia todo el exceso de agua del bastidor de soporte. Se pesan la muestra húmeda y el bastidor de soporte en la balanza tarada previamente. Se registra el peso con una aproximación de 0.01 g. Este es el peso húmedo de la muestra después de drenar horizontalmente.

Se dejan drenar verticalmente la muestra y la cubierta durante 60 s ± 5 s, y se tiene cuidado de no sacudir o hacer vibrar excesivamente la muestra. Mientras la muestra está drenando, se limpia toda el agua en exceso del bastidor de soporte. Se pesan la muestra húmeda y el bastidor de soporte en la balanza tarada previamente. Se registra el peso con una aproximación de 0.01 g. Este es el peso húmedo de la muestra después de drenar verticalmente.

El procedimiento se repite con otra muestra de la estructura fibrosa, sin embargo, la muestra se coloca en el bastidor de soporte, de tal manera que la muestra se hace girar 90° en comparación con la posición de la primera muestra del bastidor de soporte.

La capacidad de absorción gramo por gramo de la muestra de estructura fibrosa se define como (peso húmedo de la muestra - peso seco de la muestra)/peso seco de la muestra. Entonces, el HFS g/g es (el peso húmedo de la muestra después de drenar horizontalmente - el peso seco de la muestra)/peso seco de la muestra. El VFS g/g es el (peso húmedo de la muestra después de drenar verticalmente - el peso seco de la muestra)/peso seco de la muestra. El VFS calculado es el promedio de las capacidades de absorción de las dos muestras de la estructura fibrosa en las dos orientaciones diferentes.

Ejemplos Ejemplo 1 En este ejemplo, se usa una máquina papelera Fourdrinier de escala piloto. Una pulpa acuosa de 3 % en peso de pasta Kraft de maderas de coniferas del norte (NSK) se prepara en un repulpador convencional. La pulpa acuosa de NSK se refina moderadamente, y se añade una solución al 2 % de una resina de resistencia en húmedo permanente (es decir, Kymene 5221 , comercializada por Hercules incorporated of Wilmington, Del.) al tubo de materia prima de NSK en una relación de 1 % en peso de las fibras secas. Se aumenta la adsorción de Kymene 5221 en el NSK con un mezclador en línea. Se añade una solución al 1 % de carboximetil celulosa (CMC) (es decir, FinnFix 700, comercializada por CP. Kelco U.S. Inc. of Atlanta, GA) después del mezclado en línea en una relación de 0.2 % en peso de las fibras secas para mejorar la resistencia en seco del sustrato fibroso. En un repulpador convencional, se prepara una pulpa acuosa al 3 % en peso de fibras de eucalipto. Se añade una solución al 1 % de desespumante (es decir, BuBreak 4330, comercializado por Buckman Labs, Memphis TS) al tubo de materia prima de eucalipto en una relación de 0.25 % en peso de las fibras secas, y se aumenta su adsorción con un mezclador en línea.

La pasta papelera de NSK y las fibras de eucalipto se combinan en la caja de entrada y se depositan homogéneamente sobre una malla metálica de Fourdrinier para formar una trama embrionaria. El desaguado de la malla de Fourdrinier se produce a través de la malla de Fourdrinier y es asistido por un deflector y cajas de vacío. La malla de Fourdrinier tiene una configuración con ligamento de satén, de calada 5, que tiene 33 monofilamentos en dirección de máquina y 34 monofilamentos en dirección transversal de máquina por centímetro (84 monofilamentos en dirección de máquina y 76 monofilamentos en dirección transversal de máquina por pulgada), respectivamente. La trama embrionaria húmeda se transfiere desde la malla de Fourdrinier, con una consistencia de fibra de aproximadamente 15 % a aproximadamente 25 % en el punto de transferencia, a una tela fotopolimérica que tiene celdas con un patrón fractal, aproximadamente 25 por ciento de área de nudillos y 22 milipulgadas de profundidad fotopolimérica. La diferencia de velocidad entre la malla de Fourdrinier y la tela de impresión/transferencia con patrón es de aproximadamente -3 % a aproximadamente +3 %. Posteriormente, se realiza el desaguado por drenaje asistido por vacío hasta que la trama tiene una consistencia de fibras de aproximadamente 20 % a aproximadamente 30 %. La trama con patrón se seca previamente con aire pasante hasta lograr una consistencia de aproximadamente 65 % en peso. Después, la trama se adhiere a la superficie de un secador Yankee con un adhesivo de crepado aplicado por rociado que comprende una solución acuosa al 0.25 % de alcohol polivinílico (PVA). La consistencia de la fibra se incrementó en aproximadamente 96 %, antes del crepado en seco de la trama con una cuchilla raspadora. La cuchilla raspadora tiene un canto biselado de aproximadamente 25 grados y se ubica con respecto al secador Yankee para proporcionar un ángulo de impacto de aproximadamente 81 grados; el secador Yankee se hace funcionar a aproximadamente 183 metros por minuto (aproximadamente 600 ppm (pies por minuto)). La trama seca se forma en un rodillo a una velocidad de 171 metros por minuto (560 ppm).

Dos hojas de la trama se convierten en productos de toalla de papel al grabarlas y laminarlas juntas con un adhesivo de PVA. La toalla de papel tiene aproximadamente 53 g/m2 de peso base y contiene 65 % en peso de pasta Kraft de maderas blandas del Norte y 35 % en peso de pasta de eucalipto.

Ejemplo 2 Se prepara la pasta NSK y las fibras de eucalipto con un método similar al del Ejemplo 1 , se combinan en la caja de entrada y se depositan homogéneamente sobre una malla de Fourdrinier que funciona a una velocidad \ para formar una trama embrionaria.

Después, la trama se transfiere a la tela de transferencia/impresión con patrón en la zona de transferencia sin precipitar una densificación considerable de la trama. Después, se vuelve a enviar la trama, a una segunda velocidad V2, sobre la tela de transferencia/impresión a lo largo de un trayecto en circuito en relación de contacto con un cabezal de transferencia colocado en la zona de transferencia; la segunda velocidad es de aproximadamente 5 % a aproximadamente 40 % más lenta que la primera velocidad. Debido a que la velocidad de la malla es más rápida que la tela de transferencia/impresión, se produce un acortamiento en húmedo de la trama en el punto de transferencia. Así, el acortamiento en húmedo de la trama puede ser de aproximadamente 3 % a aproximadamente 15 %.

Después, la trama se adhiere a la superficie del secador Yankee, que tiene una tercera velocidad V3, con un método similar al del Ejemplo i. La consistencia de la fibra se incrementa en aproximadamente 96 % y, después, la trama se crepa en el cilindro de secado con una cuchilla raspadora que tiene un ángulo de impacto de aproximadamente 90 grados a aproximadamente 130 grados. Después de eso, la trama secada se bobina a una cuarta velocidad, V4, que es más rápida que la tercera velocidad, V3, del cilindro de secado.

Dos hojas de la trama pueden convertirse en productos de toalla de papel al grabarlas y laminarlas juntas con un adhesivo de PVA. La toalla de papel tiene aproximadamente 53 g/m2 de peso base y contiene 65 % en peso de pasta Kraft de maderas blandas del Norte y 35 % en peso de pasta de eucalipto.

Las propiedades de una trama de papel prensada fabricada de conformidad con el Ejemplo 1 se enumeran en la Tabla 1 . Las propiedades correspondientes de una trama de papel base moldeada en húmedo y crepada fabricada con la misma pasta, transferencia de trama y miembro de impresión de trama 219 se enumeran, además, para comparación en la Tabla 1 .

Tabla 1 . Valores tabulados de varias características físicas (p. e¡., diseño, patrón, crepado, conversión, peso base, volumen en seco, rotura en húmedo, resistencia a la tensión total, agua residual, valores de VFS, HFS, y VFS/HFS) para varios sustratos de la presente invención 10 15 5 10 15 5 CK, por sus siglas en inglés - nudillo continuo (es decir, superficie 222 de impresión de trama de red continua 222) CP - Acolchado continuo (es decir, conducto de deflexión continuo 230a) F - Diseño de fractal C - Diseño constructal FSO, por sus siglas en inglés - Reverso de la tela convertida WSO, por sus siglas en inglés - Reverso del alambre convertido Las dimensiones y los valores descritos en la presente descripción no deben entenderse como estrictamente limitados a la dimensión exacta y los valores mencionados. En lugar de eso, a menos que se especifique de cualquier otra manera, se entiende que cada dimensión y/o valor significa tanto la dimensión y/o valor mencionado como un intervalo funcionalmente equivalente que rodea esa dimensión y/o valor. Por ejemplo, una dimensión expresada como "40 mm" se entenderá como "aproximadamente 40 mm".

Todos los documentos citados en la descripción detallada de la invención se incorporan, en parte relevante, como referencia en la presente descripción; la mención de cualquier documento no deberá interpretarse como una admisión de que este corresponde a una industria precedente con respecto a la presente invención. En la medida que cualquier significado o definición de un término en este documento contradiga cualquier significado o definición del mismo término en un documento incorporado como referencia, prevalecerá el significado o definición asignado a ese término en este documento.

Si bien se han ilustrado y descrito modalidades particulares de la presente invención, será evidente para los experimentados en la industria que pueden hacerse otros diversos cambios y modificaciones sin desviarse del espíritu y alcance de la invención. Por lo tanto, se ha pretendido abarcar en las reivindicaciones anexas todos los cambios y las modificaciones que están dentro del alcance de esta invención.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un producto de papel caracterizado por un patrón formado en él; el patrón está caracterizado por: una pluralidad de celdas unitarias de teselación; en donde cada celda de la pluralidad de celdas unitarias se caracteriza por un centro, al menos dos áreas acolchadas continuas que se extienden en al menos dos direcciones desde el centro, cada área acolchada está caracterizada por una estructura fibrosa no densificada, y una pluralidad de áreas planas, cada una de las áreas planas está rodeada por al menos una de las áreas acolchadas continuas, cada área plana comprende una estructura fibrosa densificada; en donde al menos una de las áreas acolchadas continuas se bifurca para formar una porción de área acolchada continua que tiene un primer ancho antes de la bifurcación y al menos dos porciones de área acolchada continua que tienen un segundo ancho después de la bifurcación; cada una de al menos dos porciones de área acolchada continua tienen un segundo ancho que está en comunicación continua con la porción del área acolchada continua que tiene un primer ancho; en donde el primer ancho es mayor que el segundo ancho; en donde cada una de las porciones de área acolchada continua que tiene un primer ancho tiene una primera densidad numérica dentro de la celda; en donde cada una de al menos dos porciones de área acolchada continua que tienen un segundo ancho tiene una segunda densidad numérica dentro de la celda; y, en donde la primera densidad numérica es menor que la segunda densidad numérica.

2. El producto de papel de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el producto de papel tiene un valor de agua residual, Rw, menor que 0.12 g.

3. El producto de papel de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el producto de papel tiene un índice de valor de SSD mayor que 1 .31 g/sec½.

4. El producto de papel de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el producto de papel tiene un valor de VFS mayor que 8.08 g/g.

5. El producto de papel de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el producto de papel tiene un valor de agua residual, Rw, menor que 0.10 g.

6. El producto de papel de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque en la presente invención el producto de papel tiene un valor de agua residual, Rw, menor que aproximadamente 0.08 g.

7. El producto de papel de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el producto de papel tiene un valor de agua residual, Rw, menor que 0.04 g

8. El producto de papel de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el producto de papel tiene un índice de valor de SSD mayor que 1.31 g/sec½.

9. El producto de papel de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el producto de papel tiene un valor de VFS mayor que 8.08 g/g.

10. El producto de papel de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el producto de papel tiene un valor de VFS mayor que 8.08 g/g.