MX2015006436A - Papel tisu suave y voluminoso. - Google Patents

Papel tisu suave y voluminoso.

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Mark William Sachs
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Lynda Ellen Collins
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Abstract

La presente descripción proporciona productos de papel tisú de gran volumen, así como también un aparato y métodos para la fabricación de los mismos. Los productos de papel tisú proporcionados en la presente descripción no solamente tienen gran volumen, sino que además tienen una suavidad superficial mejorada, particularmente en comparación con productos de papel tisú de pesos bases similares.

Description

PAPEL TISÚ SUAVE Y VOLUMINOSO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Para los productos de papel tisú enrollados, tales como papel sanitario y toallas de papel, los consumidores generalmente prefieren rollos firmes con un diámetro grande. Un rollo firme expresa una calidad superior del producto y un diámetro grande expresa la presencia de material suficiente que proporciona valor para el consumidor. Desde el punto de vista del fabricante de papel tisú, sin embargo, proporcionar un rollo firme con un diámetro grande es un reto. Con el objetivo de proporcionar un rollo con diámetro grande, y mantener un costo de fabricación aceptable, el fabricante de papel tisú debe producir un rollo de papel terminado que tenga un volumen del rollo superior. Una manera de aumentar el volumen del rollo es enrollar el rollo de papel tisú holgadamente. Sin embargo, los rollos enrollados holgadamente tienen poca firmeza y se deforman fácilmente, lo que los hace poco atractivos para los consumidores. Como tal, existe una necesidad de rollos de papel tisú que tengan gran volumen así como también buena firmeza.
Además, se prefiere proporcionar un producto de papel tisú enrollado que tenga una lámina de papel tisú de un peso base alto que también sea suave. Para proporcionar un producto de papel tisú que se perciba como suave, el Ref . : 256974 fabricante de papel tisú se enfrenta a una gran variedad de opciones, que incluyen alterar la topografía de la superficie del producto de papel tisú de manera que el usuario lo perciba como suave.
Aunque se prefiere proporcionar una lámina que tenga un peso base alto, volumen, buena firmeza del rollo, y una superficie suave, la mejora de una de estas propiedades típicamente se produce a expensas de otra. Por ejemplo, a medida que aumenta el peso base de las láminas de papel tisú, se hace más difícil lograr un mayor volumen del rollo, particularmente cuando se fabrican tramas secadas por aire pasante no crepadas ya que gran parte del volumen de la estructura de papel tisú se logra al moldear la trama embrionaria de papel tisú en el tejido de fabricación de papel y este volumen disminuye al aumentar el peso base de la lámina. De ahí que el fabricante de papel tisú debe esforzarse por producir de manera económica un rollo de papel tisú que cumpla con estos parámetros frecuentemente contradictorios de gran diámetro, buena firmeza, láminas de alta calidad y costo aceptable.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Ahora se ha descubierto sorprendentemente que la formación de un producto de papel tisú texturizado mediante el uso de un tejido de secado por aire pasante con un elemento de diseño tridimensional resulta en un producto de papel tisú que tiene una suavidad superficial elevada, baja rigidez y mayor volumen. En consecuencia, en un aspecto la presente descripción proporciona una trama de papel tisú de una sola capa que tiene un peso base mayor que aproximadamente 35 gramos por metro cuadrado (g/m2), un índice de rigidez de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 y una media geométrica de la tracción (GMT) de aproximadamente 700 a aproximadamente 1200 g/3".
En otro aspecto, la presente descripción proporciona una trama de papel tisú de múltiples capas que tiene un peso base mayor que aproximadamente 40 g/m2, un índice de rigidez de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 y una GMT de aproximadamente 700 a aproximadamente 1200 g/3".
En otros aspectos, la presente descripción proporciona tramas de papel tisú de una de una o de múltiples capas enrolladas en espiral en rollos de papel tisú, las tramas de papel tisú tienen un peso base mayor que aproximadamente 35 g/m2, un índice de rigidez menor que aproximadamente 8 y una GMT de aproximadamente 700 a aproximadamente 1200 g/3", los rollos tienen un volumen del rollo de aproximadamente 14 a aproximadamente 18 cc/g y una firmeza del rollo de aproximadamente 8 a aproximadamente 10 mm.
Aún en otros aspectos, la presente descripción proporciona un producto de papel tisú enrollado que comprende una trama de papel tisú enrollada en espiral que tiene un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 15 cc/g, el producto de papel tisú enrollado tiene una estructura del rollo mayor que aproximadamente 1.0, tal como de aproximadamente 1.0 a aproximadamente 2.0 y en ciertas modalidades preferidas de aproximadamente 1.2 a aproximadamente 1.8.
En otros aspectos, la presente descripción proporciona una trama de papel tisú de una sola capa que tiene un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 15 cc/g y un valor de suavidad superficial S90 menor que aproximadamente 105 pm.
Aún en otros aspectos, la presente descripción proporciona una trama de papel tisú de múltiples capas que tiene un calibre mayor que aproximadamente 600 mm y un valor de suavidad superficial S90 menor que aproximadamente 95 um.
En otros aspectos, la descripción proporciona un producto de papel tisú enrollado que comprende una trama de papel tisú de múltiples capas enrollada en espiral en un rollo, la trama de papel tisú tiene un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 15 cc/g, un valor de suavidad superficial Sa menor que aproximadamente 95 mm y un valor de suavidad superficial Sq menor que aproximadamente 30 pm.
Aún en otros aspectos, la presente descripción proporciona una trama de papel tisú que tiene un peso base mayor que aproximadamente 38 g/m2, un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 15 cc/g y un valor de suavidad superficial S90 menor que aproximadamente 105 pm.
En otros aspectos, la presente descripción proporciona una trama de papel tisú que tiene un peso base mayor que aproximadamente 38 g/m2, un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 15 cc/g, un valor de suavidad superficial Sa menor que aproximadamente 25 mm, un valor de suavidad superficial Sq menor que aproximadamente 40 mm y un valor de suavidad superficial S90 menor que aproximadamente 105 pm.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Fig. 1 es una vista de un tejido útil en la fabricación de tramas de papel tisú de acuerdo con una modalidad de la presente descripción; La Fig. 2 es una vista en perspectiva superior de un tejido útil en la fabricación de tramas de papel tisú de acuerdo con una modalidad de la presente descripción; La Fig. 3 es una vista en sección transversal de un tejido útil en la fabricación de tramas de papel tisú de acuerdo con una modalidad de la presente descripción, tomada a través de la línea 3-3 de la Fig.2; La Fig. 4 ilustra un tejido continuo útil en la fabricación de tramas de papel tisú de acuerdo con una modalidad de la presente descripción; La Fig. 5 es un gráfico que compara el volumen de la lámina (eje x) y el índice de rigidez (eje y) para productos de papel tisú de la invención y de la téenica anterior; La Fig. 6 es un gráfico que compara el volumen de la lámina (eje x) y la suavidad superficial S90 (eje y) para productos de papel tisú de la invención y de la téenica anterior; La Fig.7 es un gráfico que compara el calibre (eje x) y el índice de rigidez (eje y) para productos de papel tisú de la invención y de la técnica anterior; La Fig.8 es un gráfico que compara el calibre (eje x) y la suavidad superficial S90 (eje y) para productos de papel tisú de la invención y de la técnica anterior; La Fig. 9A-9B son una comparación paralela de secciones transversales de una trama de papel tisú preparada mediante el uso de dos tejidos diferentes secados por aire pasante, un tejido T-1205-2 (9a) y el tejido ilustrado en la Fig. 10 (9b); y La Fig.10 es una fotografía de un tejido de secado por aire pasante útil en la formación de productos de papel tisú de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.
DEFINICIONES Como se usa en la presente descripción, el término "producto de papel tisú" se refiere a productos fabricados a partir de tramas de papel tisú e incluyen, papeles sanitarios, toallas faciales, toallas de papel, limpiadores industriales, limpiadores de servicios de alimentos, servilletas, aallmmoohhaaddiillllaass mmééddiiccaass,, y otros productos similares. Los productos de papel tisú pueden comprender una, dos, tres o más capas.
Como se usa en la presente descripción, los términos "trama de papel tisú" y "lámina de papel tisú" se refieren a un material de láminas fibroso adecuado para formar un producto de papel tisú.
Como se usa en la presente descripción, el término "media geométrica de la tracción" (GMT) se refiere a la raíz cuadrada del producto de la tracción en la dirección de la máquina y la tracción en la dirección transversal a la máquina de la trama, las cuales se determinan como se describe en la sección de Métodos de Pruebas.
Como se usa en la presente descripción, el término "calibre" es el grosor representativo de una sola lámina (el calibre de productos de papel tisú que comprenden dos o más capas es el grosor de una sola lámina del producto de papel tisú que comprende todas las capas) medido de acuerdo con el método de prueba T402 de TAPPI mediante el uso de un micrómetro automático Microgage EMVECO 200-A (EMVECO, Inc., Newberg, OR). El micrómetro tiene un diámetro de yunque de 2.22 pulgadas (56.4 mm) y una presión del yunque de 132 gramos por pulgada cuadrada (por 6.45 centímetros cuadrados) (2.0 kPa).
Como se usa en la presente descripción, el término "peso base" generalmente se refiere al peso totalmente seco por unidad de área de un papel tisú y generalmente se expresa en gramos por metro cuadrado (g/m2). El peso base se mide mediante el uso del método de prueba T-220 de TAPPI.
Como se usa en la presente descripción, el término "volumen de la lámina" se refiere al cociente del calibre (pm) dividido por el peso base totalmente seco (g/m2). El volumen de la lámina resultante se expresa en centímetros cúbicos por gramo (cc/g).
Como se usa en la presente descripción, el término "volumen del rollo" se refiere al volumen del papel dividido por su masa en el rollo enrollado. El volumen del rollo se calcula al multiplicar pi (3.142) por la cantidad obtenida al calcular la diferencia del diámetro del rollo al cuadrado (cm2) y el diámetro central externo al cuadrado (cm2) dividido por 4, dividido por la cantidad de la longitud de la lámina (cm) multiplicado por el número de láminas multiplicado por el peso base totalmente seco de la lámina (g/m2).
Como se usa en la presente descripción, el término "pendiente" se refiere a la pendiente de la línea que resulta de graficar la tracción contra el estiramiento y es un resultado de MTS TestWorks™ en el curso de determinar la resistencia a la tracción como se describe en la sección de Métodos de Prueba en la presente. La pendiente se da en las unidades de gramos (g) por unidad de ancho de la muestra (pulgadas) y se mide como el gradiente de la línea de mínimos cuadrados ajustada a los puntos de deformación corregida para la carga que cae entre una fuerza generada por el espécimen de 70 a 157 gramos (0.687 a 1.540 N) dividido por el ancho del espécimen. Las pendientes se dan generalmente en la presente descripción con las unidades de gramos por ancho de la muestra de 3 pulgadas o g/3".
Como se usa en la presente descripción, el término "media geométrica de la pendiente" (pendiente GM) generalmente se refiere a la raíz cuadrada del producto de la pendiente en la dirección de la máquina y la pendiente en la dirección transversal a la máquina.
Como se usa en la presente descripción, el término "estiramiento" generalmente se refiere a la relación de la elongación corregida por la holgura de un espécimen en el punto que genera su carga máxima dividida por la longitud de calibre corregida por la holgura en cualquier orientación dada. El estiramiento es un resultado del MTS TestWorks™ en el curso de determinar la resistencia a la tracción como se describe en la sección de Métodos de Pruebas en la presente descripción. El estiramiento se da como un porcentaje y puede darse para el estiramiento en la dirección de la máquina (MDS), el estiramiento en la dirección transversal a la máquina (CDS) o como media geométrica del estiramiento (GMS), que es la raíz cuadrada del producto del estiramiento en la dirección de la máquina y el estiramiento en la dirección transversal a la máquina.
Como se usa en la presente descripción, el término "firmeza del rollo," generalmente se refiere a la capacidad de un producto de papel tisú enrollado para resistir la deflexión cuando recibe un impacto, lo que se determina como se describe en la sección de Métodos de Pruebas.
Como se usa en la presente descripción, el término "estructura del rollo" generalmente se refiere a la apariencia general y la calidad de un producto de papel tisú enrollado y es el producto del volumen del rollo (expresado en cc/g) y el calibre (expresado en cm) dividido por la Firmeza (expresada en cm). En la presente descripción, la estructura del rollo se menciona generalmente sin hacer referencia a las unidades.
Como se usa en la presente descripción, el término "índice de rigidez" se refiere al cociente de la media geométrica de la pendiente (que tiene unidades de g/3") dividida por la resistencia a la media geométrica de la tracción (que tiene unidades de g/3").
Como se usa en la presente descripción, el término "suavidad superficial" se refiere a la topografía de la superficie por imágenes filtradas medida como se describe en la sección de Métodos de Pruebas. La suavidad superficial se expresa como tres valores diferentes - Sa, Sq y S90 - y pueden tener unidades de milímetros (mm) o mieras (pm).
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El volumen es una propiedad importante para la capacidad de absorción y la sensación táctil de las tramas y productos de papel tisú. Sin embargo, el aumento del volumen de tramas y productos de papel tisú, frecuentemente se produce a expensas de otras propiedades tales como la suavidad superficial. Tradicionalmente el fabricante de papel tisú ha tenido que recurrir a tejidos para la fabricación de papel con una gran topografía para lograr un gran volumen. Al aumentar el calibre de la trama de papel tisú a un peso base dado, y por lo tanto el volumen de la lámina, el uso de tejidos con gran topografía frecuentemente le da a la trama una superficie tridimensional que no es particularmente suave.
Los presentes inventores descubrieron ahora sorprendentemente que ciertos tejidos para la fabricación de papel y en particular tejidos secados por aire pasante que tienen patrones dispuestos tópicamente sobre estos pueden usarse para producir tramas y productos de papel tisú que sean suaves y tengan gran volumen. En consecuencia, en ciertas modalidades la presente descripción proporciona una trama de papel tisú que tiene un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 12 centímetros cúbicos por gramo (cc/g), tal como de aproximadamente 12 a aproximadamente 20 cc/g, y un valor de suavidad superficial S90 menor que aproximadamente 105 pm. En otras modalidades, la descripción proporciona productos de papel tisú enrollado formados por tramas de papel tisú enrolladas en espiral donde los productos de papel tisú enrollado tienen un volumen del rollo mejorado, tal como mayor que aproximadamente 14 cc/g, y mayor firmeza del rollo, tal como de aproximadamente 8 a aproximadamente 10 mm.
De acuerdo con ciertas modalidades, las tramas de papel tisú de gran volumen se fabrican mediante el uso de una banda sin fin para fabricar papel, tal como un tejido de secado por aire pasante (TAD), que tiene un patrón tridimensional dispuesto sobre este. Preferentemente, el patrón tridimensional está dispuesto sobre la superficie de contacto con la trama para cooperar con, y estructurar, la trama fibrosa húmeda durante la fabricación. En una modalidad particularmente preferida, la estructura tridimensional de contacto con la trama comprende una pluralidad de elevaciones distribuidas a través de toda la superficie de la banda en contacto con la trama y juntas constituyen de aproximadamente 15 a aproximadamente 35 por ciento, en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 18 a aproximadamente 30 por ciento, y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 20 a aproximadamente 25 por ciento de la superficie de contacto con la trama.
Además de las elevaciones, la superficie de contacto con la trama comprende preferentemente una pluralidad de áreas continuas de descenso entre las elevaciones. Las áreas de descenso están unidas por las elevaciones y se expanden igualmente con el plano superficial superior de la banda.
Cada elevación tiene una primera dimensión en una primera dirección (x) en el plano del área superficial superior, una segunda dimensión en una segunda dirección (y) en el plano del área superficial superior, la primera y segunda direcciones (x, y) están en ángulos rectos entre sí, una altura promedio (h) y un área (a) medidas en el plano del área superficial superior, estas dimensiones se definen cuando la banda está en un estado no comprimido.
Una banda para la fabricación de papel tisú de gran volumen de acuerdo con la presente descripción se ilustra en la Fig. 1, en una modalidad la banda sin fin 10 tiene dos elementos principales: una estructura portadora 30 y elementos de diseño tridimensionales 40 (mencionados además en la presente descripción como "elevaciones")· La estructura portadora 30 tiene dos superficies opuestas - una superficie de contacto con el papel tisú 50 y una superficie de contacto con la máquina. Generalmente los elementos de diseño 40 están dispuestos sobre la superficie de contacto con el papel tisú 50. Cuando la banda 10 comprende un tejido de secado por aire pasante la superficie de contacto con el papel tisú 50 soporta la trama embrionaria de papel tisú, mientras que la superficie opuesta, la superficie de contacto con la máquina, hace contacto con el secador pasante.
La estructura portadora 30 tiene dos dimensiones principales - una dirección de la máquina ("MD"), que es la dirección dentro del plano de la banda 10 paralela a la dirección principal de desplazamiento de la trama de papel tisú durante la fabricación y una dirección transversal a la máquina ("CD"), que generalmente es ortogonal a la dirección de la máquina.
La estructura portadora es preferentemente una tela tejida, y en una modalidad particularmente preferida una tela tejida sustancialmente plana tal como una tela tejida plana de múltiples capas 30 que tiene hilos de urdimbre de base 32 entretejidos con hilos de trama 34 en un patrón de tejido plano lxl. Un tejido de múltiples capas ilustrativo se describe en la patente de los Estados Unidos núm.8,141,595, cuyo contenidos se incorpora en la presente de una manera coherente con la presente descripción. En el tejido 30, la capa de tejido plano que soporta la carga se construye de manera que los puntos más altos tanto de las tramas que soportan la carga 34 como de las urdimbres que soportan la carga 32 sean coplanares y coincidentes con el plano 70.
Como se ilustra en las Figs. 2 y 3, los elementos de diseño 40 están unidos a la estructura portadora 30 y se extienden hacia fuera a partir del lado de ella en contacto con el papel 50 en la dirección Z. Generalmente los elementos de diseño 40 se aplican de manera tópica a la estructura portadora 30. Los métodos particularmente adecuados para la aplicación tópica son imprimir o extrudir material polimérico sobre la superficie. Los métodos alternativos incluyen aplicar películas fundidas o curadas, tejer, bordar o coser fibras poliméricas en la superficie para un elemento de diseño. Los materiales poliméricos particularmente adecuados incluyen materiales que pueden adherirse fuertemente a la estructura portadora y son resistentes a la degradación térmica en condiciones típicas de funcionamiento de la máquina secadora de papel tisú y son razonablemente flexibles, tales como siliconas, poliésteres, poliuretanos, epóxidos, polifenilsulfuros y poliétercetonas.
El elemento de diseño 40 se extiende en la dirección Z (generalmente ortogonal tanto a la dirección de la máquina como a la dirección transversal a la máquina) por encima del plano 70 de la estructura portadora 30. Los elementos de diseño 40 pueden tener paredes laterales rectas o paredes laterales ahusadas, y fabricarse de cualquier material adecuado para soportar las temperaturas, presiones, y deformaciones que se producen durante el proceso de fabricación de papel. Como se ilustra en la Fig. 3, los elementos de diseño 40 son de tamaño similar y tienen paredes laterales generalmente rectas y paralelas 42, lo que proporciona los elementos 40 con un ancho (w), y una altura (h). Para las modalidades descritas en la presente descripción, los elementos de diseño 40 preferentemente tienen una altura entre 0.6 y 3.0 mm, preferentemente entre 0.7 y 1.4 mm, y en una modalidad particularmente preferida entre 0.8 y 1.0 mm. La altura (h) generalmente se mide como la distancia entre el plano de la estructura portadora y el plano superior de las elevaciones.
Además de tener una altura (h), las elevaciones 40 tienen un ancho (w). El ancho se mide generalmente normal a la dimensión principal de la elevación 40 dentro del plano de la banda 10 en una ubicación dada. Cuando el elemento 40 tiene una sección transversal generalmente cuadrada o rectangular, el ancho (w) se mide generalmente como la distancia entre las dos paredes laterales planas 42, 44 que forman el elemento 40. En esos casos, cuando el elemento no tiene paredes laterales planas, el ancho se mide en el punto donde el elemento 40 hace contacto con el portador 30.
Generalmente, para las modalidades descritas en la presente descripción, los elementos de diseño 40 tienen un ancho de aproximadamente 0.6 a 3.1 mm, en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 0.7 a aproximadamente 1.5 mm, y aún con mayor preferencia de aproximadamente 0.8 a aproximadamente 1.1 mm.
En una modalidad particularmente preferida, los elementos de diseño 40 preferentemente tienen paredes laterales planas 42, 44 de manera que la sección transversal del elemento de diseño tenga una forma general cuadrada o rectangular. Sin embargo, debe entenderse que el elemento de diseño puede tener otras formas de la sección transversal, tales como triangular, convexa o cóncava, las cuales además pueden ser útiles en la producción de productos de papel tisú de gran volumen de acuerdo con la presente descripción. En consecuencia, en una modalidad particularmente preferida los elementos de diseño 40 preferentemente tienen paredes laterales planas 42, 44 y una sección transversal cuadrada donde el ancho (w) y la altura (h) son iguales y varían de aproximadamente 0.6 a aproximadamente 3.0 mm, en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 0.7 a aproximadamente 1.4 mm y aún con mayor preferencia de aproximadamente 0.8 a aproximadamente 1.0 mm.
Con referencia adicional a la Fig. 2, se ilustra una modalidad preferida que muestra la separación y disposición de las elevaciones 40. Generalmente, ninguna de las elevaciones 40 se interseca con la otra y preferentemente están dispuestas en paralelo entre sí. Como tal, en la modalidad ilustrada, las paredes laterales adyacentes de los elementos de diseño individuales están igualmente espaciadas unas de otras.
Para las modalidades descritas en la presente descripción, la separación de centro a centro de los elementos de diseño (mencionada además en la presente como paso o simplemente como p) es de aproximadamente 1.7 a aproximadamente 20 mm entre sí, tal como de aproximadamente 2.0 a aproximadamente 10 mm entre sí, y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 3.8 a aproximadamente 4.4 mm entre sí, en una dirección generalmente ortogonal a tales superficies. Esta separación resultará en una trama de papel tisú que genera un calibre máximo cuando se fabrica de fibras celulósicas convencionales. Además, esta disposición proporciona una trama de papel tisú que tiene una topografía tridimensional de la superficie, aunque la densidad es relativamente uniforme.
Como se ilustra además en la Fig.2, los elementos de diseño 40 pueden producirse como patrones de onda que están dispuestos en fase unos con otros de manera que p es aproximadamente constante. En otras modalidades los elementos de diseño pueden formar un patrón de onda donde los elementos de diseño adyacentes están separados entre sí. Independientemente del patrón particular de los elementos de diseño, o si los patrones adyacentes están en fase o no unos con otros, los elementos de diseño están separados entre sí por una distancia mínima. Preferentemente, la distancia entre los elementos de diseño 40 es mayor que 0.7 mm y en una modalidad particularmente preferida mayor que aproximadamente 1.0 mm y aún con mayor preferencia mayor que aproximadamente 2.0 mm tal como de aproximadamente 2.0 a aproximadamente 6.0 mm y aún con mayor preferencia de aproximadamente 3.0 a aproximadamente 4.5 mm.
Cuando los elementos de diseño 40 están en forma de onda, tal como los ilustrados en la Fig.1, los elementos de diseño tienen una amplitud (A) y una longitud de onda (L). La amplitud puede estar en el intervalo de aproximadamente 2.0 a aproximadamente 200 mm, en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 10 a aproximadamente 40 mm y aún con mayor preferencia de aproximadamente 18 a aproximadamente 22 mm. Igualmente, la longitud de onda puede estar en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 500 mm, en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 50 a aproximadamente 200 mm y aún con mayor preferencia de aproximadamente 80 a aproximadamente 120 mm.
Preferentemente una pluralidad de elementos de diseño están dispuestos sobre la estructura portadora y se extienden sustancialmente a todo lo largo de una dimensión de ella, y cada elemento en la pluralidad está separado de los elementos adyacentes. De esta manera los elementos pueden abarcar toda la dirección transversal a la máquina de la banda y pueden rodear la banda completamente en la dirección de la máquina. Por ejemplo, como se ilustra en la Fig.4, los elementos 40 están orientados sustancialmente en paralelo a la dirección de la máquina de la banda 10.
El material polimérico, u otro material usado para formar los elementos de diseño 40, pueden aplicarse y unirse a la estructura portadora de cualquiera manera adecuada. Una manera de adherir y unir el elemento de diseño a la estructura portadora se describe en la solicitud de Estados Unidos núm. 10/535,537, cuyo contenido se incorpora en la presente descripción como referencia de una manera coherente con la presente descripción. Por lo tanto, en una modalidad particularmente preferida, el elemento de diseño se forma al extrudir o imprimir un material polimérico en la estructura portadora. En otras modalidades el elemento de diseño puede producirse, al menos en algunas regiones, al extrudir dos o más materiales poliméricos. Los materiales poliméricos adecuados incluyen siliconas, poliésteres, poliuretanos, epóxidos, polifenilsulfuros y polietercetonas.
Además de los elementos de diseño 40 la banda 10 comprende además áreas de descenso 60, las que están unidas por los elementos de diseño 40. Las áreas de descenso 60 permiten eliminar el agua de la trama mediante la aplicación de presión de fluido diferencial, mediante mecanismos de evaporación, o ambos cuando el aire secante pasa a través de la trama mientras está en la banda 10 o cuando se aplica un vacío a través de la banda 10.
La disposición de los elementos de diseño 40 y las áreas de descenso 60 produjo un tejido para fabricar papel que tiene una topografía tridimensional de la superficie, que cuando se usa para formar una trama de papel tisú, produce una trama que tiene una densidad relativamente uniforme, pero una topografía tridimensional de la superficie. La trama resultante tiene además mejor volumen, mejor suavidad, y mejor suavidad superficial en comparación con tramas y productos fabricados de acuerdo con la téenica anterior. Igualmente, los productos enrollados preparados de acuerdo con la presente descripción pueden tener mejor firmeza y volumen del rollo, mientras que todavía mantienen la suavidad superficial y las propiedades de resistencia.
Por ejemplo, la presente descripción proporciona productos de papel tisú de una sola capa que tienen mejores calibre y volumen en comparación con productos de papel tisú de una sola capa disponibles comercialmente, mientras que tienen además menor rigidez. Estas mejoras se traducen en mejores productos enrollados, como se resume en la Tabla 1, más abajo.
TABLA 1 En consecuencia, en ciertas modalidades, los productos de papel tisú enrollado pueden comprender una trama de papel tisú de una sola capa o de múltiples capas (tal como dos, tres o cuatro capas) enrolladas en espiral con un peso base mayor que aproximadamente 35 g/m2, tal como de aproximadamente 35 a aproximadamente 60 g/m2 y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 38 a aproximadamente 50 g/m2.
Los productos de papel tisú enrollados que comprenden una trama de papel tisú de una sola capa enrollada en espiral tienen generalmente una firmeza del rollo menor que aproximadamente 10 mm, tal como de aproximadamente 7 a aproximadamente 10 mm y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 8 a aproximadamente 9 mm. En una modalidad particular, por ejemplo, la descripción proporciona un producto de papel tisú enrollado que comprende una trama de papel tisú de una sola capa enrollada en espiral que tiene un peso base de aproximadamente 35 a aproximadamente 50 g/m2, en donde el rollo tiene una firmeza del rollo de aproximadamente 8 a aproximadamente 10 mm. Dentro de los intervalos anteriores de firmeza del rollo, los rollos fabricados de acuerdo con la presente descripción no parecen ser demasiado suaves y "pulposos" ya que puede no ser deseable para algunos consumidores durante algunas aplicaciones .
En el pasado, en los niveles de firmeza del rollo anteriores, los productos de papel tisú enrollados en espiral tenían una tendencia a tener bajos volúmenes de los rollos y/o pobres propiedades de suavidad de la lámina. Sin embargo, ahora se ha descubierto que los productos de papel tisú enrollado que tienen una firmeza de aproximadamente 7 a aproximadamente 10 mm y que comprenden tramas de una sola capa con pesos bases mayores que aproximadamente 35 g/m2 pueden producirse de manera que el producto tenga un volumen del rollo mayor que 10 cc/g, tal como de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 cc/g, y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 14 a aproximadamente 18 cc/g, incluso cuando se enrolla en espiral bajo tensión. Por ejemplo, los productos enrollados en espiral que comprenden una trama de una sola capa que tiene un peso base de aproximadamente 35 a aproximadamente 50 g/m2 pueden tener un volumen del rollo mayor que 12 cc/g mientras todavía mantienen una firmeza menor que aproximadamente 10 mm, tal como de aproximadamente 8 a aproximadamente 10 mm.
Para producir productos enrollados que tengan volumen y firmeza del rollo satisfactorios, la propia trama de papel tisú tiene preferentemente un mejor volumen de la lámina. Por ejemplo, las láminas base de una sola capa preparadas como se describe en la presente descripción pueden convertirse en un producto de papel tisú enrollado mientras todavía mantienen gran parte de su volumen de la lámina, el cual es preferentemente mayor que aproximadamente 12 cc/g, tal como de aproximadamente 12 a aproximadamente 20 cc/g y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 14 a aproximadamente 18 cc/g. De esta manera las láminas base pueden someterse a calandrado o similares para suavizar la trama mientras todavía mantienen una suficiente cantidad de volumen de la lámina.
Aunque tienen propiedades mejoradas, las tramas de papel tisú preparadas de acuerdo con la presente descripción continúan siendo lo suficientemente fuertes para soportar el uso de un consumidor. Por ejemplo, las tramas de papel tisú preparadas de acuerdo con la presente descripción pueden tener una media geométrica de la tracción (GMT) mayor que aproximadamente 700 g/3", tal como de aproximadamente 800 a aproximadamente 1500 g/3", y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 900 a aproximadamente 1200 g/3". Cuando las tramas de papel tisú de la presente descripción se convierten en productos de papel tisú enrollados, estos mantienen una cantidad significativa de su resistencia a la tracción, dé manera que la disminución en la media geométrica de la tracción durante la conversión de la trama a un producto terminado es menor que aproximadamente 30 por ciento y en una modalidad particularmente preferida menor que aproximadamente 25 por ciento, tal como de aproximadamente 10 a aproximadamente 30 por ciento. Como tal, los productos terminados tienen preferentemente una resistencia a la media geométrica de la tracción mayor que 700 g/3", tal como de aproximadamente 800 a aproximadamente 1200 g/3", y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 900 a aproximadamente 1100 g/3".
Aún en otras modalidades, la presente descripción proporciona tramas de papel tisú que tienen un volumen, suavidad y durabilidad mejorados. La durabilidad mejorada, tal como un aumento del estiramiento en la dirección de la máquina y en la dirección transversal a la máquina (MDS y CDS), y la suavidad mejorada pueden medirse como una reducción en la pendiente de la curva de tracción-deformación o el índice de rigidez. Por ejemplo, las tramas de papel tisú preparadas como se describe en la presente descripción tienen generalmente una media geométrica de la pendiente menor que aproximadamente 6,000 g/3", tal como de aproximadamente 4,000 a aproximadamente 6,000 g/3", y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 4,200 a aproximadamente 5,000 g/3". Las tramas de una sola capa enrolladas en espiral en productos enrollados tienen generalmente una media geométrica de la pendiente menor que aproximadamente 10,000 g/3", tal como de aproximadamente 3,000 a aproximadamente 9,000 g/3" y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 4,000 a aproximadamente 8,000 g/3". Las tramas de dos capas enrolladas en espiral en productos enrollados tienen generalmente una media geométrica de la pendiente menor que aproximadamente 9,000 g/3", tal como de aproximadamente 4,000 a aproximadamente 8,000 g/3".
Aunque las tramas de papel tisú de la presente descripción tienen generalmente pendientes medias geométricas inferiores en comparación con las tramas de la téenica anterior, las tramas mantienen una cantidad suficiente de resistencia a la tracción para continuar siendo útiles al consumidor. De esta manera, la descripción proporciona productos de papel tisú y lámina base que tiene un bajo índice de rigidez. Por ejemplo, las tramas de papel tisú tienen preferentemente un índice de rigidez menor que aproximadamente 8.0, tal como de aproximadamente 5.0 a aproximadamente 7.0 y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 4.0 a aproximadamente 6.5. Cuando se convierten en productos enrollados, la trama de papel tisú frecuentemente se tensa ligeramente. Sin embargo, la cantidad de rigidez introducida a las tramas de la invención durante la conversión es mínima de manera que de los productos de papel tisú de una sola capa tienen un índice de rigidez menor que aproximadamente 8.0, tal como de aproximadamente 4.0 a aproximadamente 7.0 y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 5.0 a aproximadamente 6.5. En una modalidad particularmente preferida, la presente descripción proporciona una trama de papel tisú de una sola capa que tiene un peso base totalmente seco mayor que aproximadamente 35 g/m2, un índice de rigidez de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 y una GMT de aproximadamente 700 a aproximadamente 1000 g/3".
Igualmente, las tramas de papel tisú que se convierten en un producto terminado, por ejemplo mediante calandrado o similares, tienen generalmente menor estiramiento en la dirección de la máquina y en la dirección transversal a la máquina (MDS y CDS respectivamente) con respecto a la lámina base. Sin embargo, la reducción en CDS y MDS es relativamente mínima para los productos preparados de acuerdo con la presente descripción. Por ejemplo, en ciertas modalidades las láminas base pueden tener una media geométrica del estiramiento (GMS) mayor que aproximadamente 12, tal como de aproximadamente 12 a aproximadamente 30 y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 16 a aproximadamente 25 por ciento. El correspondiente producto terminado de una sola capa tiene preferentemente un GMS mayor que aproximadamente 10, tal como de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 y en una modalidad particularmente preferida de aproximadamente 14 a aproximadamente 18 por ciento .
Como se señaló anteriormente, las tramas preparadas como se describe en la presente descripción pueden convertirse en productos enrollados de papel tisú de una sola capa o de múltiples capas que tienen mejores propiedades sobre la téenica anterior. En una modalidad, la presente descripción proporciona un producto de papel tisú enrollado que comprende una trama de papel tisú de dos capas enrollada en espiral, en donde la trama de papel tisú tiene un peso base totalmente seco mayor que aproximadamente 35 g/m2, un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 15 cc/g y un índice de rigidez menor que aproximadamente 7. En una modalidad particularmente preferida, el producto enrollado tiene un volumen del rollo mayor que aproximadamente 15 cc/g y una firmeza del rollo menor que aproximadamente 10 mm, tal como de aproximadamente 8 a aproximadamente 10 mm. Para propósitos comparativos, las propiedades mejoradas de los productos de papel tisú de múltiples capas se exponen en la Tabla 2, más abajo.
TABLA 2 Además de que tienen mejor volumen, rigidez, firmeza y similares, las tramas y productos de papel tisú producidos de acuerdo con los métodos expuestos en la presente descripción también tienen mejores propiedades táctiles tal como mejor suavidad superficial. En la téenica se conoce que el sistema de receptores de Pacini en la yema de los dedos en humanos es más sensible a una frecuencia de aproximadamente 250 Hz donde las vibraciones a, o cerca de, 250 Hz se experimentan como rugosas. Por lo tanto, la percepción de si la superficie de un producto de papel tisú es rugosa o lisa depende de la velocidad a la que el usuario pasa sus dedos sobre la superficie y la longitud de onda de cualquier topografía superficial sobre el papel tisú. Por ejemplo, si un usuario pasa sus dedos sobre la superficie de un producto de papel tisú a una velocidad de 4 cm/seg, una topografía superficial con una longitud de onda de aproximadamente 0.16 mm se sentirá rugosa por el sistema de Pacini.
Debido a la relación entre la topografía superficial y la suavidad o rugosidad percibidas, puede predecirse la sensación relativa de un papel tisú en base a su topografía superficial. La topografía de la superficie puede medirse mediante el uso de perfilometría, por ejemplo mediante los Métodos de Prueba de Suavidad expuestos más abajo. La perfilometría se usa para generar una imagen digital de la superficie del producto de papel tisú. La imagen digital se filtra después mediante el uso de un filtro de paso de banda con frecuencias espaciales de corte de 0.095 mm y 0.5 mm para enfatizar las frecuencias espaciales que se experimentan como las más rugosas por la yema de los dedos humanos. La imagen filtrada de la superficie se analiza después para producir los valores de suavidad superficial Sa, Sq y S90, donde las superficies que tienen valores más bajos generalmente se perciben como más lisas.
En consecuencia, en ciertas modalidades, los productos de papel tisú de la presente descripción tienen una suavidad mejorada, tal como valores bajos de Sa, Sq y/o S90, mientras que tienen además mejor calibre y volumen de la lámina. Por ejemplo, en una modalidad la descripción proporciona un producto de papel tisú que tiene un valor de suavidad superficial Sa menor que aproximadamente 25 mm, un valor Sq menor que aproximadamente 35 pm, un valor S90 menor que aproximadamente 105 mm y un volumen de la lámina mayor que 15 cc/g. En otras modalidades, la descripción proporciona un producto de papel tisú que tiene un valor de suavidad superficial Sa de aproximadamente 15 a aproximadamente 25 pm. En otra modalidad la descripción proporciona un producto de papel tisú que tiene un valor de suavidad superficial Sq de aproximadamente 25 a aproximadamente 40 pm. En todavía otras modalidades la descripción proporciona un producto de papel tisú que tiene un valor de suavidad superficial S90 de aproximadamente 70 a aproximadamente 120 pm. Una comparación de las propiedades de suavidad superficial, así como otras propiedades de los productos, se expone en la Tabla 3, más abajo.
TABLA 3 En una modalidad particularmente preferida, la presente descripción proporciona un producto de papel tisú de múltiples capas que tiene un calibre mayor que aproximadamente 600 mm, tal como de aproximadamente 600 mm a aproximadamente 1000 pm y un valor de suavidad superficial S90 menor que aproximadamente 95 pm, tal como de aproximadamente 70 a aproximadamente 95 pm. Aún en otras modalidades, la presente descripción proporciona un producto de papel tisú de una sola capa que tiene un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 15 cc/g, tal como de aproximadamente 15 a aproximadamente 20 cc/g y una superficie lisa, de manera que Sa es menor que aproximadamente 22 pm, Sq es menor que aproximadamente 35 mm y S90 es menor que aproximadamente 100 pm.
En otras modalidades la descripción proporciona un producto de papel tisú de una sola capa que tiene un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 15 cc/g, tal como de aproximadamente 15 a aproximadamente 20 cc/g, y un valor de suavidad superficial S90 menor que aproximadamente 105 pm, tal como de aproximadamente 70 a aproximadamente 105 pm.
Además de proporcionar los beneficios anteriores, se cree también que al formar una trama de papel tisú mediante el uso de una banda que tiene una estructura portadora y un elemento de diseño escogido adecuadamente el anidamiento puede reducirse cuando las tramas se convierten en formas de productos enrollados. A su vez, la reducción del anidamiento mejora ciertas propiedades, tales como el volumen y la firmeza del producto enrollado. Típicamente, el anidamiento surge como resultado de usar tejidos texturizados secados por aire pasante, lo que produce valles y crestas en la trama de papel tisú. Aunque estas crestas y valles pueden proporcionar varios beneficios a la trama resultante, a veces surgen problemas cuando la trama se convierte en formas finales de productos. Por ejemplo, cuando las tramas se convierten en productos enrollados, las crestas y valles de un enrollado se localizan en la parte superior de las crestas y valles correspondientes del próximo enrollado, lo que provoca que el rollo se compacte más fuertemente, lo que reduce así el volumen del rollo (al aumentar la densidad) y hace que el enrollado del producto sea menos consistente y controlable. Por lo tanto, en ciertas modalidades la presente descripción proporciona productos de papel tisú que comprenden una trama de papel tisú que tiene un elemento de diseño tridimensional, en donde los elementos de diseño reducen el anidamiento de la trama cuando se convierte en un producto enrollado.
Los rollos formados de acuerdo con la presente descripción tienen generalmente mayor volumen del rollo a una firmeza del rollo dada. Además, los rollos tienen generalmente un grado de acoplamiento sorprendente entre envolturas sucesivas de la trama enrollada en espiral, lo que mejora la estructura del rollo a una firmeza dada del rollo, más específicamente permite que se fabriquen rollos menos firmes sin deslizamiento entre envolturas. Por ejemplo, en comparación con los productos de papel tisú producidos mediante el uso de un tejido de secado por aire pasante con una unión desplazada, los productos enrollados de papel tisú de la presente descripción tienen un anidamiento reducido y una estructura del rollo mejorada. Una medición de un anidamiento reducido y una estructura del rollo mejorada, referida en la presente como estructura del rollo, es el producto del volumen del rollo (expresado en cc/g) y el calibre (expresado en cm) dividido por la Firmeza (expresada en cm). Generalmente los productos de papel tisú enrollado de la presente invención tienen una estructura del rollo mayor que aproximadamente 1.0 y en una modalidad particularmente preferida mayor que aproximadamente 1.25 y en una modalidad particularmente preferida menor que aproximadamente 1.5, tal como de aproximadamente 1.0 a aproximadamente 2.0 y en modalidades particularmente preferidas de aproximadamente 1.2 a aproximadamente 1.8. Una comparación de la estructura del rollo de muestras de la invención y de productos enrollados disponibles comercialmente se proporciona en la Tabla 4, más abajo.
TABLA 4 Las tramas útiles en la preparación de productos de papel tisú enrollados en espiral de acuerdo con la presente descripción pueden variar en dependencia de la aplicación particular. En general, las tramas pueden fabricarse a partir de cualquier tipo de fibra adecuada. Por ejemplo, la trama de base puede fabricarse a partir de fibras de pulpa, otras fibras naturales, fibras sintéticas, y similares. Las fibras celulósicas adecuadas para su uso junto con esta invención incluyen fibras secundarias en la fabricación de papel (recieladas) y fibras vírgenes en la fabricación de papel en todas las proporciones. Tales fibras incluyen, sin limitarse a, fibras de madera dura y de madera blanda así como también fibras no leñosas. Las fibras sintéticas no celulósicas pueden incluirse además como una porción de la pasta de papel.
Las tramas de papel tisú producidas de acuerdo con la presente descripción pueden fabricarse con una pasta de papel de fibras homogéneas o pueden formarse a partir de una pasta de papel de fibras estratificadas que producen capas dentro del producto de una sola capa o múltiples capas. Las tramas de base estratificadas pueden formarse mediante el uso del equipamiento conocido en la téenica, tal como una caja de entrada de múltiples capas. Tanto la resistencia como la suavidad de la trama de base pueden ajustarse como se desee a través de los papeles tisú en capas, tales como los producidos a partir de las cajas de entrada estratificadas.
Por ejemplo, pueden usarse diferentes pastas de papel de fibras en cada capa con el objetivo de crear una capa con las características deseadas. Por ejemplo, las capas que contienen fibras de madera blanda tienen mayores resistencias a la tracción que las capas que contienen fibras de madera dura. Las fibras de madera dura, por otra parte, pueden aumentar la suavidad de la trama. En una modalidad, la trama de base de una sola capa de la presente descripción incluye una primera capa exterior y una segunda capa exterior que contienen principalmente fibras de madera dura. Las fibras de madera dura pueden mezclarse, si se desea, con papel roto en una cantidad hasta aproximadamente 10 por ciento en peso y/o fibras de madera blanda en una cantidad hasta aproximadamente 10 por ciento en peso. La trama de base incluye además una capa intermedia ubicada entre la primera capa exterior y la segunda capa exterior. La capa intermedia puede contener principalmente fibras de madera blanda. Si se desea, pueden mezclarse otras fibras, tales como fibras de alto rendimiento o fibras sintéticas con las fibras de madera blanda en una cantidad hasta aproximadamente 10 por ciento en peso.
Cuando se construye una trama a partir de una pasta de papel de fibras estratificadas, el peso relativo de cada capa puede variar en dependencia de la aplicación particular. Por ejemplo, en una modalidad, cuando se construye una trama que contiene tres capas, cada capa puede ser de aproximadamente 15 a aproximadamente 40 por ciento del peso total de la trama, tal como de aproximadamente 25 a aproximadamente 35 por ciento del peso de la trama.
Las resinas de resistencia en húmedo pueden añadirse a la pasta de papel como se desee para aumentar la resistencia en húmedo del producto final. Las resinas de resistencia en húmedo útiles incluyen resina(s) de dietilentriamina (DETA), trietilentetramina (TETA), tetraetilenpentamina (TEPA), epiclorhidrina, poliamida-epiclorhidrina (PAE), o cualquier combinación de estas, o cualquiera de las resinas que se considere en estas familias de resinas. Particularmente, las resinas de resistencia en húmedo preferidas son las resinas de poliamida-epiclorhidrina (PAE). Comúnmente las resinas de PAE se forman al hacer reaccionar primero una poliamina de polialquileno y un ácido dicarboxílico alifático o un derivado de un ácido dicarboxílico. Lo más común es una poliaminoamida producida a partir de dietilentriamina y ácido adípico o ásteres de derivados de un ácido dicarboxílico. La poliaminoamida resultante se hace reaccionar después con epiclorhidrina. Las resinas de PAE se venden bajo el nombre comercial Kymene® (disponibles comercialmente de Ashland, Inc ., Covington, KY).
Igualmente, las resinas de resistencia en seco pueden añadirse a la pasta de papel como se desee para aumentar la resistencia en seco del producto final. Tales resinas de resistencia en seco incluyen, pero sin limitarse a carboximetil celulosas (CMC), cualquier tipo de almidón, derivados de almidón, gomas, resinas de poliacrilamida, y otras como es bien conocido. Los proveedores comerciales de tales resinas son los mismos que los que proveen las resinas de resistencia en húmedo discutidas anteriormente.
Como se discutió anteriormente, los productos de papel tisú de la presente descripción generalmente pueden formarse mediante cualquiera de una variedad de procesos de fabricación de papel conocidos en la téenica. Preferentemente, la trama de papel tisú se forma mediante secado por aire pasante y puede ser crepada o no crepada. Por ejemplo, un proceso de fabricación de papel de la presente descripción puede utilizar crepado con adhesivo, crepado en húmedo, crepado doble, grabado, prensado en húmedo, prensado al aire, secado por aire pasante, secado por aire pasante con crepado, secado por aire pasante sin crepado, así como también otras etapas en la formación de la trama de papel. Algunos ejemplos de estas técnicas se describen en las patentes de los Estados Unidos núm. 5,048,589, 5,399,412, 5,129,988 y 5,494,554 las cuales se incorporan en la presente descripción de una manera coherente con la presente descripción. Cuando se forman productos de papel tisú de múltiples capas, las capas separadas pueden fabricarse con el mismo proceso o con procesos diferentes como se desee.
Preferentemente, la trama de base se forma mediante un proceso de secado por aire pasante sin crepado, tal como los procesos descritos, por ejemplo, en las patentes de los Estados Unidos núm. 5,656,132 y 6,017,417, las cuales se incorporan de este modo como referencia en la presente descripción de una manera coherente con la presente descripción.
En una modalidad, la trama se forma mediante el uso de un formador de doble hilo que tiene una caja de entrada para la fabricación de papel que inyecta o deposita una pasta de papel de una suspensión acuosa de fibras para fabricar papel sobre una pluralidad de tejidos formadores, tales como el tejido formador exterior y el tejido formadora interior, lo que forma de este modo una trama de papel tisú en húmedo. El proceso de formación de la presente descripción puede ser cualquier proceso de formación convencional conocido en la industria de fabricación de papel. Tales procesos de formación incluyen, pero sin limitarse a, máquinas de Fourdrinier, formadores de techo tales como formadores de rollo de alimentación por succión, y formadores de espacios tales como formadores de doble hilo y formadores de media luna .
La trama de papel tisú en húmedo se forma sobre el tejido formador interior a medida que el tejido formador interior gira alrededor de un rollo en formación. El tejido formador interior sirve para soportar y cargar la trama de papel tisú en húmedo formada recientemente corriente abajo en el proceso a medida que a la trama de papel tisú en húmedo se le extrae el agua parcialmente hasta una consistencia de aproximadamente 10 por ciento en base al peso seco de las fibras. La extracción de agua adicional de la trama de papel tisú en húmedo puede llevarse a cabo mediante téenicas de fabricación de papel, tales como cajas de succión al vacío, mientras el tejido formador interior soporta la trama de papel tisú en húmedo. Adicionalmente, a la trama de papel tisú en húmedo se le puede extraer el agua hasta una consistencia mayor que 20 por ciento, más específicamente entre aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento, y más específicamente aproximadamente 20 a aproximadamente 30 por ciento.
El tejido formador generalmente puede fabricarse a partir de cualquier material poroso adecuado, tal como alambres metálicos o filamentos poliméricos. Por ejemplo, algunos tejidos adecuados pueden incluir, pero sin limitarse a, Albany 84M y 94M disponibles de Albany International (Albany, NY) Asten 856, 866, 867, 892, 934, 939, 959, o 937; Asten Synweve Design 274, todos los cuales están disponibles de Asten Forming Fabrics, Inc. (Appleton, WI); y Voith 2164 disponible de Voith Fabrics (Appleton, WI).
La trama en húmedo se transfiere después del tejido formador a un tejido de transferencia mientras tiene una consistencia de sólidos de entre aproximadamente 10 a aproximadamente 35 por ciento, y particularmente, entre aproximadamente 20 a aproximadamente 30 por ciento. Como se usa en la presente descripción, un "tejido de transferencia" es un tejido que se ubica entre la sección de formación y la sección de secado del proceso de fabricación de la trama.
La transferencia al tejido de transferencia puede llevarse a cabo con ayuda de presión positiva y/o negativa. Por ejemplo, en una modalidad, una zapata de vacío puede aplicar presión negativa de manera que el tejido formador y el tejido de transferencia simultáneamente convergen y divergen en el borde delantero de la ranura de vacío. Típicamente, la zapata de vacío suministra presión a niveles entre aproximadamente 10 a aproximadamente 25 pulgadas de mercurio. Como se señaló anteriormente, la zapata de transferencia al vacío (presión negativa) puede suplementarse o remplazarse mediante el uso de presión positiva del lado opuesto de la trama para soplar la trama sobre el siguiente tejido. En algunas modalidades, otras zapatas de vacío pueden usarse además para ayudar en el trazado de la trama fibrosa sobre la superficie del tejido de transferencia.
Típicamente, el tejido de transferencia se desplaza a una velocidad más lenta que el tejido formador para mejorar el estiramiento en MD y CD de la trama, lo que generalmente se refiere al estiramiento de una trama en su dirección transversal a la máquina (CD) o en la dirección de la máquina (MD) (expresado como por ciento de elongación en el fallo de la muestra). Por ejemplo, la diferencia de velocidad relativa entre los dos tejidos puede ser de aproximadamente 1 a aproximadamente 45 por ciento, en algunas modalidades de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 por ciento, y en algunas modalidades, de aproximadamente 15 a aproximadamente 28 por ciento. A esto se denomina comúnmente como "transferencia rápida". Durante la "transferencia rápida", se considera que muchas de las uniones de la trama se rompen, lo que obliga de este modo a que la lámina se doble y se pliegue en las depresiones sobre la superficie del tejido de transferencia. Tal moldeado a los contornos de la superficie del tejido de transferencia puede aumentar el estiramiento de la trama en MD y CD. La transferencia rápida de un tejido a otro puede seguir los principios enseñados en cualquiera de las siguientes patentes, las patentes de los Estados Unidos núm. 5,667,636, 5,830,321, 4,440,597, 4,551,199, 4,849,054, las cuales se incorporan de este modo como referencia en la presente de una manera coherente con la presente descripción.
La trama de papel tisú en húmedo se transfiere después del tejido de transferencia al tejido de secado por aire pasante. Típicamente, el tejido de transferencia se desplaza a aproximadamente la misma velocidad que el tejido de secado por aire pasante. Sin embargo, puede realizarse una segunda transferencia rápida a medida que la trama se transfiere del tejido de transferencia al tejido de secado por aire pasante. Se dice que esta transferencia rápida se produce en la segunda posición y se logra al operar el tejido de secado por aire pasante a una velocidad más lenta que el tejido de transferencia.
Además de la transferencia rápida de la trama de papel tisú en húmedo del tejido de transferencia al tejido de secado por aire pasante, la trama de papel tisú en húmedo puede reacomodarse macroscópicamente para conformarse a la superficie del tejido de secado por aire pasante con la ayuda de un rodillo de transferencia por vacío o una zapata de transferencia por vacío. Si se desea, el tejido de secado por aire pasante puede moverse a una velocidad más lenta que la velocidad del tejido de transferencia para mejorar más aún el estiramiento en MD del producto de papel tisú absorbente resultante. La transferencia puede llevarse a cabo con asistencia de vacío para asegurar la conformación de la trama de papel tisú en húmedo a la topografía del tejido de secado por aire pasante.
Mientras es soportada por el tejido de secado por aire pasante, la trama de papel tisú en húmedo se seca hasta una consistencia final de aproximadamente 94 por ciento o mayor por un secador de aire pasante. La trama después pasa a través de la línea de tangencia del enrollado entre el tambor de bobina y la bobina y se enrolla en un rollo de papel tisú para la conversión posterior.
Los siguientes ejemplos están destinados a ilustrar modalidades particulares de la presente descripción sin limitar el alcance de las reivindicaciones adjuntas.
MÉTODOS DE PRUEBA Suavidad superficial La suavidad superficial se midió al generar primero una imagen digital de la superficie de contacto con el tejido de una muestra mediante el uso de un perfilómetro Profile FRT MicroSpy® (FRT of America, LLC, San José, CA) y después analizar la imagen mediante el uso del programa informático Ultra Nanovea® versión 6.2 (Nanovea Inc., Irvine, CA). Las muestras (ya sea de lámina base o del producto terminado) se cortaron en cuadrados que medían 145 x 145 mm. Después, las muestras se aseguraron a la plataforma x-y del perfilómetro mediante el uso de cinta, con la superficie de la muestra que hace contacto con la tela orientada hacia arriba, se aseguró que las muestras se colocaran de manera plana sobre la plataforma y no distorsionadas dentro del campo de vista del perfilómetro.
Una vez que la muestra se aseguró a la plataforma, el perfilómetro se usó para generar un mapa de altura tridimensional de la superficie de la muestra. Se obtuvo un arreglo de 1602 x 1602 de valores de altura con un espaciado de 30 mm que resulta en un campo de vista de 48 mm MD x 48 mm CD que tiene una resolución vertical de 100 nm y una resolución lateral de 6 mth. El mapa de altura resultante se exportó a un formato .sdf (fichero de datos de superficie).
Los ficheros .sdf de las muestras individuales se analizaron mediante el uso de Nanovea® Ultra versión 6.2 al realizar las siguientes funciones: (1)Con el uso de la función "Segmentación por valor umbral" del programa informático Ultra Nanovea® la imagen en bruto (se menciona además como el campo) se somete a segmentación por un valor umbral mediante el establecimiento de los valores de la relación de los materiales en 0.5 a 99.5 por ciento de manera que la segmentación por valor umbral trunca las alturas medidas entre la altura de 0.5 percentil y la altura de 99.5 percentil; (2)Con el uso de la función "Relleno de puntos no medidos" del programa informático Ultra Nanovea® los puntos no medidos se rellenan por una forma lisa calculada a partir de los puntos vecinos; (3)Con el uso de la función "Filtrado > Ondulación + Rugosidad" del programa informático Ultra Nanovea® el campo se filtra espacialmente con paso bajo (ondulación) al aplicar un filtro Gausiano Robusto con una longitud de onda de corte de 0.095 ram y seleccionar "controlar los efectos finales"; (4)Con el uso de la función "Filtrado - Ondulación + Rugosidad" del programa informático Ultra Nanovea® el campo se filtra espacialmente con paso bajo (rugosidad) mediante el uso de un filtro Gausiano Robusto con una longitud de onda de corte de 0.5 mm y seleccionar "controlar los efectos finales"; (5)Con el uso de la función de estudio "Tablas de Parámetros" del programa informático Ultra Nanovea® ISO 25178 se calculan e informan los valores Sq (raíz cuadrada de la altura media, expresada en unidades de mm) y Sa (media aritmética de la altura, expresada en unidades de mm); (6)Con el uso de la función de estudio "Curva Abbott-Firestone" del programa informático Ultra Nanovea® se genera una Curva Abbott-Firestone a partir de la cual se selecciona el "modo interactivo" y se genera un histograma de las alturas medidas, a partir del histograma se calcula un valor S90 (95 percentil de la altura (c2) menos el 5 percentil de la altura (el), expresado en unidades de mm).
Basado en lo anterior, se informan tres valores, indicativos de la suavidad superficial - Sq, Sa y S90, todos los cuales tienen unidades de mm. Las unidades se han convertido a mieras para su uso en la presente.
Tensión Las muestras para la prueba de resistencia a la tracción se prepararon al cortar una tira larga de 3 pulgadas (76.2 mm) x 5 pulgadas (127 mm) lo mismo en la dirección de la máquina (MD) que en orientación de la dirección transversal a la máquina (CD) con un cortador de muestras de precisión JDC (Thwing-Albert Instrument Company, Filadelfia, Pensilvania, Modelo núm. JDC 3-10, núm. de serie 37333). El instrumento usado para medir las resistencias a la tracción es un Sintech 11S de MTS Systems, núm. de serie 6233. El programa informático de adquisición de datos es MTS TESTWORKS™ para Windows, Ver. 4 (MTS Systems Corp., Research Triangle Park, Carolina del Norte). La celda de carga se selecciona de 50 Newton o 100 Newton como máximo, en dependencia de la resistencia de la muestra que se prueba, de manera que la mayoría de los picos de valores de carga caen entre el 10 y el 90 por ciento del valor de la escala completa de la celda de carga. La longitud del manómetro entre las mordazas es de 2 ± 0.04 pulgadas (50.8 ± 1 mm). Las mordazas se operan mediante el uso de accionamiento neumático y se recubren con hule. El ancho mínimo de la cara de sujeción es de 3" (76.2 mm), y la altura aproximada de una mordaza es de 0.5 pulgadas (12.7 mm). La velocidad de cruceta es de 10 ± 0.4 pulgadas/min (254 ± 1 mm/min), y la sensibilidad de rotura se establece al 65 por ciento. La muestra se coloca en las mordazas del instrumento, centrada tanto vertical como horizontalmente. La prueba se inicia después y termina cuando se rompe el espécimen. La carga máxima se registra ya sea como la "resistencia a la tracción MD" o la "resistencia a la tracción CD" del espécimen en dependencia de la muestra que se prueba. Al menos seis (6) especímenes representativos se prueban para cada producto, tomados "tal cual", y la media aritmética de todas las pruebas de los especímenes individuales es la resistencia a la tracción ya sea MD o CD para el producto.
Firmeza del rollo La firmeza del rollo se midió mediante el uso de la Prueba de Kershaw como se describe en detalle en la patente de los Estados Unidos núm.6,077,590, la cual se incorpora en la presente descripción como referencia de una manera coherente con la presente descripción. El aparato está disponible de Kershaw Instrumentation, Inc. (Swedesboro, NJ) y se conoce como un Medidor de la Densidad de Rollos Modelo RDT-2002.
EJEMPLOS Ejemplo 1 Las láminas base fabricaron mediante el uso de un proceso de fabricación de papel de secado por aire pasante comúnmente mencionado como "secado por aire pasante sin crepado" ( "UCTAD") y en general descrito en la patente de los Estados Unidos núm.5,607,551, cuyo contenido se incorpora en la presente descripción de una manera coherente con la presente descripción. Se produjeron láminas base con un peso base totalmente seco objetivo de aproximadamente 44 gramos por metro cuadrado (g/m2). Después, las láminas base se convirtieron y se plegaron en espiral para producir productos enrollados de papel tisú.
En todos los casos las láminas base se produjeron a partir de una pasta de papel que comprende kraft de madera blanda del norte y kraft de eucalipto mediante el uso de una caja de entrada estratificada alimentada por tres tinas de mezcla de manera que se formaron las tramas con tres capas (dos capas exteriores y una capa intermedia). Las dos capas exteriores comprendieron eucalipto (cada capa comprende 30 por ciento en peso por el peso total de la trama) y la capa intermedia comprendió madera blanda y eucalipto. La cantidad de kraft de madera blanda y eucalipto en la capa intermedia se mantuvo para todas las muestras de la invención - la capa intermedia comprendió 29 por ciento (por peso total de la trama) de madera blanda y 11 por ciento (por peso total de la trama) de eucalipto. La resistencia se controló mediante la adición de almidón y/o al refinar la pasta de papel como se expone en la Tabla 6, más abajo.
La trama de papel tisú se formó sobre una tela formadora Voith Fabrics TissueForm V, con extracción de agua por vacío hasta aproximadamente 25 por ciento de consistencia y después se sometió a una transferencia rápida cuando se transfirió a el tejido de transferencia. El tejido de transferencia fue el tejido descrito como "Fred" en la patente de los Estados Unidos núm. 7,611,607 (disponible comercialmente de Voith Fabrics, Appleton, WI).
Después, la trama se transfirió a un tejido de secado por aire pasante que comprende un patrón de silicona impreso dispuesto sobre el lado de contacto con la lámina (en los adelante mencionado como "Fozzie"). La silicona formó un patrón de onda en el lado del tejido en contacto con la lámina. El patrón de silicona se ilustra en la Fig. 8. Las propiedades del patrón se resumen en la Tabla 5, más abajo.
TABLA 5 La transferencia al tejido de secado pasante se realizó mediante el uso de niveles de vacío mayores que 10 pulgadas de mercurio en la transferencia. La trama se secó después hasta aproximadamente 98 por ciento de sólidos antes del plegamiento .
La Tabla 6 muestra las condiciones del proceso para cada una de las muestras preparadas de acuerdo con el presente ejemplo. La Tabla 7 resume las propiedades físicas de las tramas de lámina base.
TABLA 6 TABLA 7 Las tramas de lámina base se convirtieron en varios rollos de papel sanitario. Específicamente, la lámina base se sometió al calandrado mediante el uso de una o dos calandrias convencionales de poliuretano/acero que comprenden un rodillo de poliuretano de 4 o 40 P&J sobre el lado de la lámina hacia el aire y un rodillo de acero estándar sobre el lado del tejido. Las condiciones del proceso para cada muestra se proporcionan en la Tabla 8, más abajo. Todos los productos enrollados comprendieron una sola capa de lámina base, de manera que la muestra del producto enrollado Rollo 1 comprendió una sola capa de una muestra de lámina base 1, el Rollo 2 comprendió sola capa de una muestra de lámina base 2, etcétera.
TABLA 8 TABLA 9 Los productos terminados se sometieron al análisis de suavidad superficial, como se describe en la sección anterior de Métodos de Pruebas. Los resultados del análisis de suavidad superficial se resumen en la Tabla 10, más abajo.
TABLA 10 Ejemplo 2: Una lámina base de papel tisú adicional de la invención se preparó sustancialmente como se describe en el Ejemplo 1 con el objetivo de aumentar el peso base del producto de papel tisú de una sola capa y además producir un producto de papel tisú de dos capas. Específicamente, la lámina base se preparó como se describió anteriormente con el uso de las condiciones del proceso expuestas en la Tabla 10, más abajo. La lámina base se convirtió en productos enrollados de una capa o dos capas mediante calandrado con el uso de una o dos calandrias convencionales de poliuretano/acero que comprenden un rodillo de poliuretano de 4 o 40 P&J sobre el lado de la lámina en contacto con el aire y un rodillo estándar de acero sobre el lado de la tela. Las condiciones del proceso para cada muestra se proporcionan en la Tabla 11, más abajo. La lámina base calandrada se convirtió en productos enrollados de papel tisú de una capa o dos capas. Los productos enrollados de papel tisú de dos capas se formaron por la unión de dos tramas de papel tisú en una disposición orientada una con la otra y laminación con atomización para unir las tramas. Las tramas no se grabaron ni se sometieron a otros tratamientos. Los productos enrollados se formaron de manera que el Rollo 5 comprendió dos capas de la Muestra de trama 5, y así sucesivamente.
La Tabla 11 muestra las condiciones del proceso para cada una de las muestras preparadas de acuerdo con el presente ejemplo. La Tabla 12 resume las propiedades físicas del producto de papel tisú resultante.
TABLA 11 TABLA 12 Los productos terminados se sometieron al análisis de suavidad superficial, como se describe en la sección anterior de Métodos de Pruebas. Los resultados del análisis de suavidad superficial se resumen en la Tabla 13, más abajo.
TABLA 13 Ejemplo 3: La lámina base de papel tisú adicional de la invención se preparó sustancialmente como se describe en el Ejemplo 1 con el objetivo de aumentar el peso base del producto de papel tisú de una sola capa. Específicamente, la lámina base se preparó como se describió anteriormente con el uso de las condiciones del proceso expuestas en la Tabla 14, más abajo. La lámina base se convirtió en productos enrollados de una sola capa mediante calandrado con el uso de una o dos calandrias convencionales de poliuretano/acero que comprenden un rodillo de poliuretano de 4 o 40 P&J sobre el lado de la lámina hacia el aire y un rodillo estándar de acero sobre el lado de la tela como se indica en la Tabla más abajo y se convirtió en productos enrollados de papel tisú de una sola capa .
TABLA 14 TABLA 15 TABLA 16 Los productos terminados se sometieron al análisis de suavidad superficial, como se describe en la sección anterior de Métodos de Pruebas. Los resultados del análisis de suavidad superficial se resumen en la Tabla 17, más abajo.
TABLA 17 Aunque la invención se ha descrito en detalle con respecto a las modalidades específicas de esta, los expertos en la materia apreciarán que, al alcanzar la comprensión de lo anterior se apreciarán fácilmente alteraciones a, variaciones de, y equivalentes de estas modalidades. En consecuencia, el alcance de la presente descripción debe evaluarse como el de las reivindicaciones adjuntas y cualquier equivalente a ellas.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:
1. Un producto de papel tisú enrollado caracterizado porque comprende una trama de papel tisú enrollada en espiral en un rollo, la trama que tiene un peso base mayor que aproximadamente 35 gramos por metro cuadrado (gsm), un índice de rigidez de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 y una media geométrica de la tracción (GMT) de aproximadamente 700 a de aproximadamente 1200 g/3".
2. El producto de papel tisú de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la trama de papel tisú tiene un volumen de la lámina de aproximadamente 12 a aproximadamente 20 cc/g.
3. El producto de papel tisú de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rollo enrollado tiene un volumen del rollo mayor que aproximadamente 10 cc/g y una firmeza del rollo menor que aproximadamente 10 mm.
4. El producto de papel tisú de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el volumen de rollo es de aproximadamente 14 a aproximadamente 18 cc/g y la firmeza del rollo es de aproximadamente 8 a aproximadamente 10 mm.
5. La trama de papel tisú de una sola capa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la trama de papel tisú tiene una media geométrica de la pendiente menor que aproximadamente 10,000 g/3".
6. La trama de papel tisú de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la trama de papel tisú tiene una media geométrica del estiramiento mayor que aproximadamente 10 por ciento.
7. El producto de papel tisú de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la trama de papel tisú comprende una capa.
8. El producto de papel tisú de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la trama de papel tisú comprende dos o más capas.
9. El producto de papel tisú de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la trama de papel tisú tiene un peso base de aproximadamente 38 a aproximadamente 50 gsm.
10 .La trama de papel tisú de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la trama de papel tisú comprende una trama secada por aire pasante .
11.La trama de papel tisú de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la trama de papel tisú comprende una trama secada por aire pasante no crepada.
12.Un producto de papel tisú enrollado, caracterizado porque comprende una trama de papel tisú de una sola capa enrollado en espiral en un rollo, la trama tiene un peso base mayor que aproximadamente 35 gramos por metro cuadrado (gsm) un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 12 cc/g, un índice de rigidez de aproximadamente 6 a aproximadamente 8 y un GMT de aproximadamente 700 a aproximadamente 1400 g/3".
13.El producto de papel tisú de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque tiene una media geométrica de la pendiente menor que aproximadamente 10,000 9/3".
14.El producto de papel tisú de cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, caracterizado porque tiene una media geométrica del estiramiento mayor que aproximadamente 10 por ciento.
15.El producto de papel tisú enrollado de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la trama de papel tisú de una sola capa comprende una trama secada por aire pasante.
16.Un producto de papel tisú enrollado, caracterizado porque comprende una trama de papel tisú de una sola capa enrollado en espiral en un producto de papel tisú enrollado, el producto de papel tisú enrollado tiene un volumen del rollo de aproximadamente 14 a aproximadamente 18 cc/g y una firmeza del rollo de aproximadamente 8 a aproximadamente 10 mm, y una trama de papel tisú de una sola capa que tiene un volumen de la lámina mayor que aproximadamente 12 cc/g, una GMT de aproximadamente 700 a aproximadamente 1400 g/3", y un valor de suavidad superficial S90 menor que aproximadamente 105 pm.
17.El producto de papel tisú enrollado de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la trama de papel tisú de una sola capa tiene un peso base de aproximadamente 38 a aproximadamente 50 gsm.
18.El producto de papel tisú enrollado de conformidad con la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque la trama de papel tisú de una sola capa tiene un valor de suavidad superficial S90 de aproximadamente 70 a aproximadamente 100 mm.
19.El producto de papel tisú enrollado de cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque la trama de papel tisú de una sola capa tiene un valor de suavidad superficial Sa de aproximadamente 15 a aproximadamente 25 mm.
20.El producto de papel tisú enrollado de cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque la trama de papel tisú de una sola capa tiene un valor de suavidad superficial Sq de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 pm.
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