CN1087046C - 平滑,穿透热风干燥的薄页纸和制造方法 - Google Patents
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Abstract
平滑，高紧度的薄页纸。这种薄页纸具有相对低的厚度，以及高的平滑度和高的紧度。这种薄页纸由多紧度、穿透干燥的纸幅压光而得。
Description
本发明的领域
本发明涉及到薄页纸，并且更特别涉及到具有柔软触感的薄页纸。
本发明的背景
薄页纸在现有技术中是众所周知，并且是每日生活的常用品。薄页纸一般可分成两种用途—卫生纸和面巾纸。这两种纸都需要几种特性以使消费者接受，其中最重要的特性之一是柔软度。
柔软度是使用者处理或使用薄页纸时对所感觉到的触感的主观估价。柔软度不能被直接测量。然而相对的柔软度值可根据1994年10月11日签发给Mackey等的普通转让的美国专利5,354,425中提出的方法以小组评分机构(PSU)来测量，除样品不允许判定同等柔软之外。该专利收编于此仅作参考。柔软度已被发现涉及到1)薄页纸的表面外形，2)薄页纸的柔韧性，和3)薄页纸表面的滑动-粘着摩擦系数。
在现有技术中已进行了多次努力通过增加薄页纸柔韧性来改进柔软度。例如，签发给Trokhan的普通转让的美国专利4,191,609已证明是通过低紧度区的双边交错安排来增加柔韧性的一个工业上成功的方法。然而，在现有技术中已充分认识到，提供很高且工业上成功的柔韧性和柔软度的多紧度薄页纸具有一种固有的特殊外形。
然而，改进并且甚至保持由较平滑表面外形所提供的柔软度已证明是难以捉摸的。难以捉摸的原因是较平滑表面外形和增加的紧度间的平衡。一般地，致密化增加纤维与纤维的接触，潜在地引起接触点的结合。这会消极地影响柔韧性从而影响柔软度。这种互相依赖的紧度/柔软度关系在1994年11月17日签发给Carstens的普通转让美国专利4,300,981中实际上被认为是理所当然的。该专利还讨论了PSU柔软度测量，并收编于此作参考。这种关系在1994年9月7日出版的竞争性的欧洲专利申请0 613 979 AL中，认为增加的空体积(即降低的紧度)与改进的柔软度是互相关联的。不幸地，这种平衡对消费者选择薄页纸产品有不利的效果。
出乎意料地，申请者已发现了一种消除紧度和柔软度之间先有技术的相互影响的方法。因此，现在可以改进薄页纸的表面外形而不遇到先有技术中出现的伴随柔软度的损失。所以，以前在相对高紧度无法获得的柔软度值现在用本发明是可能的。而且，出乎意料的，吸收能力在较高紧度时得到了保持。这与先有技术看法相反，正如欧洲专利申请0 616 074 A1中说明的，保持较低紧度得到更松厚和吸收性的纸页。
更出乎意料地，已经发现，根据本发明，使用多紧度原纸来制造薄页纸是必要的。这是出乎意料地，因为多紧度薄页纸，特别是穿透干燥的薄页纸通常比常规干燥的全部具有均匀紧度的薄页纸具有较低的紧度。因此，人们必须使用相对较低紧度的薄页纸而不是高紧度薄页纸作为压光过程的起点。
附图的简要描述
图1是以下实施例1-5中薄页纸平滑度和紧度之间关系的图解表示。
图2是以下实施例1-5中薄页纸柔软度和厚度之间关系的图解表示。
本发明概述
本发明包括一种薄页纸。这种薄页纸宏观上为一种单平面多紧度纤维素纤维结构。这种薄页纸具有生理学表面平滑度小于或等于约800微米的平滑度，优选小于或等于约750微米；并且更优选小于或等于约700微米，且还更优选小于或等于约650微米。
这种薄页纸可由穿透干燥的原纸制成。原纸可被干燥到约1.9-3.5％的水分值。然后薄页纸可在约90-180psi(磅/平方英寸)，和130-300pli的压区压力下压光。
本发明的详细描述
根据本发明的薄页纸包含一种宏观上单平面的纤维素纤维结构。薄页纸是二维的，虽然不必是平的。就“宏观上单平面”来说，运意味着认识到在微观上确存在表面外形的波动，薄页纸主要是处于单平面状态。因此，这种薄页纸具有两个相对的面。术语“纤维素的”意味着薄页纸至少包含50％的纤维素纤维。纤维素纤维可以是阔叶木或针叶木，并加工成硫酸盐浆，热机浆，磨石磨木浆等。所有这些在现有技术中是众所周知的，且不构成本发明的部分。术语“纤维的”是指纤维状组分，其具有一个主轴且一个尺寸明显大于其它的二个相互垂直尺寸。术语纸页是指纤维素纤维在宏观上单平面的成形组织，其作为一个单个薄层从成形网取下且定量不变除非纤维被添加或从网上除去。还将认识到两个或更多的纸页可被结合在一起，其中之一或两个根据本发明制成。
本发明的薄页纸是穿透干燥的，并可根据于1980年3月4日签发给Trokhan的普通转让美国专利4,191,609；1987年1月20日签发给Trokhan的美国专利4,637,859或1994年8月2日签发给Trokhan等的美国专利5,334,289来制造。所有这些专利均收编于此作参考。根据前面提到的专利穿透干燥生产多紧度薄页纸。多紧度、穿透干燥的薄页纸通常比用压榨毯常规干燥并包含一个紧度的一个单区的薄页纸具有较低的紧度。特别地，根据前述三个专利制造的多紧度薄页纸包含两个区，一个高紧度区和不连续的突出部。相对于薄页纸的其它部分，突出部具有特别低的紧度。高紧度区可能包含与低紧度区并置的不连续区域或可能包含一个实质上连续的网络。
根据普通转让的签发给Morgan等的美国专利3,994,771，薄页纸优选成层，但不是必须的，该专利收编于此作参考。
根据本发明的薄页纸有一个生理学表面平滑度(PSS)小于或等于约800微米的平滑度，优选小于或等于约750微米，并更优选小于或等于约700微米，并还更优选小于或等于约650微米。
生理学表面平滑度是根据TAPPI第一册，1991年国际造纸物理会议(1991 International Paper Physics Conference)中提出的方法测定的。更具体地，文章标题为“薄页纸机械性能的测定方法”，是由Ampulski等所写，第19页。所用的具体方法是在第22页提出的，题为“生理学表面平滑度”。然而，由这篇文章提出的方法所获得的PSS值是被放大1000倍的以计算出从毫米到微米的转换系数。这篇文章收编于此作参考，目的在于表明如何进行根据本发明制造的薄页纸的平滑度测量。生理学表面平滑度还被描述在普通转让的1990年9月25日签发给Spendel的美国专利4,959,125和1991年10月22日签发给Ampulski等的美国专利5,059,282中，这些专利收编于此作参考。
为测量平滑度，挑选一个薄页纸样。选择纸样是为了避免摺子，撕裂，孔眼，或来自宏观的单平面性的光泽偏差。样品在71-75°F和48-52％相对湿度调节至少两小时。样品被放到一个监测台上，并且用磁力固定在原位。与前述方法唯一的差别是每个样品使用16个点(8个在前面，8个在后面)而不是前述论文中的20个点。每一个在前和在后的点都横向地偏离临近的在前和在后的点约1毫米。来自相同的纸样16个点被平均以得到纸样的平滑度值。
薄页纸的任一面都可用于平滑度的测量，只要所有点都是取自同一面。如果薄页纸的任一面都能满足这里提出的任一平滑度标准，那么整个薄页纸样品就被认为是属于那标准之列。优选地，薄页纸两面均满足上述标准。
根据本发明的薄页纸优选具有相对低的厚度。厚度是根据下列方法来测量，不考虑来自根据前述专利制造的多紧度薄页纸的内在固有的绝对平面性的微偏差。
在厚度测量前，将薄页纸在71°-75°F和48-52％相对湿度下预调节2小时。如果测定卫生纸的厚度，那么首先要从纸卷外面去掉15-20张纸并弃之。如果测量面巾纸的厚度，纸样要从纸包的中心附近取。选出纸样并且然后再调节15分钟。
厚度是由低载荷的Thwing-Albert厚度计(micrometer)测量的，89-11型，可从宾夕法亚洲费城的Thwing-Albert仪器公司购买。厚度计是用一个直径为2.0英寸的加压器基座和一个直径为2.5英寸支承测量头提供每平方英寸95克的压力来承载样品的。该厚度计的测量能力范围为0-0.0400英寸。如可能，应避免薄页纸的沾污区，孔洞，边缘效果等。
根据本发明的薄页纸的厚度优选小于或等于约11密耳，更优选小于或等于约10密耳，并且还更优选小于或等于约9.5密耳。本领域普通技术人员将知道1密耳等于0.001英寸。
根据本发明的薄页纸优选具有约7-35磅/3,000平方英尺的定量。定量是根据下列方法来测量。
薄页纸样是由上述所描述的方法选择的，并在71°-75°F和48-52％相对湿度下调节最少2小时。将一叠六张的薄页纸张放在模切具的上方。模具是正方形的，为3.5×3.5英寸，并在方框内放入软的聚氨酯橡胶以使切完后的纸样易于从模具中撤出。六张样品是用模具和一个适合的压力平板切纸器切的，如Thwing-Albert Alfa液压压力纸样切纸器，240-10型。第二组六张样品也是以这种方法切的。这两叠六张纸样然后被结合成12层的一叠，并在71°-75°F和48-52％的湿度下至少再调节15分钟。
这12层的纸样然后在具有至少0.0001g精确率的校正过的分析天平上称重。该天平是与纸样调节在一个室内。一种适合的天平是由Sartorius仪器公司制造的，A200S型。
以磅/3,000平方英尺为单位的定量是根据下列等式计算的：
以磅/3,000平方英尺为单位的这12层纸样的定量也可更简单地用下列转换等式来计算：
定量(磅/3,000平方英尺)＝12层纸页的重量(克)×6.48
这里所用的紧度单位是克/每立方厘米(g/cc)。借助这些紧度单位g/cc，也可易于以克/每平方厘米为单位来表示定量。下列等式可用于进行这种转换：
根据本发明的薄页纸优选具有相对高的紧度。薄页纸的紧度可通过其定量除以厚度来计算。因此，紧度是在宏观规模上测量的，把薄页纸样看作成一个整体，并且不考虑纸页个别区域间的紧度差别。
根据本发明的薄页纸优选具有至少约0.100g/cm3的紧度，更优选至少约0.110g/cm3，并且还更优选至少约0.120g/cm3。
根据本发明，制造薄页纸的方法包含下列步骤。首先提供一个造纸纤维的水分散体和一个多孔的成形表面如长网。胚幅与长网接触以在网上形成造纸纤维胚幅。还要提供诸如上面描述的穿透干燥带(belt)。长网和胚幅然后被转移到穿透干燥带上。转移期间，穿透干燥带上施加了一个压差。这种压差使薄页纸区域偏转进入干燥带内。这些偏转的区域是上面讨论的低紧度区，并且被认为是制造本发明薄页纸的关键-虽然这种低紧度区后来又被压光成较高紧度。
还要提供加热的接触干燥表面，如杨克干燥烘缸。然后，纤维素纤维纸页被带入与杨克干燥烘缸接触，并且优选对着杨克干燥烘缸压印。这种压印(impression)进一步增加了薄页纸高和低紧度区间的紧度局部差别。薄页纸然后在杨克干燥烘缸上被干燥到正如下面所提出的理想的水分值。适当的水分值可能比常规压光操作的水分值高约0.3-0.4％。
干燥后，薄页纸在约1.9和3.5％之间，并优选在约2.5和3.0％之间的一个平均水分值压光。相对较高的水分值在通常较低的厚度压力下会提供较大的致密化作用。然而，随着水分值的增加，造纸机上的水分分布通常过高。而且，随着水分值增加，纸页变得较挺硬，因而具有较小的柔软度，这可能是由于氢键结合，粘合剂从杨克干燥烘缸的迁移等。
根据本发明的压光操作，一般增加15-25％的紧度。应当认识到压光操作将增加整个薄页纸的紧度，可以或不可以提供整个多紧度薄页纸区域的均匀百分率紧度增加。
压光是用在两辊之间形成压区的两个并置的辊子进行的。正如该领域技术熟练者将认识到的，压光可用更多的辊子进行，使辊子成对放置以形成多压区。该领域技术熟练者将会更清楚地认识到，可使用一对以上相同的辊子。
辊子可是轴向平行的。然而，为了将压光压力调整到本发明理想值，其中的一个辊子可以是中高的。其它辊的轴可以是弯曲的以便其与第一个辊的中高(crown)一致。换言之，辊子的轴可以是略微弯曲的。
形成压区的任一个或二个辊子可是钢的、橡胶涂覆的，织物包着的，纸页包着的等。任一个或二个辊子须被保持在最佳温度以延长其使用寿命，即避免辊子的过热，或保持在加热原纸的温度。一个辊可是外部驱动的，其它的是通过第一个辊摩擦驱动，因此使滑动最少。
辊子对一起被加载，压区压力约90-180psi，并且优选压区压力约110-150psi。这种加载提供了一个130-300pli的线压力，并且更优选约175-250pli。该领域技术熟练者将认识到，压区宽度可由pli线压区压力除以压区压力psi(pli/psi)来获得。
本发明制造薄页纸的优点和技术由下列非限定的例子来说明。
下面的每一个例子都代表了一个单层，穿透干燥的薄页纸。前面的三个例子是根据先有技术。第四到第六个例子是根据本发明，并且选择这些例子来说明本发明是可行的，甚至在低水分值时。为了统一，报告每一个样品的杨克面上的平滑度测量值。虽然不是由草案所要求的，但每一个平滑度测量值都代表了该特定样品的4个纸样的一个平均值(每个纸样测定16个点)，除下面注明的实施例6之外。在实施例1-5中检测的每一个纸样都取自不同的纸卷。柔软度测量(PSU法)是用Charmin牌卫生纸进行的，正如俄亥俄州辛辛那提市Procter & Gamble公司销售的卫生纸作为标准卫生纸。
实施例1
实施例1中使用由得克萨斯州达拉斯市的Kimberly-Clark公司制造的Kleenex Double Roll牌卫生纸。实施例1中的Kleenex Double Roll卫生纸具有9.7密耳的厚度，1011微米的平滑度和-0.93PSU的柔软度。
实施例2
由俄亥俄州辛辛那提市Procter & Gamble公司的直接代理人所售的Charmin牌卫生纸是在佐治亚州Albawy制造的。这种薄页纸是在根据普通转让的签发给Trokhan的美国专利4,239,065制造的五梭道、Atlas编织织物上干燥的。织物具有每英寸44根纤维的经线数和每英寸33根纤维的纬线数。这种薄页纸是在橡胶-钢压区在约2.5％的平均水分值以约20-40psi和约11-32pli的压力被压光的。实施例2的Charmin薄页纸具有11.2密耳的厚度，995微米的平滑度和0.08PSU的柔软度。
实施例3
由俄亥俄州辛辛那提市Procter & Gamble公司的直接代理人所售的Charmin牌卫生纸是在宾夕法尼亚州Mehoopany制造的。这种薄页纸是在根据普通转让的签发给Trokhan的美国专利4,239,065制造的五梭道、Atlas编织织物上干燥的。此织物具有每英寸44根纤维的经线数和每英寸33根纤维的纬线数。这种薄页纸是在橡胶-钢压区在约2.7％的平均水分值下以约53-89psi和约53-77pli的压力被压光的。实施例3的Charmin薄页纸具有13.2密耳的厚度，997微米的平滑度和-0.28PSU的柔软度。
实施例4
在佐治亚州Albany制造根据本发明的单层、穿透干燥的卫生纸。这种薄页纸是在根据普通转让的签发给Trokhan的美国专利4,239,065制造的五梭道，Atlas编织物上干燥的。这种织物具有每英寸44根纤维的经线数和每英寸33根纤维的纬线数。这种薄页纸是在橡胶对钢压区在2.1％的平均水分值以110psi和143pli的压力被压光的。实施例4的薄页纸具有9.4密耳的厚度，805微米的平滑度和0.26PSU的柔软度。
实施例5
在佐治亚州Albawy制造根据本发明的单层、穿透干燥的卫生纸。这种薄页纸是在根据普通转让的签发给Trokhan的美国专利4,239,065制造的五梭道、Atlas编织物上干燥的。这种织物具有每英寸59根纤维的经线数和每英寸44根纤维的纬线数。薄页纸是在橡胶对钢压区在110psi和143pli的压力和1.9％的平均水分值下被压光的。实施例5的薄页纸具有8.9密耳的厚度，793微米的平滑度和0.30PSU的柔软度。
实施例6
在佐治亚州Albawy制造根据本发明的单层、穿透干燥的卫生纸。这种薄页纸是在根据普通转让的签发给Trokhan的美国专利4,239,065制造的五梭道、Atlas编织物上干燥的。这种织物具有每英寸44根纤维的经线数和每英寸33根纤维的纬线数。薄页纸是在橡胶对钢压区在175psi和285pli的压力和2.1％的平均水分值下被压光的。实施例6中仅一种成品卷的薄页纸进行了平滑度测定。实施例6的薄页纸是有8.5密耳的厚度，在薄页纸杨克面上具有696微米的平滑度，和在薄页纸另一面上具有720微米的平滑度。二个值都列在下表中。
实施例1-6中的结果示于表I中。为了完整性，表I还提供了每个纸样的定量和紧度。
表I纸样 柔软度 平滑度 定量 厚度 紧度号码 (PSU) (微米) (磅/3,000平方英 (密耳) (g/cm3)
尺)1 -0.93 1011 17.9 9.7 0.1182 0.08 995 18.0 11.2 0.1033 -0.28 997 18.6 13.2 0.0904 0.26 805 16.7 9.4 0.1145 0.3 793 17.2 8.9 0.1246 0.46 696/720 17.1 8.5 0.129
从表I可以看出，根据本发明的三个例子具有与Kleenex例子近似相同的紧度。然而，正如图1所示的，平滑度却得到了很大改进。类似地，根据本发明的二个例子的柔软度与先有技术相比也得到了显著改进，正如图2所示，甚至在较低厚度值时，使用本发明也可取得较高的柔软度。
本领域普通技术人员清楚地知道，前述参数按照需要可以优化。例如，只要具有合适紧度，就可得到较低平滑度的薄页纸。具体来讲，平滑度小于或等于约900微米且具有至少约0.120g/cm3的紧度的薄页纸是可能的。优选地，这种薄页纸的二面都具有小于或等于约900微米的平滑度，虽然如果每一面都满足这一标准，这种薄页纸是根据本发明制造的。这种薄页纸的紧度可优选被增加到至少0.130g/cm3。
薄页纸一面的柔软度可小于或等于约900微米，其它面的柔软度可小于或等于约800微米。更优选地，薄页纸一面的柔软度可小于或等于约800微米，其它面的柔软度可小于或等于约750微米。
所有这些变化均在所附的权利要求书范围内。
Claims (12)
1.一种薄页纸，包括宏观上单平面的，穿透干燥的多紧度，具有两个相对面的纤维素纤维结构，所说的面之一具有小于或等于约800微米的平滑度，其中薄页纸在并置的两个轴向平行辊之间通过，以在辊之间形成适于压光的压区，在压光期间所述压区提供110-150psi的压力和175-250pli的线压力。
2.根据权利要求1的薄页纸，所说的薄页纸具有小于或等于750微米的平滑度。
3.根据权利要求2的薄页纸，所说的薄页纸具有小于或等于700微米的平滑度。
4.根据权利要求1的薄页纸，所说的薄页纸具有至少0.100g/cm3的紧度。
5.根据权利要求4的薄页纸，所说的薄页纸具有至少0.110g/cm3的紧度。
6.根据权利要求5的纸页，其中所说的薄页纸的两面都具有小于或等于约800微米的柔软度。
7.根据权利要求4的薄页纸，所说的薄页纸具有小于11密耳的厚度。
8.根据权利要求7的薄页纸，所说的薄页纸具有小于10密耳的厚度。
9.一种薄页纸，包括宏观上单平面、多紧度、具有两个相对面的穿透干燥的纤维素纤维结构，所说的薄页纸的一个所说的面具有小于或等于900微米的平滑度，所说的薄页纸具有至少0.120g/cm3的紧度，其中薄页纸在并置的两个轴向平行辊之间通过，以在辊之间形成适于压光的压区，在压光期间所述压区提供110-150psi的压力和175-250pli的线压力。
10.根据权利要求9的薄页纸，所说的薄页纸具有至少0.130g/cm3的紧度。
11.根据权利要求9的薄页纸，其中所说的薄页纸的两面都具有小于900微米的平滑度。
12.根据权利要求11的薄页纸，其中所说的薄页纸的一个所说的面具有小于800微米的平滑度。
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