DE2231645C2

DE2231645C2 - Verfahren zur Herstellung einer weichen, absorbierenden, gekreppten Faserbahn

Info

Publication number: DE2231645C2
Application number: DE2231645A
Authority: DE
Inventors: Joseph Louis Drexel Hill Pa. Salvucci jun.; Peter Nicholas Wilmington Pa. Yiannos
Original assignee: Scott Paper Co
Current assignee: Kimberly Clark Tissue Co
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1972-06-23
Publication date: 1982-12-16
Also published as: BR7204098D0; CA972599A; BE785231A; IT965845B; AU4334572A; FR2143424B1; AU472562B2; JPS5517839B1; GB1365230A; FR2143424A1; US3812000A; DE2231645A1

Description

ist vorgeschlagen worden, daß Papierbahnen, insbesondere für sanitäre Papierprodukte, geformt und teilweise getrocknet werden, bevor sie einem mechanischen Dnick unterworfen werden, der die Struktur komprimiert und die Fasern miteinander in enjje Kontaktbindungen bringt (US-Patent 33 01 746). Die US-PS 33 01 746 (DE-OS 14 61 271) offenbart, daß eine solche Bahn mit dem Knotenmuster eines Drahtgewebes oder einer anderen Preßbahn auf dem Yankeetrockner angedrückt wird, nachdem teilweise getrocknet wurde, um Teile <ier Bahn an die Obeifläche des Trockners zu heften und eine differentielle Kreppbildung zu bewirken, wenn die Bahn von dem Yankeetrockner gekreppt wird. Die angedrückten Teile dienen dazu, Flächen von extensiver Intertaserbindung zu schaffen, um der Bahn Festigkeit zu geben. Flächen zwischen diesen angedrückten Teilen der Bahn fehlt jedoch wegen des reduzierten Maßes an Interfaserbindung genügend Festigkeit, da während der Bildung nicht komprimiert wird. Die vorhandenen Interfaserbindu-gen sind von einer harten spröden Natur, d.h. Wasserstoff- oder Hydratbindungen, und stören die Weichheit der Bahn. Ferner sind die durch das Knotenmuster des Drahtgewebes erzeugten Drücke so hoch, daß sie harte Teile der Bahn erzeugen, die in dem Produkt ein Gefühl von Härte hervorrufen. Außerdem erzeugt selbst diese Art des Pressens der Bahn, bevor sie mindestens 80% trocken ist, einen Verlust an Volumen und eine Zunahme der Dichte der Bahn, was für ein sanitäres Papierprodukt, welches Weichheit und Absorbierfähigkeit erfordert, unerwünscht ist.

Eines der Kennzeichen einer Faserbahn mit Festigkeitsausweis ist die Zähigkeit des Blattes. Sie ist kennzeichnend für die Kombination von Zugfestigkeit und Streckfähigkeit des Blattes. Es ist seit langem bekannt. Bahnen auf verschiedene Weise mit Krepp zu versehen, um Streckbarkeit und dementsprechend Zähigkeit zu erteilen. Jedoch werden ebene Bahnen, die in einer Richtung oder in mehreren verschiedenen Richtungen gekreppt sind, um eine universale oder isotrope Streckbarkeit zu erteilen, durch die Kreppung geschwächt und haben dementsprechend nicht soviel Festigkeit wie gewünscht, insbesondere, wenn sie ein relativ geringes Grundgewicht, wie sanitäre Papiere, haben.

Auf dem Gebiet von ungewebten Bahnen, die im allgemeinen erhebliche Mengen von Fasern mit einer größeren Länge als 6,3 mm enthalten, ist es üblich, Bindemittel an auf Abstand stehenden Teilen der Bahn aufzubringen, so daß Fasern in wenigen Teilen oder in einem Netzwerk miteinander verbunden werden, um der Bahn Festigkeit zu erteilen. Jedoch sind die Fasern in solchen umgewebten Bahnen genügend lang, um mit kleinen Mengen an Klebstoff der Bahn wesentliche Festigkeit zu geben, da zwei benachbarte Fläcnen des Klebstoffauftrags ziemlich weit voneinander entfernt sein und trotzdem eine Faser in einem Netzwerk verbinden können.

Häufig wurde angenommen, daß der Auftrag von Bindemittel auf eine Papierbahn, um derselben Festigkeit zu erteilen, harte Flächen in der Bahn ergibt, die das erwünschte Gefühl von Weichheit zerstören. Außerdem ist im Hinblick auf die extrem kurze Länge der Papierherstellungsfasern angenommen worden, daß die erforderliche Menge Bindemittel zur Schaffung von Festigkeit und der große Prozentsatz der zu imprägnierenden Gesamtfläche der Bahn ein sehr hartes Blatt ergibt, welches wenig oder keine Streckbarkeit und geringe Weichheitskennzeiehen hat

Frühere Anwendungen von Klebstoffen an Papierbahnen waren im allgemeinen für weiche Papiere und für sanitäre Papierprodukte unbefriedigend gewesen, da solche Klebstoffe die Bahnen ziemlich hart und schwer machten.

Zur Überwindung dieser Probleme ist eine vorgeformte Bahn mit verminderten natürlichen Interfaserbindungen mit einem Bindemittel und vorzugsweise

to einem elastomeren Bindemittel bedruckt und die Kreppherstellung solcher Bahnen in der Weise ausgeführt worden, daß man die verbundenen Bahnteile erweichte. Solche Bahnen enthalten jedoch keine gleichmäßige Verteilung des Bindemittels innerhalb der gesamten Bahn, wie es oft in sanitären Produkten erwünscht ist, um ihnen eine gleichmäßige Festigkeit, Sireckbarkeit und Weichheit zu erteilen, sondern das Bindemittel liegt nur in den beabstandeten Flächen als ein Ergebnis der Bedruckung vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer weichen, absorbierenden gekreppten Faserbahn bereitzustellen, mit dem derartige Faserbahnen mit hoher Weichheit und hohem Volumen (Masse) bzw. mit niedriger Dichte, jedoch ausgerüstet mit großer Festigkeit innerhalb der gesamten Faserbahn und Streckbarkeit erhalten werden und auf einer Papiermaschine mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden können.
Hierzu wird das in Anspruch 1 angegebene Verfahren vorgeschlagen. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 14.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt überraschenderweise zu Faserbahnen, die ungewöhnlich hohe Weichheit und Masse haben und ein elastomeres Bindemittel gleichförmig an Interfaserkontaktpunkten innerhalb der gesamten Bahn verteilt enthalten. Dies wird erreicht, indem das elastomere Bindemittel dem wäßrigen Faserbrei zugemischt wird, aus welchem man die Bahn ursprünglich formt, und durch wesentliche Vortrocknung der Bahn, bevor sie irgendeiner mechanischen Kompression unterworfen wird. Eine solche Bahn wird sogar noch weiter verbessert durch aufeinanderfolgendes Bedrucken einer solchen Bahn mit einem Klebstoff-Muster, mittels dessen die Bahn an eine Kreppfläche angeklebt wird, so daß sie differentiell gekreppt werden kann, um Masse und Weichheit zu schaffen.

Überraschenderweise besitzen solche Faserbahnen

so eine sehr geringe Dichte, ein erwünschtes Merkmal bei wegwerfbaren sanitären Papierprodukten, die weich und absorbierend sein müssen, um Wischfunktionen auszuführen. Ferner haben die Faserbahnen eine ziemlich gleichmäßige Festigkeit und Streckbarkeit in einem wesentlichen Ausmaß aufgrund des elastomeren Bindemittels, welches gleichförmig verteilte Interfaserbindungen innerhalb der gesamten Faserbahn ergibt, sowie ggf. aufgrund der Differentialkreppoperation. Die Bahnen haben eine hohe Festigkeit bzw. Fähigkeit, Kraft zu absorbieren, ohne zu zerreißen oder zu brechen. Ein weiterer Vorteil dieser Bahnen besteht darin, daß sie auf herkömmlichen, mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Papiermaschinen hergestellt werden können, die so modifiziert sind, daß eine Kompression vermieden wird, bis die Faserbahnen einen Trocknungsgrad von mindestens 80% erreicht haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung

■ einer weichen, absorbierenden, gekreppten Faserbahn umfaßt die Schritte der Mischung eines Fasereintrags aus lignocellulosischen Fasern mit einem elastomeren Bindemittel und Wasser, die Bildung einer Faserbahn, indem der Faserbrei in eine Drainagezone geführt wird, in der die Bahn mindestens eine durchlöcherte Trägerfläche zur Entfernung von Wasser berührt, die Entfernung von zusätzlichem Wasser aus der Bahn ohne mechanische Kompression, bis sie mindestens 80% trocken ist, danach das Anheften der Bahn an eine Kreppfläche und das Entfernen der Bahn von der Kreppfläche durch eine Kreppklinge. In bevorzugten Ausführungen wird die Bahn mit einem Klebstoff an die Kreppfläche angeheftet. Das Verfahren schließt vorzugsweise Schritte ein, einen Klebstoff an ausgewählte Flächen der Bahn. z. B. durch Aufdrucken, anzubringen und die Bahn in den Eingriff mit der Kreppfläche zu pressen, so daß nur ausgewählte Flächen der Bahn an der Kreppfläche angeheftet werden.

Die Erfindung stellt eine weiche absorbierende gekreppte Faserbahn her, die durch Ablage aus einer wäßrigen Aufschlämmung gebildet ist. Die Bahn enthält willkürlich angeordnete, sich berührende lignocellulosische Fasern und ein elastomeres Bindemittel an im wesentlichen gleichförmig verteilten Kontaktpunkten zwischen den Fasern innerhalb der gesamten Bahn, um der Bahn eine strukturelle Integrität zu erteilen. Die Bahn weist bevorzugt ein Grundgewicht von etwa 16,9 g/m² bis etwa 50,9 g/m² und ein TEA-zu-Steifheitsverhältnis größer als 1,50 χ ΙΟ-⁴ und eine berechnete durchschnittliche Dichte (über der Dicke ohne Belastung) von weniger als 0,300 g/cm³ auf. In manchen Fällen ist die Bahn aus Fasern gebildet, die mit einem Entbindemittel behandelt worden sind, um ihre natürliche Interfaserbindungskapazität zu verringern. Manche Ausführungen der Bahn enthalten zusätzliche Mengen eines elastomeren Bindemittels in vorherbestimmten Muster, um festere Bahnsegmente zu erzeugen, die voneinander durch weniger feste Bahnsegmente getrennt sind. Besondere Ausführungen der Faserbahn der Erfindung haben ein TEA-zu-Steifheitsverhältnis größer als 2,OxIO-⁴.

F i g. 1 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Bildung der Faserbahn nach dem Verfahren der Erfindung,

Fig.2 ist eine Seitenansicht eines Teiles einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung,

Fig.3 ist eine Seitenansicht eines Teils einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung,

F i g 4 7pigt granfmch die Abhängigkeit des Kalibers der Bahn nach dem Pressen von dem Trocknungsgrad einer Bahn, wenn sie gepreßt ist,

F i g. 5 ist eine Mikrofotografie mit 75facher linearer Vergrößerung eines Querschnitts einer Art von Vergleichsfaserbahn, wie sie im Beispiel 1 beschrieben ist, wobei die eingezeichnete Außenlinie zur Bestimmung ihrer berechneten Dichte dient

F i g. 6 ist eine Mikrofotografie mit 75facher linearer Vergrößerung eines Querschnitts einer anderen Vergleichsfaserbahn, wie sie im Beispiel 1 beschrieben ist, wobei die eingezeichnete Außenlinie zur Bestimmung ihrer berechneten Dichte dient,

F i g. 7 ist eine Mikrofotografie mit 75facher linearer Vergrößerung eines Querschnitts einer Faserbahn nach der Erfindung, die wie im Beispiel 1 beschrieben, gebildet ist, mit eingezeichneter Außenlinie zur Bestimmung ihrer Dichte,

F i g. 8 ist eine Mikrofotografie mit 75facher linearer Vergrößerung eines Querschnitts einer Bahn nach der Erfindung, die wie im Beispiel 2 beschrieben geformt ist, mit eingezeichneter Außenlinie zur Bestimmung ihrer berechneten Dichte.

Die Papiermaschine der F i g. 1 ist mit einer Materialverteilungseinrichtung 10 verbunden, um einen wäßrigen Faserbrei an ein Fourdriniersieb 16 zu liefern. Die Materialverteilungseinrichtung enthält einen verjüngten Rohrverteiler oder ein Kopfstück 11, verbunden mit einer nicht gezeigten Quelle für Faserbrei. Eine Anzahl von Zweigrohren oder Seitenteilen 12 verbinden den verjüngten Rohrverteiler 11 mit einer Mischkammer 13, die durch im allgemeinen parallele obere und untere Wände 14 bzw. 15 gebildet wird. Das Materialverteilungssystem 10 kann dem der US-PS 32 98 905 ähneln. Das Fourdriniersieb 16 wird über eine Saugbrustwalze 17 transportiert, sowie über eine Mehrzahl von Tischwalzen 18, wonach es rund um eine Siebumkehrwalze 20 läuft und durch drei Führungswalzen 21, 22 und 23 zurück an die Saugbrustwalze 17 geführt wird. Die Gesamtheit des Siebes 16 und seiner Tragwalzen ist durch eine nicht gezeigte Antriebseinrichtung angetrieben, die mit der Siebumkehrwalze 20 verbunden ist.

Eine oder mehrere Vakuumkästen, Wasserventilatoren oder andere Entwässerungs- oder die Bildung unterstützende Vorrichtungen (von denen keine in F i g. 1 gezeigt sind), können in Verbindung mit dem Fourdriniersieb 16 benutzt werden. Ferner kann sich die Gestalt der Papiermaschine weitgehend von der oben beschriebenen unterscheiden, ohne daß dies eine Wirkung auf die vorliegende Erfindung hat. Es ist jedoch wichtig, daß die so auf dem Fourdriniersieb 16 gebildete Bahn kompressionslos gehalten wird, bis sie mindestens 80% trocken ist.

Die geformte Faserbahn wird im wesentlichen kompressionsfrei von der oberen Fläche des Fourdriniersiebes 16 an die Oberfläche eines durchlöcherten Trocknungsträgers 24 übertragen, welcher ein gewebtes Blattmaterial, z. B. aus Draht oder anderen fadenförmigen Materialien hergestellt, oder ein perforierter oder gelochter Träger sein kann. Das Trocknungsgewebe 24 läuft an einer Stelle vorbei, die dicht an den Teil des Fourdriniersiebes 16 angrenzt, der zwischen der Siebumkehrwalze 20 und der ersten Führungswalze 22 läuft. Man führt es über eine umlaufende Saugaufnahmewalze 25 o* er einen stationären Saugaufnahmeschuh und die Übertragung kann ggf. unterstützt werden durch einen Dampf- oder Luftstrahl, der aus einem Sammelrohr 26 kommt, wie gestrichelt in F i g. 1 angedeutet, welches gegenüber dem Fourdriniersieb 16 und der Saugaufnahmewalze 25 angeordnet ist Das die Bahn tragende Trocknungsgewebe 24 bewegt sich von der Saugaufnahmewalze in eine Trocknungseinrichtung, allgemein mit 27 bezeichnet und wird dann über Führungswalzen 28 und 30 und um eine Druckwalze 31 transportiert welche die Bahn in den Eingriff mit der Oberfläche einer Krepptrommel 32 preßt Eine oder mehrere nicht gezeigte Vakuumkästen können hinter dem Trocknungsgewebe 24 angeordnet sein, welches der Aufnahmewalze 25 folgt um zusätzlich mitgenommenes Wasser aus der Bahn ohne Kompression zu entfernen. Das Trocknungsgewebe 24 läuft weiter um eine weitere Führungswalze 33 und kehrt dann an den Übertragungspunkt der an die Aufnahmewalze 25 angrenzt, zurück.

Die Trocknungseinrichtung 27 kann irgendein Mittel enthalten zur Trocknung der Bahn bis zu einem Punkt, wo sie einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 20 Gewichtsprozent hat, d. h. sie zu mehr als 80% trocken ist. Es ist wichtig, daß keine mechanische Kompression oder Verdichtung der Bahn erfolgt, bevor sie diesen Trocknungsgrad erreicht hat; deshalb müssen die herkömmlichen Yankeetrocknungstechniken, worin die Papierbahn fest gegen die Oberfläche einer dampfbeheizten Yankeetrocknungstrommel gepreßt wird, ver- ι ο mieden werden, wenn die Faserbahn einen Feuchtigkeitsgehalt über 20% hat. Jedoch können verschiedene andere Techniken zum Trocknen der Bahn benutzt werden, z. B. strahlende Heizlampen, Tunneltrockner oder Transpirationstrockner, worin vorzugsweise erhitzte Luft durch die Bahn hindurchgeführt wird. Fig. 1 erläutert eine typische Form eines Transpirationstrockners, in welchem Luft aus einer Haube 34 durch die Bahn und durch das Trocknungsgewebe 24 sowie durch die Trommel 35 geführt wird, welche beide trägt und von da aus dem Inneren der Trommel 35 durch eine andere Haube 36 entfernt wird. Eine typische Form eines solchen Trocknungsapparates ist aus der US-PS 34 32 936 bekannt.

Da die an die Oberfläche der Krepptrommel 32 angeheftete Bahn über 80% trocken ist, ist es häufig notwendig, einen Kreppklebstoff, z. B. Stärke, an die Bahnoberfläche oder die Krepptrommel 32 durch eine langgestreckte Sprühvorrichtung 37 anzubringen, wie gestrichelt in F i g. 1 gezeigt. Dies trifft besonders zu, wenn die Faserbahn auf 90% oder darüber getrocknet wird, da dort ungenügende Feuchtigkeit in der Bahn an dieser Stelle zurückbleibt, um sie an die Krepptrommel zu kleben und zu kreppen. Eine Kreppklinge 38 ist an der entgegengesetzten Seite der Krepptrommel 32 der Druckwalze 31 angeordnet und wird dazu benutzt die Bahn von der Krepptrommel 32 zu entfernen. Die F i g. 2 und 3 erläutern andere Verfahren zur Aufbringung von Klebstoff an die Bahn, um sie an die Krepptrommel 32 anzukleben. So zeigt Fig.2 eine Leimauftragswalze 40, welche Klebstoff aus einem Behälter 41 aufnimmt und ihn an die Oberfläche der Bahn, unmittelbar bevor die Bahn die Krepptrommel 32 berührt, überträgt. F i g. 3 zeigt eine Auftragswalze 42, welche Klebstoff aus einem Behälter 43 aufnimmt und ihn direkt auf die Krepptrommel 32 aufbringt, wonach die Bahn in Berührung mit dem Auftrag gepreßt und angeheftet wird.

Die in Fig.2 und 3 gezeigten Ausführungsformen sind besonders günstig im Verfahren der Erfindung, wenn nur vorherbestimmte Teile der Bahn an die Kreppfläche angeheftet werden, um eine differentielle oder bemusterte Kreppung der Bahn zu erhalten und die Masse, die Weichheit und die Festigkeit zu erhöhen. Wenn beispielsweise zusätzliche Festigkeit in die Bahn einverleibt werden soll, enthält der Klebstoff, welcher auf die Bahn (wie in F i g. 2) oder auf die Krepptrommel (wie in Fig. 3) gedruckt wird, ein elastomeres Bindemittel, welches weitere Interfaserbindungen in den bedruckten Teilen der Bahn hervorbringt

Der Schritt zum Mischen des Faserbreis aus lignocellulosischen Fasern mit einem elastomeren Bindemittel und Wasser wird normalerweise in einem Kopfkasten vor der Strömungsverteilungseinrichtung ausgeführt Die Fasern in dem Eintrag enthalten weitgehend relativ kurze Fasern, d. h. solche, die eine Länge von weniger als 635 mm haben und vorwiegend kürzer sind. Im wesentlichen alle Fasern sind lignocellulosische Fasern, d. h. die aus irgendwelchen natürlichen Holzfaserquellen, wie Holzpulpe stammen, so daß sie Wasserstoffbindungen wie bei der Papierherstellung bilden.

Die eingesetzten elastomeren Bindemittel sind Materialien, die eine Bruchdehnung von mindestens 75% aufweisen. Solche Materialien sollten im allgemeinen einen Youngschen Streckungsmodul haben, der kleiner ist als 175,75 N/mm².

Typische Materialien sind Butadien-Acrylnitril-EIastomere oder andere natürliche oder synthetische Gummilatices oder Dispersionen derselben mit elastomeren Eigenschaften, wie

Butadien-Styrol-Elastomere,
Neopren-Elastomere,
Acrylcopolymere, Polyvinylchlorid,
Vinylcopolymere oder Nylon.

Elastomere Eigenschaften können auch durch Zusatz geeigneter Weichmacher zu Polymeren, wie Polyvinylalkohol oder Carboxymethylcellulose, erhalten werden.

Obwohl erfindungsgemäß vorteilhaft Faserbahnen mit einem weiten Bereich von Grundgewichten gebildet werden können, wird es für sanitäre Papierprodukte bevorzugt, daß das Grundgewicht etwa 16,9 g/m² bis etwa 50,9 g/m² ist. Wenn zum Beispiel das Produkt ein Wischermaterial ist, sind Weichheit und Masse ebenso sehr wie Flüssigkeitsabsorbierung und Festigkeit wichtig. Gerade der obige Bereich des Grundgewichts macht es sonst sehr schwierig, einem Produkt die Kombination von Eigenschaften zu erteilen, die durch die Erfindung erzielt werden. Die Geschwindigkeit der Bildung von Faserbahnen wie auf einem Fourdriniersieb, kann von mehreren hundert Metern pro Minute bis über 15,24 m pro Minute betragen.

Die Schritte des Verfahrens, in welchem die Faserbahn kompressionslos geformt und teilweise getrocknet wird, sind äußerst wichtig, damit die gewünschten Kennzeichen von großer Masse und Weichheit und ungewöhnlich niedriger Dichte erreicht werden. Es ist gefunden worden, daß, wenn eine Faserbahn durch Ablage einer Faseraufschlämmung auf ein Fourdriniersieb gebildet und auf mindestens 80% Trockenheit getrocknet wird, bevor sie irgendeiner mechanischen Kompression unterworfen wird, z. B. zwischen zwei Oberflächen in einem Filz- oder Walzenspalt die nachfolgende Kompression nur eine minimale Wirkung auf die nachfolgenden Eigenschaften wie Masse oder Kaliber hat wenn nicht eine solche Kompression genügend hart ist, um das Brechen von Bindungen oder die chemische Umformung des lignocellulosischen Materials zu bewirken, so wie es oft in einer Präge- oder Kalanderklemme vorkommt Nachdem die Faserbahn erfindungsgemäß den Wasserentfernungstechniken unterworfen worden ist um sie zu 80% oder mehr trocken zu machen, wird ihr Endkaliber nicht bemerkenswert durch typische Preßprozesse beeinflußt wie sie bei Papiermaschinen in Druckklemmstellen und in der Klemmstelle zwischen der Druckwalze und dem Yankeetrockner vorkommen.

Für die in F i g. 4 graphisch gezeigten Versuchsresultate wurde ein Faserbrei aus 50% Weichholz-Sulfitpulpe und 50% Kraftpulpe zu Handbögen geformt die ein Grundgewicht von 16,9 g/m² hatten.

Einer der Handbögen wurde ohne Druck verarbeitet und getrocknet Sein Kaliber wurde gemessen und entsprach der gestrichelten Linie der graphischen Darstellung. Zusätzliche Handbögen wurden getrocknet bis zu Trocknungsgraden, die durch die Bezugspunk-

te in der graphischen Darstellung angezeigt sind. Sie wurden dann zwischen den Oberflächen mit Drücken von 0,28 N/mm² beaufschlagt. Die Proben wurden dann getrocknet, bis sie 95% trocken waren, und ihr Kaliber wurde gemessen.

Aus der graphischen Kurve der Meßpunkte wird ersichtlich, daß das Kaliber wesentlich reduziert ist, wenn die Faserbahn bei weniger als 80% Trockne gepreßt wird. Das Kaliber ist kleiner als bei einer ungepreßten Faserbahn. Es resultiert eine erhöhte Zahl von unerwünschten Interfaserbindungen und auch eine erhöhte Faserbahndichte, was geringere Weichheit bedeutet.

Das Grundgewicht wurde gemäß TAPPI Standard T 410-05-61 gemessen. Das Kaliber oder die Dicke eines Blattes wurde mit einem Federal Micrometer Gauge, Model No. D 815 gemäß TAPPI Standard T-411-44 gemessen. Eine Stirnfläche von 6,452 cm² (Druck 0,0035 N/mm²) wurde benutzt, wenn 47,5 g/m² Faserbahn getestet wurden, anstatt der 1,615 cm² Stirnfläche (Druck 0,049-0,063 N/mm²).

Das Kaliber ist in 25^m-Einheiten angegeben.

Die Bahn hat an diesem Punkt weniger Wasserstoffbindungen, als normalerweise in einer Bahn vorhanden sein würden, welche das gleiche Grundgewicht hat, die aber vor dem Trocknungsgrad von mindestens 80% einer Kompression unterworfen worden ist. Dieser geringe Betrag an Wasserstoffbindungen gibt der Bahn eine ungewöhnliche Weichheit und Kompressibilität und natürlich hat die Bahn größere Masse (geringere Dichte).

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird mit einer weiteren Verminderung der Wasserstoffbindungen zwischen den Fasern erreicht. Es ist bekannt, daß solche Bindungen typischerweise ziemlich hart und unelastisch sind, und unglücklicherweise teilen sich diese gleichen Eigenschaften der erhaltenen Faserbahn mit. Durch Behandlung der Fasern mit einem chemischen Entbindemittel, z. B. durch Zusatz eines solchen Entbindemittels zur Faseraufschlämmung in dem Kopfkasten, wird die Anzahl von Verbindungsstellen längs der einzelnen Fasern reduziert, so daß die Fasern weniger aufnahmefähig für Interfaserbindung durch Wasserstoffbindung sind. Geeignete Entbindemittel sind beispielsweise die kationischen Entbindemittel der US-PS 33 95 708, d. h. Substanzen aus der Klasse von langkettigen kationischen grenzflächenaktiven Mitteln, vorzugsweise mit mindestens 12 Kohlenstoffatomen in mindestens einer Alkylkette, wie quaternäre Dialkylfettammoniumsalze, tertiäre Monoalkylfettammoniumsalze, primäre Aminsalze und ungesättigte Alkylfettaminsalze; die kationaktiven tertiären Aminoxide der US-PS 24 32 126 und die kationaktiven Aminoverbindungen der US-PS 24 32 127.

Das elastomere Bindemittel, dem Faserbrei an dem Kopfkasten zugefügt, setzt seine Bindefähigkeit an die Stelle der Wasserstoffbindungen, die durch das Entbindemittel unterbunden sind und sorgt für genügende Interfaserbindung, um der Bahn strukturelle Integrität zu erteilen. Ferner sind die durch solche elastomeren Bindemittel gebildeten Bindungen ziemlich weich und nachgiebig und erteilen der Bahn weitere Weichheit, ohne ihre Absorbierfähigkeit oder Masse zu verringern, d. h. ohne ihre Dichte zu erhöhen.

Die in den Fig.2 und 3 gezeigten Vorrichtungen können benutzt werden, um Klebstoff an der Faserbahn oder an der Kreppfläche anzubringen, um die Bindung der Bahn an die Kreppfläche zu erhöhen und eine bessere Trockenkreppung und ein weicheres Produkt zu erhalten. Dies ist besonders wichtig, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Faserbahn, die an die Kreppfläche angebracht wird, geringer als 10% ist, z. B. wenn die Faserbahn 90% trocken ist. Der Kreppklebstoff ersetzt den Mangel an Feuchtigkeit, die gewöhnlich dazu dient, die Bahn an die Trocknerfläche anzuheften.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Vorrichtung dazu benutzt, um Bindemittel in vorherbestimmten Mustern auf die Faserbahn oder auf die Kreppfläche zu drucken, um die Bahn selektiv an der Kreppfläche anzuheften.

Es wird dabei besonders bevorzugt, entweder ein elastomeres Bindemittel als Klebstoff zwischen der Faserbahn und der Kreppfläche zu benutzen oder dem Klebstoff hinzuzufügen, so daß es für zusätzliche Festigkeit an der Faserbahn sorgt. Das elastomere Bindemittel schafft dabei Bereiche von größerer Interfaserbindung und daher größerer Bahnfestigkeit als auf angrenzenden Flächen, an welchen kein zusätzlicher Klebstoff verwendet wird neben dem Bindemittel, das in dem Kopfkasten an die Fasern selbst gelangt.

Das Bindemittelmuster, welches auf die Faserbahn gedruckt wird, kann irgendeine Form haben, die einen wesentlichen Teil der Oberfläche der Faserbahn frei läßt. Bevorzugt nimmt das Muster weniger als etwa 35% des Gesamtoberflächenbereiches der Faserbahn ein, um etwa 65% oder mehr der Oberfläche der Bahn freizulassen. Auf diese Weise kann eines der Muster der US-PS 30 47 444, 30 09 822, 30 59 313 und 30 09 823 vorteilhaft für die Walzen 40 oder 42 benutzt werden, die in diesem Falle Gravurwalzen sind. Etwas Migration von Bindemittel findet nach dem Drucken statt. Auf diese Weise dringt das Bindemittel mindestens teilweise durch die Faserbahn und in alle Richtungen in der Ebene der Bahn. Jedoch ist die Wanderung in der Ebene der Bahn minimal, so daß ein wesentlicher Teil der Faserbahn frei von zusätzlichem Bindemittel bleibt.

Besonders vorteilhaft ist es, das zusätzliche Bindemittel in einem netzartigen Muster aufzubringen, so daß eine netzartig verstärkte Faserbahn gebildet wird. Für die Papierfasern mit im allgemeinen einer Länge von weniger als etwa 6,3 mm und normalerweise einer vorwiegenden Faserlänge von weniger als etwa 1,6 mm wird somit eine ununterbrochene Zwischenbindung über mindestens einige der Fasern durch das zusätzliche Bindemittel geschaffen. Wenn das Muster des zusätzlichen Bindemittels nur die Form von parallelen Linien, Bändern oder anderen gesonderten Flächen hat, fehlt der Bahn die zusätzliche Festigkeit, wenn nicht die gesonderten Flächen einen Abstand voneinander haben, der kleiner als die durchschnittliche Faserlänge, d.h. kleiner als etwa 1,6 mm ist. Wenn das Klebstoff muster netzartig ist, schaffen die untereinander verbundenen Linien des Bindemittelauftrags ein Netzwerk von Festigkeit, selbst wenn wesentliche Bereiche in manchen Fällen eine größere Ausdehnung von 1,6 mm in jeder Richtung als Faserbahnbereiche mit geringerer Interfaserbindung haben.

Die Krepptrommel 32 kann in manchen Fällen ein beheiztes Druckgefäß wie ein Yankeetrockner oder in anderen Fällen eine kleinere Walze und unbeheizt sein. Sie ist durch eine äußere glatte polierte Oberfläche gekennzeichnet, an welcher das aufgetragene Bindemittel haftet Die Bedeutung der Heizung hängt sowohl von dem Kennzeichen des speziell benutzten Bindemittels,

als auch von dem Feuchtigkeitsgrad in der Faserbahn ab. So kann das Bindemittel Trocknung oder Härtung durch Erwärmen erfordern. Wenn der Feuchtigkeitsgrad der an die Krepptrommel 32 geführten Faserbahn höher als gewünscht ist, kann die Krepptrommel 32 geheizt werden, um einen Teil dieser Feuchtigkeit zu verdampfen.

In F i g. 2 und 3 wird die Faserbahn an der Oberfläche der Krepptrommel 32 über eine Strecke transportiert und dann durch die Kreppabstreichklinge 38 entfernt. Die Abstreichklinge 38 führt eine übliche Kreppwirkung an den zusätzlich gebundenen Teilen der Faserbahn aus, d. h. sie schafft eine Reihe von feinen Faltlinien an Teilen der Bahn, die an die Kreppfläche 32 angeheftet sind. Da jedoch die Bahn in diesem Falle nur an die Kreppfläche 32 in einem Muster angeheftet ist, welches netzartig ist oder mehrere beabstandete gesonderte Bereiche enthält, werden durch die Kreppklinge 38 die gebundenen Bahnteile, die nicht an der Krepptrommel 32 angeheftet sind, aufgebauscht und aufgebogen, um geformte Bahnteile zu bilden, die ausgezeichnete Weichheitscharakteristiken haben.

Das hierzu benutzte Bindemittel muß verschiedene Funktionen erfüllen, nämlich Fasern in der Bahn zusätzlich aneinander binden und die zusätzlich gebundenen Teile der Bahn an die Oberfläche der Kipptrommel 32 kleben. Im allgemeinen kann jedes trocken- und härtbare Material mit diesen beiden Fähigkeiten benutzt werden. Beispiele sind Acrylatlatexemulsionen für eine unbeheizte Kreppfläche; Emulsionen von Harzen wie Acrylate, Vinylacetate, Vinylchloride und Methacrylate für eine beheizte Kreppfläche; ferner wasserlösliche Harze, wie Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol und Polyacrylamide. Indessen kann in anderen Fällen das Bindematerial eine Mischung von verschiedenen Stoffen enthalten, wobei einer die Fähigkeit hat, die Interfaserbindung herbeizuführen, während der andere das Heften der Bahn an die Kreppflächen bewirkt. Jedoch werden in jedem Falle die Materialien vorzugsweise als einheitliche Mischung auf gleiche Bereiche der Bahn aufgetragen. Solche Materialien können gemischt mit einer Stärke von geringem Molekulargewicht, z. B. Dextrin, oder einem Polymer von geringem Molekulargewicht, wie Carboxymethylcellulose oder Polyvinylalkohol, angewendet werden und verträgliche naßfest machende Zusätze enthalten, um dem Blattmaterial zusätzliche Naßfestigkeit zu erteilen.

Es ist günstig, das Bindemittel an die Oberfläche der Krepptrommel 32 gerade vor der Bedeckung dieser Oberfläche mit der Faserbahn anzubringen, insbesondere wenn das Bindemittel flüchtige Bestandteile oder Bestandteile enthält, die schnell härten, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, wenn die Krepptrommel 32 beheizt wird. Dadurch kann das Bindemittel die Bahn bis zu der gewünschten Dicke durchdringen und Teile der Bahn an den Trockner anheften, bevor das Bindemittel härtet und seine Klebrigkeit verliert

Die Faserbahnen nach der vorliegenden Erfindung sind in den Eigenschaften wie Weichheit und Wischfähigkeit bisherigen Faserbahnen überlegen, die nicht erfindungsgemäß hergestellt sind.

Zur Messung der Eigenschaften und Bewertung der Faserbahnen für die Verwendung in sanitären Papierprodukten hinsichtlich der Weichheit eignen sich zwei Eigenschaften:

(1.) das TEA-zu-Steifheitsverhältnis des Faserblattes und

(2.) die berechnete mittlere Dichte über der Dicke des Faserblattesohne Belastung.

Das TEA-zu-Steifheitsverhältnis wird erhalten, indem man zunächst die TEA Zugenergie-Absorption einer gegebenen Faserblattprobe gemäß TAPPI Test T 494 su-64 sowohl in der Maschinenrichtung als auch Querrichtung in kg · m/m² mißt, wobei ein Backenabstand von 5,08 cm anstatt von 20,32 cm (TAPPI) wegen der besonderen Art des Produktes benutzt wird, von denen einige Perforationslinien haben, die vermieden werden müssen. Die Steifheit des Produktes wird dann gemessen, indem man die Probe dem TAPPl-Standard-Test T 451 m-60 sowohl in Maschinenrichtung als auch in Querrichtung unterwirft, um die effektive überhängende Länge »L« (kritische Länge) in »cm« zu bestimmen. Die Steifheit des Produktes ist L³ proportional.

Das TEA eines Produktes wird erhalten durch Einklemmen einer 2,54 ±0,01 cm breiten Probe in zwei beabstandete Sätze von Backen, wenn diese einen Abstand von 5,08 cm haben. Die Probe wird durch Auseinanderbewegen der Backen mit konstanter Geschwindigkeit von 2,54 ±0,02 cm/min gespannt, wobei die Dehnung mit einer Genauigkeit von ±2% und die Belastung in Kilogramm mit einer Genauigkeit von ±0,5% bis zum Bruch der Probe aufgezeichnet wird. Die Fläche unter der Belastungsdehnungskurve wird dann mit einem Planimeter oder Integrator mit einer Genauigkeit von ±2% gemessen. Das TEA wird dann in kg · m/m² berechnet nach der Gleichung:

TEA =

LW

worin
A =

L =

W =

Fläche unter der Belastungsdehnungskurve in

kg · cm,

ursprüngliche Spannweite zwischen den

Klemmlinien in cm,

ursprüngliche Breite der Probe in cm.

Die Steifheit eines Produktes wird erhalten mit einem Clark-Weichheits-Prüfapparat, indem die Enden einer 15—50 mm breiten Probe mit parallelen Kanten und üblicher Länge zwischen die Backen oder Walzen gesetzt werden, die eine Klemme an einer drehbaren Spindel enthält. Die Spindel kann um eine horizontale Achse parallel zu der Längsachse der Backen oder Walzen und senkrecht zu der Längsachse des Papierstreifens gedreht werden. Die überhängende Länge der Probe wird durch Zurücksetzen der Backen oder Drehen der Walzen eingestellt, bis, wenn die Spindel langsam zurück und vorwärts über 90° gedreht wird, die Probe gerade an jedem der Endpunkte der Drehung herüberfällt. Die überhängende oder kritische Länge L wird dann von der Linie an gemessen, wo die Kanten der Backen oder der Walzen die Probe an dem Ende des Streifens greifen. Für Zwecke der Bestimmung der Produkte der vorliegenden Erfindung wird die Steifheit durch L? angezeigt

Bei den obigen Tests auf TEA und Steifheit werden, um ein Verhältnis zu bilden, für jeden Test Proben sowohl in Maschinenrichtung (M. D.) als auch Querrichtung (C. D.) gemessen. Vorzugsweise werden mehrere Tests mit jeder Probe gemacht und die Resultate gemittelt

Das TEA-zu-Steifheitsverhältnis ist

L³(M.D.)X/³(C.D.)

Die berechnete mittlere Dichte über der Dicke des Faserblattes ohne Belastung wird wie folgt bestimmt. Eine etwa 25,4 mm lange Probe des Produktes wird im Ofen getrocknet, um Feuchtigkeit auszuschalten. Die getrocknete Probe wird in einen kleinen Behälter gesetzt und langsam unter atmosphärischem Druck in eine Lösung von Butylmethacrylatmonomer getaucht, welches eine kleine Menge von Benzoylperoxid als Katalysator enthält. Der Behälter und die eingetauchte Probe werden dann etwa 16 Stunden in einen Ofen gesetzt, der eine Innentemperatur von 55° hat, um die Polymerisation des Monomeren zu bewirken. Die geringe Volumenschrumpfung ist unbedeutend und für jede Probe konstant Querschnitte der eingebetteten Probe werden mit einem Mikrotom zu Abschnitten einer Dicke von 10—12 μπι geschnitten. Jeder Abschnitt wird auf einen Glasträger gesetzt und mit Mineralöl und einem Glasdeckel bedeckt. Der Abschnitt der Probe wird nun fotografiert, indem man Licht durch ein Mikroskop überträgt das eine 24 mm Objektivlinse und ein Augenteil von 12,5 X hat. Die Balgenausdehnung

Berechnete Dichte g/cm³ =

beträgt 50 cm. Die lineare Vergrößerung beträgt 75 und das vergröüerte Bild wird im 12,7 χ 17,78-cm-Format gedruckt

Die Mikrofotografie wird auf ein Brett montiert und mit transparentem Papier überdeckt. Die Außenlinie des in der Fotomikrografie gezeigten Querschnittes wird nun auf das Transparentpapier gezeichnet, wobei den Basiskurven und Wellungen der Querschnittsaußenlinie in einem Ausmaß gefolgt wird, um auf der Innenseite der Außenlinie mindestens 95% oder mehr der Querschnittsfläche festzuhalten, die Streufasern enthält Gewisse Streufasern, die von der Außenlinie abweichen, sollten auf der Außenseite der Fläche bleiben, um genaue Dichtewerte zu erhalten.

Ein Planimeter wird dann benutzt, um die Fläche innerhalb der Innenkante der Linie zu messen, welche die Querschnittsaußenlinie in cm² bestimmt Vorzugsweise werden mehrere Fotografien jeder Probe ausgewertet und die Resultate gemittelt

Die tatsächliche Dicke der Probe ergibt sich durch Division der Fläche durch die Länge des Querschnittes mit einer Außenlinie und durch die lineare Vergrößerung von 75. Die berechnete Dichte ohne Belastung in g/cm³ wurde durch die Gleichung erhalten:

Grundgewicht g/cm²

tatsächliche Dicke (cm) X 10000 cm

wobei das Grundgewicht das des Original-Blattmaterials ist von welchem die Probe genommen wurde.

Alle Faserblattmaterialien der Erfindung enthalten eine Bahn von willkürlich angeordneten lignocellulosischen Fasern und ein elastomeres Bindemittel an einigen der Kontaktpunkte zwischen den Fasern, um der Faserbahn strukturelle Integrität zu erteilen. Die lignocellulosischen Fasern können Holzpulpefasern sein, die normalerweise bei der Papierherstellung gebraucht werden. In Abhängigkeit von dem besonders feinen Muster, in welchem das Bindemittel in die Bahn gelangt, und dem Ausmaß der Wanderung dieses Materials durch die Bahn kann das elastomere Bindemittel gebundene Bahnsegmente bilden, die beabstandet von ungebundenen Bahnsegmenten angeordnet sind. Zweckmäßigerweise ist das Bindemittel in der Bahn in einem fortlaufenden vorbestimmten netzartigen Muster vorhanden, welches ein unterbrochenes, vorbestimmtes intermittierendes Muster von gesonderten ungebundenen Bahnsegmenten definiert.

Vorzugsweise werden die Fasern mit einem Entbindemittel in einer Menge behandelt, die genügt, um ^;hre Interfaserbindungskapazität zu vermindern, so daß ein flaches Blatt, das im wesentlichen aus solchen Fasern besteht, eine Bruchlänge von weniger als 800 Metern und vorzugsweise weniger als 700 Meter hat, bestimmt nach TAPPI T 220 m-60. Dabei wird ein Zellstoffblatt, welches ein Grundgewicht (r) von »0« g/m² (feuchtigkeitsfreie Basis) hat, gemessen, um seine Zugbmchbelastung (p) in Kilogramm an einem 15-mm-Streifen zu bestimmen. Die Bruchlänge in Metern wird aus der Gleichung berechnet:

Beispiel 1
Vergleichsversuch

Bruchlänge

200000 p
3r

und ist äquivalent der Länge in Metern eines gleichförmig breiten Papierstreifens, der, wenn er an einem Ende gehalten wird (z. B. frei aufgehängte Spule dieses Papiers am Streifenende), gerade zum Brechen des Streifens führt.

Als Erläuterung der früheren Technik wurde eine erste Bahn aus einem Fasereintrag gebildet, der aus Wasser und den folgenden herkömmlichen Papierzellstoffen bestand.

20% gebleichter Weichholz-Kraftzellstoff
20% gebleichter Weichholz-Sulfitzellstoff
40% gebleichter Hartholz-Kraftzellstoff
20% Holzschliff

Die Bahn wurde auf einer herkömmlichen Papiermaschine mit Fourdriniersieb gebildet und wurde durch eine Filzbahn an die Oberfläche eines Yankeetrockners übertragen. Die Bahn wurde von dem Yankeetrockner, als sie zu etwa 65% trocken war, gekreppt, d. h. als sie nur etwa 35 Gew.-% Feuchtigkeit enthielt. Die Bahn wurde ferner in einem Nachtrocknerabschnitt in Form von geheizten Trommeln getrocknet, bis siu zu mehr als

so etwa 92% trocken war. Das Blattmaterial entsprach einem typischen sanitären Papierprodukt, einem naßgekreppten Vlies für Badezimmer, und besaß die folgenden Eigenschaften:

Grundgewicht 20,8 g/m²

Masse (Volumen) 0,206 cm/24 Blatt
Zugfestigkeit (MD) 142,87 g/cm

(TAPPI STAN DA RD, T 220 m-60)
Dehnung (MD) 7,9%

(TAPPI STANDARD,T220m-60)

TEA (MD) 0.993 kg · m/m²
(TAPPITEST.T494SU-64)
Zugfestigkeit (CD) 59,16 g/cm
(TAPPI STANDARD.T220 m-60)
Dehnung (CD) 3,3%

(TAPPI TEST, T 220 m-60)
TEA (CD) 0,189 kg · m/m²
(TAPPI TEST, T 494 su-64)

Lo (MD) 5,5 cm

(kritische Länge - TAPPI STANDARD,

T-451 m)
Lg (CD) 4,5 cm

(kritische Länge - TA⁰Pl STANDARD,

T-451 m)

Diese erste Bahn wurde den obigen Versuchen unterworfen; das TEA-zu-Steifheitsverhältnis war 0,12 χ 10-⁴ die Dichte über der Dicke der Bahn ohne Belastung 0,441 g/cm³. Ein typischer Querschnitt dieser ersten Bahn mit Außenlinie zur Bestimmung der berechneten mittleren kalkulierten Dichte mit linearer Vergrößerung von 75 ist in Fig.5 gezeigt Das Faserblatt hatte eine dichtgepackte Anordnung der Fasern und war auch nach Kreppbildung relativ hart

Vergleichsversuch

Eine zweite Bahn wurde nach der bisherigen Technik aus einem Fasereintrag gebildet, der aus Wasser und den folgenden Papierzellstoffen bestand.

30% gebleichter Weichholz-Kraftzellstoff
25% gebleichter Weichholz-Sulfitzellstoff
35% gebleichter Hartholz-Kraftzellstoff
10% Holzschliff

Die Bahn wurde auf einer herkömmlichen Papiermaschine der Fourdrinierart gebildet und durch einen Filzriemen an die Oberfläche eines Yankeetrockners übertragen.

Die Bahn wurde von dem Yankeetrockner gekreppt, als sie etwa 94% trocken war, d. h. als sie nur etwa 6 Gew.-% Feuchtigkeit enthielt. Das Kreppmaterial entsprach typischen sanitären Papierprodukten, wie trockengekreppten Vliesen für Badezimmer, und besaß die folgenden Eigenschaften:

Grundgewicht 16,28 g/cm²
Masse (Volumen) 0,218 cm/24 Blatt
Zugfestigkeit (M D) 140,63 g/cm

(TAPPl STAN DARD, T 220 m-60)
Dehnung (M D) 17,5%

(TAPPl STANDARD, T 220 m-60)
TEA(MD) 1,29 kg · m/m²

(TAPPl TEST, T 494 su-64)
Zugfestigkeit (CD) 26,79 g/cm

(TAPPI STAN DARD, T 220 m-60)
Dehnung (CD) 5,6%

(TAPPI STANDARD, T 220 m-60)
TEA (CD) 0,20 kg · m/m²

(TAPPI TEST. T 494 su-64)
Lo (M D) 3,8 cm

(kritische Länge — TAPPl STANDARD,

T-451 m-60)
Lo (CD) 4,5 cm

(kritische Länge - TAPPI STANDARD,

T-451 m-60)

Diese zweite Bahn wurde den oben beschriebenen Versuchen unterworfen. Das TEA-zu-Steifheitsverhältnis war 0,527 χ 10~⁴ und die berechnete mittlere Dichte über der Dicke der Bahn ohne Belastung war 0,466 g/cm². Ein typischer Querschnitt dieser zweiten Bahn mit Außenlinie und mit einer linearen Vergrößerung von 75 zur Bestimmung der berechneten mittleren Dichte ist in F i g. 6 gezeigt. Das Blatt zeigt eine

dichtgepackte Anordnung der Fasern und war auch nach Kreppbildung relativ bart

Erfindungsversuch

Zur Erläuierung der Erfindung wurde eine dritte Bahn aus einem ungereinigten Fasereintrag gebildet der aus Wasser und den folgenden herkömmlichen Papierzellstoffen bestand:

80% gebleichter Weichholz-Kraftzellstoff
20% gebleichter Hartholz-Kraftzellstoff

Die folgenden Chemikalien wurden dem Papierbrei in Gewichtsprozent des Holzzellstoffs zugefügt:

0,7% Entbindemittel des Handels

(quaternäres Ammoniumsulfat)

0,085% kationischer Polyelektrolyt

(polymeres quaternäres Amin, Handelsprodukt)

5,0% elastomeres Bindemittel des Handels

(selbstvernetzende anionische Acrylatlatexemulsion)

Die Bahn wurde auf einer herkömmlichen Fourdrinier-Papiermaschine gebildet und auf ein synthetisches Körpergewebe von 72x60 Maschen mittels eines Saugaufnahmeschuhes an einem Punkt übertragen, wo die Bahn auf einer Strecke des Fourdriniersiebes transportiert wird, die zwischen zwei Tragwalzen läuft Während der Beförderung auf dem Gewebe wurde die Bahn 15 ms einem Vakuum unterworfen, welches auf der Unterseite des Gewebes mit 33,8 bis 37,2 mbar zog. Dies reduzierte den Feuchtigkeitsgehalt der nassen Bahn auf annähernd 70 Gew.-%. Die Bahn wurde weiter auf dem Gewebe durch erhitzte Luft (127° C) getrocknet während sie auf dem Gewebe durch einen Tunneltrockner befördert wurde. Der Tunneltrockner hatte genügend Wärmekapazität, um den Feuchtigkeitsgehalt der Bahn auf weniger als 10 Gew.-% zu reduzieren, so daß die Bahn nun zu mehr als 90% trocken war. Die geförderte Bahn wurde dann von dem Gewebe an die Oberfläche eines Krepptrockners von 50,8 cm Durchmesser mittels einer Preßklemmstelle übertragen, die gegen die Trocknerfläche durch eine elastomere Rolle von 127 mm Durchmesser mit einem Neoprenüberzug von 12,7 mm Dicke sowie einer Shore Α-Härte von 55 gebildet wurde.

Um die vollständige Übertragung und die gleichförmige Adhäsion der Bahn an die Krepptrocknerfläche zu sichern, wurde eine 1,5%-Lösung eines Tierleimkreppklebstoffs in die Preßklemmstelle zwischen die Bahn und die Krepptrocknerfläche gesprüht. Die Menge Klebstoff, die in der Bahn nach dem Sprühen vorhanden war, war etwa 0,1 Gew.-%. Der Klemmstellendruck zwischen der elastomeren Rolle und dem Krepptrockner wurde bei 0,42 N/mm² gehalten.

Der Krepptrockner enthielt elektrische Heizspulen ausreichender Kapazität, um eine Oberflächentemperatur von 93° C aufrechtzuerhalten, wobei diese Trocknung genügte, um den Feuchtigkeitsgehalt der besprühten Bahn auf etwa 6 Gew.-% an der Kreppklinge bei einer Krepptrocknergeschwindigkeit von 9,15 m/min zu reduzieren. Die Bahn wurde von der Oberfläche der Trockentrommel durch eine übliche Kreppklinge gekreppt, die unter einem Kreppwinkel von 5° über der Radiallinie an den Berührungspunkt eingestellt war. Die gekreppte Faserbahn wurde mit einer Geschwindigkeit von 7,93 m pro Minute aufgewickelt, was bei einer perspektivischen Zeichnung der Bahn in Maschinenrich-

tung 15% entspricht, d h. Bildung von 15% Krepp. Die Bahn besaß folgende Eigenschaften:

Grundgewicht 38,14 g/m² Masse 0,589 cm/24 Blatt Zugfestigkeit (MD) 189,74 g/cm

(TAPPI STANDARD, T 220 m-60) Dehnung (MD) 18,6%

(TAPPI STANDARD, T 220 m-60) TEA(MD) 1,286 kg · m/m*

(TAPPI TEST, T 494 su-64) Zugfestigkeit (CD) 60,27 g/cm

(TAPPI STANDARD, T 220 m-60) Dehnung (CD) 10,5%

(TAPPI STANDARD, T 220 m-60) TEA(CD)0,537kgm/m²

(TAPPI TEST, T 494 su-64) Lo (MD) 3,8 cm

(kritische Länge - TAPPI STANDARD,

T-451 m-60) Lo (CD) 4,26 cm

(kritische Länge - TAPPI STANDARD,

T-451 m-60)

Gehalt an elastomerem Bindemittel nach Analyse: 4,0%.

Dieses Faserblatt wurde den oben beschriebenen Versuchen unterworfen und hatte ein TEA-zu-Steifheitsverhältnis von 1,55 χ 10~⁴ und eine berechnete mittlere Dichte über der Dicke des Blattes ohne Belastung von 0,180 g/cm³. Ein typischer Querschnitt dieser dritten Bahn mit Außenlinie zur Bestimmung der Fläche und der Durchschnittsdicke ist mit einer linearen Vergrößerung von 75 in F i g. 7 gezeigt

Die Fasern sind lose angeordnet und ergeben eine niedrige Dichte und große Masse, beides Schlüsselfaktoren für die Weichheit der Bahn.

Beispiel 2

Es wurde eine vierte Bahn aus einem ungereinigten Fasereintrag gebildet, der aus Wasser und den folgenden herkömmlichen Papierzellstoffen bestand:

80% gebleichter Weichholz-Kraftzellstoff 20% gebleichter Hartholz-Kraftzellstoff

Die folgenden Chemikalien wurden dem Papierbrei in Gewichtsprozent des Holzzellstoffs zugefügt.

0,5% Entbindemittel des Beispiels 1 0,03% kationischer Polyelektrolyt des Beispiels 1 2,0% anionische Acrylatlatexemulsion des Beispiels 1

trockner hatte genügend Wärmekapazität, um den Feuchtigkeitsgehalt der Bahn auf weniger als 10 Gew.-% der nassen Bahn zu reduzieren, so daß die Bahn nun zu mehr als 90% trocken wir. Die Bahn wurde dann durch Apparate befördert, die ähnlich den in Fig.2 gezeichneten sind. So wurde sie an einer Klemmstelle bedruckt, die durch eine gemusterte Gravurwalze mit einem Durchmesser von 12,7 cm und eine elastomere Walze mit einem Durchmesser von 12,7 cm und einer Neoprendecke von 12,7 mm Dicke und einer Shore-A-Härte von 65 gebildet wurde. Die Gravurwalze hatte ein netzförmiges Muster von untereinander verbundenen verformten Sechsecken, die zwei Seiten senkrecht zu der Maschinenrichtung und eine Musterwiederholungs länge von 1,015 mm hatten. Die Strecke von Scheitel zu Scheitel in Querrichtung betrug 2,032 mm. Die eingravierten Linien des Musters waren 180-190|im breit und annähernd 46 (im tief. Die eingravierten Linien des Musters umfaßten annähernd 27% des Gesamtoberflä chenbereiches.

Das Bindematerial, weiches auf die Bahn durch die gravierte Walze aufgebracht wurde, enthielt ein elastomeres Bindemittel, bestehend aus einer Mischung von 70 Gew.-% selbstvernetzendem Acrylatlatex und 30 Gew.-% eines selbstvernetzenden Sprühlatex für Polyesterfasern. Dieses Bindemittel ist eine wäßrige Emulsion mit einem Feststoffgehalt von 45% und einer Viskosität von 250 mPa · s bei 25°C, gemessen mit einer Brookfield-Viskosimeterspindel Nr. 3 bei 20 Umdrehun gen pro Minute. Der Druck in der Bedruckungsklemm- stelle lag durchschnittlich bei 0,703 N/mm² und das Durchschnittsgrundgewicht des Blattes wurde während des Bedrückens um 12,0% erhöht Die bedruckte Bahn wurde dann an die Oberfläche eines gußeisernen Krepptrockners mit einem Durchmesser von 38,1 cm mittels der oben beschriebenen elastomeren Walze und mit einem Durchschnittsklemmstelldruck von 0,879 N/mm² aufgebracht. Der Krepptrockner war ölbeheizt und hatte eine Oberflächentemperatur von 88° C; die Trommeloberflächengeschwindigkeit war 6,10 m/min. Wenn die Bahn an den Trockner gepreßt wurde, betrug die Durchschnittstrocknung 84% und bei Verlassen der Trommel hatte die Bahn eine Durchschnittstrockene von etwa 94%. Die Bahn wurde von der Oberfläche der Trockentrommel durch eine herkömmliche Kreppklinge gekreppt, die unter einem Winkel von 6° unter der Radiallinie des Berührungspunktes angestellt war. Die gekreppte Faserbahn wurde mit einer Geschwin digkeit von 5 m/min aufgewickelt, was in der Perspekti ve in Maschinenrichtung die Bildung von 20% Krepp anzeigte. Das Blattmaterial besaß die folgenden Eigenschaften:

Die Bahn wurde auf einer herkömmlichen Papiermaschine der Fourdrinierart gebildet und an ein synthetisches Körpergewebe von 72 χ 60 Maschen mittels eines Aufnahmeschuhes an einem Punkt übertragen, wo die Bahn auf einer Strecke des Fourdriniersiebes transportiert wird, welche zwischen zwei Tragwalzen läuft. Während der Beförderung auf dem Gewebe wurde die Bahn 15 ms einem Vakuum unterworfen, welches auf die Unterseite des Gewebes mit 33,8—37,2 mbar anlag. Dies reduzierte den Feuchtigkeitsgehalt der nassen Bahn auf annähernd 70 Gew.-% der nassen Bahn. Die Bahn wurde weiter auf dem Gewebe durch erhitzte Luft (127° C) getrocknet, während sie auf dem Gewebe durch einen Tunneltrockner befördert wurde. Der Tunnel- Grundgewicht 39,84 g/m² Masse 0,899 cm/24 Blatt Zugfestigkeit (MD) 92,54 g/cm

(TAPPl STANDARD,T220 m-60) Dehnung (MD) 21,8%

(TAPPI STANDARD,T220 m-60) TEA (MD) 3,372 kg · m/m²

(TAPPI TEST, T 494 su-64) Zugfestigkeit (CD) 64,74 g/cm

(TAPPI STANDARD,T 220 m-60) Dehnung (CD) 16,4%

(TAPPl STANDARD,T220 m-60) TEA (CD) 0,779 kg · m/m²

(TAPPI TEST, T 494 su-64)

Lo (MD) 3,8 cm

(kritische Länge - TAPPI STANDARD,

T-451 m-60)
Lo (CD) 4,6 cm

(kritische Länge - TAPPI STANDARD,

T-451 m-60)

Gehalt an elastornerem Bindemittel nach Analyse:

Faserbrei-Zusatz 1,5%
Bindemittelbedruckung 5,5%

Das Blattmaterial wurde den oben beschriebenen Tests unterworfen und hatte ein TEA-zu-Steifheitsverhältnis von 4,91 χ 10~⁴ und eine berechnete mittlere Dichte über der Dicke des Blattes ohne Belastung von 0,139 g/cm³. Ein typischer Querschnitt dieser dritten Bahn mit Außenlinie zur Bestimmung der Fläche und der Durchschnittsdicke in einer linearen Vergrößerung von 75 ist in Fig.8 gezeigt. Die Fasern sind lose angeordnet und bedingen eine geringe Dichte und große Masse, beides Schlüsselfaktoren für die Weichheit der Bahn.

Die Ergebnisse für die vier Bahnen in den Beispielen 1

und 2 sind für Vergleichszwecke in der Tabelle I aufgeführt

Tabelle I

5 Bahn	Verhältnis TEA	Berechnete
	zu Steifheit	Dichte
Erste Bahn	0,12 X 10'⁴	0,441 g/cm³
¹⁰ (Vergleich)
Zweite Bahn	0,527 X 10"⁴	0,466 g/cm³
(Vergleich)
Dritte Bahn	1,55 X 10"⁴	0,180 g/cm³
15 (Erfindung)
Vierte Bahn	4,91 x 10"⁴	0,139 g/cm³
(Erfindung)

Aus den obigen Daten ist ersichtlich, daß sich eine bemerkenswerte Produktverbesserung in der dritten und vierten Bahn ergeben hat, die Eigenschaften aufweisen, die für die Weichheit und Wischfähigkeit des Faserblattes zeugen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer weichen, absorbierenden gekreppten Faserbahn, wobei eine Faseraufschlämmung aus lignocellulosischen Fasern und Wasser in einer Entwässerungszone auf mindestens einer durchlöcherten Trägerfläche zu einer Faserbahn ausgelegt und die Faserbahn an eine Kreppfläche angeheftet und hiervor durch eine Kreppklinge entfernt wird und eine kompressionslose Vortrocknung der unverdichteten Faserbahn vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Faserbrei ein elastomeres Bindemittel zugemischt wird und die Faserbahn vor dem Anheften an der Kreppfläche vorgetrocknet wird is und dieses Vortrocknen unter Entfernen von zusätzlichem Wasser bis zu einem Trocknungsgrad von mindestens 80% ohne mechanische Kompression ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbahn ohne mechanische Kompression bis mindestens 95% vorgetrocknet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerung der Faserbahn durch Anwendung von Vakuum gefördert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Entwässerung der Bahn benutzte Vakuum an beiden Flächen der Bahn angelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Vakuum an einer Fläche der Bahn, nachdem sie aus der Berührung mit der durchlöcherten Trägerfläche genomme.'i wurde, angewendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entwässerung der Bahn Luft hindurchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn an der Kreppfläche mit einem Klebstoff angeheftet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff auf eine Fläche der Bahn aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff auf die Kreppfläche aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff auf ausgewählte Flächen oder Bereiche der Bahn aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff auf ausgewählte Flächen der Kreppfläche aufgebracht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein elastomeres Bindemittel eingesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern zur Herabsetzung ihrer Interfaserbindungen vor dem Auslegen der Bahn mit einem Entbindemittel behandelt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge an Entbindemittel der Faseraufschlämmung hinzugefügt wird, die ausreicht, die Bruchlänge der Bahn auf weniger als 800 m zu reduzieren.

Weiche, absorbierende gekreppte Faserbahnen eignen sich für sanitäre Papierprodukte, z. B. Gewebe und Handtücher. Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer weichen, absorbierenden, gekreppten Faserbahn, welche durch ungewöhnlich große Masse, d.h. geringe Dichte (berechnete Durchschnittsdichte entlang der Dicke ohne Belastung) und durch ein hohes TEA/Steifheitsverhältnis ausgezeichnet ist, was mindestens teilweise von einem elastomeren Bindemittel herrührt, das bedeutend zur Interfaserbindefestigkeit der Faserbahn beiträgt

Papierbahnen werden herkömmlicherweise weich gemacht, indem man sie in verschiedener Weise bearbeitet, z.B. durch Prägung oder Kalandrierung, oder indem man sie von einer anhaftenden Oberfläche mit einer Kreppklinge kreppt Solche Verfahren unterbrechen und zerbrechen viele der ziemlich spröden natürlichen Interfaserbindungen in der Papierbahn, die während ihrer Trocknung durch den mit der Papierherstellung verbundenen Hydratbindungsprozeß gebildet werden. Diese Interfaserbindungen sind jedoch die hauptsächliche Quelle der Festigkeit in einer gewöhnlichen Papierbahn. Nur wenig Festigkeit ergibt sich aus der physikalischen Verflechtung der Faser, da die Papierfasern eine äußerst kurze Länge haben, im allgemeinen in der Größenordnung von 1,6 mm oder weniger. Da die Fasern willkürlich aus einem wäßrigen Brei abgelegt werden, ist eine Verflechtung nicht begünstigt

Obwohl die brechenden Interfaserbindungen in einer vorgeformten Bahn eine wesentliche Weichheit in erster Linie auf der Oberfläche solcher Bahnen wegen der sich hieraus erstreckenden losen Faserenden bewirken, trägt dies nicht dazu bei, das Volumen, die Kompressibilität und die Biegsamkeit des Produkts zu erhöhen oder die Dichte des Produktes zu erniedrigen, ohne die Festigkeit des Materials wesentlich zu erniedrigen. Dieses unerwünschte Resultat tritt noch deutlicher hervor, wenn Anstrengungen gemacht werden, um die Weichheit der Bahn zu erhöhen.

Man hat versucht, Bahnen nur in ausgewählten, auf Abstand stehenden Flächen an ihrer Oberfläche zu kreppen, z. B. durch Kreppbildung mit einer gekerbten oder gezackten Kreppklinge oder durch Kreppbildung von einer unterbrochenen Oberfläche, z. B. einer umfangsmäßig genuteten Walze, wobei die Teile dazwischen im wesentlichen ihre gesamte Festigkeit behielten. Jedoch erzeugten solche Kreppmuster notwendigerweise Schwächungslinien durch das Blatt oder den Bogen hindurch, so daß die fertige Bahn mindestens in gewissen Richtungen nicht sehr stark war. Durch Kreppbildung oder Prägen der Bahn im nassen Zustand wird die Festigkeitsabnahme verringert.

Werden Papierbahnen durch herkömmliche Papiertechniken gebildet, werden sie im allgemeinen zwischen zwei gegenüberliegenden Oberflächen gepreßt, von denen mindestens eine porös ist, so daß das Wasser aus der Bahn entfernt wird. Es ist üblich, solche Bahnen auf dem Fourdriniersieb oder anderen Formungsflächen, wie durch eine Aufnahmewalze, oder in einem Preßabschnitt auf einem Filz zwischen zwei Preßwalzen oder auf der harten dampfbeheizten Oberfläche einer gußeisernen Yankeetrockentrommel zu pressen, um Feuchtigkeit aus der Bahn zu entfernen, wobei für eine Oberfläche gesorgt wird, von der die Bahn gekreppt werden kann. Zur schnellen Trocknung der Bahn ist es wichtig, für eine gleichförmige Berührung zwischen der Yankeetrockneroberfläche und der Bahn zu sorgen. Es