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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tissuepapierprodukte, und
insbesondere auf Gesichtstücher
bzw. Kosmetiktücher
und Einweg-Taschentücher.
Genauer bezieht sich die Erfindung auf Bearbeitungsschritte für solche
Tissuepapierprodukte, nämlich
Prägen
und Kalandrieren.
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Hintergrund der Erfindung
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Papierbahnen
oder -bögen,
manchmal als Tissue- oder Tissuepapier-Bahnen oder -Bögen bezeichnet,
und aus diesen hergestellte Produkte, wie Papiertaschentücher, manchmal
auch als Gesichts- bzw. Kosmetiktücher bezeichnet, finden in
der modernen Gesellschaft häufig
Verwendung. Solche Artikel wie Gesichtstücher und Toiletten- und Küchenpapier
sind Massenwaren, die hierin sämtlich
als Tissuepapier-Produkte bezeichnet werden. Es ist seit langem
anerkannt, dass wichtige physikalische Merkmale dieser Produkte
ihre Festigkeit und ihre Dicke/ihre Dickenabmessung, ihre Weichheit
und Glätte,
ihr Absorptionsvermögen
und ihre Fusselfestigkeit sind. Anstrengungen in Forschung und Entwicklung wurden
darauf gerichtet, jeweils eines dieser Merkmale zu verbessern, ohne
die anderen Merkmale ernstlich zu beeinträchtigen, sowie auf die gleichzeitige
Verbesserung von zweien oder dreien dieser Merkmale.
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Weichheit
und Glätte
beziehen sich auf die taktile Empfindung, die ein Verbraucher wahrnimmt, wenn
er ein bestimmtes Produkt hält,
mit ihm über
die Haut streicht, oder es in der Hand zerknüllt. Die taktile Empfindung
beruht auf einer Kombination mehrerer physikalischer Eigenschaften.
Die taktile Empfindung kann gut durch den objektiven Parameter der physiologischen
Oberflächenglätte (PSS)
erfasst werden, wie z. B. aus
US
5,855,738 bekannt. Ebenso wichtig für die taktile Empfindung des
Verbrauchers ist die Dicke/Dickenabmessung eines Tissueprodukts.
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Festigkeit
ist das Vermögen
des Produkts, seine physikalische Integrität zu erhalten und einem Zerreißen, Durchreißen und
Zerfasern unter Einsatzbedingungen zu widerstehen.
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Absorptionsvermögen ist
das Maß des
Vermögens
eines Produkts, Mengen an Flüssigkeit,
insbesondere wässrige
Lösungen
oder Dispersionen, zu absorbieren. Das Gesamt-Absorptionsvermögen, wie
es vom Verbraucher wahrgenommen wird, wird in der Regel als eine
Kombination aus der Gesamtmenge einer Flüssigkeit, die eine bestimmte
Masse an Tissuepapier bis zur Sättigung
absorbiert, und der Geschwindigkeit, mit der die Masse die Flüssigkeit absorbiert,
betrachtet.
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Fusselfestigkeit
ist das Vermögen
des Faserprodukts und der Bahnen, aus denen es besteht, unter Einsatzbedingungen
zusammenzuhalten, einschließlich
beim Nasswerden. Mit anderen Worten: Je höher die Fusselfestigkeit, desto
weniger wird die Bahn zum Fusseln neigen.
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WO 98/58124 , veröffentlicht
am 23. Dezember 1998, offenbart ein Prägeverfahren, bei dem Prägeelemente
mit einer Höhe
von mindestens 1 mm eingesetzt werden.
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EP 0 408 248 , veröffentlicht
am 16. Januar 1991, offenbart ein Bearbeitungsverfahren, bei dem ein
Prägeschritt
mit einem gleichzeitigen Kalandrierschritt kombiniert wird.
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EP 0 668 152 , veröffentlicht
am 23. Dezember 1998, offenbart ein Prägeverfahren, bei dem nicht ineinander
passende Präge-
und Prägegegenelemente
eingesetzt werden.
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EP 0 696 334 , veröffentlicht
am 10. März 1999,
offenbart einen Prägeschritt,
der eine Volumenzunahme vermeidet.
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US 5,855,738 offenbart ein
Verfahren zur Herstellung von glattem Tissuepapier, umfassend einen
Kalandrierschritt.
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Relativ
dicke und dennoch weiche Einweg-Papierprodukte, nämlich in
Form von Papiertaschentüchern
und Gesichtstüchern,
sind bekannt. Zum Beispiel ist TempoTM,
verkauft von der Procter & Gamble
Company, ein vierlagiges Gesichtstuchprodukt, das sich dick und
weich anfühlt,
mit einer Dickenabmessung von ungefähr 0,3 mm. Eine hohe Dickenabmessung
vermittelt dem Verbraucher die Vorstellung einer hohen Trocken-
und Nassfestigkeit. Eine hohe Nassfestigkeit, auch als „Nassreißfestigkeit" bezeichnet, verhindert
insbesondere ein Zerreißen
oder Durchreißen,
was bei einem Papiertaschentuch wiederum zur Verunreinigung der
Hand des Benutzers mit Sekret oder anderen Körperfluiden führt.
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Um
eine sehr glatte Oberfläche
zu bieten, ist es nach Stand der Technik üblich, das Tissuepapier zu
kalandrieren. Kalandrieren bedeutet jedoch auch immer einen Kompromiss
zwischen Dickenabmessung und Weichheit einerseits und Glätte andererseits
(wie z. B. in
US 5,855,738 erörtert).
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Produkte
mit einer hohen Nassreißfestigket und
einer typischerweise relativ hohen Dickenabmessung sind diejenigen,
die mittels Durchströmtrocknung
hergestellt werden. Durchströmtrocknungseinrichtungen
stehen jedoch bei herkömmlichen
Papierherstellungsmaschinen nicht zur Verfügung, und die Bereitstellung
einer solchen Ausrüstung
bedeutet eine erhebliche finanzielle Investition. Als weiterer Gesichtspunkt
weisen Durchströmtrocknungseinrichtungen
im Vergleich zu gebräuchlicheren
Trocknungseinrichtungen einen höheren
Energieverbrauch auf. Daher besteht nach wie vor Interesse daran,
hochwertige Papierqualitäten
unter Einsatz herkömmlicher
Papiermaschinen herzustellen.
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Daher
besteht weiterhin die Herausforderung, ein Papiertaschentuch herzustellen,
welches den Standards der bekannten Produkte entspricht oder diese
sogar übertrifft,
indem es alle relevanten physikalischen Parameter erfüllt, ohne
den Verbrauch von Material oder Energie zu erhöhen. Idealerweise ergibt sich
für den
Verbraucher derselbe Vorteil bei einem geringeren Verbrauch von
Cellulose-Rohstoff.
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Angesichts
des Standes der Technik und der oben dargelegten Überlegungen
besteht weiterhin Bedarf an einem ein Tissueprodukt, insbesondere
einem Gesichtstuch, welches
- – optimale
Festigkeit, nämlich
Nassreißfestigkeit, Absorptionsvermögen und
Fusselfestigkeit miteinander verbindet,
- – ferner
eine ideale taktile Empfindung von Weichheit, Glätte und Dicke vermittelt,
- – kosteneffizient
herzustellen ist und vorzugsweise auf herkömmlichen Papiermaschinen hergestellt
werden kann,
- – wahlweise
hautpflegende Vorteile bietet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Tissuepapier, insbesondere
auf Kosmetiktücher und
Einweg-Taschentücher.
Beansprucht und beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines Tissuepapierprodukts
aus einer Tissuepapierbahn, wobei das Verfahren die Schritte nach
Anspruch 1 umfasst.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Geeignete Papierherstellungsschritte
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Erfindungsgemäß wird eine
Cellulosefaserstruktur mittels Verfahren und Maschinen, die dem Stand
der Technik in der Papierherstellung entsprechen, nass gelegt. Ein
geeigneter Breieintrag für
das Verfahren zur Herstellung des Tissuepapier-Substrats enthält vorzugsweise
Papierherstellungsfasern, die im Wesentlichen aus Cellulosefasern
(allgemein bekannt als „Holzstofffasern") oder aus von Cellulose stammenden
Fasern (einschließlich
zum Beispiel von Rayon, Viskose) bestehen. Von Weichhölzern (nacktsamigen
oder Nadelbäumen)
und von Harthölzern
(bedecktsamigen oder Laubbäumen)
stammende Fasern kommen für
die Verwendung in dieser Erfindung in Betracht. Die spezielle Baumart,
von der die Fasern stammen, ist unerheblich. Die Holzstofffasern
können
durch jedes geeignete Aufschlussverfahren aus dem natürlichen
Holz hergestellt werden. Chemische Verfahren, wie Sulfit-, Sulfat-(einschließlich Kraft-)
und Sodaverfahren sind geeignet. Mechanische Verfahren, wie thermochemische
(oder Asplund-) Verfahren sind ebenfalls geeignet. Außerdem können die
verschiedenen halb-chemischen
und chemisch-mechanischen Verfahren angewendet werden. Gebleichte
sowie ungebleichte Fasern kommen für die Verwendung in Betracht.
Vorzugsweise werden keine Nicht-Cellulosefasern, wie Latex, verwendet.
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Das
erfindungsgemäße Tissuepapier
kann als einen stark bevorzugten Bestandteil einen chemische Nassfestigkeitsvermittler
enthalten. Vorzugsweise sind, bezogen auf das Trockenfasergewicht, bis
ungefähr
3,0 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,5 Gew.-%, und mehr bevorzugt
mindestens 0,8 Gew.-% an chemischem Nassfestigkeitsvermittler, wie
wasserlösliches,
anhaltend oder vorübergehend nassfestes
Harz, enthalten.
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Hierin
geeignete nassfeste Harze können unterschiedlicher
Art sein. Zum Beispiel hat Westfelt eine Reihe solcher Materialien
beschrieben und ihre chemische Zusammensetzung dargelegt in Cellulose Chemistry
and Technology, Band 13, auf den Seiten 813–825 (1979).
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In
der Regel sind die nassfesten Harze wasserlösliche, kationische Materialien.
Das heißt,
die Harze sind zu dem Zeitpunkt, zu dem Sie dem Papierherstellungseintrag
zugegeben werden, wasserlöslich.
Es ist gut möglich,
und sogar zu erwarten, dass nachfolgende Ereignisse, wie eine Vernetzung, die
Harze in Wasser unlöslich
machen. Ferner sind manche Harze nur unter speziellen Bedingungen
löslich,
z. B. über
einen begrenzten pH-Bereich. Es wird in der Regel angenommen, dass
nassfeste Harze eine Vernetzungs- oder andere Aushärtungsreaktion durchlaufen,
nach dem sie an, in oder unter den Papierherstellungsfasern aufgebracht
wurden. Ein Vernetzen oder Aushärten
findet in der Regel nicht statt, solange erhebliche Mengen Wasser
vorhanden sind.
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Besonders
nützlich
sind die verschiedenen Polyamid-Epichlorhydrin-Harze. Diese Materialien sind
niedermolekulare Polymere mit reaktionsfreudigen funktionellen Gruppen
wie Amino-, Epoxy- und Azetidin-Gruppen. Die Patentliteratur enthält zahlreiche
Beschreibungen der Verfahren zur Herstellung solcher Materialien,
einschließlich
US-A-3 700 623 , erteilt
an Keim am 24. Oktober 1972, und
US-A-3 772 076 , erteilt an Keim am 13. November
1973.
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Polyamid-Epichlorhydrinharze,
verkauft unter den Handelsnamen Kymene 557H und Kymene LX von Hercules
Inc., Wilmington, Delaware, sind besonders nützlich für diese Erfindung. Diese Harze sind
in den oben erwähnten
Patenten an Keim allgemein beschrieben.
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Für die vorliegende
Erfindung nützliche
basenaktivierte Polyamid-Epichlorhydrinharze werden unter den Handelsnamen
der Santo Res verkauft, wie Santo Re 31, von der Monsanto Company,
St. Louis, Missouri. Diese Materialtypen sind allgemein beschrieben
in
US-A-3 855 158 ,
erteilt an Petrovich am 17. Dezember 1974,
US-A-3 899 388 , erteilt an Petrovich
am 12. August 1975,
US-A-4
129 528 , erteilt an Petrovich am 12. Dezember 1978,
US-A-4 147 586 ,
erteilt an Petrovich am 3. April 1979 und
US-A-4 222 921 , erteilt an
Van Eenam am 16. September 1980.
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Andere
hierin nützliche
wasserlösliche
kationische Harze sind die Polyacrylamidharze, wie diejenigen, die
unter dem Handelsnamen Parez verkauft werden, wie Parez 631NC, von
der American Cyanamid Company, Sandford, Connecticut. Diese Materialien
sind allgemein beschrieben in
US-A-3 556 932 , erteilt an Coscia et al. am
19. Januar 1971 und
US-A3 556
933 , erteilt an Williams et al. am 19. Januar 1971.
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Andere
für die
vorliegende Erfindung nützliche
Typen wasserlöslicher
Harze schließen
Acrylemulsionen und anionische Styrol-Butadien-Latizes ein. Zahlreiche
Beispiele dieser Harztypen sind in
US-A3
844 880 angegeben. Meisel Jr. et al., erteilt am 29. Oktober
1974. Noch weitere wasserlösliche kationische
Harze, die für
diese Erfindung nützlich sind,
sind die Harnstoff- und Melaminformaldehydharze. Diese polyfunktionellen,
reaktionsfreudigen Polymere verfügen über Molekulargewichte
in der Größenordnung
von einigen Tausend. Die gebräuchlicheren
funktionellen Gruppen schließen
Stickstoff enthaltende Gruppen ein, wie Aminogruppen und Methylolgruppen,
die an den Stickstoff gebunden sind. Obwohl weniger bevorzugt, können Harze
des Polyethylenimintyps in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden.
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Vollständigere
Beschreibungen der oben erwähnten
wasserlöslichen
Harze, einschließlich
ihrer Herstellung, finden sich in TAPPI Monograph Series No. 29, „Wet Strength
in paper and Paperboard, Technical Association of the Pulp and Paper
Industry" (New York,
1965).
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Vermittler
einer vorübergehenden
Nassfestigkeit, wie modifizierte Stärke, können wahlweise ebenfalls verwendet
werden. Es können
Kombinationen aus Vermittlern von anhaltender und vorübergehender
Nassfestigkeit verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann chemische Trockenfestigkeitsvermittler
enthalten, vorzugsweise in Mengen von bis zu 3 Gew.-%, basierend
auf dem Trockenfasergewicht. Ein stark bevorzugter chemischer Trockenfestigkeitsvermittler
ist Carboxymethylcellulose. Andere geeignete chemische Trockenfestigkeitsvermittler
schließen
Polyacrylamid (wie Kombinationen von CyproTM 514
und AccostrengthTM 711, produziert von American
Cyanamid, Wayne, N. J.), Stärke
(wie Maisstärke
oder Kartoffelstärke),
Polyvinylalkohol (wie AirvolTM 540, produziert
von Air Products Inc., Allentown, PA), Guargummi oder Johannisbrotgummi
und Polyacrylatlatizes ein. Geeignete Stärkematerialien können auch
modifizierte kationische Stärken
einschließen,
wie diejenigen, die so modifiziert wurden, dass sie Stickstoff enthaltende Gruppen
aufweisen, wie Aminogruppen und Methylolgruppen, die an den Stickstoff
gebunden sind, erhältlich
von der National Starch and Chemical Company (Bridgewater, NJ).
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Chemische
Weichmacher-Zusammensetzungen, die chemische Bindungslösungsmittel
umfassen, sind wahlweise Bestandteile der vorliegenden Erfindung.
US-A-3 821 068 ,
erteilt am 28. Juni 1974, lehrt, dass chemische Bindungslösungsmittel verwendet
werden können,
um die Steifheit einer Tissuepapier-Bahn zu verringern, und auf diese Weise ihre
Weichheit zu erhöhen.
US-A-3 554 862 ,
erteilt am 12. Januar 1971, offenbart geeignete chemische Bindungslösungsmittel.
Diese chemischen Bindungslösungsmittel
schließen
quartäre
Ammoniumsalze ein.
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Bevorzugte
chemische Weichmacherzusammensetzungen umfassen von ungefähr 0,01%
bis ungefähr
3,0% eine quartäre
Ammoniumverbindung, bevorzugt eine biologisch abbaubare quartäre Ammoniumverbindung,
und von ungefähr
0,01% bis ungefähr
3,0% eine Polyhydroxyverbindung, vorzugsweise ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Glycerin, Sorbiten, Polyglycerinen mit
einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ungefähr 150 bis ungefähr 800 und
Polyoxyethylenglycolen und Polyoxypropylenglycolen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von ungefähr
200 bis 4000. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis von
quartärer Ammoniumverbindung
zu Polyhydroxyverbindung im Bereich von ungefähr 1,0:0,1 bis 0,1:1,0. Es
wurde herausgefunden, dass die chemische Weichmacherzusammensetzung
wirkungsvoller ist, wenn die Polyhydroxyverbindung und die quartäre Ammoniumverbindung
zuerst zusammen vorgemischt werden, vorzugsweise bei einer Temperatur
von mindestens 40°C,
bevor Sie dem Papierherstellungseintrag zugegeben werden. Entweder
zusätzlich
oder als Alternative können
chemische Weichmacherzusammensetzungen auf die im Wesentlichen trockene
Tissuepapierbahn aufgebracht werden, zum Beispiel mittels eines
Druckverfahrens (NB: Alle Prozentangaben hierin beziehen sich auf
das Gewicht der trockenen Fasern, sofern nicht anders angegeben).
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Beispiele
für quartäre Ammoniumverbindungen,
die für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind
zum Beispiel entweder nicht modifizierte oder Mono- oder Diester-Varianten von:
bekannten Dialkyldimethylammoniumsalzen und Alkyltrimethylammoniumsalzen.
Beispiele sind auch die Diester-Varianten von Di(hydrogenated tallow)dimethylammoniummethylsulfat
und Diester-Varianten von Di(hydrogenated tallow)dimethylammoniumchlorid.
Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass
die Estereinheit(en) diese Verbindungen biologisch abbaubar machen.
Im Handel erhältliche
Materialien sind erhältlich
von der Witco Chemical Company Inc., Dublin, Ohio, unter der Handelsbezeichnung „Rewoquat
V3512". Einzelheiten
der Analyse- und Prüfverfahren
sind aufgeführt
in
WO 95/11343 , veröffentlicht
am 27. April 1995.
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Beispiele
für Polyhydroxyverbindungen,
die für
die vorliegende Erfindung nützlich
sind, sind Polyoxyethlyenglycole mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von ungefähr
200 bis ungefähr
600, besonders bevorzugt ist „PEG-400".
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Obwohl
der Zusatz bestimmter chemischer Mittel, die oben als bevorzugte
Mittel aufgeführt
sind, sehr vorteilhafte Auswirkungen auf die erhaltenen Papierprodukte,
nämlich
ihre Weichheit, haben kann, können
Tissuepapierbahnen, die für
die vorliegende Erfindung geeignet sind, mit jedem gebräuchlichen Verfahren,
das dem Fachmann bekannt ist, hergestellt werden.
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Solche
Papierherstellungsverfahren umfassen die Entwässerung von geeignetem Papierbrei unter
Verwendung von zum Beispiel einem oder mehreren Papierherstellerfilzen
und/oder -bändern. Für die vorliegende
Erfindung werden herkömmliche Papierherstellungsverfahren
bevorzugt. Jedes Verfahren, das hierin als herkömmlich bezeichnet wird, ist
ein Papierherstellungsverfahren, welches keinen Durchströmtrocknungsschritt
umfasst. Als Alternative können
Papierherstellungsverfahren angewendet werden, die einen Durchströmtrocknungsschritt
aufweisen.
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Streckprägeschritt
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Die
vorliegende Erfindung ist speziell befasst mit Schritten, die im
Fachgebiet als Bearbeitungsschritte bekannt sind.
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Ein
wichtiger, gemäß der vorliegenden
Erfindung auszuführender
Bearbeitungsschritt ist ein Prägeschritt,
bei dem mittels eines niedrigen Drucks ein sehr feines Muster eingeprägt wird.
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Das
Prägen
einer Tissuepapier-Bahn wird in der Regel erreicht, indem die Bahn
durch den Spalt geführt
wird, der zwischen zwei Prägewalzen
ausbildet ist, wobei mindestens eine Prägewalze Prägeelemente umfasst. Eine Prägewalze
umfasst typischerweise eine gebogene, jedoch ansonsten flache Oberfläche. Prägeelemente
sind Erhebungen, die über diese
Oberfläche
hinausragen, und eine bestimmte Höhe aufweisen, gemessen im rechten
Winkel zur Achse der Prägewalze
in Richtung von der gebogenen flachen Oberfläche der Walze bis zum äußersten Punkt
der Erhebung. Prägeelemente
weisen eine bestimmte Breite auf, zu messen in der Ebene der im Wesentlichen
flachen Walzenoberfläche.
Der Ausdruck „Breite", wie hier verwendet,
bezieht sich auf den Durchmesser eines runden Prägeelements, gemessen in der
oben angegebenen Ebene (d. h. am Fuß des Prägeelements), oder auf die größte Breite, gemessen
in der Ebene, wenn das Prägeelement nicht
rund ist.
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Erfindungsgemäß können die
Prägeelemente
eine beliebige Form haben, zum Beispiel eine Pyramiden- oder Halbkugelform,
und der Querschnitt der Prägeelemente
kann rund, oval oder eckig sein. Die Prägeelemente können ein
durchgehendes Muster bilden, sind vorzugsweise jedoch voneinander
abgegrenzt.
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Erfindungsgemäß sind die
Prägeelemente auf
mindestens einer Prägewalze
in einem sehr feinen Muster angeordnet, umfassend mindestens 30 Prägeelemente,
vorzugsweise mindestens 50, mehr bevorzugt mindestens 60, noch mehr
bevorzugt mindestens 70, am meisten bevorzugt mindestens 80 Prägeelemente
pro Quadratzentimeter Prägewalzenoberfläche.
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Erfindungsgemäß sind die
Prägeelemente nicht
hoch, sie haben eine Höhe
von weniger als 0,5 mm oder weniger als 0,4 mm und am meisten bevorzugt
von weniger als 0,3 mm.
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Vorzugsweise
sorgt das Streckprägen
für ein Verhältnis von
geprägten
Bereichen zu nicht geprägten
Bereichen von 5% bis 95%, mehr bevorzugt von 20% bis 80% und am
meisten bevorzugt von 40% bis 60%, d. h. bei dem am meisten bevorzugten
Fall sind 40% bis 60% der gesamten Oberfläche der Tissuepapierbahn geprägt.
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Jeder
bekannte Prägewalzetyp
und jede bekannte Betriebsart einer solchen Walze liegen innerhalb
des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden zwei Walzen aus Hartmetall, z.
B. Stahl, verwendet, wobei eine erste Walze, welche erhabene Prägeelemente
umfasst, als „Prägewalze" und eine zweite
Walze, welche passende Vertiefungen umfasst, als „Prägegegenwalze" bezeichnet wird.
Die Vertiefungen können
Spiegelbilder der erhabenen Prägeelemente
sein, oder sie können
so angepasst sein, dass sie etwas kleiner als genaue Spiegelbilder
sind, z. B. aufgrund eines kleinen Unterschieds in der Größe oder
Form (z. B. Abschrägung)
der Vertiefungen in der Prägegegenwalze.
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In
einem anderen, sehr bevorzugten erfindungsgemäßen Prägeschritt umfasst eine erste
Prägewalze
eine Bahnkontaktfläche,
gebildet aus einem Hartmetall, die erhabene Prägeelemente aufweist, und eine
zweite Walze umfasst eine Bahnkontaktfläche, die ein weicheres Material
aufweist, z. B. Gummi, vorzugsweise ein Material der Shore-Härte A 40 bis
70, in dem bei ausreichend engem Kontakt mit den erhabenen Prägeelementen
Vertiefungen gebildet werden. Das Bilden eines Prägespalts
durch eine Hartmetallwalze in Verbindung mit einer Gummiwalze hat
eine Vielzahl von Vorteilen, wie eine preiswertere und einfachere
Produktion und einen preiswerteren und einfacheren Betrieb, da die
Einstellung der Walzen viel weniger kritisch ist als bei einer Prägewalze
und Prägegegenwalze
aus Hartmetall. Überraschenderweise
wurde festgestellt, dass das hierin beanspruchte Verfahren auch
zu hervorragenden Ergebnissen führt,
wenn eine Kombination aus Hartmetallwalze/Gummiwalze verwendet wird.
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Die
Größe des zwischen
den beiden Prägewalzen
geformten Spalts muss abhängig
von z. B. der zu verarbeitenden Tissuepapierbahn und abhängig von
dem verwendeten Prägemuster
angepasst werden. Ebenfalls abhängig
von diesen Überlegungen
kann kein Druck oder ein gewisser Druck aufgewendet werden, um die
erste Prägewalze
und die zweite Prägewalze
aufeinander zu drücken.
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Wenn
in dem Verfahren zwei Hartmetallwalzen, eine Prägewalze und eine Prägegegenwalze, eingesetzt
werden, sollten die Walzen so betrieben werden, dass zwischen den
erhabenen Prägeelementen
der Prägewalze
und dem Fuß der
Vertiefungen der Prägegegenwalze
ein Spalt verbleibt, der 60% bis 140%, vorzugsweise 80% bis 120%,
der Dickenabmessung des ungeprägten
Tissuepapiers entspricht.
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Wenn
eine Hartmetallwalze in Verbindung mit einer Gummiwalze verwendet
wird, sollten die Walzen mit einem Druck von 10 N/Quadratzentimeter bis
1000 N/Quadratzentimeter, vorzugsweise von 20 N/Quadratzentimeter
bis 200 N/Quadratzentimeter und am meisten bevorzugt von 50 N/Quadratzentimeter
bis 100 N/Quadratzentimeter gegeneinander gedrückt werden.
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Bekannte
Betriebsarten sind für
die vorliegende Erfindung geeignet, vorzugsweise werden die Prägewalzen
nicht beheizt und laufen mit der gleichen Ge schwindigkeit, in alternativen
Betriebsarten kann jedoch mindestens eine Walze beheizt sein, und
die Walzen können
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen.
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Das
oben beschriebene Prägen
mit einem feinen Muster dient in einem wichtigen Aspekt dem Erhöhen der
Dickenabmessung oder, anders ausgedrückt, des Volumens der Tissuepapier-Bahn.
Daher wird bei einer sehr bevorzugten Durchführungsart der vorliegenden
Erfindung eine einzelne Bahn oder eine einzelne Lage Tissuepapier
durch den Prägespalt
geführt.
In alternativen Betriebsarten kann eine Vielzahl von Papierlagen
gleichzeitig durch den Spalt geführt
werden. Der Antragsteller nimmt jedoch an, ohne sich an eine Theorie
binden zu wollen, dass die hierin beschriebene Formänderungsprägung eine Streckung
des Tissuepapiers erreicht, die zwar zu einer Formänderung,
jedoch nicht zu einer wesentlichen Verdichtung des Tissuepapiers
führt.
Daher betrachtet der Antragsteller das oben beschriebene Prägeverfahren
nicht als gut geeignet zum Verbinden von übereinander liegenden Lagen.
Vielmehr wird überlegt,
einen separaten und eigenen Verbindungsschritt einzusetzen, um ein
aus mehreren Lagen bestehendes Papierprodukt zu erhalten, wobei
der Verbindungsschritt vorzugsweise einen Prägeschritt umfasst, wie das
nachstehend beschriebene „Haftungsprägen".
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Kalandrierschritt
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Jedes
bekannte Kalandrierverfahren kann in dem Bearbeitungsverfahren eingesetzt
werden, jedoch werden erfindungsgemäß ungewöhnlich hohe Kalandrierdrücke eingesetzt.
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Ein
erfindungsgemäßer Kalandrierschritt umfasst
das Führen
einer oder mehrerer Tissuepapierbahnen durch einen Kalandrierspalt,
der zwischen einer ersten und einer zweiten Kalanderwalze ausgebildet
ist. Typischerweise berühren
beide Kalanderwalzen die Bahn über
eine bestimmte Länge, hierin
als „Kontaktstrecke" bezeichnet, gemessen
parallel zur Richtung der Achse der ersten Kalanderwalze. Die Kalanderwalzen üben einen
Druck auf die Bahn aus von mindestens 120 N pro Zentimeter der Kontaktstrecke,
und werden dazu mit einem solchen Druck aneinander gepresst. Mehr
bevorzugt liegt der Druck pro Zentimeter der Kontaktstrecke bei
120 N bis 150 N. Erfindungsgemäß werden
bevorzugt so viele Tissuepapier-Bahnen kalandriert, wie das Tissuepapier-Produkt Lagen umfasst,
zum Beispiel können
zwei, drei oder vier Bahnen übereinander
gelegt und in einem Schritt kalandriert werden.
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Bekannte
Anlagen und Betriebsarten sind geeignet für die vorliegende Erfindung,
vorzugsweise werden die Kalanderwalzen nicht beheizt und laufen mit
der gleichen Geschwindigkeit, in alternativen Betriebsarten kann
jedoch mindestens eine Walze beheizt sein, und die Walzen können mit
unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen.
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Kalandrieren
wird dem Stand der Technik entsprechend zum Verringern der Dickenabmessung einer
Tissuepapierbahn verwendet, und typischerweise eingesetzt, um sicherzustellen,
dass die Dickenabmessung des Tissuepapier-Produkts den erforderlichen
Spezifikationen entspricht.
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Aufgrund
des eingesetzten Drucks, der zu einer Verdichtung der Papierbahn
führt,
verringert Kalandrieren bekanntlich die wahrgenommene Weichheit
eines Tissuepapier-Produkts. Kalandrieren wird daher, zumindest
im Bereich der Hygienepapiere, wie bei Papiertaschentüchern, mit
einem nicht zu hohen Druck durchgeführt, typischerweise werden
für eine
geprägte
Papierbahn 10 N/cm bis 20 N/cm gewählt.
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Beim
Betrachten der vorliegenden Erfindung ist überraschenderweise festgestellt
worden, dass der spezielle Prägeschritt,
der in Verbindung mit dem speziellen beanspruchten Kalandrierschritt
beansprucht wurde, zu einem ziemlich dicken und voluminösen und
dennoch sehr weichen Papierprodukt führt.
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Genauer
ist festgestellt worden, dass die Tissuepapier-Bahn nach einem Streckprägeschritt
und einem Kalandrierschritt im Vergleich zur nicht behandelten Bahn über eine
erhöhte
Dickenabmessung verfügt.
(Wenn z. B. drei Bahnen in einem Schritt kalandriert werden, hat
der Vergleich zu erfolgen zwischen drei Lagen einer unbehandelter
Bahn und drei Lagen einer geprägten
und kalandrierten Bahn.) Dieser Effekt ist besonders überraschend,
da bekannt ist, dass Kalandrieren mit einem hohen Druck die Dickenabmessung
einer Papierbahn erheblich verringert, wie zum Beispiel in der deutschen
Patentanmeldung
DE O 44 14 238.2 angegeben.
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Es
wurde festgestellt, dass das in der vorliegenden Erfindung beanspruchte
Verfahren die Dickenabmessung einer Tissuepapier-Bahn um 10% erhöht, manchmal
sogar um 30% und sogar um bis zu 40%, 60%, 80% oder 100% wenn man
die Dickenabmessung der unbehandelten Bahn mit der Dickenabmessung
der behandelten Bahn vergleicht. Der Streckprägeschritt allein erzielt Dickenabmessungszunahmen
von typischerweise 50% bis 200%.
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Ein
erfindungsgemäßes Tissuepapier
verfügt über eine
erste und eine zweite Oberfläche,
wobei die Oberflächen
einander gegenüberliegen,
sowie eine zur ersten und zweiten Oberfläche orthogonale Dicke. Die
Dicke wird auch als Dickenabmessung bzw. caliper des Tissues bezeichnet.
Die Dickenabmessung eines erfindungsgemäßen 3-lagigen Tissuepapierprodukts
liegt vorzugsweise bei 0,1 mm bis 1 mm, mehr bevorzugt bei 0,2 mm
bis 0,5 mm.
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Darüber hinaus
verfügt
ein erfindungsgemäßes Tissuepapier
vorzugsweise über
eine Nassreißfestigkeit
von über
50 g, mehr bevorzugt von über 100
g, vorzugsweise von 150 g bis 500 g, mehr bevorzugt von 250 g bis
400 g.
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Es
wurde festgestellt, dass das hierin beanspruchte Verfahren zu einer
erheblichen Verringerung der Trockenzugfestigkeit des Tissuepapiers führt, ohne
die Nasszugfestigkeit des Tissuepapiers ernsthaft zu beeinflussen.
Mit dem bean spruchten Verfahren behandelte Tissuepapiers erreichen
typischerweise eine Trockenzugfestigkeit von 1000 g bis 2500 g und
eine Nassreißfestigkeit
von 100 g bis 300 g, und erreichen vorzugsweise ein Verhältnis von Trockenzugfestigkeit
zu Nassreißfestigkeit
von 0,1 bis 0,3, vorzugsweise 0,125 bis 0,25 und am meisten bevorzugt
von 0,15 bis 0,2.
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Als
weiterer Gesichtspunkt weist ein erfindungsgemäßes Tissuepapier-Produkt vorzugsweise einen
Parameter der physiologischen Oberflächenglätte von weniger als 1000 Mikrometer,
vorzugsweise von 650 μm
bis 50 μm,
mehr bevorzugt von 650 μm
bis 300 μm
auf.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Tissuepapierprodukt von zwei
Lagen bis vier Lagen bereitgestellt, am meisten bevorzugt von drei
Lagen. Vorzugsweise umfassen alle Lagen ein Streckprägemuster,
das sich über
mindestens 50%, jedoch vorzugsweise 80%, der gesamten Oberfläche des
Tissuepapier-Produkts und am meisten bevorzugt über die gesamte Oberfläche des
Tissuepapier-Produkts erstreckt.
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Optionale Verfahrensschritte
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Das
Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Tissuepapierprodukts kann
eine Reihe von weiteren optionalen Schritten umfassen:
Eine
Lotion kann durch jede geeignete Maßnahme, wie Aufdrucken oder
Aufsprühen,
aufgetragen werden. Die Lotion kann entweder auf die Papierbahn oder
ein Tissuepapier-Produkt aufgetragen werden, entweder auf die gesamte
Oberfläche
der Bahn oder des Produkts, oder nur auf einen Teil davon. Für ein mehrlagiges
Tissuepapierprodukt kann die Lotion auf alle Lagen oder nur auf
ausgewählte
Lagen und nur auf eine Oberfläche
oder auf beide Oberflächen
der Lagen aufgetragen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird eine Lotion auf beide äußeren Oberflächen des
Tissuepapier-Produkts aufgetragen.
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Es
wurde festgestellt, dass eine Lotion zur Glätte des Tissuepapiers beiträgt, und
daher dessen PSS-Parameter herabsetzt. Darüber hinaus verfügt die Lotion über hautpflegende
Vorteile.
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Die
Lotion kann lockernde/bindungsauflösende Mittel, Weichmacher,
fixierende Mittel und Mischungen davon enthalten. Geeignete lockernde/bindungsauflösende Mittel
sind zum Beispiel quartäre Ammoniumverbindungen,
Polysiloxane und Mischungen davon. Geeignete Weichmacher sind zum Beispiel
Propylenglycol, Glycerin, Triethylenglykol, Walrat oder andere Wachse,
Rohvaseline, Fettsäuren,
Fettalkohole und Fettalkoholether mit 12 bis 28 Kohlenstoffatomen
in ihrer Fettsäurekette,
Mineralöl, nämlich Silikonöl, z. B.
Dimethicon und Isopropylpalmitat, und Mischungen davon. Geeignete
fixierende Mittel sind zum Beispiel Ceresin, Stearylalkohol und Paraffine,
Polyhydroxyfettsäureester,
Polyhydroxyfettsäureamide
und Mischungen davon.
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Andere
optionale Bestandteile sind zum Beispiel Duftstoffe, antibakterielle
Wirkstoffe, antivirale Wirkstoffe, Desinfektionsmittel, pharmazeutische Wirkstoffe,
Filmbildner, Deodorantien, Trübungsmittel,
Adstringentien, Lösemittel
und Ähnliche.
Bestimmte Beispiele von Lotionsbestandteilen sind Kampfer, Thymol,
Menthol, Kamillenextrakt, Aloe Vera, Calendula officinalis.
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Besonders
bevorzugte erfindungsgemäße Lotionen
sind sehr gut übertragbare
Lotionen, die die oben aufgeführten
Bestandteile umfassen, da die Übertragbarkeit
hervorragende Hautpflege- und pharmazeutische Vorteile sicherstellt.
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Gegenüberliegende
Lagen der Tissuepapier-Bahn können
verbunden werden, um ein aus mehreren Lagen bestehendes Tissuepapier-Produkt zu
bilden, vorzugsweise durch Haftungsprägen. „Haftungsprägen", wie hier verwendet,
bezieht sich auf ein Prägen,
bei dem alle Lagen eines aus mehreren Lagen bestehenden erfindungsgemäßen Tissues
in einem Verfahrensschritt geprägt
werden. Vorzugsweise beeinflusst das Haftungsprägen nicht oder zumindest nicht
in großem
Aus maß die
Glätte
irgendeiner kalandrierten Lage. Daher wird ein Großteil der Oberfläche des
Tissues vorzugsweise nicht geprägt, vorzugsweise
auf der ersten und der zweiten Oberfläche. Wie hier verwendet, bedeutet
dies, dass das Tissue einen oder mehrere Bereiche ohne Haftungsprägung aufweist,
und optional einen oder mehrere Bereiche mit Haftungsprägung, und
dass der Bereich, der nicht haftungsgeprägt ist, mindestens 50%, vorzugsweise
mindestens 80% und in einigen bevorzugten Ausführungsformen sogar 99% der
Oberfläche des
Tissues betrifft. Meistens liegen die haftungsgeprägten Bereiche
dicht am Rand des Tissues (zum Beispiel entlang von zwei oder vier
Rändern);
und haftungsgeprägte
Bereiche können
auch dekorativen Zwecken dienen (zum Beispiel zum Erstellen eines Musters
oder um ein Logo oder einen Markennamen darzustellen). Der Bereich,
der nicht haftungsgeprägt ist,
ist der durchgehende Bereich zwischen dem Bereich und/oder um den
Bereich herum, der haftungsgeprägt
ist. Haftungsprägen
wird vorzugsweise durchgeführt
durch Stahl-auf-Stahl/Stift-auf-Stift-Prägen
und mit 10 bis 40 Prägeelementen
pro Quadratzentimeter mit einer Höhe von 0,01 mm bis 1 mm, vorzugsweise
0,05 mm bis 0,2 mm. Das prozentuale Verhältnis von haftungsgeprägten Bereichen
zu nicht geprägten
oder fein geprägten
Bereichen der Gesamtoberfläche
eines Tissuepapier-Produkts beträgt vorzugsweise
0,01% bis 5%. Haftungsprägen
umfasst eine substanzielle Verdichtung der Tissuepapier-Produkte
zum Erzielen der Haftung. Daher ist der Abstand zwischen einem Prägeelement
und seinem Gegenstück,
z. B. zwei Stiften beim Einsatz des Pin-to-Pin-Prägens, geringer
als die Dickenabmessung des zu prägenden Tissuepapiers, typischerweise
5% bis 50%, vorzugsweise 10% bis 20% des Dickenmaßes des
zu prägenden
Tissuepapiers, was zu Prägedrücken von
10.000 bis 50.000 N/Quadratzentimeter führt.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Schritt zur
Herstellung von Bögen umfassen,
die für
Tissuepapier-Produkte, wie Papiertaschentücher, geeignet sind. Solch
ein Schritt umfasst typischerweise das Schneiden der Tissuepapier-Bahn
in Teile.
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Falls
gewünscht,
können
die erfindungsgemäßen Tissuepapier-Produkte
mit funktionalen oder ästhetischen
Zeichen versehen werden. Die Zeichen können entweder auf eine oder
auf beide Oberflächen
des Tissuepapier-Produkts aufgebracht werden. Die Zeichen können die
gesamten Oberfläche oder
Teile der Oberfläche
der Tissuepapier-Produkte bedecken und in einem durchgehenden oder
unterbrochenen Muster aufgetragen werden.
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Die
Zeichen können
auf die Tissuepapier-Produkte durch jedes im Stand der Technik bekannte
Mittel, wie Sprühen,
Extrudieren und vorzugsweise Drucken, aufgetragen werden. Entweder
Gravurdruck oder Flexographiedruck können angewendet werden. Wenn
Drucken das Mittel der Wahl zum Auftragen der Zeichen ist, kann
das Drucksystem nach den Lehren des gemeinsam übertragenen
U.S.-Patents 5,213,037 , erteilt am
25. Mai 1993 an Leopardi, II., konstruiert werden. Falls gewünscht, kann
das System über
Vorratsleitelemente verfügen, wie
im gemeinsam übertragenen
U.S.-Patent 5,255,603 , erteilt
am 26. Oktober 1993 an Sonneville et al., offenbart. Falls gewünscht, können die
Zeichen mit in Linien angeordneten Perforationen oder Abreißschnitten
gebildet werden, wie im gemeinsam übertragenen
U.S.-Patent 5,802,974 , erteilt am
8. September 1998 an McNeil, offenbart. Die Offenbarungen der oben
erwähnten
Patente sind hierin durch Bezugnahme eingeschlossen.
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Prüfverfahren
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Die
Dickenabmessung wird nach folgendem Verfahren gemessen: Das Tissuepapier
wird bei 21 bis 24°C
und 48 bis 52 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit zwei Stunden vor
der Dickenmessung vorkonditioniert. Wenn die Dicke von Toiletten-Tissue gemessen wird,
werden zunächst
15 bis 20 Blätter
entfernt und weggeworfen. Wenn die Dicke von Gesichtstüchern gemessen
wird, wird die Probe aus der Nähe des
Zentrums des Pakets entnommen. Die Probe wird ausgewählt und
anschließend
für weitere
15 Minuten konditioniert.
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Die
Dickenabmessung des aus mehreren Lagen bestehenden Tissuepapiers,
wie hier verwendet, ist die Dicke des Papiers, das einer Drucklast von
14,7 g/cm2 unterworfen ist. Vorzugsweise
wird die Dickenabmessung gemessen mit einer Thwing-Albert-Niedriglast-Mikrometerschraube,
Modell 89-11, erhältlich
von der Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, Pa. Die
Dickenabmessung pro Lage ist die Gesamt-Dickenabmessung des aus
mehreren Lagen bestehenden Tissuepapiers, geteilt durch die Anzahl
der Lagen, die es umfasst. Bei einem einlagigen Tissue sind Dickenmaß pro Lage
und Dickenmaß identisch.
Dekorierte Bereiche, Perforationen, Randeffekte usw. des Tissues
sollten, wenn möglich,
gemieden werden.
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Die
Nassreißfestigkeit
wird mit einem elektronischen Burst Tester unter den folgenden Prüfbedingungen
gemessen. Der Burst Tester ist ein Gerät von Thwing-Albert, Kat.-Nr.
177, ausgestattet mit einer 2000 g Last-Zelle. Der Burst Tester
wird von der Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, PA 19154,
USA, geliefert.
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Man
nimmt acht Tissuepapiere und legt diese paarweise übereinander.
Mit einer Schere schneidet man die Proben so zu, dass sie in der
Maschinenlaufrichtung ungefähr
228 mm lang und quer zur Maschinenlaufrichtung ungefähr 114 mm
lang sind, jede so dick wie zwei fertige Produkteinheiten.
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Man
lässt die
Proben zunächst
eine bis zwei Stunden lang alter, indem man den Probenstapel mit einer
kleinen Büroklammer
zusammenhält
und das andere Ende des Probenstapels auseinander fächert, um
die Blätter
zu trennen und eine Luftzirkulation zwischen ihnen zu ermöglichen.
Man hängt
jeden Probenstapel mit einer Klemme 5 Minuten lang (±10 Sekunden)
bei 107°C
in einen Gebläseofen. Man
entfernt nach der Erwärmungsphase
den Probenstapel aus dem Ofen und lässt ihn mindestens 3 Minuten
lang abkühlen,
bevor man ihn prüft.
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Man
nimmt einen Probestreifen, hält
die Probe an den schmalen Querkanten fest, und taucht die Mitte
der Probe in eine ungefähr
25 mm hoch mit destilliertem Wasser gefüllte Schale. Man lässt die
Probe ungefähr
vier (4,0 ± 0,5)
Sekunden lang im Wasser. Man nimmt die Probe aus dem Wasser, und
lässt sie
drei (3,0 ± 0,5)
Sekunden lang ablaufen, wobei man die Probe so hält, dass das Wasser in Querrichtung
abläuft.
Man fährt
unmittelbar nach dem Ablaufschritt mit der Prüfung fort. Man legt die feuchte
Probe so auf den unteren Ring der Probenhaltevorrichtung, dass die äußere Oberfläche des
Produkts nach oben zeigt, so dass der feuchte Bereich der Probe
die offene Oberfläche
des Probenhalterings vollständig bedeckt.
Falls sich Falten zeigen, verwirft man die Probe und wiederholt
den Vorgang mit einer neuen Probe. Nachdem die Probe ordnungsgemäß auf dem unteren
Ring platziert ist, dreht man den Schalter zum Absenken des oberen
Rings. Die zu prüfende Probe
ist nun sicher in der Probenhalteeinheit fixiert. An diesem Punkt
beginnt man sofort mit der Reißfestigkeitsprüfung, indem
man die Start-Taste drückt. Der
Stössel
beginnt, sich zu heben. An dem Punkt, an dem die Probe reißt oder
durchreißt,
liest man den maximalen Messwert ab. Die Bewegungsrichtung des Stössels kehrt
sich automatisch um, und der Stössel
kehrt in seine Ausgangsstellung zurück. Man wiederholt diesen Vorgang
für drei
weitere Proben, so dass die Gesamtzahl der Prüfungen vier beträgt, d. h.
4 Wiederholungen. Man gibt die Ergebnisse als Durchschnitt der vier
Wiederholungen, gerundet auf Gramm, wieder.
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Die
Trockenzugfestigkeit wird anhand des folgenden Verfahrens gemessen:
Die Prüfung
wird an einem ein Inch bis fünf
Inch (etwa 2,5 cm × 12,7 cm)
großen
Papierstreifen (einschließlich
von Handbögen,
wie im Folgenden beschrieben, und anderen Papierbögen) in
einem klimatisierten Raum durchgeführt, in dem die Temperatur
28°C + 2,2°C beträgt und die
relative Luftfeuchtigkeit 50% + 10%. Eine elektronische Zugfestigkeitsprüfmaschine
(Model 1122, Instron Corp., Canton, Mass.) wird verwendet und bei
einer Querhauptgeschwindigkeit von 2,0 Inch pro Minute (ungefähr 5,1 cm
pro min) und einer Messlänge
von 4,0 Inch (ungefähr
10,2 cm) betrieben. Mit Maschinenlaufrichtung ist gemeint, dass
die geprüfte
Probe so vorbereitet wird, dass die 5''-(12,5 cm-)Abmessung
dieser Richtung entspricht. So werden für die Prüfung der Trockenzugfestigkeit
in Maschinenlaufrichtung (MD) die Streifen so geschnitten, dass
die 5''-(12,5cm-) Abmessung
parallel zur Maschinenlaufrichtung der Herstellung des Papierprodukts
liegt. Für
die Prüfung
der Trockenzugfestigkeit quer zur Maschinenlaufrichtung (CD) werden
die Streifen so geschnitten, dass die 5''-(12,5cm-)Abmessung
parallel zur Richtung quer zur Machinenlaufrichtung bei der Herstellung
des Papierprodukts liegt. In der Papierherstellung sind Maschinenlaufrichtung
und Richtung quer zur Machinenlaufrichtung bekannte Ausdrücke. Die
MD- und CD-Zugfestigkeiten werden mithilfe der oben erwähnten Geräte sowie Berechnungen
der herkömmlichen
Art ermittelt, bei denen das arithmetische Mittel von mindestens sechs
geprüften
Streifen für
jede Festigkeitsrichtung ermittelt wird. Die Trockenzugfestigkeit,
wie hier verwendet, ist das arithmetische Mittel der durchschnittlichen
MD- und CD-Zugfestigkeiten.
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Für die Messung
der physiologischen Oberflächenglätte, welche
den Parameter für
die physiologische Oberflächenglätte wiedergibt,
wird eine Probe des Tissuepapiers ausgewählt, welche keine Falten, Risse,
Perforationen oder große
Abweichungen von der makroskopischen Monoplanarität aufweist.
Die Probe wird mindestens zwei Stunden vor der Prüfung bei
22 bis 24°C
und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 48 bis 52% konditioniert.
Die Probe wird auf einen motorisierten Tisch gelegt und magnetisch
fixiert. Für
die Messung kann jede der beiden Seiten der Probe ausgewählt werden,
vorausgesetzt, alle Abtastungen erfolgen auf derselben Seite.
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Die
physiologische Oberflächenglätte wird gemessen,
indem die Tissuepapierprobe in jeder Richtung mit einem Profilometer
abgetastet wird, um die Auslenkung in Z-Richtung als Funktion des
Abstands zu erhalten. Die Auslenkung in Z-Richtung wird mittels
einer Fourier-Transformation in ein Amplitude/Fre quenz-Spektrum
umgewandelt. Das Spektrum wird dann mithilfe einer Reihe von Filter
an die menschliche taktile Reaktion angepasst. Die Peakhöhen der
gefilterten Amplitude/Frequenz-Kurve werden von 0 bis 10 Zyklen
pro Millimeter addiert, um das Ergebnis zu erhalten.
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Die
Tissuepapier-Probe hat eine Größe von ungefähr 100 Millimeter × 100 Millimeter
und ist auf einem motorisierten Tisch befestigt. Es reicht zwar
jeder geeignete Tisch aus, ein Tisch mit einem Oberflächenprüfer Modell
KES-FB-4NKES-SE, erhältlich von
der Kato Tech Company Limited, Koyota, Japan, oder ein CP3-22-01
DCI Mini Precision-Tisch mit einem NuStep 2C NuLogic-Zweiachsen-Schrittmotor-Controller im geschlossenen
Regelkreis-Modus haben sich jedoch als geeignet erwiesen. Der Tisch verfügt über einen
Motor mit konstanter Drehzahl, der sich mit einer Geschwindigkeit
von 1 mm pro Sekunde bewegt. Die Probe wird 30 Millimeter in Vorwärtsrichtung
abgetastet, um Einmillimeter-Schritte in Querrichtung versetzt,
und dann in umgekehrter Richtung. Daten werden von den mittleren
26 Millimeter des Abtastvorgangs in sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung
gesammelt. Die ersten und letzten 2 Millimeter jedes Abtastvorgangs
werden ignoriert und für
die Berechnungen nicht verwendet.
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Das
Profilometer verfügt über eine
Prüfspitze mit
einem Spitzenradius von 2,54 Mikrometern und einer Aktionskraft
von 0,20 Gramm. Der Messbereich des Profilometers ist in Z-Richtung
für eine
Gesamtauslenkung von 3,5 Millimetern kalibriert. Über den Abtastweg
der Probe erfasst das Profilometer die Auslenkung der Abtastnadel
in Z-Richtung in Millimeter. Die Ausgangsspannung des Messgerät-Controllers
wird mit einer Rate von mindestens 20 Punkten pro Sekunde digitalisiert. Über den
gesamten Abtastbereich von 26 Millimeter ergeben sich 512 Paare von
Datenpunkten für
Zeit/Oberflächenhöhe für sowohl
die Vorwärtsrichtung
als auch die Rückwärtsrichtung
eines Abtastvorgangs. Das Profilometer ist über dem Probentisch montiert,
so dass die Oberflächentopografie
gemessen werden kann. Ein geeignetes Profilometer ist ein EMD 4320
WI Vertical Dis placement Transducer mit einer EPT 010409-Abtastnadelspitze
und einem EAS 2351 Analog Amplifier. Diese Geräte sind erhältlich von Federal Products
of Providence, Rhode Island.
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Die
digitalisierten Datenpaare werden zur weiteren Analyse in ein Standardpaket
zur statistischen Analyse importiert. Geeignete Analysesoftwarepakete
schlossen SAS von Cary, North Carolina, und vorzugsweise LabVIEW
Instrument Control Software 3.1, erhältlich von National Instruments,
Austin, Texas, ein. Bei Verwendung der LabVIEW-Software werden Rohdatenpaare,
die Oberflächenhöhe und Zeit
der einzelnen Abtastvorgänge
miteinander verbinden, mithilfe des Analysetools Mean.vi der LabVIEW-Software
um den Mittelwert zentiert. Die 512 Datenpunkte jeder der 16 Abtastvorgänge werden mithilfe
des Amplitude and Phase Spectrum.vi-Tools in 16 Amplitudenspektren
umgewandelt. Jedes Spektrum wird dann mithilfe des Verfahrens geglättet, das
von der PROC Spectra Method der SAS-Software beschrieben wird. Es
werden LabVIEW-Glättungsfilterwerte
von 0,000246, 0,000485, 0,00756, 0,062997, 0,00756, 0,000485 und 0,000246
verwendet. Die Ausgabe dieses Tools wird als Amp Spectrum Mag (vrms)
verwendet.
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Die
Amplitudendaten werden dann mithilfe einer Reihe von Frequenzfiltern
an die menschliche taktile Reaktion angepasst, welche auf der Grundlage
der Daten von Verillo zu den vibrotaktilen Schwellenwerten als Funktion
der Vibrationsfrequenz konzipiert sind, wie im Journal of Acoustical
Society of America, im Artikel mit dem Titel „Effect Of Contactor Area
On The Vibrotactile Threshold",
Vol. 35, 1962 (1963), dargelegt. Die oben erwähnten Daten werden in einem
Zeitbereich als Zyklen pro Sekunde erfasst und als Zyklen pro Millimeter
in den räumlichen
Bereich umgewandelt. Der Umrechnungsfaktor und die Filterwerte finden
sich in dem Verfahren, das auf der International Paper Physics Conference,
TAPPI Book 1, 1991, genauer im Artikel mit dem Titel „Methods For
The Measurement Of The Mechanical Properties Of Paper tissue" von Ampulski, et
al., auf Seite 19 ausgeführt
ist, wobei das spezielle Verfahren, das auf Seite 22 ausgeführt wird,
mit dem Titel „Physiological Surface
Smoothness" angewandt
wird. Die Reaktion der Filter wird unterhalb des unteren Schwellenwertes
und oberhalb der maximalen Reaktionsfrequenzen auf 0 gesetzt und
variiert von 0 bis 1 zwischen diesen Werten, wie im oben erwähnten Artikel
von Ampulski et al. beschrieben.
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Die
physiologisch angepassten Frequenzamplitudendaten werden erhalten,
indem die oben beschriebenen Amplitudenspektren mit den entsprechenden
Filterwerten der einzelnen Frequenzen multipliziert werden. Ein
typisches Amplitudenspektrum und ein gefiltertes Amplitudenspektrum
sind in 5 des oben erwähnten Artikels
von Ampulski et al. dargestellt. Die nach Verrillo angepasste Frequenzamplitudenkurve
wird zwischen 0 und 10 Zyklen pro Millimeter Punkt für Punkt
summiert. Diese Summierung wird als die physiologische Oberflächenglätte betrachtet.
Die auf diese Weise erzielten acht Vorwärts- und acht Rückwärtswerte
der physiologischen Oberflächenglätte werden
dann gemittelt und in Mikrometern wiedergegeben.
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Messungen
der physiologischen Oberflächenglätte mithilfe
der SAS-Software werden in den gemeinsam übertragenen
U.S.-Patenten Nr. 4,959,125 , erteilt
am 25. September 1990 an Spendel,
5,059,282 ,
erteilt am 22. Oktober 1991 an Ampulski et al.,
5,855,738 , erteilt am 5. Januar 1999
an Weisman et al. und
5,980,691 ,
erteilt am 9. November 1999 an Weisman et al., beschrieben.
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Jede
Seite des Tissues kann für
die Messung der Glätte
ausgewählt
werden, vorausgesetzt, alle Abtastungen erfolgen auf derselben Seite.
Wenn eine der beiden Seiten des Tissues eines der hier dargelegten
Glättekriterien
erfüllt,
gilt die gesamte Probe des Tissues als dieses Kriterium erfüllend. Vorzugsweise
erfüllen
beide Seiten des Tissues die oben aufgeführten Kriterien.
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Beispiel
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Ein
Brei bzw. eine wässrige
Aufschlämmung, die
3 Gew.-% Nothern Softwood-Kraft-(NSK)-Fasern umfasst,
wurde in einer herkömmlichen
Wiederaufschlämmungsvorrichtung
hergestellt. Die NSK-Aufschlämmung
wurde vorsichtig raffiniert, und eine 2-prozentige Lösung des
dauerhaft nassfesten Harzes (KymeneTM 617)
wurde dem NSK-Stoffbehälter mit
einer Rate von 0,9 Gew.-% der gesamten Trockenfasern hinzugegeben.
Die Absorption des dauerhaft nassfesten Harzes auf den NSK-Fasern
wird durch einen Reihenmischer verbessert. Eine 1-prozentige Lösung des
trockenfesten Harzes (Carboxymethylcellulose) wird dem NSK-Stoff
vor der Flügelpumpe
mit einer Rate von 0,14 Gew.-% der gesamten Trockenfasern zugegeben.
Die NSK-Aufschlämmung
wurde an der Flügelpumpe
auf einen Fasergehalt von ungefähr
0,2% verdünnt.
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Eine
chemische Weichmacherzusammensetzung wurde hergestellt, die quartäres Di-hard
tallow-Diethylesterdimethylammoniumchlorid und Polyoxyethlyenglycol
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 400 (PEG-400)
umfasste. Das PEG-400 wurde auf ungefähr 66°C erhitzt, und das Quat wurde
im geschmolzenen PEG-400 aufgelöst, so
dass sich eine homogene Mischung bildete.
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Eine
wässriger
Aufschlämmung,
die 3 Gew.-% Eukalyptusfasern aufwies, wurde in einer herkömmlichen
Wiederaufschlämmungsvorrichtung hergestellt.
Eine 1-prozentige
Lösung
der chemischen Weichmacherzusammensetzung wurde dem Eukalyptus-Stoffbehälter mit
einer Rate von 0,09 Gew.-% der gesamten Trockenfasern hinzugegeben. Die
Eukalyptusaufschlämmung
wurde an der Flügelpumpe
auf einen Fasergehalt von ungefähr
0,2% verdünnt.
Die 1-prozentige Lösung
der chemischen Weichmacherzusammensetzung wurde dem NSK-Brei nach
dem nachträglichen
CMC-Zugabe und vor der Verdünnung
der Aufschlämmung
auf ungefähr
0,2% an der Stoffpumpe ebenfalls zugegeben.
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Die
beiden Aufschlämmungen
wurden gemischt, so dass das Verhältnis von NSK zu Eukalyptusfasern
40:60 betrug, und die daraus entstehende Aufschlämmung wurde mittels eines Einlagen-Stoffauflaufs
auf ein Fourdriniersieb aufgebracht, um eine embryonale Bahn zu
bilden. Die Entwässerung
erfolgte durch das Fourdriniersieb und wurde durch eine Umlenkvorrichtung
und Vakuumkammern unterstützt.
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Die
embryonale Bahn wurde vom Fourdriniersieb bei einer Faserkonsistenz
von ungefähr 20%
am Übergabepunkt
an einen herkömmlichen Filztrockner übergeben.
Die Bahn wurde dann an die Oberfläche eines Yankee-Zylinders übergeben
mit einem aufgesprühten
Kreppungs-Haftmittel, das eine 0,25-prozentige wässrige Lösung von Polyvinylalkohol (PVA)
umfasst. Die Faserkonsistenz wurde bis auf geschätzte 96% erhöht, bevor
die Bahn mit einem Abstreifmesser bzw. Kreppschaber trockengekreppt wurde.
Der Kreppschaber wies einen Flankenwinkel von ungefähr 25° auf und
wurde so an den Yankee-Zylinder angesetzt, dass der Auftreffwinkel
ungefähr
81° betrug.
Der Yankee-Zylinder wurde mit ungefähr 4 m/s betrieben und aus
dem getrockneten, unkalandrierten Papier wurden auf einer Spule
einlagige Rollen geformt.
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Drei
dieser einlagigen Rollen wurden prozessentkoppelt einem Neu- bzw.
Umwickelvorgang unterzogen, um dreilagige Rollen zu bilden, die
anschließend
in ein dreilagiges Tissuepapierprodukt mit einer Gesamtabmessung
von 210 Quadratmillimetern überführt wurden.
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Die
dreilagigen Rollen wurden hergestellt, indem gleichzeitig 3 der
einlagigen Rollen abgewickelt wurden. Während sie von den einlagigen
Rollen abgewickelt wurden, wurden die Tissuepapier-Bahnen jeweils
durch einen Prägespalt
geführt,
der zwischen einer Hartgummiwalze (Shore-Härte A 60) und einer Stahlwalze
ausgebildet war, wobei die Stahlwalze 80 ovale Prägeelemente,
mit einer Höhe
von 0,26 mm aufwies. Anschließend
werden die Tissuepapier-Bahnen durch eine Rollengruppe aufeinander gelegt,
so dass drei übereinander
liegende Bahnen durch einen Kalander-Walzenspalt geführt wurden, gebildet
zwischen zwei Stahl- Kalanderwalzen,
die mit einem Druck von 160 N pro Zentimeter Kontaktstrecke gegeneinander
gepresst wurden, was einem Gesamtdruck von 13440 N entsprach.
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Die
dreilagige Rolle wurde anschließend
in ein dreilagiges Tissueprodukt umgewandelt. Die dreilagige Bahn
wurde abgewickelt und vor dem Falten einem Prägeschritt unterzogen. Der Rand
des Tissuepapierprodukts, der sich von der Kante ungefähr 15 mm
nach innen erstreckte, wurde nach dem in
WO 95/27429 , veröffentlicht am 19. Oktober 1995,
beschriebenen Verfahren geprägt.
Der größte Teil
der Oberfläche
des Tissuepapierprodukts (d. h. die gesamte Oberfläche, die
von dem 15 mm-Rand umschlossen war) wurde nicht geprägt. Das
Tissue wurde ferner dekoriert, indem in einem kleinen Bereich des
zuvor nicht geprägten
Bereichs der Markenname eingeprägt
wurde, und vier dekorative Blattmuster wurden, wo eingeprägt, ebenfalls
in den zuvor nicht geprägten
Bereich eingeprägt.
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Vor
dem Falten wurde auf jede der äußeren Oberflächen der
dreilagigen Bahn mittels eines Auftragsvorgangs in zwei Schritten
Lotion aufgedruckt. Die Lotion war eine wässrige Lösung von quartärem Di(hard
tallow)diethylesterdimethyl-Ammoniumchlorid. Das Aufdrucken erfolgte,
indem die dreilagige Bahn durch zwei aufeinander folgende Druckstationen
geführt
wurde, von denen jede ein Walzenpaar aus einer Anilox-Gravurwalze
und einer Gummgegenwalze umfasste.
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Die
Aniloxwalze war auf ein Zellenvolumen von ungefähr 3 ml pro Quadratmeter graviert
und wurde aus einer geschlossenen Vorratskammer mit Lotion versorgt,
die dafür
ausgelegt war, das gravierte Volumen mit Lotion aufzufüllen. Ein
Spalt von 0,35 mm wurde zwischen der Aniloxwalze und der Gegenwalze
eingerichtet, und die dreilagige Bahn wurde durch diesen Spalt geführt, wobei
Lotion auf die Oberfläche
aufgetragen wurde, welche die Aniloxwalze berührte. Die Bahn wurde dann durch
die zweite Druckstation mit einem identischen Paar aus Aniloxwalze
und Gummiwalze und einem Spalt von 0,35 mm geführt. Die Paare wurden so angeordnet, dass
die zweite Aniloxwalze die bis dahin nicht mit Lotion benetzte Oberfläche berührte, um
Lotion auf diese aufzutragen. Durch diese Anordnung wurden 0,45%
aktives Quat pro Trockengewicht des fertig gestellten dreilagigen
Tissues übertragen.
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Das
durch das oben beschriebene Verfahren erzielte Tissuepapier wies
ein Flächengewicht
von 54 g/m2, eine Gesamt-Dickenabmessung
von 0,35 mm, eine Dickenabmessung pro Lage von 0,12 mm, eine Nassreißfestigkeit
von 250 g und einen Parameter der physiologischen Oberflächenglätte von
620 Mikrometer.