DE69936962T2

DE69936962T2 - Wasserstrahlenverfestigte 3-Schichtenbahnen und daraus hergestellte Gegenstände

Info

Publication number: DE69936962T2
Application number: DE69936962T
Authority: DE
Inventors: Michael Paul Sherwood Bouchette
Original assignee: Georgia Pacific Consumer Operations LLC
Current assignee: Georgia Pacific Consumer Operations LLC
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2019-10-09
Also published as: ATE371535T1; CA2285113A1; EP1775116B1; EP0992338A3; CA2285113C; EP1775116A3; EP0992338B1; DE69936962D1; US6110848A; ES2291009T3; EP0992338A2; EP1775116A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft neue dreilagige hydroverschlungene Bahnen mit Sandwichstruktur mit langen, synthetischen Fasern auf der oberen und der unteren Lage und kurzen Holzfaserstoff- (Cellulosefaser), anderen kurzen natürlichen Fasern, kurzen synthetischen Fasern oder Mischungen aus kurzen Cellulosefasern, anderen kurzen natürlichen Fasern und kurzen synthetischen Fasern in der mittleren Lage. Die Bahnen meiner Erfindung haben den Griff und Eigenschaften der viel teureren, 100 %ig synthetischen Faserprodukte, obwohl sie 40 bis 90 Gew.-% Holzfaserstoff oder verwandte Cellulosefaser umfassen.
HINTERGRUND
Im Stand der Technik wird eine dreilagige, strukturierte Bahn mit zwei äußeren Lagen, die lange, synthetische Fasern umfassen, wobei die innere Lage kurze Cellulosefasern umfasst, nicht verwendet. Der Gewichtsprozentwert der Cellulosefasern beträgt bis zu 90 Gew.-%, und somit werden unter Verwendung meiner Erfindung dreilagige Bahnen erhalten, die den Griff der teuren Bahnen aus Synthesefasern haben, obwohl sie eine Kostenstruktur haben, die derjenigen von Cellulosebahnen aus kurzen Fasern nahe kommt.
Meine Erfindung erfüllt einen dringenden Bedarf an einem preiswerten Produkt mit einem guten Griff. Ein repräsentativer Stand der Technik umfasst die folgenden U.S.-Patente: Hagy et al., 4,775,579 , Suskind et al., 4,808,467 , Israel et al., 4,902,564 , Austin et al., 5,026,587 , Homonoff et al., 5,151,320 , Manning, 5,246,772 , Quantrille et al., 5,393,599 , Austin et al., 5,413,849 und Griesbach et al., 5,587,225 .
EP-A-0963745 , das einen Stand der Technik gemäß Artikel 54 (3)/(4) EPÜ darstellt, offenbart eine hydroverschlungene dreilagige Sandwich-Struktur, bei der die äußeren Schichten Bahnen umfassen, die aus thermoplastischen Fasern mit einer Länge > 60 mm bestehen. Die Kernschicht umfasst hydrophile Fasern, insbesondere Cellulosefasern, die eine typische Länge von 38 mm oder weniger aufweisen.
Keine der oben aufgeführten Literaturstellen des Standes der Technik legt meine neue dreilagige hydroverschlungene Bahn mit Sandwich-Struktur mit langen synthetischen Fasern auf der oberen und der unteren und kurzen Cellulosefasern oder gegebenenfalls kurzen synthetischen Fasern in der mittleren Lage nahe oder offenbart sie. Keine der Literaturstellen legt mein Produkt nahe, das einen hervorragenden Griff von teuren synthetischen Fasern hat, obwohl es die preiswerte Struktur beibehält, die derjenigen von Holzfaserstoff-Produkten ähnlich ist.
Bei meiner Erfindung handelt es sich um ein laminares Produkt mit überlegenen Gebrauchseigenschaften, einem überlegenen Griff und Kosten, die den im Stand der Technik offenbarten Produkten zuzuordnen sind.
Die Hydroverschlingung ist in der Industrie als bindemittelfreie Art eines Verbindens von Fasern wohlbekannt. Sie verläuft mittels eines Verfahrens, bei dem einzelne Fasern innerhalb einer Bahn durch die Verwendung von energiereichen Wasserstrahlen miteinander verschlungen werden. Faserbahnen werden unter speziell konstruierten Verteilerköpfen mit eng beabstandeten Löchern durchgeführt, die Wasserstrahlen mit Drücken von bis zu 150 MPa (150 bar) und höher auf sie richten. Die von diesen Wasserstrahlen verliehene Energie bewegt die Fasern in der Bahn und ordnet sie in einer Vielzahl von Richtungen an. Wenn die Fasern dem Druck der Wasserströme ausweichen, bewegen sie sich in jede verfügbare Freiheitsrichtung. Beim Vorgang der Bewegung verschlingen sie sich miteinander, wodurch den Faserbahnen eine signifikante Bindungsstärke verliehen wird, ohne dass chemische Bindemittel eingesetzt werden.
Die Hydroverschlingung des Standes der Technik hat sich vor Allem auf faserförmige Substrate konzentriert, die entweder mittels des Nassablageverfahrens oder des Trockenablageverfahrens hergestellt werden. Beim Nassablageverfahren (dargestellt in 1) handelt es sich bei den verwendeten Einträgen typischerweise um Cellulose oder Holzfaserstoff, die mit anderen natürlichen oder synthetischen Fasern vermischt sind. Die typische Länge der Cellulose-Zellstofffasern beträgt 1-3 mm. Obwohl die Cellulose-Zellstofffasern einen preiswerten Eintrag darstellen, ist die Faserlänge zu kurz, um einen großen Vorteil aus der Hydroverschlingung ziehen zu können. Die Längen der natürlichen oder synthetischen Fasern sind durch die Fähigkeit der Nassablage-Papiermaschinen, sie handzuhaben und zu einer Bahn zu formen, immer noch eingeschränkt. Eine typische Nassablagemaschine kann natürliche oder synthetische Fasern mit Längen im Bereich von 6-12 mm nutzen. Speziell konstruierte Maschinen können bei Verwendung selektiver Additive dazu fähig sein, synthetische Fasern mit einer Länge von bis zu 27 mm zu verarbeiten. Obwohl Faserbahnen, die aus Faserlängen von 6-27 mm geformt sind, beim Hydroverschlingen einen signifikanten Vorteil gegenüber den kürzeren Zellstofffasern aufweisen, reichen sie dennoch nicht an die Vorteile von Bahnen heran, die mittels eines Trockenablageverfahrens wie dem Kardieren gebildet sind, bei dem Fasern von 35 bis 45 mm und länger verwendet werden. Obwohl von Fachleuten Argumente vorgebracht worden sind, wonach die Faserenden miteinander verschlingen und man daher annehmen könnte, dass kürzere Fasern besser als weniger längere Fasern funktionieren würden, hat sich auch ohne Weiteres erwiesen, dass eine Faserlänge von 35-45 mm für ein maximales Ergebnis der Verschlingungsfestigkeit bevorzugt ist.
Im Fall von nassgelegten Vliesstoffen, die aus Cellulose-Zellstofffasern und synthetischen Fasern bestehen, bestehen die Vorteile des Verfahrens hauptsächlich in den Kostenvorteilen der verwendeten preiswerteren Zellstofffasern. Der Hauptnachteil besteht aber darin, dass die verwendeten, notwendigerweise kurzen Fasern die Gesamt-Endfestigkeit des hydroverschlungenen Produkts vermindern. Im Fall von hydroverschlungenen kardierten Bahnen erzeugen die langen synthetischen Fasern in Endprodukten eine überlegene Festigkeit und einen überlegenen Griff, wobei die Kosten eines vollständig aus synthetischen Fasern bestehenden Einsatzmaterials jedoch oft untragbar sind.
Um die Kosten der hydroverschlungenenen, trocken abgelegten oder kardierten Produkte zu vermindern, greift der Stand der Technik darauf zurück, eine kardierte Bahn um eine Papierbahn zu ergänzen und die beiden zusammen einer Hydroverschlingung zu unterziehen. Dieses Verfahren vermindert die Material-Gesamtkosten des Endprodukts und führt zur Erzeugung eines Produkts, das stärker als das nassgelegte, hydroverschlungene Produkt und schwächer als das hydroverschlungene, kardierte, vollständig aus synthetischem, langen Fasereintrag bestehende Produkt ist.
Es gibt jedoch immer noch einige signifikante Lücken hinsichtlich der Gebrauchseigenschaften und/oder Kosten dieser Misch- oder Hybridprodukte. Es ist gezeigt worden, dass, wenn Papier auf die Vliesbahn gelegt und einer Hydroverschlingung unterzogen wird, aufgrund eines Spritzens, das durch den direkten Aufprall der Wasserstrahlen verursacht wird, ein signifikanter Verlust an Zellstofffasern erfolgt. Weiterhin ist gezeigt worden, dass, wenn das Papier als untere Schicht des laminaren Produkts verwendet wird, die Zellstofffasern in die Halterung oder das Trägersieb gepresst werden, was nicht nur einen Faserverlust des Produkts, sondern auch das Sieb verstopft, wodurch das System außer Funktion gesetzt wird. Und weiterhin ist noch gezeigt worden, dass Bahnen, die aus einer zweilagigen Struktur dieses Typs hergestellt sind, schließlich auf beiden Seiten einen unterschiedlichen Griff haben. Allgemein gesagt werden hydroverschlungene Vliesstoffe als Ersatz für gewebte oder geknüpfte Produkte verwendet, und ein auf beiden Seiten unterschiedlicher Griff wird als qualitativ minderwertigeres Produkt wahrgenommen, wodurch die Verkäufe oder der Nutzen solcher Produkte eingeschränkt wird.
In meiner Erfindung habe ich den Verlust an Cellulose-Zellstofffaser gelöst, wodurch ein Verstopfen des Trägersiebs vermieden wird, und mache ein Endprodukt verfügbar, das kostengünstig ist und keinen auf beiden Seiten unterschiedlichen Griff aufweist. In meiner Erfindung habe ich die kurzen Zellstofffasern als Papierbahn oder geformte, lockere Gewebematte in der Mitte einer dreilagigen Struktur hinzugefügt. Durch die Verwendung von Synthesefasern aus langen Fasern (40 mm oder mehr) als Außenseite der beiden Lagen bin ich dazu fähig, den wünschenswerten Griff, der im Gegensatz zu Holzfaserstoff mit Synthesefasern assoziiert wird, zu maximieren. Durch die sandwichartige Anordnung des Holzfaserstoffs zwischen den beiden synthetischen Schichten bin ich dazu fähig, den Verlust an Zellstofffasern beim Hydroverschlingungsverfahren zu minimieren. Und durch das Anordnen der Zellstofffasern in der Mitte der Bahn bin ich dazu fähig, eine weitere Vielzahl von preiswertem Holzfaserstoff wie Altfaserstoffen zu verwenden, weil die visuelle Ästhetik des Holzfaserstoffs maskiert ist. Und durch die Verwendung von Synthesematerialien aus langen Fasern bin ich dazu fähig, im Vergleich zu den Produkten, die mittels des Nassablageverfahrens hergestellt sind, überlegene Festigkeitseigenschaften zu erreichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Meine Erfindung betrifft kostengünstige dreilagige, hydroverschlungene Bahnen mit Sandwich-Struktur, einer niedrigen Seitigkeit, einem guten Griff.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine dreilagige hydroverschlungene Bahn mit Sandwich-Struktur, die eine niedrige Seitigkeit und einen guten Griff aufweist, mit (1) langen, synthetischen Fasern auf der oberen und der unteren Lage und (2) Fasern, ausgewählt aus (a) kurzen Cellulosefasern, (b) einer Mischung aus kurzen Cellulose- und gegebenenfalls (b1) kurzen synthetischen oder (b2) anderen natürlichen Fasern in der mittleren Schicht, wobei die synthetischen Fasern in den äußeren Lagen eine Länge im Bereich von 40 bis 100 mm und die Cellulosefaser in der mittleren Lage eine Länge von 1 bis 8 mm und die optionale kurze synthetische oder die optionalen anderen natürlichen Fasern eine Länge von 1 bis 27 mm haben und die Cellulosefasern aus Holzfaserstoff und Baumwolle ausgewählt sind.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der dreilagigen hydroverschlungenen Bahn der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der große Vorteil meiner dreilagigen Bahn besteht darin, dass sie 40 bis 90 Gew.-% Cellulosefaser und nur 10 bis 60 Gew.-% synthetische Fasern umfasst, wobei sie einen Griff und andere optimale Eigenschaften einer vollständig synthetischen Bahn aufweist. Meine Erfindung hat einen im Fachgebiet seit Langem empfundenen Bedarf an einem Produkt mit den Eigenschaften von synthetischen Fasern erfüllt, das die Eigenschaften von synthetischen Fasern hat, obwohl es hinsichtlich der Kostenstruktur die Vorteile von Produkten hat, die von Holzfaserstoff oder Cellulosefaser stammen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung einer nassgelegten, hydroverschlungenen Bahn des Standes der Technik.
2 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung einer nassgelegten Bahn ohne Verschlingung.
3 veranschaulicht ein Trockenlegungsverfahren wie eine Kardieranlage.
4 veranschaulicht ein Offline-Verfahren, das zur Herstellung einer zweilagigen Bahn des Standes der Technik geeignet ist, indem die Bahnen, die gemäß der in den 2 und 3 beschriebenen Verfahren gebildet werden, vereinigt und einer Hydroverschlingung unterzogen werden.
5 veranschaulicht ein Offline-Verfahren, das zur Herstellung der dreilagigen Bahn meiner Erfindung verwendet wird.
6 veranschaulicht ein Inline-Verfahren zur Herstellung der dreilagigen Bahn meiner Erfindung.
7 veranschaulicht ein Inline-Verfahren zur Herstellung der dreilagigen hydroverschlungenen Bahn dieser Erfindung.
8 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung der dreilagigen hydroverschlungenen Bahn dieser Erfindung.
9 veranschaulicht den Aufbau der dreilagigen hydroverschlungenen Bahn dieser Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ich habe eine dreilagige hydroverschlungene Bahn mit Sandwich-Struktur gefunden, die eine niedrige Seitigkeit und einen guten Griff hat. Die Bahn weist lange synthetische Fasern auf der oberen und der unteren Lage auf, und die mittlere Lage wird von kurzen Cellulosefasern oder einer Mischung aus kurzen Cellulosefasern und gegebenenfalls kurzen synthetischen oder anderen natürlichen Fasern eingenommen, wobei die synthetischen Fasern in den äußeren Lagen eine Länge im Bereich von 40 bis 100 mm und die Cellulosefaser im mittleren Bereich eine Länge von 1,0 bis 8,0 mm hat und die gegebenenfalls zugegebenen kurzen synthetischen oder anderen natürlichen Fasern eine Länge von 1 bis 27 mm, vorzugsweise 6 bis 27 mm haben. Die üblichen Fasern haben eine Länge von 1 bis 3 mm. Der große Vorteil meiner dreilagigen Bahn gegenüber den Produkten des Standes der Technik besteht darin, dass ich die Qualität von synthetischen Fasern erhalten kann, obwohl eine Bahn aus 40 bis 90 Gew.-% preiswerter Cellulosefaser wie Holzfaserstoff oder Altfaserstoff besteht. Vorzugsweise umfasst die Bahn 60 bis 80 Gew.-% Cellulosefasern. In einer alternativen Ausführungsform weist die dreilagige, hydroverschlungene Bahn dieser Erfindung als mittlere Lage kurze, synthetische Fasern auf, die 20 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-% der mittleren Schicht darstellen. Vorteilhaft wird die dreilagige, hydroverschlungene Bahn dieser Erfindung in ein Handtuch, Nasswischtücher, Industrietücher und Kittel für medizinische Zwecke umgewandelt. Geeignete synthetische Fasern umfassen Polyolefine, regenerierte Cellulose, Polyethylene, Polypropylene, Polyester, Polyimide, Polyamide, anorganische Polymere, Siliciumdioxid-Polymere, Kohlenstofffasern und Mischungen davon. Die Cellulosefasern umfassen Holzfaserstoff und Baumwolle. Eine geeignete natürliche Faser ist Wolle.
Tabelle 1 veranschaulicht die Festigkeitsvorteile von hydroverschlungenen Produkten, bei denen lange, synthetische Fasern verwendet werden. Die Proben 2, 4, 6 und 25 sind auf dem Markt gefundene Konkurrenzprodukte. Die Probe 2 hat die längste in den Proben gefundene synthetische Faser und weist einen Eintrag von 100 % synthetischen Fasern auf. Im Vergleich zu den Proben meiner Erfindung (Hx4A, Hx5 und Hx10) sind die niedrigeren Zugfestigkeiten in Maschinenrichtung (MD) und die niedrigeren Werte der Mullen-Nassberstfestigkeit von Probe 2 auf die kürzere Länge der synthetischen Fasern zurückzuführen. Die Faserlängen von Probe 4 sind sogar noch kürzer, als diejenigen, die gewöhnlich mit einem Nassablageverfahren zusammenhängen, und in dieser Probe sind 5 % einer Bikomponentenfaser für den Versuch verwendet worden, zusätzliche Festigkeit zu erreichen. Probe 4 veranschaulicht das nachteilige Ergebnis der Auswirkung, die kurzfaseriger Holzfaserstoff auf die Festigkeit des hydroverschlungenen Produkts ausübt. Probe 4, die 5 % Bikomponentenfaser zur Erhöhung der Festigkeit enthält und darüber hinaus 44 % Holzfaserstoff enthält, erreichte mit Probe 2 vergleichbare Festigkeiten, aber nur bei einer Erhöhung des Grundgewichts um mehr als 87 % Dies bestätigt klar die von kurzfaserigem Holzfaserstoff ausgeübte negative Auswirkung auf die Festigkeit der Bahn. Probe Nr. 6, die 73 % Holzfaserstoff enthält, hat ein viel höheres Grundgewicht, um die nachteiligen Auswirkungen, die von kurzen Cellulosefasern wie Holzfaserstoff auf die Festigkeitseigenschaften ausgeübt werden, zu überwinden. Probe Nr. 25 mit 70 % Holzfaserstoff, jedoch mit einem signifikant niedrigeren Grundgewicht, weist einen sehr starken Festigkeitsverlust auf.
Die Proben Hx4A, Hx5 und Hx10, die alle die dreilagige Struktur meiner Erfindung veranschaulichen, zeigen klar, dass lange, synthetische Fasern, wenn sie mit Holzfaserstoff-Gehalten von 60-70 % verwendet werden, dennoch überlegene Festigkeiten ergeben. Und weiterhin bestätigen Panel-Tests zu Eigenschaften von zwei im Vergleich zu drei Lagen mit vergleichbarem Eintrag und vergleichbarer Festigkeit, dass Verbraucher hinsichtlich des Griffs immer die dreilagige Struktur meiner Erfindung bevorzugten.
Die Cellulosefasern, die zur Bildung der Bahn der vorliegenden Erfindung verwendet werden, umfassen Altfaserstoffe und/oder Cellulosefasern, die üblicherweise als Zellstofffaser bezeichnet werden und beim Papieraufschlussverfahren aus Weichholz (Nacktsamer oder Koniferen) und Harthölzern (Bedecktsamer oder Laubbäume) freigesetzt werden. Cellulosefasern aus diversen Materialursprüngen einschließlich Nicht-Holz-Fasern, die aus Zuckerrohr, Bagasse, Sabai-Gras, Reisstroh, Bananenblättern, Papiermaulbeerbaum (d.h. Bastfaser), Abakablättern, Ananasblättern, Espartograsblättern und Fasern der Gattung Hesperaloe der Familie Agavaceae freigesetzt sind, können zur Bildung der Bahn der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Auch Altfaserstoffe, die beliebige der obigen Faserquellen in verschiedenen Prozentwerten enthalten können, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Geeignete Fasern sind in den U.S.-Patenten 5,320,710 und 3,620,911 offenbart.
Cellulosefasern können durch ein beliebiges, dem Fachmann vertrautes chemisches Aufschlussverfahren einschließlich des Sulfat-, Sulfit-, Polysulfit-, Soda-Aufschlussverfahrens etc. von ihrem Ursprungsmaterial befreit werden. Der Zellstoff kann bei Bedarf einschließlich der Verwendung von Chlor, Chlordioxid, Sauerstoff etc. chemisch gebleicht werden. Weiterhin können Fasern zur Papierherstellung durch jedes beliebige, dem Fachmann vertraute mechanisch/chemische Aufschlussverfahren einschließlich des mechanischen Aufschlusses, des thermomechanischen Aufschlusses und des chemothermomechanischen Aufschlusses von ihrem Ursprungsmaterial befreit werden. Diese mechanischen Zellstoffe können bei Bedarf mittels einer Anzahl von Bleichschemata einschließlich eines alkalischen Peroxids und eines Ozonbleichens gebleicht werden. Der Typ des Eintrags ist weniger kritisch, als dies bei Produkten des Standes der Technik der Fall war. Bei unserem Verfahren können grobe Harthölzer und Weichhölzer und signifikante Mengen an Altfaserstoff zur Erzeugung brauchbarer Produkte verwendet werden.
1 veranschaulicht eine repräsentative Konstruktion einer nass abgelegten Faserbahn mit einer Inline-Hydroverschlingung. Die Fasern werden in dem als (50) bezeichneten Verfahren nach Bedarf eröffnet, behandelt, vermischt, verdünnt und feingemahlen. Sie treten aus diesem System in den Stoffauflauf (51) ein, in dem die Fasern auf dem Siebtisch und dem Formiersieb (52) abgeschieden werden. Der Siebtisch und das Formiersieb (52) können eine von mehreren verschiedenen Konstruktionen aufweisen. Nach der Bildung wirken dann bei (53) die Hydroverschlingungs-Wasserströme auf die Bahn ein. Die Hydroverschlingung erfolgt nicht notwendigerweise auf dem Formiersieb, wobei jedoch ein Trägersieb beliebiger Art erforderlich ist. In Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften der fertigen Bahn kann es erforderlich sein, die Bahn unter mehreren hydroverschlingenden Köpfen durchlaufen zu lassen, und/oder es kann wünschenswert sein, die Bahn umzudrehen und von der anderen Seite her nochmals zu verschlingen. Nach der endgültigen Hydroverschlingung wird die Bahn in einer beliebigen Anzahl von Trocknungsgelegenheiten (54) wie dampfbeheizten Zylindertrockner, TAD (Durchlufttrocknung), Strahlungshitze (wie Infrarot) und dergleichen getrocknet. Und schließlich wird die Bahn auf einer Originalrolle (55) aufgewickelt, um gelagert oder anschließend bearbeitet, aufgeschnitten zu werden etc. Bei dem in 1 veranschaulichten Verfahren wird die Inline-Kombination von Holzfaserstoff oder anderen natürlichen Fasern verwendet, und kurze (6-27 mm) synthetische oder eine andere natürliche Faser werden vor der Bildung der Bahn zugemischt.
2 veranschaulicht eine repräsentative Konstruktion eines Nassablage-Papierherstellungsvorgangs ohne Hydroverschlingung. Die Zellstofffasern werden in dem als (60) gekennzeichneten Verfahren getrennt, behandelt, gemischt, verdünnt und nach Bedarf fertiggemahlen. Von dort werden sie zum Stoffauflauf (61) transportiert, wo sie auf dem Formiersieb (62) abgelegt werden. Wiederum können die Konstruktion des Formiersiebs und die Konstruktion des Siebtisches eine beliebige von vielen herkömmlichen Techniken sein. Die Bahn wird dann in einem Typ eines herkömmlichen Trockners (63) getrocknet und auf einer Originalrolle (64) aufgewickelt. In 2 wird diese Papierrolle dann zu einer Anlage transportiert, in der sie mit einer trocken abgelegten Vliesbahn wie einer kardierten Bahn mittels des Hydroverschlingungsverfahrens eng verbunden wird.
3 veranschaulicht eine repräsentative Ansicht eines typischen Trockenablagevorgangs wie in einer Kardieranlage. Bei der Bahn, die bei diesem Verfahrenstyp gebildet wird, werden die längeren synthetischen Fasern (40 bis 100 mm oder länger, wie 45 bis 100 mm) verwendet, und diese Bahn bildet die äußeren beiden Lagen meiner Erfindung. In 3 ist der Prozessablauf so, dass diese Bahn vor ihrer Einarbeitung in die endgültige dreilagige Struktur verschlungen und dann mittels einer endgültigen Offline-Hydroverschlingung verarbeitet wird. Wenn ein Offline-Verfahren einer endgültigen Hydroverschlingung verwendet wird und die synthetischen Bahnen nicht zuvor verschlungen wurden, muss ihre innere integrale Festigkeit auf irgendeine andere Weise wenigstens teilweise entwickelt sein, um ein Aufwickeln der Bahn beim Verfahren, bei dem sie anfänglich hergestellt wird, und dann ihr Abwickeln zu einem späteren Zeitpunkt beim Verfahren zur engen Verbindung der drei Bahnen miteinander und die Durchführung der endgültigen Hydroverschlingung zu erleichtern. Wenn keine Vorverschlingung eingesetzt wird, sind einige der akzeptablen Alternativen zur Entwicklung der Festigkeit ein leichtes Verkleben mit Harz (typischerweise Latex), ein weniger starker Typ einer Hydroverschlingung, der in der Industrie als Öffnungsbildungsverfahren bekannt ist, oder ein Einschließen der ungebundenen, schwachen Bahn mit einer Bahn aus Trägerpapier. In 3 werden die synthetischen Fasern in einem Ballenöffner (70) vorgeöffnet. Dann werden sie zum Feinöffner (71) transportiert. Hier wird der Öffnungsvorgang fortgesetzt, bis die Fasern für die endgültige Verarbeitung und Formung ausreichend getrennt und entklumpt sind. Die Fasern werden dann zum Schachtspeiser (72) transportiert, der sie mit einer gleichmäßigen Rate und einem gleichmäßigen Volumen der Transportwalze (73) und dann der Briseurwalze (74) zudosiert, wodurch die Fasern auf eine getrennte, gleichmäßige und geregelte Weise dem Hauptzylinder (75) zugeführt werden. Hier werden sie durch die Arbeits- und Abstreifwalzen (76) wiederholt gekämmt und vom Hauptzylinder (75) abgestreift. Die Bahn wird dann zur Abnehmerwalze (77) übertragen. Die Bahn wird mit der Abziehwalze (78) von der Abnehmerwalze (77) abgezogen. In 3 handelt es sich bei dem als Nächstes dargestellten Verfahrensschritt um die Vorverschlingung (79). Nach der Vorverschlingung (79) wird die Bahn getrocknet (80) und auf eine Originalrolle (81) aufgewickelt. Wenn die Vliesbahn, wie oben aufgeführt ist, nicht vorverschlungen wäre und der endgültige Hydroverschlingungsvorgang offline von der Anlage zur Bildung der Vliesbahn erfolgte, würde der Vorverschlingungsschritt (79) durch einen anderen Bindungstyp wie ein Verkleben mit Harz oder eine Öffnungsbildung ersetzt. In beiden Fällen wären die relative Verfahrensposition der anderen Bindung dahingehend dieselbe, als sie der Bildung der Bahn folgen würde und vom Trocknen (80) gefolgt wäre. Eine Ausnahme dafür bestände in einem Nadeln der Bahn zur Erhöhung der Festigkeit. Ein Nadeln ist ein vollständig trockener Vorgang, und dann wäre kein Trocknen (80) erforderlich.
Andere Verfahren wie ein Schmelzspinnen, Spunbonding und eine gemeinsame Formierung könnten auch eine Bahn auf der Grundlage von langen Fasern zur Verwendung bei der Hydroverschlingung ergeben, wobei das üblichste Verfahren aber ein Kardieren ist, das in 3 veranschaulicht ist.
4 veranschaulicht ein Offline-Verfahren zur engen Verbindung und Hydroverschlingung der Bahnen, die mittels der Verfahren in den 2 und 3 gebildet sind. Mit diesem Verfahren wird eine zweilagige Bahn mit hoher Seitigkeit des Standes der Technik hergestellt. Bei diesem Verfahren wird die in 3 beschriebene Rolle mit dem trocken abgelegten Vlies (81) aus langen Fasern auf ein Trägersieb oder einen Träger abgewickelt. Eine in 2 beschriebene Papierrolle (64) wird auf dem Vlies auf einem Abstütztisch (4, 91) oder auf eine ähnliche Weise auf dem Vlies abgewickelt. Die beiden Bahnen werden dann zusammen unter einem Hydroverschlingungskopf oder -köpfen (90) durch ein Trocknersystem (92) geführt und schließlich auf einer Originalrolle (93) aufgewickelt.
Der Vliesstoff (81) aus langen Fasern in 4 kann vorverschlungen sein, wie in 3 veranschaulicht wäre, oder er kann mittels einer Harzverklebung oder einer Öffnungsbildung leicht verbunden sein, oder er kann mit Trägerpapier eingeschlossen sein, damit er eine Festigkeit und Unversehrtheit erhält, die für den Abwickel- und Übertragungsvorgang ausreichend ist.
Der Prozessablauf in 3 könnte auch dazu dienen, eine partielle Inline-Art der Herstellung eines zweiseitigen Produkts des Standes der Technik zu veranschaulichen. Das Papier (2, 64) könnte nach der Abziehwalze (78) und vor der Hydroverschlingung (79) zugeführt werden. In diesem Fall würde statt einer Vorverschlingung die Hydroverschlingung (79) zur Hauptverschlingung. Oder, wenn eine Vorverschlingung erwünscht ist, könnte das Papier nach der Vorverschlingung (79), aber vor der Endverschlingung dem sich anschließenden Trockner (80) zugeführt werden.
Eine zusätzliche Verschlingung oder Verschlingung von der anderen Seite der Bahn her kann auch verwendet werden, wobei eine von der anderen Seite der Bahn erfolgende Verschlingung aber das Potential für einen Faserverlust und ein Verstopfen des Trägersiebs erhöht.
Die mittels dieser Verfahren hergestellten hydroverschlungenen Bahnen stellen im Wesentlichen den Stand der Technik dar, bei dem ein starkes, zweilagiges Produkt hergestellt wird, das aber einen auf beiden Seiten unterschiedlichen Griff hat und beim Praktizieren des Verfahrens zu einem signifikanten Verlust an Papierfasern beiträgt.
5 veranschaulicht ein Offline-Verfahren, das zur Herstellung meiner Erfindung verwendet wird. In diesem Fall wird eine Rolle Vliesstoff (81) aus langen Fasern auf einem Trägersieb (91) abgewickelt. Dann wird eine Papierrolle (69) auf dem Vliesstoff (81) abgewickelt, und dann wird eine zweite Rolle Vliesstoff (81) auf dem Papier (69) abgewickelt, wodurch das Papier zwischen zwei Vliesstoffschichten effektiv sandwichartig angeordnet wird. Diese dreilagige Struktur wird dann einer Hydroverschlingung (90) mit einem oder mehreren Köpfen und von einer oder beiden Seiten unterzogen. Und das hydroverschlungene Produkt wird dann getrocknet (92) und auf die endgültige Originalrolle (104) aufgewickelt. Dieses Produkt meiner Erfindung ist dahingehend überlegen, dass es auf beiden Seiten einen gleichmäßigen, verbesserten Griff und eine Kostenverminderung hat, die mit der Verwendung von Holzfaserstoff in der inneren Lage in Beziehung steht, wobei es auch mehr Zellstofffasern in der inneren Lage hält, während es durch die Hydroverschlingungsstufe geführt wird.
6 veranschaulicht meine Erfindung als Inline-Verfahren, bei dem trocken abgelegte, kardierte Bahnen hergestellt werden und die Papierbahn direkt inline innerhalb des Prozessablaufs zugeführt wird. In diesem Fall sind die Vliesbahnen und die Vorrichtungen zur Bildung der Bahn wie in 3. Nach der Abnahme der Vliesbahn von der Abziehwalze (78) für NW1, wird die Papierrolle (69) auf der Vliesbahn abgewickelt. Unmittelbar nach diesem Schritt wird die zweite Vliesbahn im gebildeten Zustand von der Abziehwalze (78) für NW2 abgenommen und auf der Papierbahn abgelegt, und der dreilagige Verbundstoff wird hydroverschlungen (79) und getrocknet (80) und zu einer Originalrolle (104) aufgewickelt. Alternative Verfahrenskonfigurationen umfassen ein Vorverschlingen der Bahnen NW1 und/oder NW2 nach ihren Abziehwalzen (78), aber vor der Zuführung des Papiers (69), um eine überlegene Festigkeit der Schichten aus langen, synthetischen Fasern bei einem minimalen Energiebedarf zu entwickeln.
7 veranschaulicht ein Inline-Verfahren, wobei die trocken abgelegten, kardierten Bahnen hergestellt werden und wodurch die Zellstofffasern mittels eines Blasverlegeverfahrens für Vliesstoffe hinzugefügt werden. Die Bahn aus langen, synthetischen Fasern wird zuerst auf die herkömmliche Weise mittels des oben veranschaulichten NW1-Verfahrens gebildet und auf ein Formiersieb (125) transportiert. Holzfaserstoff (120) wird einer Hammermühle (121) zugeführt, in der die Fasern vereinzelt und mittels eines Transportgebläses (122) zu den Bahnbildungsköpfen (123) geleitet werden. Die Fasern werden durch die Bahnbildungsköpfe (123) auf die Vliesbahn von NW1 geblasen, die sich bereits auf dem Formiersieb (125) befindet, und die Bildung wird durch eine Unterdruck-Saugvorrichtung (124) unter dem Formiersieb (125) unterstützt. Die zweite Vliesbahn aus langen Fasern aus NW2 wird auf der Verbundbahn aus Holzfaserstoff/Vliesstoffbahn aus langen Fasern abgelegt, und die dreilagige Struktur wird durch die Hydroverschlingungsstation (79) geleitet, getrocknet (80) und zu einer Originalrolle (105) aufgewickelt. Mehrere Bahnbildungsköpfe (123) und Unterdruck-Saugvorrichtungen (124) sind dargestellt, wobei aber ein einziger Kopf und eine einzige Unterdruck-Saugvorrichtung in Abhängigkeit von den Geschwindigkeiten der Fertigungsstraße, den erforderlichen Grundgewichten und den Bahnbildungskapazitäten des Systems auch annehmbar sind. Die Vliesbahnen in NW1 und/oder NW2 können auch einer Vorverschlingung unterzogen werden, die der Entfernung von ihren Abziehwalzen (NW78) folgt und vor der Zuführung der Zellstofffasern auf dem Formiersieb (125) erfolgt.
8 veranschaulicht ein Verfahren, bei dem Vliesbahnen zuerst offline gebildet werden (durch eine Vorverschlingung oder einen anderen Bindungstyp) und dann innerhalb des Verfahrens abgewickelt werden, wodurch die obere und die untere Lage der dreilagigen Struktur gebildet werden. Hier wird die Vliesbahn (81) auf dem Blasverlege-Formiersieb (125) abgewickelt, wobei die Zellstofffasern (120), die mit einer Hammermühle (121) gemahlen und mittels eines Gebläse (122) den Bahnbildungsköpfen (123) zugeführt worden sind, mittels Saugunterstützung (124) auf der Vliesbahn abgeschieden werden. Danach wird eine zweite Vliesbahn (81) auf den Zellstofffasern abgelegt, und der Verbundstoff wird dann einer Hydroverschlingung (79) unterzogen und als Originalrolle (105) aufgewickelt. Wie zuvor kann eine beliebige Anzahl von Verfahrensvariationen von den Fachleuten eingesetzt werden, wobei aber das Konzept der dreilagigen Struktur mit einem verbesserten Griff und geringen Kosten mit synthetischen Fasern in der oberen und der unteren Schicht und Holzfaserstoff oder Altfaserstoff in der mittleren Schicht, wobei die Cellulosefaser etwa 60 bis 90 Gew.-% der dreilagigen Struktur umfasst, die bevorzugte Ausführungsform meiner Erfindung ist.
9 zeigt eine Seitenansicht der Konstruktion meiner Erfindung. Die obere Lage besteht aus trocken abgelegten, langen, synthetischen Fasern. Eine typische Länge der synthetischen Fasern reicht von 40 mm bis 80 mm, vorzugsweise von 45 mm bis 80 mm. Die mittlere Schicht besteht aus Holzfaserstoff mit kurzen Fasern. Typische Faserlängen sind 1-3 mm. Für spezielle Produktanforderungen kann es vorteilhaft sein, auch einige kurze, geschnittene synthetische Fasern und/oder andere natürliche Fasern in diese Schicht einzuarbeiten, wobei die maximalen Faserlängen dieser kurzen synthetischen Stoffe aber 6-8 mm betrüge, wenn sie innerhalb des Blaselege-Vliessystems zur Bahnbildung zugeführt würden. Wenn die mittlere Schicht der Struktur offline gebildet wird, kann die mittlere Schicht gegebenenfalls aus dem in 1 beschriebenen Nassablage-Vliesstoffsystem hergestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, einige längere synthetische Fasern (6-27 mm) in die mittlere Schicht einzuführen, während etwas Holzfaserstoff in dieser Schicht beibehalten wird. Durch die Zugabe von synthetischen Fasern wird die Kostengünstigkeit vermindert, wobei jedoch für einige Spezialanwendungen erforderliche Verbesserungen von Eigenschaften hinzugefügt werden könnten. Die untere Schicht würde synthetische Materialien mit langen Fasern (40 bis 45 und bis zu 80 mm) umfassen. Der dreilagige Verbundstoff wird dann zusammen hydroverschlungen, wodurch die längeren Fasern von der Oberseite und der Unterseite in die Mitte der Bahn gepresst werden und sie auch neu orientiert werden, wodurch das gesamte Festigkeitsverhältnis in Maschinenrichtung/Querrichtung (MD/CD) beeinflusst wird. Bei diesem Hydroverschlingungsverfahren werden die Zellstofffasern auch neu orientiert, tragen aber wenig zur Gesamtfestigkeit bei, weil sie zu kurz sind, um signifikant zur Festigkeit beizutragen. Weiterhin dient die untere Schicht der synthetischen Fasern als eine Art Filter, um zu verhindern, dass die Zellstofffasern durch die Bahn und in den Abfallstrom gepresst werden. Die obere Schicht aus synthetischen Fasern dient als Filter und Puffer, um zu verhindern, dass die Zellstofffasern aus der Bahn gespritzt werden, wenn die Wasserströme auf sie auftreffen. Die Nettowirkung besteht darin, dass eine dreilagige Struktur mit den Vorteilen von Holzfaserstoff hinsichtlich der Kosten, mit den maximalen Vorteilen einer Retention von Holzfaserstoff beim Hydroverschlingungsverfahren hinsichtlich der Kosten und mit den maximalen Vorteilen hinsichtlich des Griffs und einer niedrigen Seitigkeit und Festigkeit infolge des synthetischen Materials aus langen Fasern auf den Außenseiten der Bahn hergestellt wird.
Der hier verwendete Begriff "niedrige Seitigkeit" wird von den Fachleuten dahingehend verstanden, dass er bedeutet, das es im Wesentlichen keinen Unterschied zwischen den Texturen auf den gegenüberliegenden Seiten einer Bahnstruktur gibt. In dieser Hinsicht ist "niedrige Seitigkeit" in unserer EP-A-0 675 225 diskutiert.

Claims

Dreilagige hydroverschlungene Bahn mit Sandwich-Struktur, die eine niedrige Seitigkeit und einen guten Griff aufweist, mit (1) langen, synthetischen Fasern auf der oberen und der unteren Lage und (2) Fasern, ausgewählt aus (a) kurzen Cellulosefasern, (b) einer Mischung aus kurzen Zellulose- und gegebenenfalls (b1) kurzen synthetischen oder (b2) anderen natürlichen Fasern in der mittleren Schicht, wobei die synthetischen Fasern in den äußeren Lagen eine Länge im Bereich von 40 bis 100 mm und die Cellulosefaser in der mittleren Lage eine Länge von 1 bis 8 mm und die optionale kurze synthetische oder die optionalen anderen natürlichen Fasern eine Länge von 1 bis 27 mm haben und die Cellulosefasern aus Holzfaserstoff und Baumwolle ausgewählt sind.
Dreilagige hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 1, wobei die optionalen kurzen synthetischen oder anderen natürlichen Fasern eine Länge von 6 bis 27 mm haben.
Dreilagige hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 1, wobei 40 bis 90 Gew.-% der Bahn Cellulosefasern umfassen.
Bahn nach Anspruch 2, wobei 60 bis 80 Gew.-% der Bahn Cellulosefasern umfassen.
Hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 1, wobei die mittlere Lage 20 bis 100 Gew.-% der kurzen synthetischen oder der anderen natürlichen Fasern umfasst.
Hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 5, wobei die mittlere Lage 20 bis 80 Gew.-% der kurzen synthetischen oder der anderen natürlichen Fasern umfasst.
Hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 3, wobei die kurzen Cellulosefasern eine Länge von 1 bis 3 mm haben.
Hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 1 in Form eines Handtuchs, von Nasswischtüchern, Industriewischtüchern oder Kitteln für medizinische Zwecke.
Bahn nach Anspruch 1, wobei die synthetische Faser ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyethylenen, Polypropylenen, Polyestern, regenerierter Cellulose, Polyamiden, Polyimiden, anorganischen Polymeren, Siliciumdioxid-Polymeren, Kohlenstofffasern und Mischungen davon.
Hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 1, wobei die mittlere Lage ein Blasvliesstoff, eine herkömmliche nass abgelegte Papierbahn oder ein nass abgelegter Vliesstoff ist.
Hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 1, wobei die äußeren Bahnen mittels eines Kardier-, Schmelzblas-, Schmelzspinnverfahrens oder eines Verfahrens der gemeinsamen Bildung hergestellt sind.
Bahn nach Anspruch 1, wobei die mittlere Lage 0-80 % Holzfaserstoff und 20-100 % kurze synthetische Fasern umfasst.
Bahn nach Anspruch 1, wobei die Cellulosefasern aus Holz- oder Baumwollfaserstoff und Mischungen davon ausgewählt sind.
Bahn nach Anspruch 1, wobei die andere natürliche Faser Wolle ist.
Hydroverschlungene Bahn nach Anspruch 3, wobei die kurzen natürlichen Fasern eine Länge von 1-27 mm haben.
Verfahren zur Herstellung einer dreilagigen hydroverschlungenen Bahn nach Anspruch 1 bis 15, wobei die äußeren Lagen mittels des Kardier-, Schmelzblas-, Schmelzspinnverfahrens oder eines Verfahrens der gemeinsamen Bildung hergestellt sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die innere Lage mittels eines Nassablage-Papierherstellungsverfahrens, eines Nassablage-Vliesstoffverfahrens oder eines Blasverlegeverfahrens hergestellt ist.