DE60311378T2

DE60311378T2 - Oberflächenbehandelte wärmeverbindbare Faser enthaltende Papierprodukte, und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE60311378T2
Application number: DE2003611378
Authority: DE
Inventors: Hung L. Neenah Chou; H. Charles Green Bay Thomas; Daniel William Green Bay Sumnicht
Original assignee: Fort James Corp
Current assignee: Fort James Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: DE60311378D1; ATE352669T1; CA2443885A1; ES2276019T3; US20090159224A1; EP1405949B1; EP1405949A3; US20040209058A1; EP1405949A2

Description

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Papierprodukt mit durch Wärme verklebbaren Fasern darin, die für verbesserte Produkteigenschaften sorgen können. Außerdem betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Papierproduktes.
Gary A. Smook et al. offenbaren (im "Handbook for Pulp & Paper Technologists" 1997, Kapitel 16, S. 228 & 229) eine herkömmliche Papiermaschine mit einer Faserspeicherbütte, einem Schlitzlochsieb, einem Stoffauflaufkasten, einem Bahnformungssieb und einer Trocknungskonstruktion mit einer Presse.
In US 5,851,355 ist eine Faservliesverbundbahn offenbart, die mit einem Nassverfahren auf einer Papiermaschine gebildet werden kann, wobei die von der Papiermaschine ablaufende Bahn getrocknet und mit Hilfe von Kalanderwalzen durch Wärme verklebt wird.
In US 5,167,764 ist eine gebundene, nass gelegte Faserbahn offenbart, die Celluloseacetatfasern, eine Biokomponentenfaser mit einem Polyester- oder Polyamidfaseranteil und einem zweiten Anteil mit einem Schmelzpunkt von 20° unterhalb desjenigen des ersten Anteils enthält.
In US 5,094,717 ist eine nass gelegte, papierartige Faservlieskonstruktion mit einem dauerhaften, nicht auswaschbaren Krepp darin offenbart.
In EP 0,405,203-A1 ist eine verbesserte nass gelegte, verklebte Faserbahn offenbart, die Biokomponentenfasern und einen Krepp enthält.
In US 5,019,211 sind temperaturempfindliche synthetische Biokomponentenfasern offenbart, die sich beim Erhitzen kräuseln und sich zur Herstellung von Kreppgewebebahnen mit wesentlich erhöhtem Bausch und ebensolcher Absorptionsfähigkeit bei verhältnismäßig geringer Festigkeit in lbs. eignen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein nass geformtes Papierprodukt mit Papierherstellungsfaser und mindestens einer durch Wärme verklebbaren Faser bereitgestellt.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Papierprodukt mit Papierherstellungsfaser und mindestens einer durch Wärme verklebbaren Faser bereitgestellt, wobei das Papierprodukt eine Nassreißlänge von mindestens etwa 250 Metern in Querrichtung aufweist.
Bei noch einer anderen Ausführungsform wird mit der vorliegenden Erfindung ein Papierprodukt mit Papierherstellungsfaser und mindestens einer durch Wärme verklebbaren Faser bereitgestellt, wobei das Papierprodukt eine Nassreißlänge von mindestens etwa 250 Metern in Querrichtung und eine SAT-Zugfestigkeit von mindestens etwa 5g/g aufweist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Papierprodukt mit Papierherstellungsfaser und mindestens einer durch Wärme verklebbaren Faser bereitgestellt, wobei das Papierprodukt eine netzförmige Matrix aus durch Wärme verklebbaren Fasern aufweist.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Papierprodukts mit dem Verteilen der Papierherstellungsfasern in einer wässrigen Lösung, dem Verteilen der mindestens einen durch Wärme verklebbaren thermoplastischen Faser in einer wässrigen Lösung, dem Formen der Papierherstellungsfasern und der durch Wärme verklebbaren Faser zu einer entstehenden Bahn und dem Trocknen der Bahn bereitgestellt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden zum Teil aus der Beschreibung erkennbar oder können aus der praktischen Anwendung der Erfindung entnommen werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung wie auch die folgende ausführliche Beschreibung lediglich beispielhaft und erläuternd sind und die beanspruchte Erfindung nicht einschränken.
Die anliegenden Zeichnungen, die in diese Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, stellen mehrere Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt ein herkömmliches Nasspressverfahren dar.
2 stellt ein herkömmliches Durchgangslufttrocknungsverfahren dar.
3 stellt eine Ausführungsform eines Rohstoffdurchlaufschemas zur Herstellung eines geschichteten Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
4 zeichnet ein Diagramm der Zeit als Funktion der Mischintensität an verschiedenen Zuführstellen von durch Wärme verklebbaren Fasern.
5 stellt den Einfluss einer unterschiedlichen Bearbeitung einer durch Wärme verklebbaren Faser auf die Bildung von Bögen dar.
6 stellt den Einfluss des Flächengewichts und der Menge der durch Wärme verklebbaren Faser auf die Formung von Bögen dar.
7A und 7B stellen die netzförmige Matrix aus durch Wärme verklebbaren Fasern in einem geschichteten Bogen von 6,80 kg [15 Pounds] dar, der 15% oberflächenmodifizierte verklebbare Zweikomponentenfaser enthält.
8 stellt das Verkleben von Holzfaser und von durch Wärme verklebbarer Faser gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
9 stellt das Verkleben von Holzfaser und von durch Wärme verklebbarer Faser in der Yankee-Seite eines geschichteten Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
10 stellt das Verkleben von Holzfaser und von durch Wärme verklebbarer Faser in der Luftseite eines geschichteten Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
11A und 11B stellen ein zweischichtiges Handtuch dar, das aus geschichteten Bögen von 6,80 kg [15 Pounds] mit einem Anteil von 15% durch Wärme verklebbarer Zweikomponentenfaser besteht.
In 12 ist ein Diagramm der SAT-Zugfestigkeitskapazität als Funktion der Nassreißlänge in Querrichtung für ein Produkt gemäß dem Stand der Technik gegenüber in traditioneller Weise hergestellten Produkten aufgezeichnet.
13 stellt das Verhältnis zwischen SAT- und Trockenzugfestigkeit in Gramm für auf einem Sieb mit der Maschenzahl 100 gefertigte und getrocknete TAD-Handbögen dar.
14 stellt das Verhältnis zwischen SAT- und Trockenzugfestigkeit in Gramm für mit Hilfe eines TAD-Stoffs Voith 44G getrocknete und geformte TAD-Handbögen dar.
15 stellt das Verhältnis zwischen SAT- und Nasszugfestigkeit in Gramm für auf einem Sieb mit der Maschenzahl 100 getrocknete TAD-Handbögen dar.
16 stellt das Verhältnis zwischen SAT- und Nasszugfestigkeit in Gramm für auf einem TAD-Stoff Voith 44G getrocknete TAD-Handbögen dar.
17 stellt das Verhältnis zwischen Dicke und Nasszugfestigkeit in Gramm für auf einem Sieb mit der Maschenzahl 100 getrocknete TAD-Handbögen dar.
18 stellt das Verhältnis zwischen Dicke und Nasszugfestigkeit in Gramm für auf dem TAD-Stoff Voith 44G getrocknete und geformte TAD-Handbögen dar.
19 stellt das Verhältnis zwischen Nasszugfestigkeit in Gramm und Trockenzugfestigkeit in Gramm für auf einem Sieb mit der Maschenzahl 100 getrocknete TAD-Handbögen dar.
20 stellt das Verhältnis zwischen Nasszugfestigkeit in Gramm und Trockenzugfestigkeit in Gramm für mit Hilfe eines TAD-Stoffs Voith 44G getrocknete und geformte TAD-Handbögen dar.
21 stellt das Verhältnis zwischen der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und der SAT-Zugfestigkeit bei einem geprägten zweilagigen, geschichteten Handtuch von 48,9 g/m² [30 Pounds/Ries] dar.
22 stellt das Verhältnis zwischen der Menge der durch Wärme verklebbaren Bikomponentenfaser und der SAT-Zugfestigkeit bei einem geprägten homogenen, zweischichtigen Handtuch von 48,9 g/m² [30 Pounds/Ries] dar.
23 stellt das Verhältnis zwischen der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und der Nasszugfestigkeit in Querrichtung bei einem geprägten zweilagigen, geschichten Handtuch von 48,9 g/m² [30 Pounds/Ries] dar.
24 stellt das Verhältnis zwischen der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und der Nasszugfestigkeit in Querrichtung bei einem geprägten homogenen, zweischichtigen Handtuch von 48,9 g/m² [30 Pounds/Ries] dar.
25 stellt das Verhältnis zwischen der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und dem Nassbausch bei einem geprägten zweilagigen, geschichteten Handtuch von 48,9 g/m² [30 Pounds/Ries] dar.
26 stellt das Verhältnis zwischen der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und dem Nassbausch bei einem geprägten homogenen zweischichtigen Handtuch von 48,9 g/m² [30 Pounds/Ries] dar.
27 stellt die Zugfestigkeit in Gramm in Querrichtung bei einem gehärteten und geprägten einschichtigen Handtuch von 45,6 g/m² [28 Ibs/Ries] als Funktion der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und der Reihenfolge des Härtens und des Prägens dar.
28 stellt die Dicke eines gehärteten und geprägten einschichtigen Handtuchs von 45,6 g/m² [28 Ibs/Ries] als Funktion der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und der Reihenfolge des Härtens und des Prägens dar.
29 stellt die Elastizität eines gehärteten und geprägten einschichtigen Handtuchs von 45,6 g/m² [28 lbs. pro Ries] als Funktion der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und der Reihenfolge des Härtens und des Prägens dar.
30 stellt die Nasszugfestigkeit eines gehärteten und geprägten einschichtigen Handtuchs von 45,6 g/m² [28 lbs. pro 3000 ft²] als Funktion der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und der Reihenfolge des Härtens und des Prägens dar.
31 stellt das Verhältnis von Nass-/Trockenzugfestigkeit als Funktion der Menge der durch Wärme verklebbaren Zweikomponentenfaser und der Reihenfolge des Härtens und des Prägens dar.
32 stellt den Einfluss der Yankee-Temperatur auf die Nasszugfestigkeit in Querrichtung bei zwei verschiedenen Zweikomponentenfasern einschließlich von Polymilchsäure dar.
33 stellt den Einfluss des Einbringens einer durch Wärme verklebbaren Faser auf die Absorptionsfähigkeit und die Nasszugfestigkeit in Querrichtung dar.
34 stellt den Einfluss des Wärmeverklebens durch Wärme auf die SAT-Zugfestigkeit bei verschiedenen zweilagigen Bögen mit durch Wärme verklebbaren Fasern darin dar.
35 stellt den Einfluss des Verklebens einer durch Wärme verklebbaren, in der Bahn enthaltenen Faser auf den Modul dar.
36 stellt den Einfluss des Verklebens einer durch Wärme verklebbaren, in der Bahn enthaltenen Faser auf die Dehnung in Hauptrichtung dar.
37 stellt den Einfluss des Verklebens einer durch Wärme verklebbaren, in der Bahn enthaltenen Faser auf die Dehnung in Querrichtung dar.
38 stellt das Schmelzprofil einer als durch Wärme verklebbares Material verwendeten Polymilchsäure bei der Bildung einer durch Wärme verklebbaren Faser dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nunmehr werden ausführlich die Ausführungsformen der Erfindung behandelt, von denen Beispiele in den anliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Dort, wo möglich, werden in allen Zeichnungen die gleichen Bezugsziffern zum Bezeichnen von gleichen oder ähnlichen Teilen verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine absorptionsfähige Papierbahn durch Verteilen von Fasern in einer wässrigen Aufschlämmung und Aufbringen der wässrigen Aufschlämmung auf das Formungssieb einer Papiermaschine hergestellt werden. Es kann jedes in der Technik anerkanntes Formungsprinzip verwendet werden. Beispielsweise sind in einer umfangreichen, jedoch nicht erschöpfenden Liste ein halbmondförmiger Former, ein C-förmig wickelnder Dop pelsiebformer, ein S-förmig wickelnder Doppelsiebformer, ein Former mit Saug- und Brustwalzen, ein Langsiebmaschinenformer oder jede andere in der Technik anerkannte Formungskonfiguration enthalten.
Der Formungsstoff kann jedes in der Technik anerkannte, mit Löchern versehenes Glied sein, zu denen einschichtige Stoffe, zweischichtige Stoffe, dreischichtige Stoffe, photopolymere Stoffe und dergleichen gehören. Für den Fachmann sind geeignete Formungsstoffe leicht erkennbar. Eine nicht erschöpfende Liste von Formungsstoffen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfasst die USA-Patente mit den Nummern 4,157,276; 4,605,585; 4,161,195; 3,545,705; 3,549,742; 3,858,623; 4,041,989; 4,071,050; 4,112,982; 4,149,571; 4,182,381; 4,184,381; 4,184,519; 4,314,589; 4,359,069; 4,376,455; 4,379,735; 4,453,573; 4,564,052; 4,592,395; 4,611,639; 4,640,741; 4,709,732; 4,759,391; 4,759,976; 4,942,077; 4,967,085; 4,998,568; 5,016,678; 5,054,525; 5,066,532; 5,098,519; 5,103,874; 5,114,777; 5,167,261; 5,199,467; 5,211,815; 5,219,004; 5,245,025; 5,277,761; 5,328,565; und 5,379,808, die alle durch Verweis darauf hier einbegriffen sind.
Die Bahn kann homogen geformt oder geschichtet sein. Wenn eine Bahn homogen geformt wird, ist der Rohstoff in den verschiedenen Kammern des Stoffauflaufkastens im Wesentlichen einheitlich. Wenn der Rohstoff aus den verschiedenen Kammern auf das Formungssieb aufgebracht wird, weist die entstehende Bahn, die geformt wird, eine Zusammensetzung auf, die in ihrem gesamten Querschnitt im Wesentlichen einheitlich, d.h. homogen ist. Wenn eine Bahn durch Schichtung geformt wird, weist der Rohstoff in den verschiedenen Kammern des Stoffauflaufkastens unterschiedliche Zusammensetzungen auf. Wenn der Rohstoff aus den verschiedenen Kammern auf das Formungssieb aufgebracht wird, bilden die verschiedenartigen Zusammensetzungen getrennte Schichten innerhalb des Querschnitts der entstehenden Bahn. Durch Schichtung können die Eigenschaften manipuliert werden, die verschiedenen Bereichen der Bahn zugeordnet werden. Beispielsweise kann die Bahn durch Einbringen von härteren, festeren Fasern ins Innere der Bahn mit weicheren Fasern an der Außenseite hergestellt werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedes in der Technik anerkannte Schichtungsver fahren verwendet werden. Schichtungsverfahren sind für den Fachmann leicht erkennbar.
Zu den zur Formung der Bahn gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Fasern gehören durch Wärme verklebbare Fasern. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten, durch Wärme verklebbaren Fasern weisen Faserintegrität, oft in Form eines eine Matrix bildenden Abschnitts, und Verklebbarkeit in Form eines verklebbaren Abschnitts auf, um die Konstruktion der Bahn durch Wärme verkleben zu können. Zwar kann die nachfolgende Erläuterung hauptsächlich Mehrkomponentenfasern mit einem eine Matrix bildenden Abschnitt und einem verklebbaren Abschnitt betreffen, wenn die Fasern jedoch Einkomponentenfasern sind, dann sind sie verklebbare Materialien, welche die Integrität der Fasern aufrechterhalten können (die im Wesentlichen den Eigenschaften entspricht, die bezüglich des eine Matrix bildenden Abschnitts von Mehrkomponentenfasern erläutert werden). Die durch Wärme verklebbaren Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen entweder einen verklebbaren Abschnitt, der hydrophil ist, oder sie wurden oberflächenmodifiziert, um ihnen Hydrophilie zu verleihen und dadurch die Fasern verteilen zu können. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die durch Wärme verklebbaren Fasern durch Oberflächenmodifizierung im Wesentlichen gleichmäßig in dem gesamten Papierprodukt verteilbar gemacht werden. Gemäß einer Ausführungsform besitzen die durch Wärme verklebbaren Fasern einen verklebbaren Abschnitt, der aus Polymilchsäure besteht, die auch als "PLA" bezeichnet wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind diese PLA-Fasern mit durch Wärme verklebbaren Fasern darin Fasern, die auf einem Yankee-Trockner durch Wärme verklebt werden können. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielen PLA-Fasern eine starke Haftung an dem Yankee, was zu verbesserter Kreppwirkung führt. Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die durch Wärme verklebbaren Fasern ein ausreichendes langsames Schmelzprofil auf, so dass sie auf der Oberfläche des Yankee-Trockners nicht fließen. Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung können jeden in der Technik anerkannten Querschnitt aufweisen. Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Fasern einen komprimierbaren hohlen Querschnitt auf, durch welchen die entstehende Bahn während des Pressens wirksam entwässert werden kann, sich jedoch nach dem Pressenspalt wieder erholt, um die innere Struktur der Bahn zu verbessern.
Die Fasern können in jeder in der Technik anerkannten Anordnung des verklebbaren Abschnitts und des die Matrix bildenden Abschnitts hergestellt werden. Zu geeigneten Konfigurationen, jedoch nicht darauf beschränkt, gehören eine Kern-/Mantel-Anordnung und eine Nebeneinanderanordnung. Zwar kann die Erfindung in Bezug auf Ausführungsformen beschrieben werden, in denen eine Kern-und-Mantel-Anordnung verwendet wird, es sollte sich jedoch verstehen, dass eine Nebeneinander- oder eine andere geeignete Anordnung ebenfalls zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung angedacht ist.
Durch Wärme verklebbare Fasern zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung können aus jedem thermoplastischen Material geformt werden. Thermoplastische Materialien, die man zum Formen der durch Wärme verklebbaren Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung benutzen kann, lassen sich aus einem oder mehreren der folgenden wählen: Polyestern, Polyolefinen, Copolyolefinen, Polyethylenen, Polypropylenen, Polybutylenen, Polyethylenterephthalaten, Polytrimethylenterephthalaten, Polybutylenterephthalaten, Polyurethanen, Polyamiden, Polycarbonsäuren, Alkylenoxiden, Polymilchsäure und Mischungen derselben. Die vorstehende Aufzählung ist lediglich repräsentativ, und für den Fachmann werden andere in der Technik anerkannte Materialien leicht erkennbar. Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung weisen "Hyrophilie" auf. Hydrophilie bezeichnet die Fähigkeit der Fasern, sich während eines Nassformungsvorgangs angemessen gleichmäßig mit Cellulosefasern zu verteilen. Bei Erkenntnis dessen, dass Faserkonfigurationen bestehen können, die den Kontaktwinkel schwer messbar werden lassen, bezieht sich die Hydrophilie auf eine Faser mit einem Kontaktwinkel von weniger als 90° mit dem in dem Papierrohstoff verwendeten, im Wesentlichen wässrigen Fluid.
Die durch Wärme verklebbaren Fasern können aus Einkomponentenfasern, Zweikomponentenfasern, Dreikomponentenfasern oder anderen Mehrkom ponentenfasern ausgewählt werden. Die Verwendung von Einkomponentenfasern beschränkt sich auf Fasern mit geeigneten Eigenschaften, auch diejenige der Verteilung und der Schmelzprofile. Einkomponentenfasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung sind während eines Nassformungsvorgangs in der Bahnmatrix verteilbar. Außerdem weisen Einkomponentenfasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ein Schmelzprofil auf, das zum Weichwerden und Verkleben der Fasern ohne Verlust der Integrität der Fasern und dadurch ohne Verlust der Festigkeit oder ohne Zerstörung der Fasermatrix führt.
Zweikomponenten- und Dreikomponentenfasern zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen alle in der Technik anerkannten Zweikomponenten- und Dreikomponentenfasern. Durch Wärme verklebbare Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung können mindestens ein die Matrix bildendes Material aufweisen, das nicht bei Temperaturen schmilzt, die auf das Produkt einwirken. Dieses Material sorgt für Festigkeit und Stabilität und ermöglicht unterschiedliche Schmelzprofile in dem durch Wärme verklebbaren Abschnitt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schmilzt das die Matrix bildende Material nicht bei einer Temperatur von weniger als etwa 205°C (360°F). Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Fasern mindestens ein die Matrix bildendes Material, das bei Temperaturen von mindestens etwa 230°C [400°F) schmilzt. Bei noch einer weiteren Ausführungsform weisen die durch Wärme verklebbaren Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung mindestens ein die Matrix bildendes Material auf, das nicht bei Temperaturen von weniger als etwa 261 °C [450°F) schmilzt. Das die Matrix bildende Material kann nicht nur wegen seiner Schmelztemperatur und Festigkeitseigenschaften gewählt werden, sondern kann auch wegen seiner Schrumpfeigenschaften bei Einwirkung von Wärme gewählt werden. Als beispielsweise gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Fasern Celbond 105 verwendet wurden, neigten die Fasern bei Einwirkung von Wärme zum Kräuseln. Ebenso neigten gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch Fasern, die aus Polypropylen und Polymilchsäure bestanden, bei Einwirkung von Wärme zum Kräuseln. Als gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Wärme auf eine Faser aus Polyester und Polymilchsäure einwirkte, zog sich diese linear zusammen und neigte nicht zum Kräuseln. Für den Fachmann wäre eine Wahl eines geeigneten Materials zur Formung der Fasern entsprechend dem gewünschten Endprodukt ohne weiteres erkennbar.
Das verklebbare Material, das in Verbindung mit dem die Matrix bildenden Material verwendet wird, kann bei Temperaturen zwischen etwa 83,1°C [165°F) und etwa 205°C [360°F) schmelzen. Gemäß einer anderen Ausführungsform schmilzt das verklebbare Material bei Temperaturen zwischen etwa 105°C [200°F] und etwa 173,8°C [310°F). Bei noch einer weiteren Ausführungsform schmilzt der verklebbare Abschnitt bei Temperaturen zwischen etwa 142,5°C [260] und etwa 151,9°C [275°F]. Die verklebbaren Materialien zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Glasübergangstemperatur oder ein Erweichungsprofil an Stelle eines Hauptschmelzpunktes aufweisen. Beispielsweise ist das Schmelzprofil eines durch Wärme verklebbaren Harzes aus Polymilchsäure zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung in 38 zu sehen. Wie in 38 zu sehen ist, wies die Polymilchsäureprobe einen Glasübergang im Bereich von 55°C bis 58°C auf. Unterhalb der Glasübergangstemperatur war das Material "glasartig" oder spröde. Oberhalb der Glasübergangstemperatur war das Material "gummiartig". Die PLA-Fasern zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung können entsprechend ihrem Schmelzprofil gewählt werden. Die PLA kann während der Herstellung manipuliert werden, um die Schmelzeigenschaften einzurichten. 39 ist eine andere Darstellung einer Polymilchsäure zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können durch Wärme verklebbare Fasern mit unterschiedlichen Schmelzprofilen in einem einzigen Produkt verwendet werden. Die verschiedenen durch Wärme verklebbaren Fasern können im Wesentlichen homogen in der Bahn verteilt sein oder können in verschiedenen Schichten einer geschichteten Bahn enthalten sein.
Die durch Wärme verklebbaren Fasern zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung umfassen Einkomponentenfasern, welche das beschriebene Schmelzprofil aufweisen, oder Mehrkomponentenfasern, welche den vorgenannten verklebbaren Abschnitt und den vorgenannten die Matrix bildenden Abschnitt aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die durch Wärme verklebbaren Fasern Zweikomponenten- oder Dreikomponentenfasern.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Zweikomponentenfasern ein Kernmaterial enthalten, das von Mantelmaterialien umgeben ist. Für den Fachmann sind geeignete Zweikomponentenfasern leicht erkennbar.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Dreikomponentenfasern ein oder mehrere Kernmaterialien enthalten, das/die von einem oder mehreren Mantelmaterialien umgeben ist/sind. Für den Fachmann sind geeignete Dreikomponentenfasern leicht erkennbar.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können geeignete Fasern aus Zweikomponenten- oder Dreikomponentenfasern ausgewählt werden, in denen der verklebbare Abschnitt Polymilchsäure ist. Gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das die Matrix bildende Material aus einem oder mehreren von Polypropylen, Polyester und Polyethylenterephthalat ausgewählt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Fasern, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, aus mindestens einer von den Copolyolefinfasern ausgewählt werden, die von KO- SA, Houston, Texas, unter der Handelsbezeichnung CELBOND hergestellt werden. Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfassen Fasern mit einem Kern aus Polyethylenterephthalat und einen Mantel aus einem Copolyolefin und sind unter der Handelsbezeichnung CELBOND 105 von KOSA erhältlich.
Durch Wärme verklebbare Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung können jede verfügbare Faserlänge aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die durch Wärme verklebbare Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eine Faserlänge von weniger als etwa 25mm auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen die durch Wärme verklebbaren Fasern eine Länge von weniger als etwa 13mm auf. Bei noch einer weiteren Ausführungsform weisen die durch Wärme verklebbaren Fasern zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eine Faserlänge von mehr als etwa 1 mm auf. Bei noch einer weiteren Ausführungsform weisen die durch Wärme verklebbaren Fasern eine Länge von mindestens etwa 6mm auf. Schließlich weisen die durch Wärme verklebbaren Fasern gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Länge von etwa 1mm bis etwa 13mm auf.
Bei der vorliegenden Erfindung können Fasern mit unterschiedlichen Faserdurchmessern und -deniers verwendet werden. Für den Fachmann wird eine Wahl von geeigneten Fasergewichten für Fasern mit unterschiedlichen Faserdurchmessern und -deniers leicht erkennbar. Beispielsweise wurden synthetische Rohstoffe mit 15 Gew.-% synthetischer Faser ins Auge gefasst. Tabelle 1 zeigt, dass die verschiedenen verwendeten Deniers zu unterschiedlichen Längen der synthetischen Faser pro 100 Gramm Rohstoff führen. Die Faser von 3,4 Denier weist einen größeren Durchmesser als die Faser von 2,9 Denier, jedoch 15% weniger Länge auf. Richtungsbezogen kann der größere Durchmesser den Bausch und das Hohlraumvolumen verbessern, jedoch vermindert sich durch die geringere Länge der synthetischen Faser die Anzahl der Faserkreuzungs- und – verklebungsstellen.
Tabelle 1
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Fasern oberflächenmodifiziert werden, um sie hydrophil zu machen, wenn ein verklebbares Material verwendet wird, das nicht von Natur aus hydrophil oder verteilbar ist. Die Fasern können mit jedem in der Technik anerkannten Verfahren behandelt werden, mit dem die Oberfläche ausreichend hydrophil gestaltet wird, damit sich die Fasern in einem Nassformungsvorgang verteilen können. Gemäß einer Ausführungsform werden die Fasern mit einem oder mit mehreren oberflächenaktiven Mitteln behandelt. Oberflächenaktive Mittel können ein oder mehrere Tenside umfassen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Tensid aus mindestens einem von einem anionischen Tensid, einem nichtionischen Tensid, einem kationischen Tensid und einem zwitterionischen Tensid ausgewählt. Zu beispielhaften Oberflächendeckstoffen gehören Polyethylenglycolester. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Fasern durch Mischen des verklebbaren Abschnitts mit anderen polymeren Materialien mit hydrophilen Abschnitten hergestellt werden, welche die Oberfläche des verklebbaren Abschnitts hydrophil machen.
Ein Verfahren zum Ermitteln, ob durch Wärme verklebbare Fasern aufgebrachte oberflächenaktive Mittel enthalten, kann das Umrühren der Fasern in heißem Wasser umfassen, damit das oberflächenaktive Mittel herausgelöst wird, wodurch man Art und Menge des oberflächenaktiven Mittels feststellen kann. Alternativ kann die Faser oder eine Bahnprobe mit der Faser darin einer Methanolextraktion entweder bei Zimmertemperatur oder bei einer hohen Temperatur unterzogen werden, wodurch wiederum das Tensid herausgelöst wird, wodurch man Art und Menge des oberflächenaktiven Mittels feststellen kann.
Gemäß einer Ausführungsform können durch Wärme verklebbare Fasern zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens etwa 0,1% bis etwa 5% oberflächenaktives Mittel enthalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können durch Wärme verklebbare Fasern zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens etwa 0,55% oberflächenaktives Mittel enthalten.
Die Oberflächenmodifizierung der Fasern kann jedes Verfahren sein, mit dem die Oberfläche der Faser hydrophil gemacht werden kann, und ist nicht auf das Einbringen eines Oberflächenmittels beschränkt, sondern kann statt dessen eine Behandlung der Oberfläche umfassen. Oberflächenbehandlungen können beispielsweise eine Korona- oder eine andere Plasmaentladung oder ein chemisches Ätzen umfassen.
Die zum Formen der Bahn gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Papierherstellungsfasern können auch Cellulosefasern umfassen, die gewöhnlich als Holzschliff-Fasern bezeichnet und in einem chemischen oder me chanischen Aufschlussverfahren aus Weichholz (Nacktsamern oder Nadelbäumen) und Harthölzer (Bedecktsamern oder Laubbäumen) freigesetzt werden. Der zur Freisetzung des Tracheids verwendete spezielle Baum und der Aufschlussvorgang sind für den Erfolg der vorliegenden Erfindung nicht ausschlaggebend.
Zum Formen der Bahn gemäß der vorliegenden Erfindung können Papierherstellungsfasern aus verschiedenen Materialquellen verwendet werden, zu denen aus Sabaigras herausgelöste holzfreie Fasern, Reisstroh, Bananenblätter, Papiermaulbeeren (d.h. Bastfaser), Manilahanfblätter, Ananasblätter, Spartgrasblätter, Kenaffasern und Fasern aus der Art der Hesperalae in der Familie der Agavenartigen gehören. Ebenso können bei der vorliegenden Erfindung Recyclingfasern und aufbereitete Fasern, die beliebige der obigen Faserquellen in verschiedenen prozentualen Anteilen enthalten können, verwendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung können auch andere natürliche und synthetische Fasern wie Baumwollfasern, Wollfasern und Polymerfasern verwendet werden.
Papierherstellungsfasern können mit einem beliebigen aus einer Anzahl von dem Fachmann vertrauten chemischen Aufschlussvorgängen, beispielsweise dem Sulfat-, dem Sulfit-, dem Polysulfit-, dem Sodaufschluss usw., aus ihrem natürlichen Ursprungsmaterial herausgelöst werden. Weiterhin können Papierherstellungsfasern mit einem beliebigen aus einer Anzahl von dem Fachmann vertrauten mechanischen/chemischen Aufschlussvorgängen, beispielsweise dem mechanischen Aufschluss, dem thermomechanischen Aufschluss und dem chemothermomechanischen Aufschluss, aus einem Ursprungsmaterial herausgelöst werden. Der Faserbrei kann bei Bedarf mit chemischen Mitteln, auch unter Verwendung von Chlor, Chlordioxid, Sauerstoff usw., gebleicht werden. Diese Faserbreie können auch mit einer Anzahl vertrauter Bleichverfahren gebleicht werden, zu denen auch das alkalische Peroxid- und das Ozonbleichen gehören.
Bei der vorliegenden Erfindung können Papierherstellungsfasern aus Recyclingquellen verwendet werden. Die Menge der in der Papierherstellungsfaser gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Recyclingfaser ist in keiner Weise beschränkt und würde vom Fachmann in geeigneter Weise entsprechend dem vorgesehenen Endzweck gewählt.
Das Papierprodukt gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Kombinieren von Papierherstellungsfasern und durch Wärme verklebbaren Fasern hergestellt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die durch Wärme verklebten Fasern in einer Menge von weniger als etwa 50% vertreten. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die durch Wärme verklebten Fasern in einer Menge von weniger als etwa 30% vertreten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die durch Wärme verklebten Fasern in einer Menge von weniger als etwa 20% vertreten. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die durch Wärme verklebten Fasern in einer Menge von mehr als etwa 2% vertreten. Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist die durch Wärme verklebte Faser in einer Menge von 2% bis etwa 20% vertreten. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die übrige Faser aus Fasern auf Zellulosebasis gewählt.
Bei der Herstellung eines geschichteten Produkts wäre für den Fachmann erkennbar, dass die Mengen der durch Wärme verklebbaren Fasern zwischen den verschiedenen geschichteten Lagen des Produkts variiert werden können. Ebenso wäre ohne weiteres erkennbar, dass die Menge der durch Wärme verklebbaren Faser in den verschiedenen Schichten abhängig von dem gewünschten Endprodukt über die oben angegebenen Mengen hinaus erhöht oder vermindert werden kann. Gemäß einer Ausführungsform enthält das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung etwa 20% bis etwa 100% Papierherstellungsfasern in der Selbstabnahmeseite eines geschichteten Produkts. Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält die Selbstabnahmeseite des geschichteten Produkts im Wesentlichen alle Papierherstellungsfasern. Bei noch einer anderen Ausführungsform enthält die Selbstabnahmeseite des geschichteten Produkts, wenn Polymilchsäure enthaltende Fasern verwendet werden, sehr große Mengen an durch Wärme verklebbarer Faser.
Die durch Wärme verklebbare Faser kann in jeder in der Technik anerkannten Weise mit den Papierherstellungsfasern kombiniert werden. Die Papierherstellungsfaser kann verteilt werden, wobei die durch Wärme verklebbare Faser in diese Dispersion eingebracht wird. Die durch Wärme verklebbare Faser kann verteilt werden, wobei die Papierherstellungsfaser dieser Dispersion zugesetzt wird. Die Papierherstellungsfaser wie auch die durch Wärme verklebbare Faser können zusammen verteilt werden. Schließlich kann die Papierherstellungsfaser verteilt werden, und die durch Wärme verklebbare Faser kann gesondert verteilt werden, wobei die Fasern aus getrennten Dispersionen gemeinsam eingebracht werden.
Die Fasern können gemischt werden, wobei schwach intensiv gemischt oder stark intensiv gemischt wird. Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete schwach intensive Mischen bezeichnet das Mischen unter im Wesentlichen laminaren Strömungsbedingungen. Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete stark intensive Mischen bezeichnet das Mischen, das unter turbulenten Strömungsbedingungen erfolgt. Das Mischen erfolgt über einen Zeitraum, der ausreicht, um eine angemessene Dispergierung sowohl der die durch Wärme verklebbaren Fasern als auch aller Papierherstellungsfasern zu erreichen. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das Mischen über einen Zeitraum vorgenommen, der ausreicht, um eine im Wesentlichen vollständige Verteilung der durch Wärme verklebbaren Fasern und der Papierherstellungsfasern zu erreichen.
Die Faseraufschlämmung kann weitere Behandlungsmittel oder Zusatzstoffe enthalten, um die physikalischen Eigenschaften des hergestellten Papierprodukts zu ändern. Diese Zusatzstoffe und Mittel werden vom Fachmann sehr wohl erkannt und können in jeder bekannten Kombination verwendet werden. Da Festigkeit und Weichheit erwünschte Eigenschaften für Papierprodukte wie Seidenpapier, Servietten und Handtücher sind, kann der Faserbrei mit die Festigkeit regulierenden Mitteln, beispielsweise Nassfestmitteln, vorübergehend wirkenden Nassfestmitteln, Trockenfestmitteln, Carboxymethylcellulose und Klebelösern/Weichmachern gemischt werden.
Geeignete Nassfestmittel sind für den Fachmann ohne weiteres erkennbar. Auf einer umfassenden, jedoch nicht erschöpfenden Liste geeigneter nassfester Hilfsmittel stehen aliphatische und aromatische Aldehyde, Harnstoff-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze, Polyamidepichlorhydrinharze und dergleichen. Gemäß einer Ausführungsform sind die Nassfestmittel die Polyamidepichlorhydrinharze, von denen ein Beispiel unter den Handelsbezeichnungen KYMENE 557LX und KYMENE 557H von Hercules Incorporated in Wilmington, Delaware, vertrieben wird. Diese Harze und das Verfahren zur Herstellung der Harze sind in dem USA-Patent Nr. 3,700,623 und dem USA-Patent Nr. 3,772,076 beschrieben. Eine umfassende Beschreibung der polymeren Epihalohydrinharze ist gegeben in Kapitel 2: Alkaline-Curing Polymeric Amine-Epichlorohydrin Resins von Espy in Wet-Strength Resins and Their Application (Herausgeber L. Chan, 1994). Eine nicht erschöpfende Liste von Nassfestharzen ist beschrieben von Westfelt in Cellulose Chemistry and Technology, Band 13, S. 813, 1979. Gemäß einer Ausführungsform enthält der Faserbrei bis zu etwa 13,38 g/kg (30 lbs/t) eines Nassfestmittels. Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält der Faserbrei 8,92 bis etwa 13,38 g/kg (20 bis etwa 30 lbs/t) eines Nassfestmittels.
Geeignete vorübergehend wirkende Nassfestmittel sind für den Fachmann ohne weiteres erkennbar. Auf einer umfassenden, jedoch nicht erschöpfenden Liste geeigneter vorübergehend wirkender Nassfestmittel stehen aliphatische und aromatische Aldehyde einschließlich von Glyoxal, Malonsäuredialdehyd, Sukzinsäuredialdehyd, Glutaraldehyd- und Dialdehydstärken sowie substituierte oder in Reaktion gebrachte Stärken, Disaccharide, Polysaccharide, Chitosan oder in Reaktion gebrachte polymere Reaktionsprodukte von Monomeren oder Polymeren mit Aldehydgruppen und wahlweise mit Amingruppen. Repräsentative stickstoffhaltige Polymere, die in geeigneter Weise mit den aldehydhaltigen Monomeren oder Polymeren reagieren können, sind Vinylamide, Acrylamide und zugehörige strickstoffhaltige Polymere. Diese Polymere verleihen dem aldehydhaltigen Reaktionsprodukt eine positive Ladung. Des Weiteren können auch andere im Handel erhältliche, vorübergehend wirkende Nassfestmittel, beispielsweise PAREZ 745, hergestellt von Cytec, Bernardsville, N.J., zusammen mit den beispielsweise in dem USA-Patent Nr. 4,605,702 offenbarten verwendet werden.
Das vorübergehend wirkende Nassfestharz kann eines von einer Vielzahl von wasserlöslichen organischen Polymeren mit aldehydischen Einheiten und kationischen Einheiten sein, die zur Erhöhung der Trocken- oder der Nasszugfestigkeit eines Papierproduktes verwendet werden. Solche Harze sind in den USA-Patenten Nr. 4,675,394; 5,240,562; 5,138,002; 5,085,736; 4,981,557; 5,008,344; 4,603,176; 4,983,748; 4,866,151; 4,804,769; und 5,217,576 beschrieben. Es können modifizierte Stärken verwendet werden, die von der National Starch and Chemical Company in Bridgewater, N.J., unter den Warenzeichen CO-BOND^® 1000 und CO-BOND^® 1000 Plus vertrieben werden. Vor dem Gebrauch kann das kationische aldehydische, wasserlösliche Polymer durch Vorwärmen einer wässrigen Aufschlämmung von annähernd 5% Feststoffen hergestellt werden, die annähernd 3,5 Minuten lang auf einer Temperatur von annähernd 130°C (240°F) und einem pH-Wert von etwa 2,7 gehalten wird. Zum Schluss kann die Aufschlämmung abgekühlt und durch Zusetzen von Wasser verdünnt werden, um eine Mischung von annähernd 1,0% Feststoffen bei weniger als etwa 61,25°C (130°F) herzustellen.
Andere vorübergehend wirkende Nassfestmittel, die ebenfalls von der National Starch and Chemical Company erhältlich sind, werden unter den Warenzeichen CO-BOND^® 1600 und CO-BOND^® 2300 vertrieben. Diese Stärken werden als wässrige kolloidale Lösungen geliefert und brauchen vor dem Gebrauch nicht vorgewärmt zu werden.
Es können vorübergehend wirkende Nassfestmittel wie glyoxyliertes Polyacrylamid verwendet werden. Vorübergehend wirkende Nassfestmittel wie Harze aus glyoxyliertem Polyacrylamid werden durch Reaktion von Acrylamid mit Diallyldimethylammoniumchlorid (DADMAC) hergestellt, um ein kationisches Polyacrylamid-Copolymer herzustellen, das man schließlich mit Glyoxal reagieren lässt, um ein kationisches vernetzendes, vorübergehend wirkendes oder halbpermanentes Nassfestharz, glyoxyliertes Polyacrylamid, herzustellen. Diese Materialien sind in dem USA-Patent Nr. 3,556,932 von Coscia et al. und dem USA-Patent Nr. 3,556,933 von Williams et al. allgemein beschrieben. Harze dieser Art sind unter der Handelsbezeichnung PAREZ 631NC von Cytec Industries im Handel erhältlich.
Zur Herstellung von vernetzenden Harzen können andere Molverhältnisse von Acrylamid/DADMAC/Glyoxal hergestellt werden, die sich als Nassfestmittel eignen. Weiterhin lassen sich an die Stelle von Glyoxal substituieren, um Nassfesteigenschaften zu erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Faserbrei bis zu 30 lbs/t zeitweilig wirkendes Nassfestmittel. Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält der Faserbrei etwa 0 bis etwa 4,46 g/kg (10 lbs/t) zu 30 lbs/t eines zeitweilig wirkenden Nassfestmittels.
Geeignete Trockenfestmittel sind für den Fachmann leicht erkennbar. Auf einer umfassenden, jedoch nicht erschöpfenden Liste geeigneter Trockenfestmittel stehen Stärke, Guarmehl, Polyacrylamide, Carboxymethylcellulose und dergleichen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Trockenfestmittel Carboxymethylcellulose, von dem ein Beispiel von Hercules Incorporated in Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnung HERCULES CMS vertrieben wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Faserbrei etwa 0 bis etwa 6,69 g/kg [0 bis etwa 15 lbs/t] Trockenfestmittel. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Faserbrei etwa 0,446 bis etwa 2,23 g/kg [1 bis etwa 5 lbs/t] Trockenfestmittel.
Geeignete Klebelöser und Weichmacher sind für den Fachmann ebenfalls leicht erkennbar. Diese Klebelöser und Weichmacher können in den Faserbrei eingearbeitet oder nach der Formung der Bahn auf diese aufgesprüht werden. Gemäß einer Ausführungsform werden Klebelöser und Weichmacher in einer Menge von nicht mehr als etwa 2,0 Gew.-% zugesetzt. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden Klebelöser und Weichmacher in einer Menge von nicht mehr als etwa 1,0 Gew.-% zugesetzt. Gemäß noch einer anderen Ausführungsform werden Klebelöser und Weichmacher in einer Menge von mehr als etwa 0 Gew.-% bis etwa 0,4 Gew.-% zugesetzt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Weichmachermaterial ein Imidazolin, das aus zum Teil mit Säure neutralisierten Aminen abgeleitet ist. Diese Materialien sind in dem USA-Patent Nr. 4,720,383 offenbart. Ebenso sachdienlich sind die folgenden Artikel: Evans, Chemistry and In dustry, 5. Juli 1969, S. 893–903; Egan, J. Am. Oil Chemist's Soc., Bd. 55 (1978), S. 118–121 ; und Trovedi et al., J. Am. Oil Chemist's Soc., Juni 1981, S. 754–756.
Weichmacher sind im Handel oft als komplexe Mischungen und nicht als einzelne Verbindungen erhältlich. Zwar konzentriert sich diese Erläuterung auf die vorherrschenden Arten, es sollte sich jedoch verstehen, dass im Handel erhältliche Mischungen allgemein verwendet werden könnten.
Hercules 632, das von Hercules, Inc., in Wilmington, Delaware, vertrieben wird, ist ein geeignetes Weichmachermaterial, das durch Alkylieren eines Kondensationsprodukts von Oleinsäure und Diethylentriamin abgeleitet werden kann. Synthesebedingungen mit einem Defizit an Alkylierungsmittel (beispielsweise Diethylsulfat) und mit nur einem Alkylierungsschritt und anschließendem Einstellen des pH-Werts zum Protonieren der nicht ethylierten Arten führen zu einem Gemisch, das aus kationischen ethylierten und kationischen, nicht ethylierten Arten besteht. Da nur ein kleinerer Anteil (beispielsweise etwa 10%) des entstandenen Amino- oder Amidolsalzes zu Imidazolinverbindungen zyklisiert, wobei der Hauptteil dieser Chemikalien pH-sensitiv ist.
Quartäre Ammoniumverbindungen, beispielsweise quartäre Dialkyldimethylammoniumsalze, eignen sich ebenfalls, besonders wenn die Alkylgruppen etwa 14 bis etwa 20 Kohlenstoffatome enthalten. Diese Verbindungen weisen den Vorteil auf, gegen den pH-Wert verhältnismäßig unsensitiv zu sein.
Die vorliegende Erfindung kann auch mit einer Klasse von kationi-, schen Weichmachern mit Imididazolinen verwendet werden, die bei der Formulierung mit aliphatischen Polyolen, aliphatischen Diolen, alkoxylierten aliphatischen Diolen, alkoxylierten Polyolen, alkoxylierten Fettsäureestern oder einer Mischung dieser Verbindungen einen Schmelzpunkt von etwa 0° bis etwa 40°C aufweisen. Der Weichmacher umfasst eine Imidazolinekomponente, die in aliphatischen Polyolen, aliphatischen Diolen, alkoxylierten aliphatischen Diolen, alkoxylierten aliphatischen Polyolen, alkoxylierten alkoxylierten Fettsäureestern formuliert ist, oder eine Mischung dieser Verbindungen ist bei einer Temperatur von etwa 1°C bis etwa 40°C in Wasser dispergierbar.
Die Imidazoliumkomponente kann die folgenden chemischen Bauweisen besitzen.
wobei X ein Anion ist und R aus der Gruppe von gesättigten und ungesättigten Paraffinkomponenten mit einer Kohlenstoffkettenlänge von C₁₂ bis C₂₀ ausgewählt ist. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Kohlenstoffkettenlänge C₁₆–C₂₀. R1 ist aus der Gruppe von Paraffinkomponenten mit einer Kohlenstoffkettenlänge von C₁–C₃ ausgewählt. Das Anion ist in geeigneter Weise Methylsulfat, Ethylsulfat oder die Chloridkomponente. Die organische Verbindungskomponente des Weichmachers, die andere als das Imidazolin, kann aus aliphatischen Diolen, alkoxylierten aliphatischen Diolen, aliphatischen Polyolen, alkoxylierten aliphatischen Polyolen, alkoxylierten Fettestern, Estern von Polyethylenoxiden oder einer Mischung dieser Verbindungen mit einer massegemittelten Molekülmasse von etwa 60 bis etwa 1500 ausgewählt sein. Die in kaltem Wasser dispergierten aliphatischen Diole können ein Molekulargewicht von etwa 90 bis etwa 150 aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform beträgt das Molekulargewicht etwa 106 bis etwa 150. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Diol 2,2,4-trimethyl-1,3-pentandiol (TMPD), und das alkoxylierte Diol ist ethoxyliertes 2,2,4-trimethyl-1,3-pentandiol (TMPD/EO). Das alkoxylierte Diol ist in geeigneter Weise TMPD(EO)_n, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis einschließlich 7 ist. Dispersionsmittel für die Imidazolinkomponente sind alkoxylierte aliphatische Diole und alkoxylierte Polyole. Da es schwer ist, reine alkoxylierte Diole und alkoxylierte Polyole zu erhalten, können in geeigneter Weise Mischungen von Diolen, Polyolen und alkoxylierten Diolen und alkoxylierten Polyolen sowie Mischungen nur von Diolen und Polyolen verwendet werden. Ein geeigneter Weichmacher mit Imidazolin wird von Hercules, Inc. in Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnung PROSOFT 230 vertrieben.
Biologisch abbaubare Weichmacher können ebenfalls verwendet werden. Repräsentative biologisch abbaubare, kationische Weichmacher/Klebelöser sind in den USA-Patenten Nr. 5,312,522; 5,415,737; 5,262,007; 5,264,082 und 5,223,096 offenbart. Diese Verbindungen sind biologisch abbaubare Diester von quarternären Ammoniakverbindungen, und quaternisierte Aminester, auf Pflanzenöl basierte, biologisch abbaubare Ester, die mit quaternärem Ammoniumchlorid funktionalisiert sind, und Diesterdierucyldimethylammoniumchlorid sind repräsentative biologisch abbaubare Weichmacher.
Zu geeigneten Zusatzstoffen können disperse Füllstoffe gehören_; die für den Fachmann ohne weiteres erkennbar sind. Auf einer umfassenden, jedoch nicht erschöpfenden Liste geeigneter Zusatzstoffe wie beispielsweise disperser Füllstoffe stehen Ton, Calciumcarbonat, Titandioxid, Talkum, Aluminiumsilicat, Calciumsilicat, Calciumsulfat und dergleichen.
Geeignete Retentionshilfen sind für den Fachmann ohne weiteres erkennbar. Auf einer umfassenden, jedoch nicht erschöpfenden Liste geeigneter Retentionshilfen stehen anionische und kationische Flockungsmittel.
Alternativ können diese Behandlungsmittel an Stelle von deren Einarbeitung in den Faserbrei auf die Bahn aufgetragen werden. Das kann durch ein oder mehrere Aufbringungssysteme und kann entweder auf eine oder auf beide Oberflächen der Bahn erfolgen. Durch Auftragen mehrerer Behandlungsmittel mit Hilfe mehrerer Aufbringsysteme kann dazu beigetragen werden, ein chemisches Zusammenwirken von Behandlungsmitteln vor deren Auftragen auf die Bahn zu verhindern. Alternative Konfigurationen und Aufbringpositionen sind für den Fachmann ohne weiteres erkennbar.
Zu anderen Zusatzstoffen, die in der Faseraufschlämmung vertreten sein können, zählen Leimmittel, Absorptionshilfen, Trübungsmittel, Aufhellungsmittel, optische Weißmacher, Abschirmchemikalien, Farbstoffe oder Färbemittel.
Die Faseraufschlämmung wird mit einer Konsistenz von weniger als etwa 20% auf das Formungssieb aufgebracht. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Faseraufschlämmung wird mit einer Konsistenz von weniger als etwa 5% auf das Formungssieb aufgebracht. Gemäß noch einer anderen Ausführungsform wird die Faseraufschlämmung mit einer Konsistenz von weniger als etwa 1 % auf das Formungssieb aufgebracht. Bei einer anderen Ausführungsform weist die Faseraufschlämmung eine Konsistenz von etwa 0,01 % bis etwa 1 % auf.
Nach dem Aufbringen der Faseraufschlämmung auf das Formungssieb wird die mithin geformte Faserbahn typischerweise auf einen Entwässerungsfilz oder einen Prägestoff aufgelegt, der bei Bedarf ein Muster in der Bahn schaffen kann. Bei der vorliegenden Erfindung können alle in der Technik anerkannten Stoffe oder Filze verwendet werden. Beispielsweise stehen auf einer nicht erschöpfenden Liste von Prägestoffen Stoffe in Leinwandbindung, die in dem USA-Patent Nr. 3,301,746 beschrieben sind; Halbköperstoffe, die in den USA-Patenten Nr. 3,974,025 und Nr. 3,905,863 beschrieben sind; zweiseitig versetzte Flechtkorbhohlraumstoffe, die in den USA-Patenten Nr. 4,239,065 und Nr. 4,191,609 beschrieben sind; eine Last aufnehmende und Reliefstoffe die in dem USA-Patent Nr. 5,429,685 beschrieben sind; Photopolymerstoffe, die in den USA-Patenten Nr. 4,529,480; 4,637,859; 4,514,345; 4,528,339; 5,364,504; 5,334,289; 5,275,799; und 5,260,171 beschrieben sind; und Stoffe mit diagonalen Taschen darin, die in dem USA-Patent Nr. 5,456,293 beschrieben sind. Bei der vorliegenden Erfindung kann jeder in der Technik anerkannte Filz verwendet werden. Beispielsweise können Filze Doppellagengrundbindungen, Dreifachlagengrundbindungen oder laminierte Grundbindungen aufweisen. Auf einer nicht erschöpfenden Liste von Pressfilzen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung stehen die in den USA-Patenten Nr. 5,657,797; 5,368,696; 4,973,512; 5,023,132; 5,225,269; 5,182,164; 5,372,876; und 5,618,612 beschriebenen.
Nach dem Überführen wird die Bahn an einer Stelle durch den Trocknerabschnitt geführt, der zum sehr starken Trocknen der Bahn führt. Wie im Folgenden beschrieben, kann die Bahn unter Verwendung herkömmlicher Nasspressverfahren getrocknet werden oder kann mit Durchgangslufttrocknung (TAD) hergestellt werden. Wird die Bahn mit TAD hergestellt, kann sie, oder braucht sie nicht, auf der Oberfläche eines sich drehenden Trockenzylinders einer Selbstabnahmemaschine gepresst werden, um weitere Feuchtigkeit in der Bahn zu entfernen.
Andere geeignete Vorgänge sind das Nasskreppen oder das Durchgangslufttrocknen mit Nasskreppen. Das Nasskreppen ist ein Vorgang, bei dem die Bahn mit einem verminderten Feststoffgehalt auf einen Trockenzylinder einer Selbstabnahmemaschine aufgebracht wird. Die Bahn wird von dem Trockenzylinder gekreppt, und dann wird das Trocknen mit Hilfe eines anderen Trocknungsverfahrens abgeschlossen. Eine Trocknung im Anschluss an den Yankee-Trockner kann mit Hilfe jedes in der Technik anerkannten Trockners vorgenommen werden, zu denen, wenn auch nicht ausschließlich, ein oder mehrere Durchgangslufttrockner oder Zylindertrockner gehören.
Zwar kann die vorliegende Erfindung mit jeder bekannten Trocknerkonfiguration verwendet werden, die üblichsten Trocknungsverfahren sind jedoch (I) das herkömmliche Nasspressen (CWP) und (II) das Durchgangslufttrocknen (TAD). Bei einem herkömmlichen Nasspressvorgang und einer beispielhaft in 1 gezeigten Vorrichtung 10 wird eine Eintragsmasse aus einer (nicht gezeigten) Stoffbütte in Leitungen 40, 41 und dann in Auflaufkastenkammern 20, 20') geführt. Auf einem herkömmlichen Siebformer 12 wird eine Bahn W, die von Walzen 18, 19 getragen wird, aus einer flüssigen Aufschlämmung aus Faserbrei, Wasser und anderen Chemikalien gebildet. Die durch den Stoff 12 in der Formungszone aus der Bahn entfernten Materialien werden aus einem Stofffänger 22 durch eine Leitung 24 in einen Behälter 50 zurückgeführt. Dann wird die Bahn zum Trocknen und Pressen auf einen sich bewegenden Filz oder Stoff 14 übergeführt, der von einer Walze 11 getragen wird. Die Materialien, die während des Pressens aus der Bahn oder aus einem Saugkasten 29 entfernt wurden, werden in einem Stofffänger 44 gesammelt und in eine Rückwasserleitung 45 geführt. Dann wird die Bahn von einer Presswalze 16 entgegen der Oberfläche eines umlaufenden Yankee-Trockenzylinders 26 gepresst, der erhitzt wird, damit das Papier auf der Oberfläche des Yankee-Trockenzylinders 26 im Wesentlichen trocknet. Obwohl in 1 nicht gezeigt, könnte an Stelle der Saugpresse eine Schuhpresse verwendet werden, um das Papier gegen die der Oberfläche des Yankee-Trockenzylinders 26 zu drücken. Die Feuchtigkeit innerhalb der Bahn, wie diese auf der Oberfläche des Yankee-Trockners gelegt ist, wird zur Oberfläche übergeführt. Die Trockenheitsgrade der Bahn unmittelbar nach der Saugpresswalze können im Bereich von etwa 30% bis etwa 50% Trockenheit liegen. Auf die Oberfläche des Trockners kann ein flüssiger Klebstoff, der oft als Kreppkleber bezeichnet wird, aufgebracht werden, um für eine starke Haftung der Bahn an der Kreppfläche zu sorgen. Dann wird die Bahn mit einer Kreppklinge 27 oder einer mit einem Stoff ausgestatteten Walze auf der Oberfläche gekreppt. Einzelheiten zum Walzenkreppen sind im Wesentlichen in den USA-Patenten Nr. 5,233,092 und 5,314,584 beschrieben. Dann wird die gekreppte Bahn wahlweise zwischen (nicht gezeigten) Kalanderwalzen hindurch geführt und vor weiteren Umwandlungsvorgängen, beispielsweise dem Prägen, auf eine Rolle 28 aufgewickelt.
Die Oberflächengeschwindigkeit der Rolle kann schneller oder langsamer als die Drehzahl des Yankee-Trockners sein. Der Kreppgrad ist definiert als Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Yankee-Trockner und der Rolle, dividiert durch die die Drehzahl des Yankee-Trockners, ausgedrückt als Prozentsatz. Die Wirkung der Kreppklinge auf dem Papier führt bekanntlich dazu, dass ein Teil der Bindungen zwischen den Fasern in dem Papier durch die mechanische Schlagwirkung der Klinge gegen die Bahn aufgelöst werden, wenn die Bahn in das Blatt getrieben wird. Jedoch werden während des Austrocknens der Feuchtigkeit aus der Bahn ziemlich starke Bindungen zwischen den Holzfaserbreifasern ausgebildet.
Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff „nassgeformt" bezieht sich auf Papierbahnprodukte, die durch Ausbildung einer naszieren den Bahn auf einem mit Löchern versehenen Formungsstoff aus einer dispergierten Aufschlämmung von Fasern hergestellt werden. Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff „nassgeformt" umfasst nicht die Produkte, die ohne Verwendung eines Auflaufkastens hergestellt werden, oder nicht solche Produkte, die mit Anlagengeschwindigkeiten von weniger als 305 m/min (1000 ft/min) hergestellt werden. Der bei der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriff „nassgeformt" umfasst auch nicht die Herstellung von „Flauschware". Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung betragen die Anlagengeschwindigkeiten zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung mehr als 457,5 m 1500 ft/min.
Alternativ kann auf die Bahn eine Formänderung durch Vakuum oder ein Kontaktdruckstoff allein oder in Verbindung mit anderen physischen Formänderungsvorgängen und ein Trocknungsschritt einwirken, mit dem die Bahn auf einen Feststoffgehalt von mindestens etwa 30% getrocknet wird, ohne dass eine gesamte physische Kompression zu erfolgen braucht. Diese Art eines Verfahrens wird in herkömmlicher Weise als Durchgangsluftverfahren oder TAD-Verfahren bezeichnet. Dieses Verfahren ist im Wesentlichen in den USA-Patenten Nr. 3,301,746 von Sanford et al. Und Nr. 3,905,863 von Ayers beschrieben.
Als Beispiel ist in 2 ein herkömmliches TAD-Verfahren dargestellt. In diesem Verfahren werden die Fasern aus einem Stoffauflaufkasten 10 zu einer konvergierenden Gruppe von Formungssieben 20, 30 geführt. Bei dieser Doppelsieb-Formungsanordnung wird Wasser durch Zentrifugalkräfte und durch Vakuummittel aus der Bahn entfernt. Die nasse entstehende Bahn wird über einen Saugkasten 40 sauber auf ein Formungssieb 30 übergeführt. Die Bahn kann wahlweise bearbeitet werden, um Wasser durch einen Unterdruckkasten 50 und eine Dampfhaube 60 zu entfernen. Die Bahn wird entlang dem Formungssieb 30 getragen, bis sie an einer Verzweigungsstelle 80 mit Hilfe eines Vakuumaufnahmeschuhs 90 auf einen TAD-Stoff 70 übergeführt wird. Die Bahn wird an dem Entwässerungskasten 100 weiter entwässert, um die Feststoffe in der Bahn zu vermehren. Der Vakuumaufnahmeschuh 90 und der Entwässerungskasten 100 beseitigen nicht nur Wasser aus der Bahn, sondern schwemmen die Bahn auch in den TAD-Stoff 70 ein, was Bausch- und Saugfähigkeitseigenschaften bewirkt.
Weitere Verbesserungen in Bausch und Saugfähigkeit lassen sich erhalten, wenn man die Geschwindigkeit des Formungsabschnitts (d.h. die Geschwindigkeiten der Formungsstoffe 20 und 30, schneller als die Geschwindigkeit des TAD-Stoffs 70 einstellt. Das wird als Kreppen auf dem Stoff bezeichnet. Das Kreppen auf dem Stoff ist mathematisch definiert als die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Former und dem Durchgangslufttrockner, dividiert durch die Geschwindigkeit des Durchgangslufttrockners, ausgedrückt als Prozentsatz. Auf diese Weise wird die Bahn in den Stoff eingeschwemmt und nassgeformt, was Bausch- und Saugfähigkeitseigenschaften schafft. Der Betrag des Stoffkrepps kann 0% bis etwa 25% betragen. Eine durch Nassformen geschaffene Dicke erzeugt die Saugfähigkeit effektiver (d.h. die Struktur fällt weniger zusammen) als eine im trockenen Zustand geschaffene Dicke, beispielsweise durch herkömmliches Prägen.
Dann wird die Bahn auf dem TAD-Stoff 70 zu einer Trocknungseinheit 110 geführt, in der erhitzte Luft durch die Bahn wie auch durch den Stoff geleitet wird, um den Feststoffgehalt der Bahn zu erhöhen. Im Allgemeinen ist die Bahn nach dem Austreten aus der Trocknungseinheit 110 zu etwa 30% bis etwa 95% trocken. In einem Verfahren kann die Bahn in einem Nichtkreppvorgang direkt aus dem TAD-Stoff 70 entfernt werden. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wird die Bahn von dem TAD-Stoff 70 zu dem Yankee-Trocknerzylinder 130 übergeführt und wird von dem Trocknerzylinder 130 über eine Kreppklinge 150 gekreppt, wodurch ein gekrepptes Produkt entsteht.
Das Kreppen kann mit Hilfe jedes in der Technik anerkannten Kreppverfahrens ausgeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Kreppen mit Hilfe einer Taurus-Kreppklinge. Die patentierte Kreppklinge ist eine wellenförmig kreppende Klinge, die in dem USA-Patent Nr. 5,690,788 offenbart ist und differenzierte Krepp- und Wellwinkel an der Bahn aufweist und viele beabstandete, feingezackte Kreppabschnitte entweder mit einheitlichen Tiefen oder nicht einheitlichen Tiefenanordnungen aufweist. Die Tiefen der Wellungen betragen mehr als etwa 2,03 × 10^-4 mm (0,008 Zoll).
Das Kreppen der Bahn in dem Yankee-Trockner kann durch Verwendung eines Kreppklebers erleichtert werden. Kreppkleber zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung können aus allen in der Technik anerkannten Kreppklebern ausgewählt werden. Für den Fachmann wird ohne weiteres erkennbar, wie der Kreppkörper und/oder der Kreppwinkel usw. nach Maßgabe des Schmelzprofils der verwendeten, durch Wärme verklebbaren Faser zu modifizieren sind. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Kreppkleber zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung wärmehärtbare oder nicht wärmehärtbare Harze.
Harze zur Verwendung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können aus wärmehärtbaren und nicht wärmehärtbaren Polyamidharzen oder glyoxylierten Polyacrylamidharzen gewählt werden. Polyamide zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung können verzweigt oder unverzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein. Zu Polyamidharzen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung können Polyaminoamidepichlorhydrinharze (PAE) gehören. PAEs sind beispielsweise beschrieben in „Wet-Strength Resins and Their Applications", Ch. 2, H. Epsy, mit dem Titel Alkaline-Curing Polymeric Amine-Epichlorohydrin Resins, das durch Verweis darauf hier in seiner Gesamtheit einbegriffen ist. Bevorzugte PAE-Harze zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen ein wasserlösliches polymeres Reaktionsprodukt eines Epihalohydrins, vorzugsweise des Epichlorhydrins, und eines wasserlöslichen Polyamids mit sekundären Amingruppen, die von einem Polyalkylenpolyamin und einer gesättigten aliphatischen dibasischen Carbonsäure mit etwa 3 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen abgeleitet sind.
Eine nicht erschöpfende Liste von nicht wärmehärtbaren kationischen Polyamidharzen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist zu finden in dem USA-Patent Nr. 5,338,807, erteilt an Espy et al. Das nicht wärmehärtbare Harz kann synthetisch hergestellt werden durch direkte Reaktion der Polyamide einer Dicarbonsäure und von Methylbis(3-aminopropyl)amin in einer wässrigen Lösung, mit Epichlorhydrin. Die Carbonsäuren können gesättigte und ungesättigte Dicarbonsäuren mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen umfassen, die beispielsweise Oxal-Malon-, Sukzin-, Glutar-, Adipin-, Pilemin-, Suberin-, Azelain-, Serbazin-, Malein-, Itacon-, Phthal- und Terephthalsäure umfassen. Adipin- und Glutarinsäure werden bevorzugt, wobei Adipinsäure am meisten bevorzugt wird. Die Ester der aliphatischen Dicarbonsäuren und der aromatischen Dicarbonsäuren, beispielsweise der Phthalsäure, können wie auch Kombinationen solcher Dicarbonsäuren oder -säureester können verwendet werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform können wärmehärtbare Polyamidharze zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung aus dem Reaktionsprodukt eines Epihalohydrinharzes und eines Polyamids mit Sekundäramin oder Tertiäraminen hergestellt werden. Bei der Herstellung eines Harzes gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung lässt man zuerst eine dibasische Carbonsäure mit dem Polyalkylenpolyamin, wahlweise in wässriger Lösung, unter Bedingungen reagieren, die zur Herstellung eines wasserlöslichen Polyamids geeignet sind. Die Herstellung des Harzes wird durch Reaktion des wasserlöslichen Amids mit einem Epihalohydrin, insbesondere des Epichlorhydrins, zur Ausbildung des wasserlöslichen, wärmehärtbaren Harzes abgeschlossen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kreppkleber ein PAR-Harz mit PVOH und einem Modifikator. Für den Fachmann sind in der Technik anerkannte Modifikatoren leicht erkennbar. Wenn durch Wärme verklebbare Fasern mit der Oberfläche des Yankees in Kontakt kommen, kann ein aggressiverer Klebstoff verwendet werden.
Nachdem die Papierbahn hergestellt ist, wird sie oft aufgerollt, um auf weitere Bearbeitung in Richtung zu einem Endprodukt zu warten. Diese weitere Bearbeitung wird im Allgemeinen als Weiterverarbeitung bezeichnet. Zwar werden Weiterverarbeitungsvorgänge im Allgemeinen an aufgerollten Papierbahnen ausgeführt, jedoch können die Weiterverarbeitungsvorgänge auch direkt an das Ende des Herstellungsverfahrens angefügt werden. Die Weiterverarbeitung umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt, Vorgänge wie das Kalandrieren, Prägen, Schichten, das Auftragen von Aufbereitungsmitteln und das Wärmebehandeln. Das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung kann allen in der Technik anerkannten Weiterverarbeitungsvorgängen unterzogen werden, die für den Fachmann ohne weiteres erkennbar sind.
Das Prägen ist der Akte des mechanischen Bearbeitens eines Substrats, damit sich das Substrat unter Druck an die Tiefen und Konturen einer gemusterten Prägewalze anformt. Im Allgemeinen wird die Bahn zwischen zwei Prägewalzen hindurch geführt, die unter Druck Konturen in der Oberfläche des Papiers ausbilden.
Bei den meisten Konfigurationen trägt mindestens eine der zwei Walzenoberflächen direkt das auf die Papierbahn zu übertragende Muster. Bekannte Konfigurationen sind das Starr-Elastisch-Prägen und das Starr-Starr-Prägen.
Bei einem Starr-Elastisch-Prägesystem wird ein einlagiges oder mehrlagiges Substrat durch einen Walzenspalt hindurch geführt, der zwischen einer Walze, deren im Wesentlichen starre Oberfläche das Prägemuster als Vielzahl von in einer ästhetisch angenehmen Weise angeordneten Vorsprüngen und/oder Vertiefungen enthält, und einer zweiten Walze gebildet ist, deren im Wesentlichen elastische Oberfläche entweder glatt sein oder ebenfalls eine Vielzahl von Vorsprüngen und/oder Vertiefungen enthalten kann, und die mit der gemusterten Rolle mit starrer Oberfläche zusammenwirkt. Bisher wurden starre Walzen im Allgemeinen aus einem Stahlkörper gebildet, der entweder direkt graviert ist, oder der eine mit Gummi bedeckte (direkt beschichtete oder mit einer Hülse bezogene) Oberfläche enthalten kann, auf welche das Prägemuster mit Laser eingraviert ist. Zwar besitzt eine Stahlwalze, die direkt graviert ist, eine längere Lebensdauer, jedoch kann für die Herstellung einer direkt gravierten Stahlwalze eine sehr lange Vorlaufzeit notwendig sein. Bekannte, mit Laser gravierte Hülsen können weniger Zeit zur Herstellung benötigen, besitzen jedoch eine Lebensdauer, die wesentlich geringer als diejenige einer Stahlwalze ist.
Elastische Walzen können aus einem Stahlkern bestehen, der direkt mit einem elastischen Material beschichtet oder mit einer Hülse bezogen ist und mit einem Muster graviert werden kann oder nicht. Wenn ein Muster vorhanden ist, kann dieses entweder ein passendes oder ein nicht passendes Muster in Bezug auf das auf der starren Walze getragene Muster sein.
Bei dem Starr-Starr-Verfahren wird ein einlagiges oder mehrlagiges Substrat durch einen Walzenspalt hindurch geführt, der zwischen im Wesentlichen starren Walzen gebildet ist. Die Oberflächen beider Walzen enthalten das zu prägende Muster als Vielzahl von in einer ästhetisch angenehmen Weise angeordneten Vorsprüngen und/oder Vertiefungen, wobei die Vorsprünge und/oder Vertiefungen in der zweiten Walze mit den in der ersten, starren Walze eingemusterten zusammenwirken. Die erste starre Walze besteht im Wesentlichen aus einem Stahlkörper, der entweder direkt graviert ist, oder der eine mit Hartgummi bedeckte (direkt beschichtete oder mit einer Hülse bezogene) Oberfläche tragen kann, auf welche das Prägemuster mit Laser eingraviert ist. Die zweite starre Walze besteht im Wesentlichen aus einem Stahlkörper, der ebenfalls direkt graviert ist, oder der eine mit Hartgummi bedeckte (direkt beschichtete oder mit einer Hülse bezogene) Oberfläche tragen kann, auf welcher ein passendes oder angepasstes Muster in herkömmlicher Weise eingraviert oder mit Laser eingraviert ist.
Das Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe jedes in der Technik anerkannten oder danach entwickelten Prägemusters geprägt werden. Der Prägevorgang kann nicht nur zum Erhöhen von Bausch und Absorptionsfähigkeit, sondern auch zum Falten des Produkts verwendet werden. Das Prägen wird auch zur Verbesserung des ästhetischen Aussehens des Papierbahnprodukts verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Produkt auf Grund der Präsenz der durch Wärme verklebbaren Fasern in dem Produkt gemäß der vorliegenden Erfindung wärmebehandelt werden, damit die Fasern verkleben und das Produkt dadurch faktisch fixiert wird. Die Wärmebehandlung kann an jeder Stelle während oder nach dem Trocknungsvorgang erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform erfolgen Wärmebehandlung und Verkleben auf einem Yankee-Trockner. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung auf einem TAD nach dem Yankee-Trockner. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung in einem getrennten Weiterverarbeitungsvorgang. Bei Ausführung als getrennter Weiterverarbeitungsvorgang kann das Produkt auf einem Durchgangslufttrockner und/oder in einem TAD-Ofen und/oder einem IR-Ofen und/oder durch aufgeheizte Kalanderwalzen aufgeheizt werden. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts kann mehr als eine Wärmebehandlung oder mehr als eine Art der Wärmebehandlung an einem einzelnen Produkt vorgenommen werden.
Die Wärmebehandlung kann vor oder nach anderen Weiterverarbeitungsvorgängen vorgenommen werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung vor oder nach dem Prägen, um das Prägemuster zu fixieren. Wenn Fasern mit einem geeigneten Schmelzprofil verwendet werden, kann die Wärmebehandlung während des Trocknungsvorgangs auf dem Yankee-Trockner ausgeführt werden.
Die Wärmebehandlung erfolgt bei einer Temperatur, mit welcher die Außenseite der durch Wärme verklebbaren Faser erweicht werden kann und sie dadurch mit den umgebenden, durch Wärme verklebbaren und Paperherstellungsfasern verklebbar gemacht wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens etwa 105°C (200°F). Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens etwa 142,5°C (260°F). Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens etwa 148,8°C (270°F). Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens etwa 173,8°C (310°F). Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen etwa 148,8° (270°F) und 205°C (360°F).
Vor der Wärmebehandlung des Produkts kann das Produkt wieder aufgeschlossen werden und ist voll verteilbar. Nach der Wärmebehandlung kann zwar die Zellulosefaser im Wesentlichen wieder aufschließbar sein, jedoch können die durch Wärme verklebbaren Fasern ein nicht verteilbares Fasernetz bilden. Nach der Wärmebehandlung können die durch Wärme verklebbaren Fasern bei spezieller Behandlung zum Lösen der Verklebungen zwischen den durch Wärme verklebbaren Fasern und anderen Zellulosefasern wieder aufschließbar sein.
Das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Produkt kann allen Anwendungszwecken von Flachpapier dienen. Solche Produkte sind, wenn auch nicht darauf beschränkt, Seidenpapiere, Handtücher, Wischtücher, Servietten, Fleischhüllen, Verpackungsmaterialien, Schreibpapier, Tapete, Luftfilter, Ölfilter und andere saugfähige Produkte, die einen Abrieb erleiden können oder nicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Produkte weisen im Allgemeinen ein Flächengewicht von etwa 0 bis etwa 97,8 g/m² (0 bis etwa 60 lbs./Ries) auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Produkte ein Flächengewicht von etwa 21,2 bis etwa 65,2 g/m² (13 bis etwa 40 lbs./Ries) auf. Ein hier verwendetes Ries hat 333,5 m² (3000 ft²). Papiererzeugnisse, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, lassen sich durch die netzförmige Matrix der durch Wärme verklebbaren Fasern erkennen, die durch das Produkt hindurch erscheinen. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete netzförmige Matrix ist als stabile Netzstruktur gebildet. Die 7–11 stellen eine netzförmige Matrix allein oder in verklebter Kombination mit Papierherstellungsfasern dar. Die 11A und 11B stellen ein geschichtetes Produkt mit einer netzförmigen Matrix dar.
Produkte gemäß der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere der folgenden verbesserten Qualitäten aufweisen: Nasszugfestigkeit, Abriebfestigkeit, Nassbausch, Elastizität und Absorptionsfähigkeit. 12 stellt die SAT-Zugfestigkeit als Funktion der standardisierten Nassfestigkeit dar.
Die Formung bezeichnet die Einheitlichkeit, mit welcher Fasern eine Bahn bilden. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Formung kann entweder durch den Formungsindex oder den Ansammlungsfaktor definiert werden. Der Ansammlungsfaktor ist beispielsweise beschrieben in Dodson, "Fiber crowding, fiber contacts and fiber flocculation," Bd. 79, Nr. 9, TAPPI Journal, September 1996, und in Kerekes et al., „Characterization of Fibre Flocculation Regimes by a Crowding Factor," Pulp and Paper report PPR 795, Pulp and Paper Research Institute of Canada. Die Beziehung zwischen dem Formungsindex und der Menge der durch Wärme verklebbaren Faser ist in 5 dargestellt. 6 stellt den Einfluss von Flächengewichtsänderungen auf die Formung als Funktion der in dem Produkt vorhandenen Menge der durch Wärme verklebbaren Faser dar.
Für den Fachmann sind geeignete Einbringstellen für die durch Wärme verklebbare Faser ohne weiteres erkennbar. Geeignete Einbringstellen können sich, wenn auch nicht darauf beschränkt, in dem Stoffauflöser, nach dem Drucksieb, vor der Gebläsepumpe, in dem Faserbreivorratskasten und vor der Faserbreipumpe befinden. Eine Ausführungsform eines Faserbreistroms einer Papiermaschine zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. 4 stellt verschiedene Verteilverfahren und ihren jeweiligen Einfluss auf die Verteilung von durch Wärme verklebbaren Fasern dar.
Die Vorrichtungen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung können modifiziert werden, um die durch Wärme verklebbaren Fasern besser unterzubringen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das häufig an Papiermaschinen verwendete standardmäßige Lochsieb durch ein Schlitzsieb ersetzt werden, damit die durch Wärme verklebbaren Fasern leichter hindurchlaufen können.
Die folgenden Beispiele sind lediglich veranschaulichend und begrenzen die wie vorliegend beanspruchte Erfindung in keiner Weise.
Beispiele
Beispiele 1–20
Es wurden Handbögen mit synthetischen Fasern darin unter verschiedenen Bedingungen hergestellt, darunter mit verschiedenen Faserbreiarten, Prozentsätzen der Faserbrei-/Synthesefaser-Mischungen, verschiedenen Synthesefasern, verschiedener Verteilungskonsistenz, Umwälzzeitgeber, Umwälzintensität und Formungskonsistenz. Die zwei verwendeten Synthesefasern waren eine Zweikomponentenfaser CELBOND 105 von 6mm und eine Viskosefaser LYOCELL von 3mm als Kontrollfaser. Die zwei verwendeten Holzfaserbreie waren Kraft-Weichholzschliff Marathon und Kraft-Hartholzschliff Old Town (OT). Die Bögen wurden alle auf den Formungsindex hin untersucht. Für den Formungsindex werden eine Hindurchleitung sichtbaren Lichts und eine Bildanalyse zum Messen der Einheitlichkeit der Handbögen verwendet. Hohe Werte (100+) zeigen eine sehr gute Formung an, während niedrigere Werte eine schlechtere Formung anzeigen. Die Handbögen wurden mit Ausnahme der in Tabelle 2 vermerkten Änderungen auf die gleiche Weise hergestellt. Faserart, Mischungsprozente, Verteilungskonsistenz, Umrührzeit und Umwälzintensität wurden variiert. Es sind die Formungskonsistenz und der Formungsindex aufgeführt.
Tabelle 2
Beispiele 21–28
Es wurden Handbögen mit 1,2g Faser mit einer Konsistenz von 0,05% hergestellt. Der Handbogenzylinder wurde auf 2400ml gefüllt, um die Konsistenz zu erzielen. Für mit 100% CELBOND hergestellten Handbögen wurden 2,5g Faser verwendet, um eine durchgehende Bahn zu bilden.
Es wurden die Mischungsprozentsätze von Synthesefaser/Faserbrei und der Umwälzzeitgeber unter Mischbedingungen bei hoher Scherkraft variiert. Bei der verwendeten Synthesefaser handelte es sich um eine Zweikomponentenfaser CELBOND 105 von 6mm und 3 Denier. Die Chargengröße betrug 2300ml bei einer Konsistenz von 5%. Die Veränderungen sind im Folgenden in Tabelle 3 beschrieben. Bei den mit „zusammen" gekennzeichneten Beispielen wurden CEL-BOND 105 und Old Town (OT) zusammen aufgeschlossen. Bei den mit „getrennt" gekennzeichneten Beispielen wurde Old Town über die beschriebene Zeit aufgeschlossen, worauf das Einbringen der Synthesefaser und das Mischen folgten.
Tabelle 3
Beispiel 29
Mit einem geneigten Former wurden nassgeformte Bahnen mit einem Flächengewicht von 32 lbs/Ries, umfassend eine Zweikomponentenfaser von 15% und 25% von 3 Denier × 6mm, hergestellt. Der Rest der Faser war eine 40/60-Mischung von Naheola-Weichholz und von Hartholzfaserbrei, d.h. 16,5kg (36,4 lbs.) einer 85%igen 40/60-Mischung von Naheola-Weichholz und von Hartholzfaserbrei in dem Maschinenkasten mit 18,4 m³ (1000 Gallonen) Wasser. Als der Faserbrei Weichholz-/Hartholz-Faserbrei gut verteilt war (annähernd 15 Minuten), wurden 2,93 kg (6,45 lbs) einer Zweikomponentenfaser von 3 Denier × 6mm in den Kasten eingegeben. Die Faserbreiaufschlämmung wurde sanft umgerührt (annähernd 15 Minuten), bis die Zweikomponentenfaser gut verteilt war.
Die Fasermasse in dem Stoffauflaufkasten wurde auf eine Konsistenz von 0,05% oder weniger verdünnt. Das Flächengewicht auf der Rolle wurde auf 52,5 g/m² (32 lbs/Ries) eingestellt, und die Feuchtigkeit wurde auf 6% eingestellt. Auf der Saugseite der Kastenentleerungspumpe der Maschine wurden 5,4 g/kg (12 lbs/t) Nassfestharz eingegeben.
Beispiel 30
Aus einer Papierherstellungsfaser und einer Zweikomponentenfaser wurde ein Bahnmaterial hergestellt. Die Zweikomponentenfaser war eine Zweikomponentenfaser von 3 Denier und 6mm. Die Papierherstellungsfaser war eine 40/60- Mischung von Naheola-Weichholz- und Hartholzfaserbrei. Als ein homogenes Produkt geformt wurde, wurden die Papierherstellungsfaser und die Zweikomponentenfaser beide in den Auflöser eingegeben. Die Zweikomponentenfaser wurde in Mengen von 0, 7,5 und 15% zugesetzt. Als sich ein geschichtetes Produkt ausgebildet hatte, wurde die Zweikomponentenfaser in die Faserbreiaufschlämmung in dem Vorratskasten eingegeben. Die kombinierte Aufschlämmung wurde vor dem Drucksieb eingegeben. (Siehe 3). Als ein geschichtetes Produkt hergestellt war, wurde die Zweikomponentenfaser in Mengen von 0, 5, 15 und 30% zugesetzt. Alle Variationen in der Bahnzusammensetzung sind in den 21–31 vermerkt. Die bei diesem Beispiel verwendeten Kontrollbahnen enthielten keine durch Wärme verklebbare Faser. Die Bahnen wurden entweder mit Hilfe eines Luftdurchgangstrockners oder durch Einwirkenlassen von Infrarotlicht gehärtet. Die gehärteten Bahnen wurden auf SAT-Zugfestigkeit in g/m², Nasszugfestigkeit in Querrichtung in g/3" und auf Nassbausch in mil/8 Lagen jeweils als Funktion der Menge an durch Wärme verklebbarer Faser in der Bahn analysiert. Diese Ergebnisse sind in den 21–26 dargestellt.
Beispiel 31
Es wurden TAD-Handbögen mit 100% trocken gelegten Marathon-Handbögen aus Weichholz und auch mit trocken gelegtem Marathon-Weichholz mit 10% Zweikomponentenfaser hergestellt. Bei der vorliegenden Untersuchung wurden zwei Zweikomponentenfasern von unterschiedlicher Faserlänge von 1,27cm und 0,635cm (0,5 Zoll und 0,25 Zoll) verwendet. Die Zweikomponentenfasern verbesserten die Festigkeit und die Absoptionsfähigkeit der TAD-Handbögen.
Die TAD-Handbögen mit der Zweikomponentenfaser darin werden auf Festigkeit, Absoptionsfähigkeit und Dicke bewertet. Die Handbögen wurden unter Verwendung eines TAD-Simulators hergestellt. Die Zweikomponentenfaser von 1,27cm und 0,635cm (0,5 Zoll und 0,25 Zoll) wurde vor der Herstellung der Handbögen mit trocken gelegtem Marathon-Weichholz gemischt. Die bei dem vorliegenden Experiment verwendeten Experimentzellen sind in Tabelle 4 beschrieben.
Tabelle 4: Experimentalzellen
Die trocken gelegte Marathon-Weichholzbahn wurde mit Hilfe einer PFI-Mühle auf zwei Mahlgrade aufbereitet. In Tabelle 4 sind die Kanadischen Standard-Mahlgradswerte für die Breimasse aufgeführt. Vor der Herstellung der Handbögen wurden in die dicke Fasermasse mit einer Konsistenz von 1,5% Kymene 557H mit 8,92 g/kg (20 lbs./t) und Hercules CMC 7MT mit 1,52 g/kg (3,4 g(kg) eingegeben. Während des vorliegenden Experiments wurden Handbögen in zweierlei Weise hergestellt: 1) auf einem Sieb mit Maschenweite 100 mit Trocknung auf dem TAD-Simulator mit Hilfe eines zweiten Siebs mit Maschenweite 100 (ungeformter Bogen) und 2) auf einem Sieb mit Maschenweite 100 mit Überführung auf einen TAD-Bogen Voith 44G zur Formung eines nicht verdichteten geformten Bogens. Die auf einem TAD-Stoff Voith 44G geformten Handbögen wiesen höhere Dicke und höhere Absorptionsfähigkeitgrade als ungeformte, auf einem Sieb mit Maschenweite 100 getrocknete Handbögen auf.
Zweikomponentenfasern führen zu Verbesserungen in Absorptionsfähigkeit, Dicke und Festigkeit von TAD-Handbögen, ob sie nun auf einem Sieb mit Maschenweite 100 (ungeformt) oder mit einem TAD-Stoff Voith 44G (geformt) ge trocknet sind. Man beachte, dass Handbögen, die auf dem TAD-Stoff Voith 44G getrocknet und geformt sind, höhere Absorptionsfähigkeitsgrade als Handbögen aufweisen, die auf einem Sieb mit Maschenweite 100 getrocknet sind. Siehe 13.
Zweikomponentenfasern führen zu wesentlichen Verbesserungen in den Nass-/Trockenzugfestigkeitsverhältnissen (d.h. um das 2fache). Infolgedessen lassen sich die angestrebten Nasszugfestigkeitseigenshaften bei niedrigeren Trockenzugfestigkeitsgraden zustande bringen, was letztlich zu weicheren Handtucherzeugnissen führt.
13 zeigt die Beziehung zwischen SAT- und Trockenzugfestigkeit in Gramm für Handbögen, die auf einem Sieb mit Maschenweite 100 hergestellt und getrocknet sind. 14 zeigt die Beziehung zwischen SAT- und Trockenzugfestigkeit in Gramm für Handbögen, die auf einem TAD-Stoff Voith 44G hergestellt und geformt sind. 13 zeigt eine Erhöhung der SAT bei 1500g/t bei Handbögen, die Zweikomponentenfasern von 1,27 cm (0,50 Zoll) enthielten, um 13% und bei Handbögen, die Zweikomponentenfasern von 0,635cm (0,25 Zoll) enthielten, um 24% gegenüber einem Kontrollbogen ohne Zweikomponentenfaser. 14 zeigt, dass die Verbesserungen bei Einbringen der Zweikomponentenfaser annähernd die gleichen sind wie dann, wenn Handbögen unter Verwendung eines TAD-Stoffs Voith 44G getrocknet und geformt werden.
15 zeigt die Beziehung zwischen SAT- und Nasszugfestigkeit in Gramm für Handbögen, die auf einem Sieb mit Maschenweite 100 getrocknet sind. 16 zeigt die Beziehung zwischen SAT- und Nasszugfestigkeit in Gramm bei Handbögen, die auf einem TAD-Stoff Voith 44G getrocknet sind. 15 zeigt bei etwa 5008 Gewicht eine Erhöhung der SAT um etwa 31 % bei Handbögen, die mit einer Zweikomponentenfaser von 1,27 cm (0,50 Zoll) und 0,635cm (0,25 Zoll) Länge hergestellt wurden, gegenüber einem Kontrollbogen mit 0% Zweikomponentenfaser darin. 16 zeigt, dass die Verbesserungen bei Einbringen der Zweikomponentenfaser annähernd die gleichen sind wie dann, wenn Handbögen unter Verwendung eines TAD-Stoffs Voith 44G getrocknet und geformt werden.
Wenn die Technologie der Zweikomponentenfaser angewandt wird, treten sehr starke Zunahmen der Festigkeit ein. Beispielsweise in 15 ergibt die Zweikomponentenfaser bei einer SAT von 250 g/m² eine starke Zunahme der Nasszugfestigkeit in Gramm (um mehr als 200%). 16 zeigt, dass die Verbesserungen bei der Nasszugfestigkeit in Gramm bei Einbringen der Zweikomponentenfaser annähernd die gleichen sind wie bei Handbögen, die auf dem TAD-Stoff Voith 44G getrocknet und geformt werden.
17 zeigt das Verhältnis zwischen Dicke und Nasszugfestigkeit in Gramm bei Handbögen, die auf einem Sieb mit Maschenweite 100 getrocknet werden. 18 zeigt das Verhältnis zwischen Dicke und Nasszugfestigkeit in Gramm bei Handbögen, die auf dem TAD-Stoff Voith 44G getrocknet und geformt werden. 17 zeigt bei 500 g Gewicht eine Erhöhung der Dicke um 35% bei Handbögen, die aus einer Zweikomponentenfaser von 1,27 cm (0,50 Zoll) hergestellt wurden, und um 48% bei Handbögen, die aus einer Zweikomponentenfaser von 0,635cm (0,25 Zoll) hergestellt wurden, gegenüber einem Kontrollbogen, der frei von Zweikomponentenfaser ist. 18 zeigt, dass man Verbesserungen der Dicke erhält, wenn man eine Zweikomponentenfaser in Handbögen einbringt, die unter Verwendung eines TAD-Stoffs Voith 44G getrocknet und geformt werden.
19 zeigt das Verhältnis zwischen Nasszugfestigkeit in Gramm und Trockenzugfestigkeit in Gramm für auf einem Sieb mit der Maschenzahl 100 getrocknete Handbögen. 20 zeigt das Verhältnis zwischen Nasszugfestigkeit in Gramm und Trockenzugfestigkeit in Gramm für mit Hilfe eines TAD-Stoffs Voith 44G getrocknete und geformte Handbögen. Bei einer Trockenzugfestigkeit von 1500 Gramm zeigen die 19 und 20 Daten für das Nass-/Trockenzugfestigkeitsverhältnis für eine Zweikomponentenfaser enthaltende Handbögen, das mehr als das Doppelte des Nass-/Trockenzugfestigkeitsverhältnisses für Handbögen ohne Zweikomponentenfaser beträgt. Infolgedessen können durch das Einbringen der Zweikomponentenfaser in Handbögen Nasszugfestigkeitsziele bei niedrigeren Trockenzugfestigkeiten erreicht werden, und folglich wird die Handgriffigkeit auf höhere Grade gebracht.
Beispiele 32–44
Beispiele 32–35, 37, 41:

Kontrollbogen – 100% Faserbrei

Beispiel 36:

1 % Celbond, 85% Faserbrei

Beispiele 38–40:

15% PLA/PET von 2,9 Denier, 85% Faserbrei

Beispiele 42–44:

15% PLA/PP von 3,4 Denier, 85% Faserbrei

Alle synthetischen Fasern waren 6mm lang.

Beispiele 32–35: Es wurde ein Kontrollbogen mit 24,45 g/m² (15 lbs./Ries) mit 50% auf 500 CSF aufbereitetem Naheola-Weichholz und mit 50% Naheola-Hartholz hergestellt. Das Produkt wurde mit Hilfe eines Kreppklebers auf PVOH-Basis in einer Menge von 0,669 g/kg (1,5 lbs/t) und mit einer schrägwinkeligen Klinge in einem Kreppwinkel von 86° gekreppt. Die Ergebnisse waren schlecht, und mithin wurde die Kontrolle mit der gleichen Kreppklebermischung mit 0,335 g/kg (0,75 bls/t) wiederholt. Es trat das gleiche Ergebnis ein. In den Kontrollbogen wurden Nassfestmittel in einer Menge von 7,126 g/kg (16 lbs/t) eingebracht. Das Nassfestmittel wurde vor der Gebläsepumpe in den Weichholzfaserbrei eingebracht. Diese Menge des Nassfestmittels bewirkte, dass die Fasermasse schäumte. Es wurde eine andere Kontrollprobe hergestellt, und der Kreppkleber wurde etwas modifiziert, um die Menge an PVOH zu erhöhen. Der Kleber wurde wiederum in einer Menge von 0,669 g/kg (1,5 lbs/t) aufgebracht. Der Bogen wurde mit einer schrägen Klinge von 15° gekreppt. Der Bogen wurde bei einer Temperatur von etwa 131,3°C (242°F) auf einem Yankee getrocknet. Die Spannung zwischen dem Yankee und der Rolle wurde mit einem Spannungsmesser als 1.6 gemessen.
Beispiel 36: Diese Probe wurde in der gleichen Weise wie die Beispiele 32–35 hergestellt. Die Celbond-Zweikomponentenfaser wurde direkt In den Hartholzbehälter (HW) eingegeben, und der Spannungsmesser ging auf Null, als die Faser an dem Trockner anlangte. Die Probe wurde unter Verwendung einer schrägen Klinge von 8° in einem Kreppwinkel von 79° gekreppt. Der Krepp in dieser Probe war verbessert. Die Spannung zwischen dem Yankee und der Rolle wurde mit dem Spannungsmesser als 0,5–0,6 gemessen. Das gekreppte Produkt konnte als grob und ungleichmäßig, jedoch zur Erzeugung von Rollen zum Zugriff auf physikalische Eigenschaften als akzeptabel gekennzeichnet werden.
Beispiel 37: Mit Hilfe einer schrägen Klinge von 8° wurde ein Kontrollfaserbrei von 100% zum Vergleich mit der Celbond-Zelle mit der schrägen Klinge von 8° hergestellt.
Beispiel 38: In den Hartholzbehälter (HW) wurde eine PLA/PET-Faser von 2,9 Denier derart eingebracht, dass 30% der Faser in dem Behälter synthetisch waren. Die Teilung von 50/50 aus jedem Behälter ergab eine Fasermasse von 50% Naheola-Weichholz, 35% Naheola-Hartholz und 15% synthetischer Faser. In dem Hartholzbehälter wurde die Drehzahl des Rührwerks erhöht, jedoch wurde kein Wasser als Ausgleich für die Faser eingegeben. Die synthetische Faser verteilte sich gut und formte sich gut. Der hauptsächlich von dem Nassfestharz verursachte Schaum erschien nach dem Einbringen der synthetischen Faser als etwas schlechter. Da wir uns auf keine Theorie festlegen möchten, kann die Zunahme des Schaumprodukts vielleicht auf das Appreturmittel zurückzuführen sein, das während des Bearbeitens der Faser auf die synthetische Faser aufgebracht wurde. Die Formung der Bögen erschien als flockiger, und das kann vielleicht zumindest zum Teil der weniger kurzen Faser in dem Bogen zuzuschreiben sein. Als die Faser auf den Trockner traf, löste sich der Bogen an der schrägen Klinge von 8° auf.
Beispiel 39: Dieses Beispiel wurde genau wie Beispiel 38 ausgeführt, nur dass ein andere Kreppwinkel verwendet wurde. Eine um 15° geneigte Kreppklinge wurde erfolglos ausprobiert. Das Verhalten stimmte mit dem PLA-„Schmelzen" überein, selbst wenn die Temperatur des Trockners weit unter 130°C lag.
Beispiel 40: In der in Beispiel 38 beschriebenen Weise wurde eine andere Probe mit PLA-Faser hergestellt, jedoch wurde die Temperatur des Trockners auf 208°F abgesenkt, von dem Sprühvorsatz wurde der Überzug entfernt, und es wurde nur Wasser verwendet, und es wurde eine um 20° geneigte schräge Kreppklinge mit einem Kreppwinkel von 91° eingebaut. Durch diese Handlungen entstand ein guter Krepp. Der Bogen wurde nass, und die Temperatur des Trockners wurde allmählich auf 131,3°C (242°F) erhöht. Die Zugfestigkeit des Bogens nahm mit der Temperatur des Trockners zu, was auf zunehmende Bindung durch Wärme an dem Trockner hindeutete. Der Krepp war sehr fein und nicht gut definiert. Die Yankee-Seite erschien als glatt.
Beispiel 41: Mit 100% Faserbrei und einer um 20° geneigten Kreppklinge wurde ein Kontrollbogen zum Vergleich gegenüber der PLA/PET-Zelle von 2,9 Denier hergestellt.
Beispiele 42–44: Es wurde eine synthetische PLA/PP-Faser von 3,4 Denier wie vorhergehende Synthesefaserzellen in den Hartholztank eingebracht. Eine um 20° geneigte Kreppklinge funktionierte gut, jedoch mit weniger Spannung an dem Spannungsmesser als die Zelle mit 100% Faserbrei. Um 15° und um 8° geneigte Kreppklingen funktionierten ebenfalls gut. Für den Rest der Synthesezelle wurde eine um 15° geneigte Kreppklinge verwendet, und der Überzug verblieb in dem gleichen Grad wie bei der Zelle mit 100% Faserbrei erhalten. In einem Versuch zur Verklebung durch Wärme an dem Trockner wurde die Temperatur des Trockners allmählich von 126,9°C auf 139,4°C (von 235°F auf 255°F) erhöht. Als der Trockner 139,4°C erreichte, erfolgte eine leichte Zunahme des Gewichts in Querrichtung. Die Ergebnisse der Wirkung, dass die Yankee-Temperatur die Zugfestigkeit in Querrichtung erhöht, sind in 32 dargelegt.
In 33 sind die Ergebnisse der Beispiele 32–44 mit der Faserart, der Kreppklinge und der Bindung durch Wärme zusammengestellt. Eine synthetische Faser mit 15% Fasermasse bewirkte, dass sich die SAT um 15–40+% mehr als bei Bögen mit 100% Faserbrei erhöhte. Wie in 33 zu sehen ist, verschiebt die synthetische Faser die SAT-/CDWT-Kurve nach oben. 33 zeigt, dass durch die Verklebung durch Wärme die SAT in einem mit PLA-Faser hergestellten Rohbogen verbessert wird. Alle als „gehärtet" vermerkten Proben wurden fünf Minuten lang bei 154°C in einem Ofen durch Wärme verklebt. Die vollen Symbole stellen den Rohbogen beim Austreten aus der Papiermaschine dar. Die leeren Symbole mit ähnlicher Form stellen den Rohbogen nach der Wärmebehandlung dar. Wie man in 33 sehen kann, ist Celbond neutral. Die SAT-Rate ist bei PLA/PP-Faser mit 3,4 Denier höher als bei Celbond. Die SAT-Rate für einen mit PLA/PET-Faser hergestellten Bogen ist etwa die gleiche wie bei Celbond.
34 zeigt den Einfluss der Verklebung durch Wärme auf die SAT in Bögen dar, die mit PLA und Celbond hergestellt sind.
35 zeigt den Einfluss der Verklebung durch Wärme auf den Bogenmodul. Durch Verklebung eines Bogens durch Wärme mit Celbond wird der Bogen steifer (der Gramm-Modul um 84% erhöht). Durch Verklebung eines Bogens durch Wärme mit PLA-Faser wird der Bogen etwas steifer (der Gramm-Modul um 10% erhöht). In dem PLA-Bogen wird die durch Verklebung mit Wärme erhöhte Zugfestigkeit durch erhöhte Streckung in Hauptrichtung und in Querrichtung kompensiert. (Siehe 36 und 37).
Für den Fachmann werden aus der Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Verwendung der hier offenbarten Erfindung andere Ausführungsformen der Erfindung erkennbar. Die Beschreibung und die Beispiele sollen als nur beispielhaft angesehen werden, wobei der wahre Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben ist.

Claims

Papierprodukt, mit: Papierherstellungsfaser; und einer durch Wärme verklebbaren thermoplastischer Faser, die zur hydrophilen Gestaltung der Faseroberfläche oberflächenmodifiziert ist, wobei das Produkt nassgeformt ist.
Papierprodukt nach Anspruch 1, wobei die Papierherstellungsfaser eine Holzfaser ist.
Papierprodukt nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die durch Wärme verklebbare Faser aus mindestens einer von einer Zweikomponenten- und einer Dreikomponentenfaser ausgewählt ist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Zweikomponentenfaser ist, die einen oder mehrere Polyester, Polyolefine, Copolyolefine, Polyethylene, Polypropylene, Polybutylene, Polyethylenterephthalate, Polytrimethylenterephthalate, Polybutylenterephthalate, Polyurethane, Polyamide, Polycarbonsäuren, Alkylenoxide, Polymilchsäuren und Mischungen derselben umfasst.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Dreikomponentenfaser ist, die einen oder mehrere Polyester, Polyolefine, Copolyolefine, Polyethylene, Polypropylene, Polybutylene, Polyethylenterephthalate, Polytrimethylenterephthalate, Polybutylenterephthalate, Polyurethane, Polyamide, Polycarbonsäuren, Alkylenoxide, Polymilchsäuren und Mischungen derselben umfasst.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser durch das Einbringen eines Tensids, das aus mindestens einem von einem anionischen, einem kationischen, einem zwitterionischen und einem nichtionischen Tensid ausgewählt ist, oberflächenmodifiziert ist.
Papierprodukt nach Anspruch 6, wobei das Tensid ein nichtionisches Tensid umfasst.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, außerdem mit einem nassfesten Harz.
Papierprodukt nach Anspruch 8, wobei das nassfeste Harz aus mindestens einem von dauerhaft nassfesten Mitteln und von vorübergehend nassfesten Mitteln ausgewählt ist.
Papierprodukt nach Anspruch 9, wobei das nassfeste Harz ein dauerhaft nassfestes Mittel umfasst, das aus mindestens einem von aliphatischen und von aromatischen Aldehyden, Harnstoffformaldehydharzen, Melaminformaldehydharzen und Polyamidepichlorhydrinharzen ausgewählt ist.
Papierprodukt nach Anspruch 9, wobei das nassfeste Harz ein vorübergehend nassfestes Mittel umfasst, das aus mindestens einem von aliphatischen und von aromatischen Aldehyden, Glyoxal, Malondialdehyd, Sukzindialdehyd, Glutaraldehyd, Dialdehydstärken, substituierten oder einer Reaktion unterworfenen Stärken, Disacchariden, Polysacchariden, Polyethylenimin, Chitosan und einer Reaktion unterworfenen polymeren Reaktionsprodukten von Monomeren oder von Polymeren mit Aldehydgruppen ausgewählt ist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, außerdem mit einem trockenfesten Mittel, das aus mindestens einem von Stärke, Guarmehl, Polyacrylamiden und Carboxymethylcellulose ausgewählt ist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser in einer Menge von mindestens 2% vorhanden ist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser in einer Menge von höchstens 50% vorhanden ist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser in einer Menge von 5 bis 30% vorhanden ist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Produkt ein geschichtetes Produkt ist.
Papierprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Produkt ein homogenes Produkt ist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Länge von mindestens 1mm aufweist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Länge von höchstens 25mm aufweist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Länge von 6 bis 13mm aufweist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, das ein Flächengewicht von mindestens 10 lbs/Ries (4,5 kg/Ries) aufweist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, das ein Flächengewicht von höchstens 60 lbs/Ries (27 kg/Ries) aufweist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, das ein Flächengewicht von 13 bis 40 lbs/Ries (18 kg/Ries) aufweist.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Fasern durch Wärmebehandlung verklebt werden.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Produkt geprägt ist.
Papierprodukt nach Anspruch 25, wobei die Fasern durch Wärmebehandlung verklebt werden.
Papierprodukt nach Anspruch 26, wobei die Fasern vor oder nach dem Prägen durch Wärmebehandlung verklebt werden.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Papierprodukt eine Bahnnassreißlänge von mindestens 250 Metern aufweist.
Papierprodukt nach einem Anspruch 28, wobei die Bahnnassreißlänge mindestens 300 Meter beträgt.
Papierprodukt nach einem Anspruch 28, wobei die Bahnnassreißlänge 250 bis 500 Meter beträgt.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Papierprodukt eine Bahnnassreißlänge von mindestens 250 Metern im Cellulosebereich und eine SAT-Zugfestigkeit von mindestens 5g/g aufweist.
Papierprodukt nach Anspruch 31, wobei die Bahnnassreißlänge im Cellulosebereich mindestens 300 Meter beträgt.
Papierprodukt nach Anspruch 31, wobei die Bahnnassreißlänge im Cellulosebereich 250 Meter bis 300 Meter beträgt.
Papierprodukt nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei die SAT-Zugfestigkeit mindestens 6g/g beträgt.
Papierprodukt nach einem der Ansprüche 31 bis 33, wobei die SAT-Zugfestigkeit 5g/g bis 14g/g beträgt.
Papierprodukt nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Papierprodukt eine netzförmige Matrix aus durch Wärme verklebbaren Fasern aufweist.
Papierprodukt nach Anspruch 36, wobei die Bahnnassreißlänge des Papiers im Cellulosebereich mindestens 250 Meter beträgt.
Papierprodukt nach Anspruch 37, wobei die Bahnnassreißlänge des Papiers im Cellulosebereich 250 Meter bis 500 Meter beträgt.
Papierprodukt nach Anspruch 38, wobei die SAT-Zugfestigkeit des Papiers mindestens 5g/g beträgt.
Papierprodukt nach Anspruch 39, wobei die SAT-Zugfestigkeit des Papiers 5g/g bis 14g/g beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Papierprodukts nach einem vorhergehenden Anspruch, mit: dem Verteilen der Papierherstellungsfasern in einer wässrigen Lösung; dem Verteilen der durch Wärme verklebbaren thermoplastischen Fasern in einer wässrigen Lösung; dem Formen der Papierherstellungsfasern und der durch Wärme verklebbaren Fasern zu einer entstehenden Bahn, wobei die Bahn mit einer Anlagengeschwindigkeit von mehr als 5,08 m/s [1000 ft/min] gebildet wird, und dem Trocknen der Bahn.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei die Papierherstellungsfasern und die durch Wärme verklebbaren Fasern gleichzeitig verteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei die Papierherstellungsfasern und die durch Wärme verklebbaren Fasern nacheinander verteilt werden.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Faserdispersion außerdem mit einem Nassfestigkeitseinstellmittel versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 44, wobei das Nassfestigkeitseinstellmittel ein Harz ist, das aus mindestens einem von dauerhaft nassfesten Mitteln und vorübergehend nassfesten Mitteln ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 45, wobei das nassfeste Harz ein dauerhaft nassfestes Mittel umfasst, das aus mindestens einem von aliphatischen und von aromatischen Aldehyden, Harnstoffformaldehydharzen, Melaminformaldehydharzen und Polyamidepichlorhydrinharzen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 45, wobei das nassfeste Harz ein vorübergehend nassfestes Mittel umfasst, das aus mindestens einem von aliphatischen und von aromatischen Aldehyden, Glyoxal, Malondialdehyd, Sukzindialdehyd, Glutaraldehyd, Dialdehydstärken, substitiuerten oder einer Reaktion unterworfenen Stärken, Disacchariden, Polysacchariden, Polyethylenimin, Chitosan und einer Reaktion unterworfenen polymeren Reaktionsprodukten von Monomeren oder von Polymeren mit Aldehydgruppen ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 47, außerdem mit einem trockenfesten Mittel, das aus mindestens einem von Stärke, Guarmehl, Polyacrylamiden und Carboxymethylcellulose ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 48, wobei die Bahn durch herkömmliches Nasspressen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 49, wobei die Bahn aus einem Trockenzylinder einer Yankeemaschine heraus gekreppt wird.
Verfahren nach Anspruch 49 oder Anspruch 50, wobei die Fasern in der Bahn geschichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 48, wobei die Bahn durch Trocknen in Durchgangsluft gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 52, wobei die Bahn aus einem Trockenzylinder einer Yankeemaschine heraus gekreppt wird.
Verfahren nach Anspruch 52, wobei die Bahn nicht gekreppt wird.
Verfahren nach Anspruch 52, wobei die Fasern in der Bahn geschichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 55, wobei die getrocknete Papierbahn einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 56, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens 165° (74°C) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 57, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 200°F (93°C) und 310°F (154°C) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 58, wobei die Papierherstellungsfaser eine Holzfaser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 59, wobei die durch Wärme verklebbare Faser aus mindestens einer von einer Zweikomponenten- oder einer Dreikomponentenfaser ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 60, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Zweikomponentenfaser ist, die einen oder mehrere Polyester, Polyolefine, Copolyolefine, Polyethylene, Polypropylene, Polybutylene, Polyethylenterephthalate, Polytrimethylenterephthalate, Polybutylenterephthalate, Polyurethane, Polyamide, Polycarbonsäuren, Alkylenoxide, Polymilchsäuren und Mischungen derselben umfasst.
Verfahren nach Anspruch 60 oder 61, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Dreikomponentenfaser ist, die einen oder mehrere Polyester, Polyolefine, Copolyolefine, Polyethylene, Polypropylene, Polybutylene, Polyethylenterephthalate, Polytrimethylenterephthalate, Polybutylenterephthalate, Polyurethane, Polyamide, Polycarbonsäuren, Alkylenoxide, Polymilchsäuren und Mischungen derselben umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 62, wobei die durch Wärme verklebbare Faser durch das Einbringen eines Tensids, das aus mindestens einem von einem anionischen, einem zwitterionischen, einem kationischen und einem nichtionischen Tensid ausgewählt ist, oberflächenmodifiziert ist.
Verfahren nach Anspruch 63, wobei das Tensid ein nichtionisches Tensid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 64, wobei die durch Wärme verklebbare Faser in einer Menge von mindestens 2% vorhanden ist.
Verfahren nach einem nach einem der Ansprüche 41 bis 65, wobei die durch Wärme verklebbare Faser in einer Menge von höchstens 50% vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 66, wobei die durch Wärme verklebbare Faser in einer Menge von 5 bis 30% vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 67, wobei die Fasern in der Bahn homogen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 68, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Länge von mindestens 1mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 69, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Länge von höchstens 25mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 70, wobei die durch Wärme verklebbare Faser eine Länge von 6 bis 13mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 71, außerdem mit dem Prägen der Bahn.
Verfahren nach Anspruch 72, wobei die getrocknete Papierbahn einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 73, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von mindestens etwa 165° (74°C) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 74, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen etwa 200°F (93°C) und etwa 310°F (154°C) erfolgt.