具有增強的橫向特性的棉紙片材的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供通過再潤濕干燥的棉紙纖網(wǎng)、壓榨該再潤濕的纖網(wǎng)以及二次干燥該纖網(wǎng)來生產(chǎn)具有改進(jìn)的耐用性的棉紙。該改進(jìn)的耐用性用較高的機器橫向(CD)上的斜率表示。
【專利說明】具有增強的橫向特性的棉紙片材
【背景技術(shù)】
[0001]一般而言，造紙商且尤其是低基重棉紙纖網(wǎng)的生產(chǎn)商試圖在給定的抗拉強度下減小機器方向和橫向上的斜率。例如授予Underhill的美國專利US7972474公開了具有增強的機器橫向特性的棉紙，其包括相對高的峰值伸長率、相對低的斜率和高吸收的拉伸能量。UnderhilI提出具有這些特性的棉紙產(chǎn)品在相對較高強度下具有相對較低的硬挺度和較高的延伸性。通常，Underhill所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有約2000克/3英寸至3000克/3英寸的機器橫向斜率(CD斜率)。Underhill假設(shè)較低的CD斜率與較低的抗彎硬挺度有關(guān)，從而產(chǎn)生柔軟的棉紙。
[0002]除了 Underhill的教導(dǎo)，造紙商已經(jīng)試圖通過降低⑶抗拉強度或通過在給定的⑶張力下提高CD伸長率來降低CD斜率。但是，因為高CD伸長率水平由于織物技術(shù)進(jìn)步而變得可行，CD斜率值變得更低，并且在某特定情況下，低CD斜率會被解讀為薄弱或易損壞的棉紙。因而在一些情形中期望造紙商能夠提高⑶斜率。
[0003]提高棉紙纖網(wǎng)的⑶斜率的一個實例由授予Mullally的美國專利US7300543提供。為了提高棉紙纖網(wǎng)的CD斜率，Mullally在不起縐的透風(fēng)干燥棉紙工藝中使用具有較深的不連續(xù)凹窩的造紙織物。雖然Mullally的纖網(wǎng)具有高的⑶斜率，該⑶斜率值不足以提供在合適的⑶抗拉強度級別下具有期望屬性、例如手上實體感的棉紙。此外，具有較深的不連續(xù)凹窩的產(chǎn)品不是消費者所期望的。因此，本領(lǐng)域仍需要具有高CD斜率的棉紙纖網(wǎng)以及制造該棉紙纖網(wǎng)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有改進(jìn)的耐用性和柔軟度的棉紙纖網(wǎng)可以如此制造，S卩，通過再潤濕被干燥的棉紙纖網(wǎng)、壓榨該再潤濕的纖網(wǎng)以及二次干燥該纖網(wǎng)。該改進(jìn)的耐用性/柔軟度關(guān)系可由高的橫向斜率(CD斜率)體現(xiàn)，該CD斜率是針對該棉紙的機器橫向載荷相對于棉紙伸長曲線的斜率。尤其是在給定的CD張力和CD伸長率下的高CD斜率導(dǎo)致產(chǎn)品會被消費者認(rèn)為是耐用的。此外，高CD斜率意味著，當(dāng)消費者使用產(chǎn)品時，有益的CD伸長率不會輕易地從棉紙中消減。因此，具有高CD斜率的棉紙產(chǎn)品當(dāng)在CD方向承受拉伸載荷時會抵抗CD伸長率的消減。CD特性尤其重要，因為棉紙纖網(wǎng)通常在該方向上相對薄弱并且會損壞，這是由于纖維取向主要在機器方向(MD)。因而，就提供非常耐用的棉紙而言，特別期望能提高CD斜率。雖然可以僅通過提高CD抗拉強度來提高CD斜率，但這不是優(yōu)選的，因為這往往會使棉紙更硬且進(jìn)而在消費者看來較不柔軟。因此，已確定CD抗拉強度和CD斜率的合適組合對提供消費者偏愛的棉紙產(chǎn)品而言特別期望的。
[0005]因此在一個方案中，本發(fā)明提供具有小于約1500克/3英寸的CD張力、大于約12%的⑶伸長率和大于約9000克/3英寸的⑶斜率的棉紙纖網(wǎng)。
[0006]在其它方案中，本發(fā)明提供具有⑶張力與⑶斜率的比值大于約10且⑶伸長率大于約10%的棉紙纖網(wǎng)。
[0007]在另一個方案中，本發(fā)明提供制造棉紙片材的方法:(a)形成具有小于約5%的含濕量的透風(fēng)干燥的棉紙纖網(wǎng)，(b)再潤濕所述透風(fēng)干燥的纖網(wǎng)，(c)壓榨所述再潤濕的纖網(wǎng)，以及⑷干燥經(jīng)壓榨的纖網(wǎng)以使纖網(wǎng)含濕量小于5%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的、再潤濕、壓榨和干燥棉紙纖網(wǎng)的一個實施例視圖；
[0009]圖2a是用于壓榨如實例所述纖網(wǎng)的壓板的俯視圖，圖2b是前述壓板的放大側(cè)視圖；
[0010]圖3是由福伊特織物公司(威斯康辛州阿普爾頓)提供的t-1205-2TAD織物的圖片。
[0011]定義
[0012]術(shù)語“抗拉強度”、“MD (機器方向)張力”和“CD(機器橫向)張力”通常是指當(dāng)用254毫米/分鐘的十字頭速度、4540克的最大刻度載荷、50.8毫米的夾爪跨距(標(biāo)距)以及762毫米的試樣寬度測量時在任意給定的取向上拉伸或張拉時材料可以承受的最大應(yīng)力。MD抗拉強度為當(dāng)樣本在機器方向上被張拉至破裂時的每3英寸樣本寬度的峰值載荷。類似地，CD抗拉強度為當(dāng)樣本在機器橫向被張拉至破裂時的每3英寸樣本寬度的峰值載荷。對于單片層產(chǎn)品，每一抗拉強度測試是在該單片層上進(jìn)行。對于多片層產(chǎn)品，抗拉測試是在最終產(chǎn)品所預(yù)期具有的多片層上進(jìn)行。例如，雙片層產(chǎn)品是同時在兩片層測試，所記錄的MD和CD抗拉強度是所述兩片層的強度。
[0013]利用JDC精確樣本裁切刀(Thwing-Albert儀器公司，費城，賓州，型號JDC3-10，系列號37333)沿機器方向(MD)或機器橫向(⑶)的取向裁切3英寸(76.2mm) X5英寸(127mm)的條帶來制備用于抗拉強度測試的樣本。用于測量抗張強度的儀器為MTS SystemsSintechl 1S，系列號 6233。數(shù)據(jù)獲取軟件是用于 Windows3.10 的 MTS Test Works?(MTSSystems公司，Research Triangle Park, NC)。測壓元件由最高50牛頓力或100牛頓力選擇，這取決于被測樣本的強度，從而大多數(shù)的峰值力值落在測壓元件整個刻度值的10%到90%之間。夾爪之間的標(biāo)距為2±0.04英寸(50.8±lmm)。夾爪被氣動操作并且被覆以橡膠。最小夾持面寬度為3英寸(76.2毫米)，夾爪的大致高度為0.5英寸(12.7毫米)。十字頭速度為10 ±0.4英寸/分鐘(254±lmm/min)，破裂敏感度被設(shè)定為65%。樣本被豎向和水平居中地置于儀器的夾爪內(nèi)。隨后開始測試并在試樣破裂時結(jié)束測試。峰值載荷記錄為試樣的“MD抗拉強度”或“CD抗拉強度”,這取決于樣本試驗方向。對于每一產(chǎn)品，需要“按原樣”測試至少六(6)個代表性試樣，所有單個試樣測試的算術(shù)平均值是產(chǎn)品的MD或CD抗拉強度。
[0014]術(shù)語“吸收的拉伸能量(簡寫為TEA) ”通常是指在如前述的同一抗拉測試過程中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線下方的面積。該面積是基于當(dāng)片材受拉破裂且作用在該片材上的載荷降至峰值拉伸載荷的65%時達(dá)到的應(yīng)變值。因為紙片厚度通常不可知并且在測試的過程中會發(fā)生變化，通常的做法是忽略該片材的截面積，而作為每單位長度上的載荷應(yīng)力或者通常以克/3英寸寬度為單位報告該片材上的“應(yīng)力”。對于TEA的計算，應(yīng)力被轉(zhuǎn)換為克/厘
米，且所述面積通過積分來計算。應(yīng)變的單位為厘米/厘米，從而TEA的最終單位為g-cm/
2
cm ο
[0015]術(shù)語“伸長率”、“MD伸長率”和“⑶伸長率”通常指在任何給定取向上產(chǎn)生峰值載荷時的樣本的經(jīng)松弛校正的伸長值除以經(jīng)松弛校正的標(biāo)距長度的比值。伸長率是在確定如上所述的抗拉強度的過程中的MTS Testfforks?的輸出值。伸長率以百分?jǐn)?shù)計。
[0016]術(shù)語“CD斜率”通常是指由繪制CD張力-CD伸長率時獲得的線的斜率并且是在確定如上所述的抗拉強度的過程中的MTSTestWorks?的輸出值。斜率以克(g)/單位樣本寬度(英寸)計并且以落入70至157克(0.687至1.540N)之間的試樣生成力的經(jīng)載荷校正后的應(yīng)變值除以試樣寬度所擬合的最小二乘線的傾斜度的形式測得。
[0017]本文所用的紙片“紙厚”是單張棉紙片的代表性厚度，其根據(jù)TAPPI測試方法T402 “用于紙、硬紙板、抄漿片和相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)處理和測試環(huán)境”和T411om-89 “紙、硬紙板和復(fù)合紙板的厚度(紙厚)”來測定，其中注3用于堆疊的紙。用于執(zhí)行T411om-89的微米計是Emveco200_A棉紙厚度測試儀(由俄勒岡州紐伯格的Emveco公司提供)。微米計具有2千帕斯卡的力、2500平方毫米的壓腳面積、56.42毫米的壓腳直徑、3秒停留時間和0.8毫米/秒的降下速度。
[0018]本文所用的片材“松厚度”按照用微米表示的紙厚除以用克/平方米表示的干燥基重之商來計算。最終的松厚度以立方厘米/克來表示。
[0019]本文所用的術(shù)語“片濕度”通常是指棉紙纖網(wǎng)的10英尺片材部段的平均紙片濕度。紙片濕度通過給含濕片稱重并將該片的該重量與在該片在爐中烘干至水分被消除時的片重量相比較而測得。用于確定片濕度的合適的測試方法是TAPPI Test T-210cm-93。
【具體實施方式】
[0020]現(xiàn)在已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，可如此制得具有增強的機器橫向(⑶)特性、如⑶斜率和⑶伸長率的棉紙纖網(wǎng)，即，使已干燥的棉紙纖網(wǎng)進(jìn)行再潤濕、壓榨和二次干燥。例如，在一個實施例中，根據(jù)本領(lǐng)域中已知的方法、例如在美國專利US5772845中公開的方法來生產(chǎn)棉紙纖網(wǎng)，以獲得基重為約15至約60克/平方米(gsm)并且含濕量為約0.5%至約5%之間的未起縐的透風(fēng)干燥(UCTAD)棉紙纖網(wǎng)。該已干燥的棉紙纖網(wǎng)接著被再潤濕，以使得含濕量提升至至少約10%，優(yōu)選至約15%至約50%之間。該再潤濕的棉紙纖網(wǎng)接著會在優(yōu)選為至少約1000磅/平方英寸(psi)、例如約2000至約IOOOOpsi的壓力作用下受到壓榨。壓榨之后，該再潤濕和經(jīng)壓榨的棉紙纖網(wǎng)會被二次干燥，以獲得具有含濕量為約0.5%至約5%之間、更優(yōu)選為約1%至3%之間的棉紙纖網(wǎng)。產(chǎn)生的棉紙纖網(wǎng)具有改進(jìn)的⑶特性。
[0021]相應(yīng)地，在一些實施例中，再潤濕和經(jīng)壓榨的棉紙纖網(wǎng)具有的⑶伸長率大于約10%、具體為約12%至約25%之間、更具體為約12%至約20%之間、進(jìn)一步具體為約12%至約18%之間。
[0022]體現(xiàn)片材柔軟度或硬挺度的本發(fā)明棉紙纖網(wǎng)的⑶斜率可以從約9000克/3英寸至約18000克/3英寸、更具體從約10000克/3英寸至約16000克/3英寸、進(jìn)一步具體為約12000克/3英寸至約14000克/3英寸。優(yōu)選，該CD斜率可在具有小于約1500克/3英寸、更優(yōu)選為約800克/3英寸至約1000克/3英寸之間的CD張力的棉紙纖網(wǎng)中實現(xiàn)。如前所述，可以通過提高⑶張力來提高⑶斜率，但這對硬挺度或柔軟度產(chǎn)生負(fù)面效果。因此，本發(fā)明的目標(biāo)之一是提供具有相對適度的CD張力從而保持纖網(wǎng)的柔軟度但具有提高的CD斜率的棉紙纖網(wǎng)。
[0023]體現(xiàn)棉紙片整體耐用性的本發(fā)明棉紙纖網(wǎng)的⑶TEA可為約8克-厘米/平方厘米(g-cm/cm2)或更大、具體為約8g_cm/cm2至約16g_cm/cm2、更具體為約10g-cm/cm2至約14g-cm/cm2。
[0024]在其他實施例中，本發(fā)明的棉紙纖網(wǎng)在給定的⑶張力下具有⑶伸長率和⑶斜率的新組合。例如，優(yōu)選棉紙纖網(wǎng)具有小于約1500克/3英寸的⑶張力、大于約12%的⑶伸長率和大于約9000克/3英寸的CD斜率。
[0025]在特定的CD張力和CD伸長率水平下的所述的CD斜率提高是對現(xiàn)有技術(shù)棉紙的改進(jìn)，現(xiàn)有技術(shù)棉紙通常試圖在給定的CD張力下降低CD斜率。根據(jù)本發(fā)明制造的棉紙纖網(wǎng)和現(xiàn)有技術(shù)中纖網(wǎng)的比較提供如下:
[0026]表1
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種棉紙纖網(wǎng)，具有小于約1500克/3英寸的CD張力、大于約12%的CD伸長率和大于約9000克/3英寸的⑶斜率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棉紙，其中，所述⑶張力為約1000克/3英寸至約1300克/3英寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的棉紙，其中，所述⑶伸長率大于約15%。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的棉紙，其中，所述CD伸長率為約12%至約20%。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的棉紙，其中，所述CD斜率為約11000克/3英寸至約15000克/3英寸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的棉紙，其中，所述CD張力為約800克/3英寸至約.1500克/3英寸，所述CD斜率為約9000克/3英寸至約15000克/3英寸。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的棉紙，其中，所述纖網(wǎng)是透風(fēng)干燥纖網(wǎng)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的棉紙，其中，所述纖網(wǎng)是不起縐的透風(fēng)干燥纖網(wǎng)。
9.一種棉紙纖網(wǎng)，其具有的⑶斜率與⑶張力的比值大于約10，⑶伸長率大于約10 %。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的棉紙纖網(wǎng)，其具有的⑶伸長率大于約12%。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10 所述的棉紙，其中，所述⑶伸長率大于約15%。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的棉紙，其中，所述⑶張力為約1000克/3英寸至約1300克/3英寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項所述的棉紙，其中，所述⑶伸長率為約10%至約.20%.
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項所述的棉紙，其中，所述⑶斜率為約11000克/3英寸至約15000克/3英寸。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項所述的棉紙，其中，所述⑶張力為約1000克/3英寸至約1500克/3英寸，所述CD斜率為約10000克/3英寸至約15000克/3英寸。
16.一種制造棉紙纖網(wǎng)的方法，包括:(a)形成具有小于約5%的含濕量的透風(fēng)干燥的棉紙纖網(wǎng)，(b)再潤濕所述透風(fēng)干燥的纖網(wǎng)，(c)壓榨所述再潤濕的纖網(wǎng)，以及⑷將經(jīng)過壓榨的纖網(wǎng)干燥至含濕量小于5%。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述再潤濕的透風(fēng)干燥的纖網(wǎng)的含濕量為約.10%至約 50%。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的方法，其中，所述再潤濕的透風(fēng)干燥的纖網(wǎng)承受約.1000psi至約5000psi之間的壓縮壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項所述的棉紙，其中，所述再潤濕步驟包括向透風(fēng)干燥的纖網(wǎng)通入蒸汽。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括將再潤濕的透風(fēng)干燥的纖網(wǎng)冷卻至小于約.180 °F的溫度。
【文檔編號】D21H21/18GK104024524SQ201280064034
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】M·A·赫爾曼絲, R·A·格拉夫, S·A·尼爾森 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司