專利名稱：具有高卡尺厚度、低密度、吸收性層的多層薄紙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄紙產(chǎn)品，更具體地說涉及具有高卡尺厚度(caliper)、低密度、吸收性內(nèi)層的薄紙產(chǎn)品。
另外，還希望使得這類紙幅有更大的能力阻止在使用過程中某些流體流經(jīng)該紙幅。例如，對于擦面紙，希望它在打噴嚏、咳嗽、流鼻涕等場合能夠阻止體液的通過。這些體液帶來健康危害，這歸因于細(xì)菌、致病菌或其它病原體的存在。一旦被粘液、唾液或體液的其它液滴攜帶的病原體通過擦面紙，它們保留在使用者的手上，從而為致病菌和可能的疾病提供傳遞的方式。病原體從一個人轉(zhuǎn)移到另一個人身上已知在手與手接觸時頻繁發(fā)生。此外，看來好像對許多病毒性疾病包括普通感冒的唯一防御措施是它們蔓延的制止。
為了防止流體在使用過程中流經(jīng)薄紙，用戶采取各種補償措施。例如，許多用戶已經(jīng)知道在使用之前將薄紙對半折疊或一次選擇幾片薄紙，為的是增強吸收性和強度，以及提供改進的阻隔作用以防止流體潤濕他們的手。這樣的實踐能夠足以防止在使用過程中手被潤濕，然而，它們大大增加了產(chǎn)品消費量。
為了防止致病菌、細(xì)菌及其它病原體的擴散，已經(jīng)進行了嘗試以在薄紙產(chǎn)品中提供阻隔層。例如，一層或多層的薄紙可以用為截留和夾含流體液滴而設(shè)計的物質(zhì)進行處理。然而，此類物質(zhì)不會構(gòu)成阻止流體(尤其能夠容易“穿透”薄頁紙的小液滴，或能夠快速地貫穿式吸收的液體)通過的完全屏障。所以，經(jīng)過處理的薄紙不能阻止使用者的手被污染。
提供有效阻隔層的其它嘗試包括在擦面紙的各層之間夾含一層或多層防水易撓性塑料。例如，授權(quán)于Beck的US專利5,196,244教導(dǎo)了在薄紙的層間引入的并通過壓花來固定就位的非常薄、易撓性材料(例如聚乙烯)。然而，塑料膜能夠減少柔軟性和在使用中增加薄紙的噪音。另外，出于安全方面的原因(例如，防止偶然的窒息)，重要的是薄紙在一定程度上保留空氣或蒸汽可透性。
授權(quán)于Lloyd等人的US專利No.4,885,202教導(dǎo)了在兩外薄紙層之間緊密整體熱粘結(jié)的熔噴法纖維用于增加濕強度的用途。然而，所需的熱粘結(jié)能夠增加勁度，不利地影響薄紙產(chǎn)品的褶皺和柔軟性，以及增加生產(chǎn)成本。
在一次性吸收性繃帶領(lǐng)域中已經(jīng)進行了嘗試來提供吸收性絨毛結(jié)構(gòu)，它可分配所吸收的流體，用作分配劑等。一次性吸收性繃帶典型地包括嬰兒尿布，成人尿失禁用品和衛(wèi)生巾，它們接受體液的反復(fù)和重役填充。現(xiàn)有技術(shù)中的一個此類嘗試是共同轉(zhuǎn)讓的US專利No.4,141,772(1979年2月27日公告)和4,217,078(1980年8月12日公告)，兩者都授權(quán)給Buell并引入本文供參考。Buell’772和Buell’078教導(dǎo)了包括5層層壓材料的氣流成網(wǎng)式紙幅，該層壓件具有2個氣流鋪模層，2個薄紙層，和中心增強層。此類結(jié)構(gòu)，盡管適合于吸收性繃帶和分配流體，但對于本發(fā)明不可行。Buell結(jié)構(gòu)顯示了被增強層分隔開的兩個邊界分明的氣流鋪模層。這一排列結(jié)構(gòu)，盡管適合于一次性吸收性繃帶，但得到的產(chǎn)品太厚和太僵硬，無法用作擦面紙或浴用薄紙等。此外，擦面紙的用途是捕獲和阻止體液的蔓延—而不是將此類體液分配在整個產(chǎn)品中以容納后續(xù)的填充。
因此，希望提供一種薄紙產(chǎn)品，該產(chǎn)品提供足夠的吸收、柔軟度和手保護作用，而不需要消費者采取補償措施。
該薄紙產(chǎn)品能夠具有約0.026英寸到約0.044英寸的總卡尺厚度，約15g/g到約30g/g的吸收性，20％到99％的壓縮性，和約30％到約99％的百分回彈率。
圖2是用于制造根據(jù)本發(fā)明的具有阻隔層的液體不滲透、透氣性紙幅的裝置的示意性側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明的紙幅的供選擇的實例的平面視圖，在剖面上部分示出，顯示了沿至少兩個邊緣的膠合。
圖4是彎曲勁度試驗用的典型輸出的曲線圖。
圖5是圖4中彎曲勁度輸出的線性回歸分析。
本發(fā)明的詳細(xì)說明定義本文中使用的下列術(shù)語具有以下定義紙張定量(basis weight)是以lbs/3000 ft2(克/平方米)報道的紙樣品的單位面積的重量。
卡尺厚度是如下文所述測量的樣品的宏觀厚度。
表觀密度是樣品的紙張定量除以卡尺厚度，其中引入合適的單位換算。這里使用的表觀密度的單位為克/立方厘米(g/cm3)。
加工方向(指定為MD)是與纖維結(jié)構(gòu)流過該產(chǎn)品制造設(shè)備的方向平行的方向。
橫向(指定為CD)是在薄紙產(chǎn)品的同一平面內(nèi)垂直于加工方向的方向。
吸收性是材料利用包括毛細(xì)管、滲透、溶劑或化學(xué)作用在內(nèi)的各種方式吸取流體并保留該流體的能力。
柔軟性是在給定的載荷下沒有破損以及樣品本身回到或沒有回到它原來形狀的變形的量度。
纖維是細(xì)長物體，它的長軸與兩個正交軸相比非常的長并具有至少4/1，優(yōu)選至少10/1的長徑比。
親水性是指材料具有親和力，可以吸引或吸收水。
“紙幅”或“纖維素紙幅”是指本發(fā)明的紙幅，它包括含有被動粘結(jié)的親水性纖維的至少一個組分層。例如，本發(fā)明的紙幅包括在纖維素紙層之間的被動粘結(jié)的親水性纖維。
術(shù)語“層”是指各紙幅組分與其它層以基本上毗鄰貼合、面對面關(guān)系并置，形成了本發(fā)明的多層紙幅。也可以想到，單個紙幅組分能夠例如通過本身折疊有效地形成兩“層”。所以，纖維素層本身折疊，在兩折疊的部分之間插入被動粘結(jié)、親水性的纖維素的層可有效地形成本發(fā)明的三層紙幅。同樣地，組分層本身折疊，但沒有在折疊部分之間插入任何附加的層，可有效地形成兩層紙幅。
術(shù)語“液體”主要指體液，如水，粘液，唾液，血液和其它體液，但是也可以包括其它液體。“液體”是指液態(tài)流體，與氣態(tài)或蒸汽態(tài)流體相反。某些體液如粘液具有非常高的粘度，但對于本發(fā)明的目的來說仍然認(rèn)為它是液體。
在有關(guān)纖維和纖維之間的結(jié)合鍵時所使用的“被動粘結(jié)”是指，在沒有一些外來媒介如氫分子鍵或粘合鍵存在下的粘結(jié)關(guān)系，當(dāng)受外力作用時允許纖維相對于另一個滑動。根據(jù)這一定義，包括被動粘結(jié)的纖維的層的拉伸強度典型地低于約130g。被動粘結(jié)一般是非常輕微的，并代表了材料一旦彼此接觸放置后保持接觸的自然親合力。例如，被動粘結(jié)歸因于固有的靜電荷或內(nèi)聚力。被動粘結(jié)還可以是指當(dāng)兩層材料彼此接觸，使得材料以內(nèi)聚方式貼合到另一個上時所存在的粘結(jié)作用。
在有關(guān)纖維到纖維之間的結(jié)合鍵時所使用的“主動粘結(jié)”是指，使用試劑如粘合劑或膠乳，利用外來媒介如氫鍵或粘合劑鍵來實現(xiàn)的粘結(jié)關(guān)系。根據(jù)這一定義，包括主動粘結(jié)的纖維的層的拉伸強度典型地大于約130g。當(dāng)牽涉到層間粘結(jié)時主動粘結(jié)也可以包括粘合劑鍵以及熱或超聲粘結(jié)，壓花，針縫(繡)和其它機械接合方式。
參見

圖1，本發(fā)明包括薄紙產(chǎn)品10，它在一個優(yōu)選實施方案中是擦面紙。薄紙產(chǎn)品10包括設(shè)置在至少兩個外層纖維素紙幅30之間并與兩外層毗鄰貼合的至少一個高的卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層20。高的卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層20能夠包括被動粘結(jié)或主動粘結(jié)的親水性纖維。被動粘結(jié)的親水性纖維能夠包括天然纖維如棉花和空氣吹制的紙漿以及由用表面活性劑處理以獲得親水性的聚乙烯和聚丙烯組成的雙組分合成纖維。主動粘結(jié)的纖維能夠包括濕鋪纖維素或合成無紡布。
所述的實施方案包括三層，這樣一個實施方案不是限制性的。在實踐中，希望形成多層薄紙產(chǎn)品，它包括在纖維素紙幅之間并置和毗鄰貼合的高卡尺厚度、低密度、吸收性層的各種組合。這樣的不同組合也被考慮在內(nèi)并認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的益處包括提供一種具有經(jīng)由內(nèi)層吸收的能力的薄紙產(chǎn)品，使得消費者在使用產(chǎn)品時不會遇到手潤濕的情況并且不需要補償措施如折疊或使用多層薄紙。結(jié)果，本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品能夠以較小的尺寸提供，同時提供了標(biāo)準(zhǔn)全尺寸制品的使用性能。例如，作為擦面紙，該標(biāo)準(zhǔn)制品尺寸是大約72.6英寸2。本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品的尺寸是在約15英寸2的下限或約40英寸2的下限到約200英寸2的上限或約60英寸2的上限。在一個實施方案中，該薄紙產(chǎn)品的尺寸是大約49.5英寸2。
本發(fā)明的益處不局限于擦面紙實施方案。例如，浴用薄紙，通常稱為衛(wèi)生紙，也可從高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層的屬性受益。軟、柔性、吸收性浴用薄紙能夠避免在使用中或在使用之后潤濕手指或手的不愉快經(jīng)歷。而且，本發(fā)明的紙幅可用作紙巾，餐巾等。
薄紙產(chǎn)品10可作為一張紙制備以用作擦面紙、餐巾、紙巾或浴用薄紙，這取決于用于纖維素紙幅的紙張的類型。許多紙幅10也可提供在卷筒上，具有齒孔以確定各個紙幅段，其中每一段可抽取來使用，就象通常用于浴用薄紙(例如，衛(wèi)生紙)的那樣。如果作為浴用薄紙來制備，卷筒分配是優(yōu)選的使用方法，而且紙，如在商業(yè)上成功的CHARMIN牌薄頁紙中見到的，能夠用作纖維素紙層。然而，在一個優(yōu)選實施方案中，許多紙幅10能夠裁切、折疊和任選被插入到適合于從容器如盒子或管中抽取的一疊擦面紙中。在這一實施方案中，紙，例如在商業(yè)上成功的PUFFS牌擦面紙中見到的，能夠用作該纖維素紙層。CHARMIN薄頁紙和PUFFS擦面紙兩者都由本申請人俄亥俄州辛辛那提市的美國寶潔公司(TheProcter & Gamble Co.)銷售。
纖維素紙幅纖維素紙幅30可以是主要由纖維素類造紙纖維組成的皺紙幅。紙幅能夠具有一個紙張定量范圍，其中該范圍的下限是約10克/平方米(gsm或g/m2)/每層，約13g/m2/每層，或約15g/m2/每層。紙張定量范圍的上限能夠是約100g/m2/層，約40g/m2/層，或約25g/m2/層。該纖維素紙幅30能夠適合用作擦面紙或高級擦面紙的縐、無縐或濕微縮的薄紙幅。通常，使用等同的紙幅30，即在紙張定量、厚度、組成和其它性質(zhì)上基本上等同的紙幅。然而，可以想到，通過使用具有不同性質(zhì)的紙幅來獲得某些益處。例如，組分紙幅30可以在紙張定量、厚度、組成或其它性質(zhì)上不同，只要紙幅的一側(cè)具有較光滑的表面，和一側(cè)具有較粗糙的表面。
本發(fā)明的纖維素紙幅30可通過在生產(chǎn)用于擦面紙、手紙、紙巾或餐巾中的薄頁紙的現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中已知的普通方法來制造。然而，本發(fā)明的纖維素紙幅30能夠通過使用有圖案的造紙用樹脂帶束(patternedresinous papermaking belt)，由風(fēng)干方法來制造。有圖案的造紙用樹脂帶束能夠包括兩個主要組分骨架和增強結(jié)構(gòu)。該骨架能夠包括固化聚合物感光樹脂。
有圖案的造紙用樹脂帶束的一個表面接觸在其上攜帶的纖維素紙幅30的一個表面，例如第一表面31。在造紙過程中，有圖案的造紙用樹脂帶束的這一表面可以將與骨架的圖案對應(yīng)的圖案印在纖維素紙幅30的第一表面31上。
適合于制造本發(fā)明的優(yōu)選實施方案產(chǎn)品的有圖案的造紙用樹脂帶束能夠根據(jù)共同轉(zhuǎn)讓的下列US專利中的任何一個來制造4,514,345，1985年4月30日公告，Johnson等人；4,528,239，1985年7月9日公告，Trokhan；5,098,522，1992年3月24日公告；5,260,171，1993年11月9日公告，Smurkoski等人；5,275,700，1994年1月4日公告，Trokhan；5,328,565，1994年7月12日公告，Rasch等人；5,334,289，1994年8月2日公告，Trokhan等人；5,431,786，1995年7月11日，Rasch等人；5,496,624，1996年3月5日公告，Stelljes，Jr.等人；5,500,277，1996年3月19日，Trokhan等人；5,514,523，1996年5月7日公告，Trokhan等人；5,554,467，1996年9月10日公告，Trokhan等人；5,566,724，1996年10月22日，Trokhan等人；5,624,790，1997年4月29日，Trokhan等人；和5,628,876，1997年5月13日，Ayers等人；它們的公開內(nèi)容被引入本文供參考。
本發(fā)明的纖維素紙幅30能夠具有兩個主要的區(qū)域。第一個區(qū)域包括壓印區(qū)域，它是貼靠在有圖案的造紙用樹脂帶束的骨架上壓印的。壓印區(qū)域優(yōu)選包括基本上連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。纖維素紙幅30的第一個區(qū)域的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)是在有圖案的造紙用樹脂帶束的基本連續(xù)骨架上形成的并且一般在幾何結(jié)構(gòu)上與其對應(yīng)和在造紙過程中位置與其非常接近地布置。
纖維素紙幅30的第二區(qū)域能夠包括許多散布在壓印網(wǎng)絡(luò)區(qū)域上的圓丘。該圓丘通常在幾何結(jié)構(gòu)上，和在造紙過程中在位置上，對應(yīng)于有圖案的造紙用樹脂帶束中的撓曲槽道。通過在造紙過程中與撓曲槽道保持一致，該圓丘從紙的基本上連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中向外伸出。通過在造紙過程中與撓曲槽道保持順應(yīng)一致，在圓丘中的纖維是在面對骨架的表面的紙和面對增強結(jié)構(gòu)的表面的紙之間在Z軸方向上撓曲。優(yōu)選這些圓丘是離散的。
根據(jù)本發(fā)明的纖維素紙幅30可以根據(jù)共同轉(zhuǎn)讓的US專利當(dāng)中的任何一個來制造4,529,480，1985年7月16日，Trokhan；4,637,859，1987年1月20日，Trokhan；5,364,504，1994年11月15日，Smurkoski等人；和5,529,664，1996年6月25日，Trokhan等人。該纖維素紙幅可具有所添加的某些洗劑或潤膚劑，例如根據(jù)共同轉(zhuǎn)讓的下列US專利中任何一個4,481,243，1984年11月6日公告，Allen；和4,513,051，1985年4月23日，Lavash。所有上述專利的公開內(nèi)容被引入本文供參考。
如果需要，該纖維素紙幅30可以進行干燥和在沒有圖案骨架的徹底風(fēng)干帶束上形成的。此類纖維素紙幅30可具有離散的、高密度的區(qū)域和基本上連續(xù)的低密度網(wǎng)絡(luò)。在干燥過程中或干燥之后，該纖維素紙幅30可以接受不同的真空處理以提高它的卡尺厚度和使所選區(qū)域脫敏(desensify)。此類紙，和相關(guān)的帶束，可以根據(jù)下面專利來制造3,301,746，1967年1月31日，Sanford等人；3,905,863，1975年9月16日，Ayers；3,974,025，1976年8月10日，Ayers；4,191,609，1980年3月4日，Trokhan；4,239,065，1980年12月16日，Trokhan；5,366,785，1994年11月22日，Sawdai；和5,520,778，1996年5月28日，Sawdai，它們的公開內(nèi)容被引入本文供參考。
該增強結(jié)構(gòu)可以是氈片，也稱作壓氈，它在沒有徹底風(fēng)干的情況下用于普通的造紙中。按照在以下這些共同轉(zhuǎn)讓的US專利中的教導(dǎo)那樣，有圖案的造紙用樹脂帶束的骨架可以應(yīng)用于氈片增強結(jié)構(gòu)5,556,509，1996年9月17日，Trokhan等人；5,580,423，1996年12月3日，Ampulski等人；5,609,725，1997年3月11日，Phan；5,629,052，1997年5月13日，Trokhan等人；5,637,194，1997年6月10日，Ampulski等人和5,674,663，1997年10月7日，McFarland等人，它們的公開內(nèi)容被引入本文供參考。
本發(fā)明的纖維素紙幅30任選透視收縮(foreshorten)，這是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。透視收縮能夠通過從剛性表面上和優(yōu)選從圓筒上起皺該纖維素紙幅30來實現(xiàn)。楊氏(Yankee)干燥鼓一般用于這一目的。起皺是用現(xiàn)有技術(shù)中熟知的刮刀來實現(xiàn)的。起皺可以根據(jù)共同轉(zhuǎn)讓的US專利4,919,756(1992年4月24日，Sawdai)來實現(xiàn)，它的公開內(nèi)容引入本文供參考。此外或另外，透視收縮可以按照在共同轉(zhuǎn)讓的US專利4,440,597(1984年4月3日，Wells等人)中的教導(dǎo)，經(jīng)由濕微縮方法來實現(xiàn)，它的公開內(nèi)容被引入本文供參考。
高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層除了簡單地防止空氣中飄揚的流體液滴的擴散以外，本發(fā)明的紙幅同樣可用于在與打噴嚏、流鼻涕等有關(guān)的動作中保持使用者的手呈干燥狀態(tài)。例如，打噴嚏或流鼻涕后擦拭和清洗能夠常常讓使用者的手指或手呈濕態(tài)。結(jié)果，使用者常常將單張薄紙對半折疊或一次使用幾個薄紙，為的是防止被潤濕。本發(fā)明的高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層能夠防止使用者經(jīng)歷這樣不希望有的潤濕，無需折疊或一次使用多個薄紙。高的卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層20能夠包括被動粘結(jié)或主動粘結(jié)的親水性纖維。
被動粘結(jié)的親水性纖維包括被制成了無紡紙幅的棉絮，使得它能夠作為卷料用于造紙過程。另外，被動粘結(jié)的親水性纖維能夠包括天然纖維如棉纖維或空氣吹制的紙漿或合成纖維例如由用表面活性劑處理以提供親水性的聚乙烯和聚丙烯組成的雙組分纖維。此類天然或合成纖維能夠利用氣流成形方法被引入到纖維素外層之間。在氣流成形過程中，第一紙幅被鋪在透氣的成型線網(wǎng)上。該成型線網(wǎng)和紙幅通過真空段，在該段中干燥棉花或紙漿纖維被輸送到流動空氣系統(tǒng)中并在第一紙幅上抽真空。該成型線網(wǎng)，第一紙幅，和干燥纖維層離開真空段，然后用第二紙幅覆蓋。
主動粘結(jié)的親水性纖維能夠包括濕鋪纖維素紙幅和無紡布。提供高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層的濕鋪纖維素紙幅能夠通過使用有圖案的造紙用樹脂帶束，由前面所述的徹底風(fēng)干方法來制造。提供高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層的濕鋪紙幅能夠包括單張或多張疊層的纖維素結(jié)構(gòu)，每一疊層具有三個或更多個可識別的區(qū)域，這些區(qū)域在強度性質(zhì)(intensive properties)上彼此不同，正如在US專利No.5,843,279(1998年12月1日，Phan等人)中所教導(dǎo)，它被引入本文供參考。用于識別和區(qū)別纖維結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域的強度性質(zhì)是紙張定量，厚度，密度和伸出的平均孔徑。
當(dāng)高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層20包括棉絮、纖維素紙幅或無紡布時，該內(nèi)層20能夠利用在圖2中所示的合并裝置200加工成薄紙產(chǎn)品10。在其中所示的構(gòu)型中，纖維素紙幅30能夠從卷筒230上牽引出來，而高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層20能夠從卷筒240上牽引出來。該內(nèi)層20和纖維素紙幅層30能夠通過牽引通過該壓合輥250被合并成本發(fā)明的紙幅10，該壓合輥讓各組分層緊密接觸，并可以壓縮該組分層，在它們之間獲得被動粘結(jié)。
多層薄紙產(chǎn)品本發(fā)明的多層薄紙產(chǎn)品的纖維素外層能夠通過將該纖維素外層被動或主動粘結(jié)于內(nèi)部的高卡尺厚度、低密度內(nèi)層的相對側(cè)上來形成。被動粘結(jié)在各層之間提供相對小的粘合強度，將各層保持在一起以供正常使用。當(dāng)用作折疊和堆疊的薄紙以及芯纏繞織物時，本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品10顯示出足夠的層與層間粘結(jié)強度，以防止各層的無意脫粘結(jié)。不想受理論的束縛，可以相信，各層之間的被動粘結(jié)歸因于在材料中存在的靜電荷，并由于在各層組分中的其它因素例如相對濕度水平而多少有些變化。同時，由于內(nèi)層20的露出纖維與纖維素紙幅30的接觸纖維的機械結(jié)合而存在輕微的主動粘結(jié)。該機械結(jié)合可以類似于“鉤和套環(huán)”緊固件，其中粘結(jié)關(guān)系通過組成組分的陰陽段的咬合來得到增強。
本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品10的各層能夠通過以上所公開的方法，參考圖2中所示的裝置，進行被動粘結(jié)。然而，如果需要，可以設(shè)想將一定量的粘合劑或其它主動粘結(jié)物質(zhì)加入以便為各組分層的各個部分提供附加的粘合作用。例如，針縫，壓花，或其它熱或機械結(jié)合手段可用來在紙幅30的一些邊緣或全部邊緣上將紙幅30主動粘結(jié)，從而為組分層的所不希望的層離提供增加的阻力。
接合也可通過在US專利No.4,919,738(1990年4月24日，Ball等人)中公開的超聲波粘結(jié)或自生粘結(jié)或在現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它粘結(jié)方法來實現(xiàn)。例如，如果該內(nèi)層或這些內(nèi)層的邊緣與外紙層的邊緣是同向延伸的，則粘合劑鍵不提供主動粘結(jié)，這取決于所使用的粘合劑，和內(nèi)層的表面能特性。在這種情況下，機械結(jié)合是更希望的，例如在多層紙幅的形成之后在機械結(jié)合站上進行機械結(jié)合。圖2顯示了機械結(jié)合站270，它可以是壓花輥，超聲波裝置，針縫裝置或其它非粘合劑粘結(jié)方法。
如圖3中所示，本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品10可由兩個纖維素外層30和包括如以上所公開的棉絮、棉纖維或空氣吹制紙漿的高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層20組成，其中該內(nèi)層具有比纖維素外層的寬度尺寸W2更小的寬度尺寸W1。通過在兩外層之間放置具有較小寬度尺寸W1的內(nèi)層，兩纖維素外層可以在粘結(jié)區(qū)域25的邊緣結(jié)合，如利用粘合劑的涂條。接合或粘結(jié)，可通過粘合劑的連續(xù)涂條，粘合劑的非連續(xù)涂條如粘合劑涂敷點，或按照共同轉(zhuǎn)讓的US專利No.5,143,776(授權(quán)于Givens)的教導(dǎo)來實現(xiàn)，該專利的公開內(nèi)容被引入本文供參考。在一個實施方案中，粘合劑能夠通過印涂機260沿著加工方向上兩相對縱向邊緣施涂粘合劑，如圖2中所示。印涂機260可以是輥涂機，如凹印輥，它可以是噴涂器，或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它粘合劑施涂器。
另外，高卡尺厚度、低密度吸收性內(nèi)層可具有比兩外層更小的表面積，使得兩外層沿著構(gòu)成包圍該內(nèi)層的圓周的邊緣結(jié)合。目前，該周邊能夠占據(jù)薄紙產(chǎn)品的整個表面積的30％以下；優(yōu)選該周邊能夠占據(jù)總表面積的20％以下；和更優(yōu)選該周邊能夠占據(jù)總表面積的10％以下。
盡管圖3說明了高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層具有比外層更小的寬度尺寸，但是應(yīng)該理解的是，其它二維構(gòu)型是可能的，唯一的限制條件是外層在某些部分，如一個或多個邊緣上結(jié)合。為了加工經(jīng)濟性，可以設(shè)想優(yōu)選的構(gòu)型是所述的那樣，即將寬度尺寸(對應(yīng)于加工方向的橫向尺寸)制造得更小。以這種方式，主動粘結(jié)(如粘合劑，機械，自生等)能夠在連續(xù)紙幅加工過程中在長度尺寸(對應(yīng)于加工方向)上連續(xù)進行。
材料性質(zhì)薄紙產(chǎn)品如一次性毛巾，手紙，擦面紙，餐巾紙和濕紙巾表現(xiàn)了各種物理性質(zhì)，它們包括紙張定量和表觀密度，兩者已在前面定義。紙張定量和表觀密度涉及薄紙產(chǎn)品的膨松度，它使消費者相信在使用之后手仍保持干燥，無需采用補償措施。對于本發(fā)明，整個薄紙產(chǎn)品能夠具有約20lbs/3000ft2(33g/m2)到約80 lbs/3000ft2(130g/m2)的紙張定量，而該高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層的基礎(chǔ)重量能夠是8lbs/3000ft2(13g/m2)到約16lbs/3000ft2(26g/m2)。更優(yōu)選地，該薄紙產(chǎn)品能夠具有約30lbs/3000ft2(49g/m2)的紙張定量，而該高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層能夠具有約12lbs/3000ft2(20g/m2)的基礎(chǔ)重量。而且，本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品能夠具有一個表觀密度范圍，該下限是約0.04g/cm3或約0.06g/cm3。同樣地，該表觀密度范圍能夠具有約0.12g/cm3或約0.08g/cm3的上限。在一個實施方案中，本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品具有約0.07g/cm3的表觀密度。此外，薄紙產(chǎn)品的該高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層能夠具有低于約0.11g/cm3或低于約0.06g/cm3的表觀密度。
對于本發(fā)明，該薄紙產(chǎn)品能夠具有約0.026英寸到約0.044英寸的卡尺厚度，這主要歸因于該高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層，它能夠是整個產(chǎn)品的卡尺厚度的50％或66％。高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層的卡尺厚度能夠具有約0.010英寸，或約0.014英寸的下限。另外，內(nèi)層的卡尺厚度范圍能夠具有約0.030英寸的上限或約0.24英寸的上限。
柔軟度已經(jīng)描述為生理上感知的屬性，它一般由專家或非專家的評價團來測量。感知的柔軟度能夠分成兩個分量體積柔軟度(bulksoftness)和表面柔軟度。表面柔軟度與表面織構(gòu)(surface texture)和光滑度有關(guān)，而體積柔軟度與機械性能如壓縮性和回彈性以及柔韌性有關(guān)。壓縮性是在施加壓力下產(chǎn)品減少體積的能力的量度?；貜椔适窃谧冃沃螽a(chǎn)品恢復(fù)它的尺寸和形狀的能力。柔韌性與片材硬度有關(guān)。
本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品能夠具有按下文所述方法測量的壓縮率范圍，該范圍具有約20％的下限或約40％的下限。壓縮率的上限能夠是大約99％，約70％，或約43％。
本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品的回彈率是根據(jù)它從壓縮狀態(tài)恢復(fù)的能力來測量的。用于測量薄紙產(chǎn)品回復(fù)率的方法是根據(jù)下文所述的百分回彈來測量。對于本發(fā)明，該薄紙產(chǎn)品能夠具有這樣的一個百分回彈范圍，它的下限是約30％，或約65％。百分回彈范圍的上限能夠是約99％或約85％。
高柔軟度需要柔韌性。柔韌性是硬度的函數(shù)，它是材料的彎曲勁度的量度。對于本發(fā)明，薄紙產(chǎn)品的硬度是在CD和MD方向上測量的。用于測量硬度的方法被描述如下。對于本發(fā)明，該薄紙產(chǎn)品能夠具有約0.018gf*cm2/cm到約0.373gf*cm2/cm的CD硬度和約0.008gf*cm2/cm至約0.235gf*cm2/cm的MD硬度。
產(chǎn)品如一次性毛巾，手紙，擦面紙，餐巾，和濕紙巾需要一定水平的吸收性。這里，吸收性是指吸收容量，后者是被該結(jié)構(gòu)吸收和保留的蒸餾水的量的量度。本發(fā)明的高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層的親水性纖維促進了薄紙產(chǎn)品的毛細(xì)管作用和相應(yīng)的吸收率。用于測定薄紙產(chǎn)品的吸收率的方法被描述如下。對于本發(fā)明，薄紙產(chǎn)品具有一吸收率范圍，該范圍的下限是大約15g水/g干燥結(jié)構(gòu)；或大約19g水/g干燥結(jié)構(gòu)。吸收率范圍的上限是約30g水/g干燥結(jié)構(gòu)，或約25g水/g干燥結(jié)構(gòu)。
分析方法(a)樣品調(diào)理和制備在試驗之前，樣品在48％-50％的相對濕度下和在22℃-24℃的溫度范圍內(nèi)進行調(diào)理，一直到獲得由TGA(熱解重量分析)測量的約5％到約16％(重量)的水分含量為止。使用TA Instruments公司的Hi-res.TGA2950熱解重量分析儀進行熱解重量分析。將大約20mg的樣品稱量加入到TGA盤上。按照制造商的指示，將樣品和盤插入裝置中，然后溫度以10℃/分鐘的速率升高至250℃。使用重量損失和初始重量如下測定樣品中的％水分 其中全部重量是以毫克計。
(b)紙張定量從預(yù)調(diào)理的樣品制備8層的堆疊體。將8層的堆疊體切成4英寸×4英寸的方形。用Acme Steel Rule Die Corp.(5 Stevens St.WaterburyConn.，06714)的沖模(rule die)來實現(xiàn)這一裁切。
對于樣品重量的實際測量，使用具有0.01g的最小分辨率的上皿式天平。8層的堆疊體被放置在上皿式天平的盤中。使用屏風(fēng)防止天平受氣流和其它干擾的影響。當(dāng)天平上的讀數(shù)變穩(wěn)定后，記錄重量。重量以g計。
該重量讀數(shù)值除以被測試的層數(shù)。該重量讀數(shù)也除以樣品的面積，它正常是16平方英寸，大約等于0.0103平方米。
這里所用的紙張定量的度量單位是克/米2。這是使用以上所指出的0.0103平方米來計算的。
(c)卡尺厚度預(yù)調(diào)理的樣品被切成的尺寸大于用于測量卡尺厚度的基座(foot)的尺寸。所使用的基座是具有3.14平方英寸的面積的圓片。
將樣品放置在一水平平整表面上并夾在該平整表面和具有水平載荷表面的載荷基座之間，其中載荷基座的載荷表面具有大約3.14平方英寸的圓形表面面積并對樣品施加約15g/cm2(0.21psi)的圍限壓力。該卡尺厚度是在該平整表面和載荷基座的載荷表面之間所形成的縫隙(寬度)。這樣的測量能夠在由Thwing-Albert，Philadelphia，Pa購得的VIRElectronic Thickness Tester Model II上獲得。該卡尺厚度尺寸測量被反復(fù)進行并記錄至少5次。該結(jié)果以毫米報道。
從卡尺厚度試驗記錄的讀數(shù)的總和除以所記錄的讀數(shù)的數(shù)目。該結(jié)果以毫米(mm)報道。
(d)壓縮性通過讓薄紙產(chǎn)品的8個樣品的堆疊體承受給定的壓力和觀察由樣品的堆疊體使可移動平面從平行面位移的直線距離，測定壓縮性。對于本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品的8個樣品的堆疊體，位移的直線距離是至少約0.080英寸。由以下公式測量按百分壓縮率計的壓縮性 其中T1＝薄紙產(chǎn)品的8個樣品的原始厚度(@0.05psi)T2＝薄紙產(chǎn)品的8個樣品的壓縮厚度(@1psi)和T1-T2≥0.080英寸(e)回彈率對于本發(fā)明，薄紙產(chǎn)品的回彈率是根據(jù)它從壓縮狀態(tài)回彈或恢復(fù)的能力來測量的。通過觀察在規(guī)定的壓力下由薄紙產(chǎn)品使可移動平面從平行面位移的直線距離，和在給定的時間間隔之后且除去壓力之后所恢復(fù)的直線距離，來測定平均壓縮率和回彈率。該回彈率由下面公式測定百分回彈＝T3/T1×100其中T1＝薄紙產(chǎn)品的8個樣品的原始厚度(@0.05 psi)。
T3＝薄紙產(chǎn)品的8個樣品的回復(fù)厚度(@0.05psi)。測量百分壓縮率和百分回彈的循環(huán)試驗樣品被切成4″×4″。8個樣品的堆疊體用于各試驗。然后將樣品放置在平整表面上。堆疊體的初始高度使用數(shù)字線性計來測量。在數(shù)字線性計上的基座具有1.56″的直徑并稱重40g，導(dǎo)致在堆疊體上0.05psi的壓力。在氣體力學(xué)平臺(pneumatic platform)上放置荷重863g的重物，當(dāng)放置在樣品上時該重物產(chǎn)生了1psi的壓力。沒有負(fù)載時測量樣品的高度，載荷施加1秒，然后移走。在整個試驗中測量堆疊體的高度?；谒鶞y量的堆疊體高度，％壓縮和％回彈能夠使用以上提供的公式計算。
(f)硬度測量硬度的設(shè)備使用KES-FB2 Pure Bending Tester測定彎曲勁度，來測定薄紙產(chǎn)品的硬度。Pure Bending Tester是Kawabata評價系統(tǒng)的KES-FB系列中的儀器。該裝置被設(shè)計來測量織物、無紡織物、紙張和其它膜狀材料的基本機械性能，并可從Kato Tekko Co.Ltd.(日本東京)購得。
彎曲性能對于評估增強結(jié)構(gòu)是重要的并且是測定勁度的可用方法之一。懸臂式方法在過去曾用于測量這些性能。KES-FB2試驗儀是用于純彎曲試驗的儀器。與懸臂式方法不同，這一儀器具有特殊功能。整個薄紙產(chǎn)品樣品在恒定半徑的圓弧中精確地彎曲，屈折角連續(xù)變化。
測量硬度的方法薄紙產(chǎn)品樣品被切成分別在加工方向和橫向上約15.2×20.3cm。各樣品依次放入KES-FB2的夾具中導(dǎo)致樣品首先彎曲，使得第一表面受到張力作用和第二表面受到壓縮作用。在KES-FB2的取向中，第一表面面對右邊和第二表面面對左邊。在前移動夾和后固定夾之間的距離是1cm。按以下方式將樣品固定在儀器中。
首先，前移動卡盤和后固定卡盤打開以接收樣品。將樣品插入在夾具的頂部和底部之間的中間位置。然后通過將上下翼形螺釘均勻地上緊一直到樣品被夾住，但不致于過緊為止，來封閉該后固定卡盤。在前固定卡盤上的夾具然后以類似方式封閉。調(diào)節(jié)樣品在卡盤中的垂直度，然后前夾具被固緊以確保樣品被可靠地夾持。在前卡盤和后卡盤之間的距離(d)是1cm。
儀器的輸出是載荷傳感器(load cell)電壓(Vy)和彎曲(curvature)電壓(Vx)。按照以下方式將載荷傳感器電壓換算為對于樣品寬度已標(biāo)稱化的彎曲力矩(M)力矩(M，gf*cm2/cm)＝(Vy*Sy*d)/W其中Vy是載荷傳感器電壓，Sy是儀器敏感度，gf*cm/V，d是卡盤之間的距離，和W是樣品寬度(厘米)。
儀器的靈敏度調(diào)節(jié)開關(guān)設(shè)定在5×1。使用這一設(shè)定參數(shù)，通過兩個50克重物來校準(zhǔn)儀器。各重物從線上懸掛。該線被卷繞在后固定卡盤的底端上的棒上并鉤在從軸中心的前后延伸出的銷上。一根重物線頭被卷繞在前一個銷上并鉤在后一個銷上。另一重物線頭被卷繞在軸的后銷上并鉤在前銷上。兩個滑輪在右邊和左邊固定于儀器上。滑輪的頂部與中心銷呈現(xiàn)水平。兩重物都同時懸掛在滑輪上(一個在左邊和一個在右邊)。全刻度電壓被設(shè)定在10V。中心軸的半徑是0.5cm。因此，力矩軸的滿標(biāo)度靈敏度(Sy)是100gf*0.5cm/10V(5gf*cm/V)。
通過啟動測量馬達和當(dāng)指示盤達到1.0cm-1時手工停止運行的卡盤來校準(zhǔn)彎曲軸的輸出功率。輸出電壓(Vx)被調(diào)節(jié)到0.5伏特。彎曲軸的靈敏度(Sx)是2/(伏特*厘米)。按以下方式獲得曲率(K)曲率(K，cm-1)＝Sx*Vx其中Sx是彎曲軸的靈敏度和Vx是輸出電壓為了測定彎曲勁度，移動卡盤是以0.5cm-1/sec的速率從0cm-1到+1cm-1到-1cm-1到0cm-1的曲率進行循環(huán)。各樣品連續(xù)循環(huán)，直至獲得四個完整周期為止。儀器的輸出電壓通過使用個人計算機以數(shù)字格式記錄。彎曲勁度試驗的典型輸出示于圖4中。在試驗的開始，在樣品上沒有張力。在試驗開始后，當(dāng)樣品彎曲時載荷傳感器開始承受負(fù)載。當(dāng)由儀器的頂部向下部觀察時初始旋轉(zhuǎn)是順時針方向。
在向前彎曲時，織物的第一個表面被描述為處于張力下和第二表面處于被壓縮狀態(tài)。載荷繼續(xù)增加，直至彎曲曲率達到大約+1cm-1為止(這是向前彎曲(FB)，如圖4中所示)。在大約+1cm-1下，旋轉(zhuǎn)方向逆轉(zhuǎn)過來。在回復(fù)過程中，載荷傳感器讀數(shù)減少。這是向前彎曲回復(fù)(FR)。當(dāng)回轉(zhuǎn)卡盤通過0時在相反方向上開始了彎曲，即片材側(cè)現(xiàn)在壓縮和非片材側(cè)擴展。向后彎曲(BB)延至大約-1cm-1，此時旋轉(zhuǎn)方向逆轉(zhuǎn)過來和獲得了向后彎曲回復(fù)(BR)。
參見圖5，按以下方式分析該數(shù)據(jù)。對于向前彎曲(FB)和向前彎曲回復(fù)(FR)在約0.2和0.7cm-1之間獲得了線性回歸線條。對于向后彎曲(BB)和向后彎曲回復(fù)(BR)在約-0.2和-0.7cm-1之間獲得線性回歸線條。直線斜率是彎曲勁度(B)。它的單位是gf*cm2/cm。
這是對于四段中的每一個，在四個循環(huán)中的每一個循環(huán)所獲得的。各直線的斜率是作為彎曲勁度(B)報道。它的單位是gf*cm2/cm。向前彎曲的彎曲勁度作為BFB記錄。四個循環(huán)的各段值被平均化并作為平均BFB、BFR、BBF、BBR來報告。兩個單獨的樣品在MD和CD上進行試驗。兩個樣品的值一起取平均值。MD和CD值單獨報告。該值報道在表2中。
表2彎曲勁度(硬度)值
Puffs SS-目前作為Puffs Soft和Strong銷售的產(chǎn)品Puffs AES-目前作為Puffs Advanced Extra Strength銷售的產(chǎn)品Code 10-使用徹底風(fēng)干方法制得的具有壓延的纖維素內(nèi)層的兩個纖維素外層@400psiCode 13-使用徹底風(fēng)干方法制得的四個纖維素層Air Laid Pulp-使用普通方法制得的有氣流成網(wǎng)干紙漿纖維作為中間層的兩個纖維素外層Cotton-使用普通方法制得的有棉絮作為中間層的兩個纖維素外層(g)吸收性通過使用專門為測量薄紙產(chǎn)品的水吸收性(即速率和容量)所設(shè)計的系統(tǒng)來測定薄紙產(chǎn)品的吸收性。將水吸收到薄紙產(chǎn)品的樣品中的芯吸作用是根據(jù)吸水量增加(重量)隨時間的變化來測量的。
這一試驗測量了紙類產(chǎn)品，具體地說紙巾、擦面紙、手紙和餐巾產(chǎn)品的吸收速率和容量。從試驗產(chǎn)品的中心切下3英寸直徑的圓。將試樣放置在從上皿式天平上懸掛的稀松織網(wǎng)(open weave net)上。讓試樣的中心接觸水源，水然后被芯吸到樣品中。水的芯吸一直進行到預(yù)設(shè)定的時間。被樣品吸收的水(重量的增加)是隨時間來測量的。該試驗獲得了樣品的吸收速率(g/sec)和樣品的吸收容量(g流體/g樣品)。
收集數(shù)據(jù)點(即重量和時間)并通過計算機程序分析。對于這些數(shù)據(jù)點的每一個，進行以下計算(全部單位是g) 該計算機程序?qū)τ诟鲾?shù)據(jù)點重復(fù)計算。這些數(shù)據(jù)點中的每一個是一起取平均值并作為g水/g干燥結(jié)構(gòu)報道(克水/克樣品干重)。
盡管已說明和描述了本發(fā)明的具體實施方案，對于所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說顯而易見的是，在沒有脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以作各種其它變化和修改。希望在所附權(quán)利要求中覆蓋全部這些在本發(fā)明范圍內(nèi)的變化和修改。
權(quán)利要求
1.包括兩個纖維素外層和夾在兩個外層之間的內(nèi)層的薄紙產(chǎn)品，該內(nèi)層包括被動粘結(jié)的親水性纖維。
2.包括兩個纖維素外層和夾在兩個外層之間的內(nèi)層的薄紙產(chǎn)品，該內(nèi)層包括棉花。
3.包括兩個纖維素外層和包含被動粘結(jié)的親水性纖維的內(nèi)層的薄紙產(chǎn)品，該內(nèi)層具有低于約0.11克/厘米3的表觀密度和約0.017英寸到約0.028英寸的卡尺厚度。
4.具有20％-約99％的壓縮率的薄紙產(chǎn)品，該薄紙產(chǎn)品包括兩個纖維素外層和包含主動粘結(jié)的親水性纖維的內(nèi)層，該內(nèi)層具有低于約0.11克/厘米3的表觀密度和約0.017英寸到約0.028英寸的卡尺厚度。
5.權(quán)利要求1的薄紙產(chǎn)品，其中壓縮率是約20％到約99％。
6.權(quán)利要求1的薄紙產(chǎn)品，具有約30％到約99％的百分回彈。
7.權(quán)利要求1的薄紙產(chǎn)品，其中表面積低于約70英寸2。
8.權(quán)利要求1的具有一總卡尺厚度的薄紙產(chǎn)品，其中總卡尺厚度是約0.026英寸到約0.044英寸。
9.權(quán)利要求3的薄紙產(chǎn)品，其中壓縮率是約20％到約99％。
10.權(quán)利要求4的薄紙產(chǎn)品，其中百分回彈是約30％到約99％。
全文摘要
提供了具有高卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層的薄紙產(chǎn)品。高的卡尺厚度、低密度、吸收性內(nèi)層能夠包括被動粘結(jié)或主動粘結(jié)的親水性纖維。被動粘結(jié)的親水性纖維能夠包括天然纖維如棉花和空氣吹制的紙漿或合成纖維。主動粘結(jié)的親水性纖維能夠包括濕鋪纖維素或無紡織物。該內(nèi)層能夠具有約0.010英寸到約0.030英寸的卡尺厚度和低于約0.11g/cm
文檔編號D21H27/32GK1370252SQ00811756
公開日2002年9月18日 申請日期2000年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月19日
發(fā)明者凱文·溫德爾·諾布爾斯, 米切爾·伯納德·杜加斯, 馬克·約翰·斯坦哈特, 利婭·米切爾·巴登, 克里斯廷·安·博伊爾, 特里爾·艾倫·揚 申請人:寶潔公司