DE1965716C3

DE1965716C3 - Saugfähige Bahn aus Zellulosefasern und Verfahren zu deren Herstellung '

Info

Publication number: DE1965716C3
Application number: DE1965716A
Authority: DE
Inventors: Charles E. Nennah Wis. Dunning (V.St.A.)
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1968-12-16
Filing date: 1969-12-31
Publication date: 1979-05-03
Also published as: AT311166B; FR2138296B1; DE1965716B2; FR2138296A1; CH557927A; DE1965716A1; GB1296840A; US3692622A; NL6917625A

Description

Die Erfindung betrifft eine saugfähige Zellulosefaserbahn mit einem Grundgewicht von 8,5—85 g/m² zur h'ersieüüiig vorzugsweise einschichtiger Papiertuchwaren, wobei die Bahn in einem vorbestimmten, einen Teil der Bahnoberfläche bedeckenden Muster mit Prägungen versehen ist und die Dicke der Bahn in den geprägten Gebieten geringer ist als in den nicht geprägten Gebieten. Solche saugfähigen Bahnen aus .Zellulosefasern dienen zur Herstellung von zahlreichen Wegwerfprodukten insbesondere im sanitären Bereich, wie z. B. Wischtüchern, Handtüchern oder Gesichtstüchern.

Das am weitesten verbreitete Verfahren zur Herstellung solcher Bahnen geht von dem Prinzip der üblichen Papierherstellung aus. Es wird ein normalerweise aus Holzzellstoff gewonnener Faserbrei naß auf ein Ablagesieb aufgebracht, und die sich auf dem Sieb ausbildende Faserbahn wird anschließend durch Pressen und/oder Trocknen «ntwässert Während dieser Entwässerung entwickeln sich dabei starke Oberflächenspannungskräfte zwischen den Fasern, die die Ausbildung von Wasserstoffbrücken zwischen den aneinander anliegenden Fasern ermöglichen und zu einer entsprechend starken Bindung der Fasern aneinander führen. Das gilt auch dann, wenn die Bahn zur Entwässerung nicht oder nur geringfügig gepreßt wurde. Aufgrund dieser starken Bindung der Fasern aneinander besitzt eine derartige naß abgelegte Bahn von Natur aus nur einen schlechten Griff (ά. h. sie ist hart, steif und wenig bauschig) und auch nur eine geringe Saugfähigkeit, d. h. sie ist nicht ohne weiteres für die Herstellung von Tüchern oder entsprechenden Wegwerfprodukten geeignet Vielmehr ist es notwendig, eine solche naß abgelagerte Bahn zusätzlich zu kreppen, indem sie mittels einer Kreppklinge von der Trockentrommel der Papiermaschine abgenommen wird. Durch das Kreppen werden die Bindungen der Fasern aneinander bis zu einem gewissen Grade wieder aufgehoben, so daß sich der Griff und die Saugfähigkeit der Bahn etwas verbessern.

Dem Kreppen sind jedoch mehrere Grenzen gesetzt. Erstens ist es nur wirksam bei einer Bahn mit einem niedrigen Grundgewicht von weniger als etwa 25 g/m², denn naß abgelagerte Bahnen mit höheren Grundgewichten sind völlig steif und grundsätzlich zur Verwendung als Wegwerftuch ungeeignet. Um auch mit einer Bahn von niedrigem Grundgewicht ein Endprodukt von ausreichender Bauschigkeit und Weichheit zu erzeugen, müssen normalerweise zwei oder mehr Schichten des Materials aufeinandergelegt und miteinander verbunden werden, was einen zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet und, infolge der zur Verbindung der Schichten notwendigen Maßnahmen, auch insbesondere dem Griff und der Weichheit des Materials nicht zugute kommt. Eine zweite Grenze, die dem Kreppen gesetzt ist, besteht darin, daß selbst bei einer Bahn mit niedrigem Grundgewicht die nachteiligen Eigenschaften, die eine Folge der -starken Bindung der Fasern aneinander sind, nicht völlig beseitigt werden, da das Kreppen die Faserbindungen keineswegs in großem Umfang aufhebt.

Es kommt bei einer naß abgelagerten Bahn noch hinzu, daß sie normalerweise eine bevorzugte Faserausrichtung in Maschinenrichtung des Ablagersiebes besitzt. Als Folge davon ist die Reißfestigkeit in der Maschinenrichtung immer höher als in der dazu senkrechten Querrichtung. Da das Material aber auch in der Querrichtung eine für den Gebrauch ausreichende Festigkeit haben muß, bedeutet dies, daß die Festigkeit in Maschinenrichtung immer unverhältnismäßig groß ist, was ebenfalls der Ausbildung eines optimalen Griffes

entgegenwirkt

Um den Griff und die Saugfähigkeit von naß abgelagerten Bahnen zu verbessern, ist es aus der CH-PS 4 34 957 auch bereits bekannt, die naß abgelagerte Bahn zunächst thermisch auf einen Wassergehalt, der geringer ist als der Wassergehalt einer üblicherweise auf die Trockentrommel einer Papiermaschine überführten Bahn, vorzutrocknen, die solcherart vorgetrocknete Bahn anschließend mittels einer Prägewalze durch Prägung zu binden und dann erst endgültig zu trocknen. Auf diese Weise ergibt sich zwar eine Verbesserung der Eigenschaften, die aber noch keineswegs optimal ist Da nämlich in jedem Fall, auch bei einer Trocknung ohne Pressen, eine naß abgelagerte Bahn eine verhältnismäßig starke Bindung der Fasern aneinander aufweist, bekommen die zwischen den geprägten Gebieten verbleibenden lockeren, ungepreßten Bereiche nicht ihre maximal mögliche Bauschigkeit, Weichheit und Saugfähigkeit infolgedessen ist es auch hier für die Praxis normalerweise notwendig, die Bahn noch einmal zu kreppen, um durch Aufbrechen weiterer Faserbindungen in den ungepreßten Gebieten die Bauschigkeit und Weichheit (also den Griff) sowie die Saugfähigkeit zu verbessern. Im übrigen bestehen auch hier Beschränkungen hinsichtlich des Grundgewichts der Bahn, so daß für viele Anwendungsgebiete weiterhin zweischichtige Materialien notwendig sind.

Neben naß abgelagerten Bahnen sind auch bereits trocken abgelagerte Bahnen aus Zellulosefasern bekannt. Bei derartigen trocken abgelagerten Bahnen ergeben sich keinerlei Probleme hinsichtlich einer zu starken Eigenbindung der Fasern aneinander, da infolge des Fehlens des Wassers bei der Ablagerung keinerlei nennenswerte Bindungskräfte wirksam werden können. Demzufolge haben trocken abgelagerte Bahnen aber auch den grundsätzlichen Nachteil, daß sie keine eigene Festigkeit besitzen, sondern noch durch zusätzliche Maßnahmen verfestigt werden müssen. Diese zusätzlichen Maßnahmen werden dabei entsprechend dem beabsichtigten Verwendungszweck ausgewählt. Wenn es im wesentlichen auf eine gute Reißfestigkeit ankommt und nicht zu sehr auf den Griff und die Saugfähigkeit, erfolgt die Verfestigung durch Zugabe eines Klebemittels zur Bahn. Mu einem Klebemittel lassen sich, im Verein mit der Tatsache, daß trocken abgelagerte Fasern im allgemeinen wahlloser orientiert und nicht so stark in der Maschinenrichtung ausgerichtet sind wie naß abgelagerte Fasern, recht gute und vor allem auch in allen Bahnrichtungen weitgehend gleichmäßige Festigkeiten erzielen, nicht aber ausreichende Werte hinsichtlich des Griffs und der Saugfähigkeit, so daß die durch Klebstoffe befestigten, trocken abgelagerten Bahnen für die hier zur Debatte stehenden Anwendungsfälle grundsätzlich nicht geeignet sind.

Wenn die Verfestigung der trocken abgelagerten Bahnen dagegen mehr in Richtung auf eine möglichst gute Saugfähigkeit ausgewählt wird, wie das z. B. für absorbierende Saugkissen oder dergleichen verlangt wird, dann ergibt sich normalerweise keine ausreichende Eigenfestigkeit der Bahn. Es muß dann, wie z. B. die AT-PS 2 65 841 zeigt, die Verfestigung durch ein gesondertes Trägermaterial erfolgen, welches mit der trocken abgelagerten Zellulosebahn verbunden wird und diese umgibt. Dadurch leidet aber der Griff des Materials ganz erheblich, denn dann wird der Griff allein durch das Trägermaterial und nicht durch die trocken abeelaeerte Zelluloseschicht bestimmt. Das

Trägermaterial ist aber immer zwangsläufig so beschaffen, daß es sich wesentlich härter und steifer anfühlt als eine Zellulosebahn. Damit sind auch die bekannten, trocken abgelagerten und durch ein Trägermaterial verfestigten Zellulosebahnen trotz ihrer guten Saugfähigkeit nicht für Wegwerftücher oder dergleichen Produkte geeignet

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine zui Herstellung von Wegwerftüchern oder dergleichen Produkten geeignete Bahn aus Zellulosefasern zu schaffen, die in Hinsicht auf Höhe und Isotropie optimale Festigkeitseigenschaften mit einem optimalen Griff und einer optimalen Saugfähigkeit verbindet, und die damit den bisher bekannten Materialien zur Herstellung solcher Wegwerf produkte überlegen ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bahn ein Kontinuum aus trocken abgelagerten, im wesentlichen unverbundenen Fasern mit einer Länge von weniger als 1,27 cm ist, welches durch Prägungen, die 5 bis 40% der Bahnoberfläche bedecken und einen geringeren Abstand voneinander haben, als der Länge der einzelnen Fasern entspricht, zu einer in sich zusammenhängenden Bahn derart verbunden ist, daß die Dicke der Bahn in den nicht geprägten Gebieten mindestens 2,5mal so groß ist wie in den geprägten Gebieten.

Die Erfindung geht somit von einer trocken abgelagerten Zellulosefaserbahn aus. Bislang wurde angenommen, daß trocken abgelagerte Zellulosefaserbahnen zwar in vieler Hinsicht Vorteile bringen, aber nicht zur Herstellung von Wegwerf produkten eingesetzt werden können. Einen solchen Einsatz macht die Erfindung jedoch nunmehr möglich, und zwar dadurch, daß die Verfestigung der trocken abgelagerten Fasern durch einen genau bestimmten Prägevorgang erfolgt. Damit gelingt es, die trocken abgelagerten Fasern so zu einer Bahn zu verfestigen, daß die Eigenschaften hinsichtlich Griff und Saugfähigkeit in vollem Umfang nutzbar gemacht werden können, d. h. durch die Verfestigung nicht mehr eine Beeinträchtigung des Griffs und/oder der Saugfähigkeit eintritt.

Gegenüber Bahnen aus naß abgelagerten Zellulosefasern, wie sie bislang für die Herstellung von Wegwerftü cHern oder dergleichen Produkten verwendet wurden hat die Erfindung vielfache Vorteile. Erstens ist im Ausgangszustand der Bahn überhaupt keine Faserbindung vorhanden, so daß auch keine mehr oder weniger übermäßige Faserbindung nachträglich durch Kreppen wieder vermindert werden muß. Ein optimaler Griff und eine optimale Saugfähigkeit sind also von vornherein vorgezeichnet und brauchen nicht erst nachträglich durch Zusatzmaßnahmen eingestellt zu werden. Weiterhin kann eine trocken abgelagerte Bahn auch ohne weiteres mit höheren Grundgewichten hergestellt werden, so daß nunmehr auch schwerere Produkte in einschichtiger Ausführung möglich sind. Schließlich ergibt sich aber auch, wegen der ausgeprägt wahllosen Verteilung der Faserausrichtung, eine sehr gleichmäßige Festigkeit in allen Bahnrichtungen, so daß es nicht mehr nötig ist, eine übermäßige Festigkeit in Maschi nenrichtung in Kauf zu nehmen, um in Richtung senkrecht dazu noch eine einigermaßen ausreichende Festigkeit zu erhalten.

Das Prägen der trocken abgelagerten Bahnen wird so durchgeführt, daß die geprägten Gebiete einen geringeren Abstand voneinander besitzen, als der durchschnittlichen Faserlänge entspricht, so dab im Mittel alle Fasern gut in die Bahn eingebunden werden. Die

geprägten Gebiete werden dabei so bemessen, daß ihre Gesamtfläche 40% der gesamten Bahnoberfläche nicht überschreitet, daß noch eine ausreichende Fläche für die Ausbildung nicht geprägter und damit die Eigenschaften der trocken abgelagerten Ausgangsbahn aufweisender -. Gebiete zur Verfügung steht. Dadurch wird sichergestellt, daß der gute Griff und die hohe Saugfähigkeit, die in der Ausgangsbahn vorgezeichnet sind, auch beim Endprodukt erhalten bleiben.

In verfahrensmäßiger Hinsicht hat es sich als id zweckmäßig erwiesen, das Kontinuum aus trocken abgelagerten, im wesentlichen unverbundenen Fasern durch den Spalt zwischen einer Prägewalze und einer glatten Gegenwalze hindurchzuführen und zuvor auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 6 bis 35% einzustellen, r, wobei der Druck im Prägespalt auf mindestens 140 kg/cm² gehalten wird. Diese Maßnahme ermöglicht in besonders einfacher Weise die Ausbildung ausreichender Fasernbindungen im Bereich der geprägten Gebiete. 2"

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei stellt dar

F i g. 1 schematisch eine Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zellulosefaser- 2"> bahn,

F i g. 2 schematisch die Ansicht eines Ausschnitts aus einer erfindungsgemäßen Zellulosefaserbahn,

F i g. 3 die Mikrofotografie einer Zellulosefaserbahn entsprechend F i g. 2 im Querschnitt, jo

Fig.4 schematisch die Ansicht einer Modifikation der Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zellulosefaserbahn,

F i g. 5 die Mikrofotografie eines Ausschnitts aus einer erfindungsgemäßen, einschichtigen Zellulose- r> faserbahn, die als Handtuchstoff verwendet werden kann,

Fig.6 in Mikrofotografie einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen, zweischichtigen Zellulosefaserbahn, die als Handtuchstoff verwendet werden kann,

F i g. 7 in Mikrofotografie einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen, einschichtigen Zellulosefaserbahn, die als Gesichtstuch verwendet werden kann,

Fig.8 schematisch die Ansicht einer Vorrichtung zum Aufbringen von Zusatzstoffen während der 4> Herstellung der erfindungsgemäßen Zellulosefaserbahn,

Fig.9 eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer erfindungsgemäßen Zellulosefaserbahn, und

Fig. 10 schematisch in vergrößertem Maßstab den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Zellulosefaserbahn.

Das erfindungsgemäß beschaffene Produkt ist in Fig.2 dargestellt Es besteht aus einer weichen, absorbierenden Bahn mit einem Grundgewicht von 8,5 bis 85 g/m², die dadurch hergestellt ist, daß Zellulosefasern mit einer durchschnittlichen Länge von weniger als 1,27 cm zunächst trocken zu einem Kontinuum aus im wesentlichen unverbundenen Fasern abgelegt werden und dann durch eine in einem gleichmäßigen Muster aufgebrachte Prägung zu einer zusammenhängenden Struktur verbunden werden. Die durch Prägung verbundenen Gebiete nehmen dabei 5 bis 40% der Bahnoberfläche ein und sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der geringer ist als die durchschnittliche Länge der einzelnen Fasern. Die b5 Dicke des Kontinuums ist mindestens 2^mal größer als die Dicke der verbundenen Gebiete.

Zur kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Herstellung des Produktes gemäß F i g. 2 kann die in F i g. t dargestellte Vorrichtung benutzt werden, bine im wesentlichen trockene Zellstoffmattc 10, die in üblicher Weise aus Holz gewonnen ist und aus fest miteinander verbundenen Zellulosefasern besteht, wird von einer Rolle 12 abgespult und über Zuführwalzen 16 einer Pickerkammer 14 zugeführt. Dort ist eine rund um ihren Umfang mit Zähnen versehene Pickerwalze 18 vorgesehen, die die Matte 10 in die einzelnen Fasern 20 aufteilt. Diese werden über einen Luftkanal 22 auf ein sich bewegendes Ablagesieb 24 befördert. Durch eine Luftzufuhr 26 und ein Vakuumgehäuse 28 wird in dem Luftkanal 22 ein nach unten gerichteter Luftstrom erzeugt, so daß sich auf dem Ablagesieb 24 eine Zellulosefaserbahn 30 aus im wesentlichen unverbundenen Fasern ausbildet.

Diese Zellulosefaserbahn 30 wird anschließend durch Kalanderwalzen 32 durchgeführt, zwischen denen sie leicht so weit zusammengedrückt wird, daß sie einen zur Überführung auf ein Transportband 34 genügenden Zusammenhalt bekommt. Dabei kann no^h aus einer Düse 36 Wasser auf die Bahn 30 aufgesprüht werden, um einer statischen Anziehung zwischen der Bahn und dem Sieb entgegenzuwirken. Nach der Überführung der Bahn 30 auf das Transportband 34 läuft das Ablagesieb 24 zwischen einem Luftgebläse 38 und einem Vakuumgehäuse 40 hindurch, um zurückgebliebene lose Fasern von dem Sieb 24 zu entfernen.

Auf dem Transportband 34 wird der Feuchtigkeitsgehalt der Zellulosebahn 30 mittels einer Wassersprüheinrichtung 42 auf 6 bis 35% eingestellt Danach wird die Bahn 30 durch Hindurchführen durch den Spalt zwischen einer glatten, harten Walze 44 und eine*· Stahlprägewalze 46 gebunden. Anschließend kann die gebundene Bahn 30 getrocknet und aufgerollt oder auf andere Weise gelagert werden, bis sie gebraucht wird. Es besteht dabei keine Notwendigkeit, daß die Bahn 30 gekreppt wird.

Für die Eigenschaften des Endprodukts ist es wichtig, daß die Fasern vor dem Binden der Zellulosebahn 30 wahllos orientiert und im wesentlichen nicht miteinander verbunden sind. Dies läßt sich im Prinzip mit allen herkömmlichen Luftablagetechniken erreichen, der in F i g. 1 gezeigte Blaskanal ist dafür aber besonders gut geeignet. Wie weiter unten beschrieben wird, trägt die wahllose Orientierung der unverbundenen Fasern in der Bahn wesentlich dazu bei. daß das Endprodukt eine brauchbare Festigkeit zusammen mit einem guten Griff und einer hohen Saugfähigkeit bekommt

Eine weitere wichtige Maßnahme, die sich auf die Eigenschaften des Endprodukts auswirkt, besteht in der Einstellung des Feuchtigkeitsgehalts der Zellulosebahn 30 vor dem Binden. Es hat sich gezeigt, daß die Bahn 30 vor dem Binden einen Feuchtigkeitsgehalt von 6 bis 35% (auf das Gewicht der befeuchteten Bahn bezogen) besitzen sollte. Höhere Feuchtigkeitsgehalte, d.h. Feuchtigkeitsgehalte bis zu einem Ausmaß, in dem die Feuchtigkeit das offene Porenvolumen voll ausfüllt, sind schädlich, da sie den Griff und die Saugfähigkeit des Endproduktes verschlechtern, und zwar wahrscheinlich deshalb, weil die Bahn 30 dann in dem Spalt zwischen den Walzen 44 und 46 so stark zusammengedrückt wird, daß sich Faserbindungen auch in den ungeprägt bleibenden Gebieten ergeben können. Auf der anderen Seite ist es bei zu niedrigen Feuchtigkeitsgehalten sehr schwierig, eine ausreichende Festigkeit der Bahn 30 zu erhalten. Vorzugsweise wird der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn 30 vor dem Binden auf 10 bis 30% eingestellt

Schließlich ist auch die Art und Weise, in Her die Zellulosebahn 30 gebunden wiiJ, von erheblicher Bedeutung für die Eigenschaften des Endprodukts. Dabei hat sich gezeigt, daß das Gebiet, der Druck und der Abstand der Prägungen Einflußgiüßen darstellen. Im Hinbiick darauf müssen die Prägevorsprünge auf der Prägewalze 46 so beschaffen sein, daß das durch die Prägung insgesamt erzeugte Bindungsgebiet in der fertigen Bahn einen Anteil von 5 bis 40%, und vorzugsweise von 8 bis 20% der gesamten Bahnoberfläche einnimmt. Zu große Flächenanteile des gesamten Bindungsgebietes wirken sich nachteilig auf die Saugfähigkeit und den Griff aus, während bei zu geringen Flächenanteilen des gesamten Bindungsgebie tes die Festigkeit des Endproduktes nicht ausreicht. Der optimale Flächenanieil des gesamten Bindungsgebietes hängt dabei etwas von dem Gewicht der Bahn ab. Für Bahnen mit einem Grundgewicht von weniger als 34 g/m², also mit einem Grundgewicht von 8,5 bis 34 g/m², sind Flächenanteile des gesamten Bindungsgebietes von 10 bis 40% am günstigsten, wobei Werte von 10 bis 20% bevorzugt werden. Auf der anderen Seite sind für Bahnen mit größeren Grundgewichten als 34 g/m², also für Grundgewichte von 34 bis 85 g/m², Flächenanteile des gesamten Bindungsgebietes von 5 bis 25% und vorzugsweise von 8 bis 15% am brauchbarsten.

Neben dem Flächenanteil des gesamten Bindungsgebietes ist auch die Bindungshäufigkeit sehr wichtig. Um eine ausreichende Festigkeit des Endprodukts zu erreichen, sollte"¹ die Abstände zwischen den einzelnen Bindungsgebieten geringer sein als die durchschnittliche Länge der Zellulosefasern, aus denen die Bahn besteht Weiterhin wird ein regelmäßig wiederkehrendes Bindungsmuster bevorzugt, um eine gleichmäßige Festigkeit über die gesamte Bahnoberfläche zu erhalten. Bei einem Flächenanteil des gesamten Bindungsgebietes von 5 bis 40% sind vorzugsweise 4 bis 16 einzelne Bindungsgebiete pro Zentimeter Länge in beiden Richtungen der Bahn vorgesehen. Eine Häufigkeit von 6 bis 14 einzelnen Bindungsgebieten pro Zentimeter Länge wird im allgemeinen bevorzugt. Die Fläche eines einzelnen Bindungsgebietes ergibt sich dann aus dem Flächenanteil des gesamten Bindungsgebietes und der Häufigkeit der einzelnen Bindungsgebiele.

Während des Bindens muß ein ausreichender Druck ausgeübt werden, damit die Fasern in den einzelnen Bindungsgebieten Wasserstoffbrücken bilden. Unter dem Begriff »Wasserstoffbrücke« wird dabei die Bindung verstanden, die üblicherweise in selbstgebundenen naß abgelagerten Papierprodukten vorhanden iii und die wahrscheinlich auf Sekundärvalenz-Bindungen zwischen OH-Gruppen und Η-Atomen der sich berührenden Fasern beruht Die F i g. 9 zeigt, wie die Bindungsgebiete in der gemäß dem nachfolgenden Beispiel II hergestellten Bahn unter einem Elektronenmikroskop bei hundertfacher Vergrößerung aussehen. Die Bindungsgebiete erscheinen als in hohem Maße zusammengepreßte Fasern.

Um eine ausreichende Bindung zu erreichen, sollte der auf die einzelnen Bindungsgebiete ausgeübte Druck mindestens 140 kg/cm² betragen, Zu einem großen Ausmaß ist der Maximaldruck durch die Belastungsgrenze der entsprechenden Walzen gegeben. Für praktische Zwecke wird dieser Druck im allgemeinen 2100 kg/cm² nicht überschreiten. Dabei ist es besonders zweckmäßig, mit der Prägewalze eine nachgiebige, z. B. aus Nylon bestehende, glatte Walze zusammenwirken zu lassen, da dann die Abnutzung der Prägewalze herabgesetzt wird.

Die Gestaltung der Prägevorsprünge auf der Prägewalze ist nicht besonders kritisch, obgleich sie bis ^ri zu einem gewissen Ausmaß die richtungsmäßige Widerstandsfestigkeit des Endprodukts beeinflussen kann. Um jedoch beim Prägen eine merkliche Verdichtung der Zellulosebahn 30 außerhalb der Bindungsgebiete zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die

ui Prägevorsprünge mit vergleichsweise steilen Flanken zu versehen. Auch die Höhe der Prägevorsprünge, die bevorzugt im Bereich von 0,38 bis 0,76 mm liegt, muß in jedem Fall so beschaffen sein, daß keine übermäßige Verdichtung der Bahn, die zu einer Bindung der Fasern

is außerhalb der Bindungsgebiete führt, eintreten kann. Eine gewisse Verdichtung der gesamten Bahn, die z. B. um 50% betragen kann und von dem Grundgewicht und der Bindungshäufigkeit abhängt, tritt während des Prägens meistens ein, ist in der Größenordnung aber nicht weiter schädlich.

Die Bindungsgebiete des Endproduktes besitzen im allgemeinen eine Dicke von weniger als 40% und vorzugsweise von weniger als 20% der Dicke der ungebundenen Gebiete. Mit anderen Worten ist die Dicke der endgültigen Bahn in den ungebundenen Gebieten mindestens 2,5mal und vorzugsweise mindestens 5mal so groß wie die Dicke der Bindungsgebiete. Es wird angenommen, daß dieses Dicken-Verhältnis zusammen mit der Tatsache, daß im wesentlichen keine

jo Bindung der Fasern außer in den vorgesehenen Bindungsgebieten vorhanden ist, zum Griff und zu der Saugfähigkeit der fertigen Bahn wesentlich beiträgt.

Darauf hingewiesen sei auch noch, daß die Bahn zur Bindung mit relativ geringem Druck durch mehrere

J5 Walzenspalte hindurchgeführt wird. Überraschenderweise wird beispielsweise beim Durchführen der Bahn durch zwei Walzenspalte im wesentlichen die gleiche Reißfestigkeit erreicht, wie wenn die Bahn mit doppeltem Druck durch einen einzigen Walzenspalt hindurchgeführt wird. Wenn es gewünscht wird, können auch mehr als zwei Walzenspalte mit entsprechend niedrigerem Druck benutzt werden. Auf diese Weise kann die Verfahrensgeschwindigkeit wesentlich erhöht und die Abnutzung der Prägewalze wesentlich verringert werden. Allerdings verhalten sich die Auswirkungen mehrerer Walzenspalte nicht streng additiv. Es gibt vielmehr einen Minimaldruck, unterhalb dessen die gewünschte Verdichtung unabhängig von der Anzahl der verwendeten Walzenspalte nicht erhalten wird.

Dieser Minimaldruck liegt bei 140 kg/cm² und dementsprechend sollte auch, wenn beispielsweise zwei Walzenspalte verwendet werden, der Druck in dem zweiten Walzenspalt mindestens 140 kg/cm² betragen.
In einer Reihe von Anwendungsfällen, wie z. B.

allgemein bei Gesichtstüchern und Handtüchern, müssen Papierprodukten noch naßfestigkeitssteigernde Zusätze wie Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Polyamide oder Polyimine zugegeben werden. Dies gilt auch für das erfindungsgemäße Produkt Die Zugabe derartiger Zusätze kann entweder vor oder nach dem Binden z.B. durch Aufsprühen erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch eine Anordnung gemäß F i g. 8 verwendet, damit die Auswirkungen der Zusätze in bezug auf die Saugfähigkeit und den Griff möglichst klein gehalten werden. Gemäß F i g. 8 ist eine Walze 48 vorgesehen, die zum Teil in einen Behälter 50 eintaucht, der mit einer Lösung 52 eines naßfestigkeitssteigernden Harzes gefüllt ist Die Walze 48 nimmt das

Harz auf und führt es über Walzen 54 und 56 der Prägewalze 46 zu. Dadurch wird sichergestellt, daß das Harz der Bahn nur in den Bindungsgebieten zugeführt wird. In der Weise, aber auch durch Aufsprühen vor oder nach dem Binden beispielsweise an den Sprüheinrichtungen 42 oder 58 in F i g. 1, kann auch Stärke oder ein anderes Bindemittel in die Bahn eingebracht werden, um ein »Fusseln« zu verhindern.

Die verwendete Art von Zellulosefasern ist nich! besonders kritisch. Es können relativ dünnwandige, κι lange Fasern aus Zedern bis hin zu groben, dickwandigen Fasern aus Pinien verwendet werden. Die Art der Fasern wird dabei im allgemeinen durch die Art der gewünschten B3hn bestimmi Zedernfasern ergeben eine weiche, lockere Bahn, während Pinienfasern eine r> mehr wollige Bahn ergeben. Lange Fasern werden bevorzugt, da dann der Abstand der einzelnen Bindungsgebiete vergrößert werden kann und das Endprodukt flexibler wird. Zusätzlich hat sich herausgestellt, daß dünnwandige Fasern ein wenig zur Weichheit des Produkts beitragen. Auf jeden Fall besitzen dir verwendeten Zellulosefasern eine Länge von maximal 1,27 cm und vorzugsweise eine Länge in dem Bereich von 1 bis 5 mm; sie sind also kürzer als normale Textilfasern, deren Länge sich in der Größenordnung 2> von mindestens 1,9 cm bewegt.

Nach ." π Kraft-Verfahren gewonnene Zellstoffmatten haben sich als sehr brauchbares Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Produkt erwiesen. Solange jedoch die von den Matten separierten Fasern so anschließend in der vorangehend beschriebenen Weise gebunden werden können, ist die Art der Gewinnung der Matten nicht bedeutungsvoll. Insbesondere bei kontinuierlicher Herstellung des erfindungsgemäßen Produkts ist die Auswahl von passenden Zellfasermat- s-i ten davon abhängig, wie leicht das Zerfasern erfolgen kann. Es ist in einem solchen Fall zweckmäßig, daß Matten geringer Dichte aus ungemahlenen Fasern verwendet werden. Um das Zerfasern noch weiter zu erleichtern, kann ein Entbindungsmittel oder eine -tu mechanische Entbindungsoperation angewandt werden. Der Einsatz eines Entbindungsmittels sollte aber nur in einem solchen Umfang geschehen, daß nicht das nachfolgende Binden des erfindungsgemäßen Produkts behindert wird. ·»">

Das Grundgewicht des erfindungsgemäßen Produkts richtet sich etwas nach dem beabsichtigten Verwendungszweck. Bei Grundgewichten zwischen 8,5 und 34 g/cm² ist das Produkt insbesondere im Badezimmer und für Gesichtstücher verwendbar, während es bei ->u höheren Grundgewichten bis zu 50 g/cm² und gegebenenfalls auch darüber vorzugsweise für Handtücher geeignet ist. Völlig überraschend kann das Produkt für viele Anwendungsgebiete einschichtig verwendet werden, wobei es ähnliche Grundgewichte besitzt wie ή herkömmliche Produkte, die aus mehreren Schichten zusammengesetzt werden müssen.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist kennzeichnet sich das erfindungsgemäße Produkt durch ein Kontinuum von wahllos ausgerichteten Fasern 60, das durch ein Muster wi von Bindungsgebieten 62 unterbrochen ist Wenn, wie in F i g. 3 gezeigt ein Querschnitt entlang einer Reihe von Bindungsgebieten gelegt wird, wird erkennbar, daß sich zwischen den Bindungsgebieten lockere bauschige und damit sehr weiche Gebiete aus im wesentlichen b·; unverbundenen Fasern ausbilden. Aus Fig.9 ist der Charakter der lockeren baus; higen Gebiete ebenfalls mit zu ersehen.

Eine andere Eigenschaft des erfindungsgemäßen Produkts ist in Fig. 10 schematisch für den Querschnitt eines Teils der gemäß Beispiel I hergestellten Bahn dargestellt. Wie dort ersichtlich ist, besitzen die dicht an der Oberfläche der lockeren bauschigen Gebiete befindlichen Fasern beim Verlassen des Bindungsgebietes eine Ausrichtung, die von der Grundebene der Bahn wegweist (d. h. Ausrichtung in Z-Richtung). Diese verhältnismäßig große Ausrichtung in Z-Richtung scheint ebenfalls zu dem gewünschten Griff der Bahn beizutragen.

Abgesehen von den Gebieten mit unverbundenen Fasern, die auch eine hohe Ausrichtung in Z-Richtung aufweisen, unterscheidet sii-!i das erfindungsgeinäße Produkt auch darin von herkömmlichen Produkten, daß die Fasern wahlloser in der Grundebene der Bahn ausgerichtet sind und die Bahr; bei gleichem Grundgewicht weniger dicht ist. Beide dieser letztgenannten Kenngrößen scheinen ebenfalls in wichtigem Maße dazu beizutragen, dem Produkt die gewünschte Kombination von Festigkeit, Saugfähigkeit und verbesser tem Griff zu geben.

Die Faserausrichtiing in der Bahngrundebene ist bei dem erfindungsgemäßen Produkt in der Tat völlig wahllos. Die Bahn besitzt infolgedesscr. ci.iu im wesentlichen gleichmäßige Reißfestigkeit in allen Richtungen. Insbesondere ist die Reißfestigkeit in Maschinenrichtung uuu in Richtung senkrecht dazu ziemlich gleich. Das Verhältnis der Reißfestigkeit zwischen diesen beiden Richtungen, d. h. das orthotrope Reißfestigkeitsverhältnis (ORV), übersteigt im allgemeinen nicht 1,5 und ist gewöhnlich geringer als 1,2. Als Folge davon braucht die Bahn nur so weit gebunden zu werden, daß sich die erforderliche Reißfestigkeit für den speziellen Verwendungszweck ergibt. Es braucht infolgedessen keine zu große Bindung in einer der Richtungen in Kauf genommen zu werden, was sich selbstverständlich auf einen verbesserten Griff auswirkt. Aufgrund der wahllosen Faserausrichtung in der Bahn wird ebenfalls eine erwünschte isotrope Saugfähigkeit erhalten.

Die als weitere Kenngröße dienende Dichte der Bahn kann sowohl als »reale Bahndichte (RBD)« als auch als »scheinbare Bahndichte (SBD)« gemessen werden. Die reale Bahndichte bezieht sich dabei auf dasjenige Volumen eines Bahnausschnittes vorgegebener Fläche, das durch die einander gegenüberliegenden wirklichen Oberflächen der Bahn eingeschlossen wird. Die scheinbare Bahndichte dagegen geht von einem fiktiven Volumen eines solchen Bahnausschnittes aus, indem an die Bahn zwei die äußersten Oberflächenerhebungen berührende Tangentialebenen angelegt werden und das sich dazwischen ergebende Volumen zugrunde gelegt wird. Bei der scheinbaren Bahndichte zählen damit auch alle außerhalb der wirklichen Bahnoberfläche liegenden Unebenheiten, wie die Täler zwischen den Kreppfalten bei gekreppten Produkten oder, bei dem erfindungsgemäßen Produkt, die Vertiefungen im Bereich der Bindungsgebiete, mit zum Volumen.

Zur Bestimmung der realen Bahndichte (RBD) sind zwei Verfahren (A und B) geeignet Bei dem Verfahren A wird ein vorher gewogenes einschichtiges Flächenstück, das aus der betreffenden Bahn ausgeschnitten ist mit einem für pharmazeutischen Gebrauch geeigneten Mineralöl geringer Viskosität gesättigt Nach der Sättigung wird das überschüssige Ol durch wiederholtes Auflegen des Flächenstückes auf eine Polyäthylenschicht von dessen beiden Oberflächen entfernt, wobei

das überschüssige öl auf dem Polyäthylen zurückbleibt. Sobald alles überschüssige öl von den Oberflächen entfernt worden ist (und durch Beobachtung mit einem Stereomikroskop geprüft wurde, daß das in der Probe verbleibende öl sich in dem feinen, inneren Kapillarsystem und nicht mehr beispielsweise in etwaigen Kreppfalten oder in den Vertiefungen der "'ndungsgebiete befindet), wird das Flächenstück wiederum gewogen. Da das spezifische Gewicht der Zellulosefaser" und des Öls bekannt ist, kann somit die rrs.ie Bahndichte (in g/cm³) errechnet werden.

Bei dem Verfahren B wird das Flächenstück in Harz eingebettet und dann mit einen Mikrotom zu 80 in Marchinenrichtung aufeinanderfolgenden Schnitter, zersctir.iti-ü, von denen jeder 0,025 mm dick ist. Die UmriGiinien der projizieren Biider dieser Schnitte werden planimetrieri, und uie Gesamtfläche der 80 Schnitte mal der Dicke Her Schnitte ergibt dann das Voluir.r - Jes Fläcliciistückes. Die Masse des Flächenstückes wird aus dem Durchschnittsgruncigewicht der zugrunde gelegten Bahn errechnet, und daraus ergibt sich schließlich die ic<i!e Bahndichte in ^ cm³. Von diesen beiden Verfahren beansprucht das Verfahren A am wenigsten Zeit und ist wohl auch am genauesten.

Die Charakterisierung einer Bahn durch Angabe der scheinbaren Bahndichte (SBD) is: besonders für ungekreppte Bahnen nützlich, da dort kein zusätzliches Volumen aufgrund von Kreppfalten eingeht. Zur Messung der scheinbaren Bahndichte wird zweckmäßig ein Instron-Prüfgerät des Typs verwendet, wie es zur Messung von Bahndicken üblich ist. Dieses Prüfgerät besitzt zwei relativ zueinander verfahrbare Platten, zwischen die das aus der zu untersuchenden Bahn ausgeschnittene Flächenstück gelegt wird. Dann werden die Platten so gegen das Flächenstück verfahren, daß sie mit einem vorbestimmten geringen Andruck an dem Flächenstück anliegen, ohne dieses zu verdichten. Der sich dabei einstellende Plattenabstand gibt die Dicke an. Aus dieser Dicke, der bekannten Fläche und dem bekannten Grundgewicht des Flächenstückes wird anschließend die scheinbare Bahndichte in g/cm³ errechnet.

Die Werte für die reale Bahndichte und für die scheinbare Bahndichte werden durch den Flächenanteil des gesamten Bindungsgebietes, den Abstand der einzelnen Bindungsgebiete und das Grundgewicht der Bahn beeinflußt. Große Flächenanteile des gesamten Bindungsgebietes, geringe Abstände der einzelnen Bindungsgebiete oder große Grundgewichte führen zu größeren Dichten und umgekehrt. Somit kann bei dem vorgegebenen Grundgewicht die gewünschte Dichte der Bahn durch geeignete Auswahl des Flächenanteils des gesamten Bindungsgebietes und der Abstände der

Tafel 1

einzelnen Bindungsgebiete erhalten werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Produkt mit Grundgewichten zwischen 8,5 und 85 g/cm² kann eine reale Bab^ichte von 0,05 bis 0,5 g/cm³ und eine scheinbare

■> Bahndichte von 0,02 bis 0,1 g/cm^J erreicht werden. Insbesondere besitzen Bahnen ir.it einem Grund^wicht von 17 bis 34 g/cm², einem Flächenanteii des gesamten Bindungsgebietes von 8 bis 20% und einer Anzahl von 6 bis 10 einzelnen Bindungsgebieten pro Zentimeter

Hi Läng? in beiden Richtungen der Bahn eine reale Bahndichie von 0,10 bis 0,23 g/cm' und eine scheinbare Bahndichte von 0,03 bis 0,07 g/cm³. Generell gilt, daß die änderung der Dichte innerhalb d;■*■ ι-ken angegebenen Bereichs direkt proportional der Änderung des

ι % Grundgewichtes und des Flächenan ceils des gesamten Bindungsgebietes und umgekehrt proportional dem Abstand der einzelner! Bindungsgebiete ist. Wie der weiter unten nachfolgenden Tafel 2 zu entnehmen ist, besitzt das erfindungsgemäßc Produkt im Vergleich mit herkömmlichen Produkten von gleichen Grundgewichten eine geringere reale Bahndichte. Die ^hoinbare Bahndichte Linn nicht verglichen werden, da die herkömmlichen Produkte gekreppt sind. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, daß bei Durchführung eines solchen Vergleichs vor dem Kreppen der herkömmlichen Produkte die erfindungsgemäßen Produkte auch eine geringere scheinbare Bahndichte besitzen.

Es folgen nunmehr Zahlenbeispiele insbesondere zur

jo Verdeutlichung der Vorteile der Erfindung.

Beispiele IbisVI

Die folgenden Beispiele I bis VI beziehen sich auf

ji Produkte, die mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß F i g. 1 hergestellt sind. Die Tafel 1 gibt die grundsätzlichen Verfahrensbedingungen an. Die der Pickerwalze 18 zugeführte Zellstoffmatte bestand aus gebleichtem Kraftzellstoff (aus einer Mischung aus nordamerikanischer Schwarzfichte, Strauchkiefer und Balsamtanne) und hatte eine Dichte von 0,6 g/cm³ sowie ein Grundgewicht von etwa 120 g/m². Die Kalanderwalzen 32 wurden mit einem Liniendruck von etwa 2 kg/cm betrieben und als Walze 44 wurde eine glatte

4·> Nylonwalze benutzt. Die Bahnen wurden durch Flächenheizung getrocknet, nachdem sie durch den Bindungs-Walzenspalt gelaufen waren. Die Prägewalze 46 besaß karoförmige Prägevorsprünge, die in einem Muster gemäß einem 60°-Dreieck angeordnet waren.

Das Sieb 24 wurde mit einer Geschwindigkeit von 8,22 m pro Minute bei den Beispielen I und II und mit einer Geschwindigkeit von 4,12 m pro Minute bei den Beispielen III bis VI angetrieben.

	Beispiel	Il	III	IV	V	Vl
	I	22,05	28,83	43,25	43,25	28,83
Grundgewicht (g/m²)	18,65	8	8	8	8	8
Feuchtigkeitsgehalt vor den	8
Walzen 32 (%)		20	24	30	30	24
Feuchtigkeitsgehalt vor dem	20
Binden (%)		33,6	26,6	26,6	26,6	26,6
Bindungsdruck (kg/cm)	26,6	10	7	7	7	7
Anzahl der Bindungsgebiete	7
pro Zentimeter Länge

	Fortsetzung	Beispiel	19 65	716	14	IV	V	VI
13		I				10	10	10
	10
Flächenanteil des gesamten				—	0,2	0,2
Blndungsgebietes (%)	—	Il	111
Naßfestigkeitszusatz*)		10	10			03
(% angelagerte Festsubstanz)
Stärke")		—	—	Hand	Hand	Gesichts
(% angelagerte Festsubstanz)	Badezim			tuch	tuch	tuch
Beabsichtigter Gebrauch der	mertuch
einschichtigen Bahn
	Badezim	Badezim
	mertuch	mertuch

Vor dem Binden aufgesprüht
Nach dem Binden aufgesprüht

Die gemäß diesen Beispielen hergestellten Bahnen wurden hinsichtlich ihrer Reißfestigkeit und ihres Griffs mit herkömmlichen Produkten verglichen. Die Auswertung wurde dabei wie folgt durchgeführt:

Die Reißfestigkeit wurde mit einem Instron-Prüfgerät an Bahnausschnitten von vorbestimmter Größe bei 23,9° C und einer relativen Feuchtigkeit von 50% gemessen und ist in Gramm pro Zentimeter Probenbreite angegeben.

Der Griff beruht auf dem allgemeinen ästhetischen Eindruck beim Anfassen einer Bahn und kann nicht mit einer einzigen objektiven Messung wirklich repräsentativ dargestellt werden. Im Rahmen einer Annäherung an eine objektive Darstellung des Griffs wurde die Messung der Verdichtungsarbeit (VA), die Messung des Falterholungswinkels (FEW) und die Messung des Reibungskoeffizienten (Q) herangezogen.

Die Verdichtungsarbeit ist ein Anzeichen für die Weichheit der Bahn und soll diejenige Arbeit (in cm χ g) zum Ausdruck bringen, die eine Person aufwenden muß, um durch Zusammendrücken der Oberfläche eines Blattes zwischen Daumen und Zeigefinger einen Eindruck von dessen Weichheit zu erhalten. Eine größere Arbeit ist dabei mit einer größeren Weichheit verbunden. Zur Messung der Verdichtungsarbeit wird ein Bahnausschnitt vorbestimmter Größe in einem Instron-Prüfgerät mit einem graduell bis auf 15,5 g/cm² ansteigenden Druck verdichtet, wobei eine Kraft-Zeit-Kurve aufgenommen und anschließend integriert wird. Vor der Messung der Proben wurden diese acht Stunden lang auf eine Temperatur von 23,9⁰C und eine relative Feuchtigkeit von 50% gebracht.

Der Falterholungswinkel wurde nach dem ASTM-

Tafel 2

Test D 1295 (ASTM Standards part 24; 274 bis 278

2(i Oktober 1968) gemessen. Bei diesem Test wird ein Bahnausschnitt gefaltet und 5 min lang unter einer Last von 500 g gehalten Danach wird die Belastung entfern! und dem Material 5 min Zeit zur Erholung gegeben. Dei sich dann einstellende Winkel ist der Falterholungswin kel. Dieser gibt die Schlaffheit und Nachgiebigkeit dei Bahn wieder, wobei ein geringer Wert die Tatsache widerspiegelt, daß die Knickstellen beim Zerknitterr eines Materials leicht nachgeben und keine harte Empfindung ergeben.

in Der Reibungskoeffizient ist ähnlich der Verdichtungs· arbeit ein Maß für die Weichheit der Bahn und gibt die Arbeit (in cm χ g) an, die beim Verdichten der Bahr durch Reibung zwischen der Bahnoberfläche und einen im wesentlichen glatten Gleitobjekt aufgewendei

r> werden muß. Diese Messung ist dcmit repräsentativ füi den Fall, daß eine Person das Material zwischer Daumen und Zeigefinger reibt. Wie bei der Verdich tungsarbeit ist ein höherer Reibungskoeffizient einen weicheren Material zugeordnet. Zur Durchführung de!

Tests wird ein aus der Bahn ausgeschnittenes Flächen stück auf ein glattes Sperrholzstück gelegt und an einen Ende an dem Holz festgeklammert. Auf dem festge klemmten Ende des Bahnausschnittes wird ein mi einem geringen Gewicht belasteter Schlitten mit einei 3 Gleitoberfläche aus Teflon placiert. Dieses Ende wire dann langsam hochgehoben, bis der Schlitten sich zi bewegen beginnt, und der Neigungswinkel des Sperr holzes wird danach so eingestellt, daß der Schlitten mi einer konstanten Geschwindigkeit von 2,54 bis 5,08 cm/:

^r>o abwärts gleitet. Diese Neigung ist ein direktes Maß füi den Reibungskoeffizienten von Teflon auf dem Probe material.

Bahn	Orund-	RBD*)	SBD	Reißfestigkeit, g/cm	dazu	ORV	VA	FEW	dazu	O
	gewicht			Maschi	senkr.			Maschi	senkr.
				nen	Richtung			nen	Richtung
	g/m²	g/cm³	g/cm³	richtung	66,5		cm ■ g	richtung
Beispiel 1	18,65	0,136	0,04	66,5	87,4	1	0,59		80
Beispiel III	28,83	0,144	0,06	88,9	51,9	1	0,7	73	87	0,272
Gekrepptes Bade	29,68	0,271		104,7		1,95	0,45	75		0,233
zimmertuch gemäß
CH-PS 4 34 957					42,1				70
Gekrepptes Bade	16,96	0,276		89,7		2,1	0,48	70		0,233
zimmertuch pemäß
CH-PS 4 34 957

FortsLl/ung	Grund gewicht g/m-'	RBD") g/cm'	SBD RciUfcsiigkcit, g/etii Maschi- da/.u non- scnkr. g/cm¹ richtung Richtung	66,1 31,5	ORV	VA cm · g	FEW Maschi nen richtung	dazu senkr. Richtung	C₁
Bahn	27,98 30,53	0,251 0,499	112,6 1023		1,7 3,25	0,62 038	86 101	83 78	033 0,225
Gekrepptes Ge sichtstuch gemäß CH-PS 4 34 957 Handelsübliches gekrepptes Gesichtstuch··)

*) Verfahren A angewandt, bei zweischichtigen Produkten Messung nur an einer Schicht durchgeführt ·*) Naß abgelegte Fasern.

Die Tafel 2 gibt die Ergebnisse der vorangehend diskutierten Messungen bei Bahnen gemäß den Beispielen I und III im Vergleich zu verschiedenen >o Produkten gemäß dem Stand der Technik an. Die orthotropen Reißfestigkeitsverhältnisse und die Bahndichten sind ebenfalls in der Tafel 2 vermerkt

Wie aus Tafel 2 ersichtlich ist besitzen die Bahnen gemäß den Beispielen I und III im wesentlichen die :> gleiche Reißfestigkeit in Maschinenrichtung und dazu senkrechter Richtung. Außerdem sind bei den beiden Bahnen die Dichten gering. Im Hinblick auf die den Griff repräsentierenden Messungen besitzen die beiden Bahnen weiterhin einen eindeutigen Trend in Richtung m auf eine bessere Erscheinungsform. Dies ist insbesondere aus den Messungen der Verdichtungsarbeit und des Reibungskoeffizienten ersichtlich und wurde im übrigen auch durch einen subjektiven Grifftest bestätigt.

Für die Bahn gemäß Beispiel III wurde auch noch die r> Saugfähigkeit durch das Verfahren der Kapillarspannung bestimmt. Dabei wurde das von B u r g e η i und Kapor beschriebene Verfahren (Textile Research, Journal 37, Nr. 5. 356 bis 366. Mai 1967) dahingehend modifiziert daß für diesen Test Wasser als Flüssigkeit -in und eine Ausgleichszeit von 100 Minuten benutzt wurden. Mit dem Verfahren der Kapillarspannung kann der Saugdruck gemessen werden, den eine Bahn bei verschiedenen Sättigungsniveaus ausübt. Der Saugdruck ist wiederum ein Anzeichen für die Neigung der -r. Bahn, bei dem bestimmten Sättigungsniveau noch mehr Wasser zu absorbieren, denn bei gleichen Sättigungsniveaus absorbiert die Bahn mit dem höheren Saugdruck aktiver zusätzliches Wasser als die Bahn mit dem geringeren Saugdruck. Diese Art der Messung kenn- «so zeichnet die Saugfähigkeit besonders gut, da beim wirklichen Gebrauch ein Produkt kaum das Niveau totaler Sättigung erreicht

Bei Sättigungsniveaus von 2 bzw. 4 bzw. 6 g H₂CVg Fasern betrugen die Saugdrücke bei einer Bahn gemäß r, Beispiel III 40 bzw. 20 bzw. 11 cm H₂O. Solche Drücke sind kennzeichnend für eine gute Saugfähigkeit der Bahn. Dabei sei noch erwähnt, daß eine in der vorausgehend beschriebenen Weise unter Verwendung von Kraftzellstoffen hergestellte Bahn bei gleichem t,< > Sättigungsniveau einen höheren Saugdruck aufweist und eine höhere Sättigungskapazität besitzt als herkömmliche Produkte, insbesondere solche, die mit Sulfitzellstoff hergestellt und für mindestens mehrere Monate gealtert worden sind. Die gute Saugfähigkeit es der erfindungsgemäß hergestellten Bahn beruht wahrscheinlich Huf dsr feinen Porenstruktur der lockeren bauschigen Gebiete zwischen den Bindungsgebieten. Es wird angenommen, daß die Verteilung der Porengröße in diesen lockeren bauschigen Gebieten dergestalt ist, daß ein großer Anteil des gesamten Porenvolumens der Bahn aus solchen Poren besteht die gerade bei der Flüssigkeitsabsorption an Zwischenniveaus der Bahnsättigung besonders wirksam sind.

Beispiele VIlbisX

Die Beispiele VII bis X gehen nicht von der Vorrichtung gemäß F i g. 1 zur großtechnischen Herstellung der Zellulosebahnen aus, sondern von dem in F i g. 4 gezeigten Gerät das statt längerer Bahnen nur einzelne Blätter lieferte. Die Zellulosefasern wurden dabei in einen Behälter 64 gegeben, der an seinem unteren Ende ein Gitter 66 besitzt. Von einer nicht gezeigten Quelle aus wurde Druckluft durch das Gitter geleitet, damit etwa noch verbliebene Faserklumpen so klein zerteilt wurden, daß sie das Gitter passieren konnten. Nach dem Passieren des Gitters gelangten die einzelnen Fasern 68 durch einen Metalltrichter 70 nach unten durch eine zylindrische Kammer 72 und ein sich erweiterndes Kammerteil 74 hindurch auf ein feines Ablagesieb 76, das am Boden des Kammerteils 74 angeordnet war. Durch ein Gebläse 78 wurde ein Saugdruck erzeugt, so daß sich durch das unter dem Gitter 76 liegende Gitter 80 ein gleichmäßiger Luftstrom ergab.

Die Reißfestigkeit der so hergestellten Blätter wurde in der vorangehend beschriebenen Weise gemessen, für den Griff wurden jedoch mehr subjektive Meßmethoden eingesetzt.

Mit einem Härtetest wurden die Unebenheit und Grobheit der Probenoberflächen bestimmt. Nachdem die Proben den Bedingungen des Testraumes angepaßt waren, wurde dazu jede Probe mit einer Hand des Prüfers gegen eine flache Oberfläche gedrückt während die sensitiven Gebiete der Finger der anderen Hand mit einem Druck, der dem beim Gebrauch des Produktes üblicherweise aufgewendeten Druck entsprach, in Maschinenrichtung über die Mitte der Probe geführt wurden. Die Probe wurde dann auf gleiche Weise in der entgegengesetzten Richtung überstrichen und danach in der Härte mit den anderen Proben verglichen. Der Prüfer befühlte die zu testenden Proben so oft wie nötig, um die relativen Härten zu bestimmen. Die Proben wurden dann in Werte von 1 --10 eingestuft, wobei die Härte mit zunehmenden Werten zunimmt.

Mit einem Steifheitstest wurde weiterhin der Knitterwiderstand bestimmt. Dazu wurden eine Probe in einer UanH nnrl oino andere PrrtKe in rlttt* anXoren

Hand leicht zerknittert. Während des Testens wurden

die Proben auf Armlänge gehalten, wobei die zum Zerknittern aufgewandten Drucke etwa denen entsprachen, denen das Produkt üblicherweise ausgesetzt werden solL Die Einstufung ist die gleiche wie beim Härtetest, wobei die Steifheit mit zunehmenden Werten ■"> zunimmt

Schließlich wurde die Gesamt-Weichheit durch Anfassen einer Probe mit beiden Händen und Vergleichen der Qualität mit der Qualität einer anderen Probe bestimmt. Der Prüfer beobachtete dabei insbe- n> sondere dip Durchbiegung der Probe und ihre Glattheit nach dem Überstreichen mit den Fingern.

Beispiel VII

Gebleichter Kraftzellstoff aus Pinien wurde in Wasser dispergiert und zu Bögen mit einer Breite von 30,48 cm und einem Grundgewicht von etwa 510 g/m² geformt. Die Bögen wurden auf einer üblichen Papiermaschine mit minimaler Naßpressung geformt, um so eine niedrige Dichte zu erhalten. Nach dem Trocknen auf einer dampfbeheizten Trockentrommel wurde jeder Bogen in Streifen von 4,45 cm Breite geschnitten und mit einer Pickerwalze in seine einzelnen Fasern aufgeteilt r>

Ungefähr 2,1 g der so erhaltenen Fasern wurden in den Behälter 64 (F i g. 4) eingebracht und mittels Luft zu einem Blatt von 20,32 cm χ 2032 cm geformt. Dieses Blatt wurde in einer hydraulischen Presse mit einer

Tafel 3

Physikalische Eigenschaften

Kraft von 101 verdichtet Danach wurde es dann für 2'/2 Stunden einer Atmosphäre mit 97% relativer Feuchtigkeit ausgesetzt wobei es ungefähr 20% Feuchtigkeit (auf der Grundlage des feuchten Blattes) aufnahm.

Das befeuchtete Blatt wurde anschließend durch Prägen in einem Zweiwalzenkalander gebunden, deren Walzen einen Durchmesser von 7,62 cm besaßen. Die obere Walze war mit einem Karomuster von 8 Prägevorsprüngen pro Zentimeter Länge in Maschinenrichtung und 10 Prägevorsprüngen pro Zentimeter Länge in der dazu senkrechten Richtung versehen, wobei jeder Prägevorsprung eine Fläche von 0,168 mm² umfaßte. Die untere Walze war eine glatte Stahlwalze. Der Kalander wurde mit einem Liniendruck von etwa 16 kg/cm gefahren. Die Schicht wurde so geführt, daß sie den Walzenspalt zweimal durchlaufen konnte. Bei der Annahme, daß drei Punktreihen in dem Walzenspalt miteinander in Kontakt standen, betrug der Bindungsdruck pro Durchlauf 703 kg/cm².

Eine Mikrofotografie (20fache Vergrößerung) des so hergestellten Produkts ist in Fig.5 gezeigt Die physikalischen Eigenschaften dieses Produkts wurden mit einem handelsüblichen Zweischichtenmaterial verglichen, das aus naß abgelagerten Fasern hergestellt und von einer Trockentrommel abgekreppt worden war. Das zweischichtige Material wurde unter Zusatz von Polyvinylalkohol hergestellt, damit die Schichten besser aneinander haften konnten. Die Ergebnisse sind in der Tafel 3 gezeigt:

Trocken abgelegtes, einschichtiges Material gemäß Beispiel VII Handelsübliches, naß abgelegtes,
zweischichtiges
Material

Grundgewicht, g/cm² 48,7 Reißfestigkeit, g/cm Maschinenrichtung 172,3

dazu senkr. Richtung 167,3

Dehnung, %

De beiden Materialproben und eine Probe eines im Hai IeI erhältlichen Handtuches wurden subjektiv auf ihren Griff getestet. Das Handtuch war durch VirVnden zweier naß abgelegten und gekreppten Zeil 1 osefaser-Schichten durch Zapfen-auf-Zapfen-Prägui ι helgestellt worden. Eine Polyvinylalkohollösung

Tafel 4

46,5

433,1

221,8

32

4) war den Berührungsflächen der beiden Schichten zugesetzt worden, um eine Haftung der Schichten aneinander zu erhalten. Das zweischichtige Material besaß Eindrücke auf beiden Seiten mit Kapillaren zwischen den beiden Schichten. Die Ergebnisse sind in

Vi Tafel 4 gezeigt:

Probe

Griff Härte

Steifheit

Trocken abgelegtes, ein-

schichtiges Material gemäß Beispiel VII

Naß abgelegtes, Zapfen-

auf-Zapfen-geprägtes zweischichtiges Handtuch Naß abgelegtes, zweischichtiges Material

Beispiel VIII

Pc ttriirAr* \tr\r\ Aort n\**in\\e*n 7«*lliilr\c«»facprn a

gen wie beim Beispiel VII. Ungefähr 1,1 g der Fasern wurden in den Behälter 64 (Fig.4) eingebracht und danach mittels Luft zu einern Blatt mit einem Grundgewicht, von etwa 23,8 g/m² geformt. Das Blatt

würde dann wie beim Beispiel VII gebunden.

Zwei dieser Blätter wurden anschließend mit einer hydraulischen Presse miteinander verbunden. Die Preß-Anordnung bestand dabei aus einer flachen Metallplatte, einer gummigedämpften Scheibe, einer Messingabstandscheibe mit einer Dicke von 0,00254 cm, einem groben, achtmaschigen Netz, den beiden Blatten, und einer zweiten flachen Metallplatte. Diese Preß-Anordnung wurde in eine hydraulische Presse gegeben und mit einer Kraft von 301 zusammengepreßt F i g. 6 zeigt eine Mikrofotografie (12,6fache Vergrößerung) eines Teils des so hergestellten zweischichtigen Produkts.

Die physikalischen Eigenschaften wurden mit denen eines naß abgelegten, zweischichtigen Materials gemäß Beispiel VII verglichen. Die Ergebnisse sind aus Tafel 5 ersichtlich:

Tafel 5

Physikalische Eigenschaften

Trocken abge- Handelsübliches, legtes, zwei- naß abgelegtes, schichtiges zweischichtiges

Material gemäß Material Beispiel VIII

46,5

46,5

433,1

221,8

32

Grundgewicht, g/cm² Reißfestigkeit, g/cm

Maschinenrichtung 93,5

dazu senkr. Richtung 109,8 Dehnung, % 6

RBD,g/cm3 0,212

(Verfahren B)

Der Griff wurde ebenso wie beim Beispiel ViI für beide Proben und für das handelsübliche Zapfen-auf-Zapfen-geprägte, zweischichtige Handtuch ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tafel 6 gezeigt:

Tafel 6

Griff Harte

Steifheit

4,5

8,0

7,0

Trocken abgelegtes zweischichtiges Material gemäß Beispiel VIII Naß abgelegtes, Zapfenauf-Zapfen-geprägtes zweischichtiges Handtuch Naß abgelegtes, zweischichtiges 6,5 Handtuch

Beispiel IX

Relativ lange, dünne Fasern aus Zedernholz wurden in Wasser dispergiert und zu 30,48 cm breiten Bögen mit einem Grundgewicht von etwa 510 g/m² geformt. Diese wurden in 4,45-cm-Streifen geschnitten und in einzelne Fasern aufgefasert, wie beim Beispiel VII. Ungefähr 1,4 g der Fasern wurden in den Behälter 64 gegeben und mittels Luft zu einem Blatt mit einem Grundgewicht von 30p g/m² geformt. Das Blatt wurde dann 2 h lang bei 97% relativer Feuchtigkeit so angefeuchtet, daß es einen Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 20% erreichte.

Das angefeuchtete Blatt wurde wie beim Beispiel VII gebunden, so daß es ein weiches, glattes und flexibles Produkt bildete. Beim Anfühlen vermittelte dieses Produkt einen leicht schlüpfrigen oder seidigen Griff. Die Fi g. 7 zeigt eine Mikrofotografie (20fache Vergrößerung) des Produkts, aus der der dreidimensionale

Aufbau ersichtlich ist der den Eindruck erweckt aJs ob es sich um ein feingewebtes Tuch handele. Die F i g. 3 zeigt weiterhin eine Mikrofotografie (30fache Vergrößerung) eines Querschnitts durch das gebundene Blatt

■> der durch die Mittelpunkte der Bindungsgebiete gelegt ist Es ist hieraus der bauschige Aufbau zu ersehen. Die Bipdungsgebiete haben eine durchschnittliche Dicke von 0,0406 mm, während die ungebundenen Gebiete relativ frei von Bindungen zwischen den Fasern sind und

ι ο eine durchschnittliche Dicke von 0,2769 mm besitzen.

Die physikalischen Eigenschaften eines solchen Materials, das als Gesichtstuch geeignet ist sind mit im Handel erhältlichen Gesichtstüchern verglichen worden, die in üblicher Weise naß abgelegt sind. Die handelsüblichen Tücher wurden dabei gefaltet um ein zweischichtiges Produkt zu erhalten. Die Ergebnisse sind in Tafel 7 wiedergegeben:

Tafel 7

Physikalische Eigenschaften

Trocken abgelegtes Produkt gemäß Beispiel IX

Grundgewicht g/m² 31,4

Reißfestigkeit, g/cm Maschinenrichtung 80,5

dazu senkr. Richtung 80,5

Dehnung, % 6

RBD, g/cm3 (Verfahren B) 0,205

Handelsübliches, naß abgelegtes Produkt

31,9

216,5
52,5
10-15

Der Griff der nach diesem Beispiel erhaltenen Probe wurde verglichen mit dem Griff einer naß abgelegten Bahn, die ohne Verdichtung teilweise getrocknet, dann auf einen gewirkten Stoff gegeben und danach auf einen Trockner gepreßt worden war, wobei sich das Oberflächenmuster des Stoffes auf die Bahn übertrug. Die Ergebnisse sind aus Tafel 8 ersichtlich:

Tafel 8

Griff

Trocken abge- Naß abgelegtes Produkt legtes Progemäß dukt Beispiel IX

Gesamt-Weichheit

Härte

Steifheit

1,0

Beispiel X

2,8

Aus gebleichtem Kraftzellstoff aus Pinien wurde in der in Beispiel VII beschriebenen Weise ein Blatt mit einem Grundgewicht von etwa 30,5 g/m" geformt. Dieses Blatt wurde genau wie beim Beispiel VII gebunden, wobei allerdings zusätzlich mittels einer Gummiwalze eine Lösung mit 5 Gew.-% Festsubstanz eines naßfestigkeitssteigernden Klebemittels auf die Prägevorsprünge der Prägewalze aufgetragen wurde.

Zwei der so hergestellten Blätter wurden in einem Instron-Prüfgerät trocken und drei weitere Blätter wurden naß auf ihre Festigkeit getestet. Die nassen Proben wurden dazu trocken auf die Instron-Backen gelegt, dann mit Wasser durchtränkt, worauf sie für mindestens 45 bis 60 Sekunden anpassen konnten. Die trockene Reißfestigkeit betrug durchschnittlich 498 g/cm und die nasse Reißfestigkeit lag bei 110 g/cm.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

. Patentansprüche:

1. Saugfähige Zellulosefaserbahn mit einem Grundgewicht von 83—85 g/m² zur Herstellung von vorzugsweise einschichtigen Papiertuchwaren, wobei die Bahn in einem vorbestimmten, einen Teil der Bahnoberfläche bedeckenden Muster mit Prägungen versehen ist und die Dicke der Bahn in den geprägten Gebieten geringer ist als in den nicht geprägten Gebieten, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn ein !Continuum aus trocken abgelagerten, im wesentlichen unverbundenen Fasern mit einer Länge von weniger als 1,27 cm ist, welches durch Prägungen, die 5 bis 40% der Bahnoberfläche bedecken und einen geringeren Abstand voneinander haben, als der Länge der einzelnen Fasern entspricht, zu einer in sich zusammenhängenden Bahn derart verbunden ist, daß die Dicke in den nicht geprägten Gebieten mindestens 2,5mal so groß ist wie in den geprägten Gebieten.

2. Bahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Holzzellstoff-Fasern besteht, das Grundgewicht etwa 17 bis 51 g/m² und vorzugsweise 17 bis 34 g/m² beträgt, die geprägten Gebiete etwa 8 bis 20% der gesamten Bahnoberfläche bedecken und die Dicke der Bahn in den nicht geprägten Gebieten mindestens fünfmal so groß ist wie in den geprägten Gebieten.

3. Bahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geprägten Gebiete in beiden Ausdehnungsrichtungen der Bahn mit einer Häufigkeit von ungefähr 6 bis 14 pro Zentimeter Länge angeordnet sind.

4. Bahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre reale Dichte (RBD) ungefähr 0,05 bis 0,5 g/cm¹ und vorzugsweise 0,1 bis 0,23 g/cm³ beträgt

5. Bahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre scheinbare Dichte (SBD) ungefähr 0,02 bis 0,1 g/cm' und vorzugsweise 0,03 bis 0,07 g/cm' beträgt.

6. Bahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr orthotropes Reißfestigkeitsverhältnis (ORV) weniger als 1,5 und vorzugsweise weniger als 1,2 beträgt.

7. Verfahren zum Herstellen einer Zellulosefaserbahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Konlinuum aus trocken abgelagerten, im wesentlichen unverbundenen Fasern durch den Spalt zwischen einer Prägewalze und einer glatten Gegenwalze hindurchgeführt und zuvor auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 6 bis 35% eingestellt wird, wobei der Druck im Prägespalt auf mindestens 140 kg/cm² gehalten wird und die Prägevorsprünge der Prägewalze so beschaffen und verteilt sind, daß 5—40% der Bahnoberfläche durch Prägungen bedeckt werden und der Abstand zwischen zwei Prägungen geringer als 1,27 cm wird.

ίο