DE69807681T3

DE69807681T3 - Hochdruckprägen und durch hochdruckprägen hergestelltes papier

Info

Publication number: DE69807681T3
Application number: DE69807681T
Authority: DE
Inventors: Benson Kevin McNEIL; Rae Linda SCHERZINGER; Anthony Thomas HENSLER; Ann Rebecca MILLER; Ann Barbara LUDWIG
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2018-04-03
Also published as: EP0977661B2; EP0977661A1; US6030690A; WO1998047706A1; CA2286773A1; CA2286773C; EP0977661B1; ATE223306T1; DE69807681T2; KR20010012076A; DE69807681D1; AU7101398A; JP2001522322A; BR9812294A; CN1252756A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Prägen von Papier und insbesondere ein dekoratives Prägen eines einlagigen Tissuepapiers.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Prägen ist in der Technik allgemein bekannt. Das Prägen ist eine herkömmliche Technik, die verwendet wird, um zwei Lagen eines Papier miteinander zu verbinden, um ein mehrlagiges Laminat zu bilden. Das sich ergebende Laminat hat Eigenschaften, wie Dicke, Flexibilität und Absorptionsfähigkeit, die von einer Einzellage mit dem doppelten Basisgewicht einer der beiden Lagen nicht zu erhalten sind.
Der Stand der Technik lehrt das Aneinanderprägen von zwei Lagen eines Papiers. Das Prägen wird durch eines von mehreren bekannten Prägungsverfahren erreicht, wie eine Knopf-an-Knopf-Prägung oder eine Zweilagen-Laminierung. Die vorstehenden Prozesse werden dargestellt durch die allgemein übertragenen US Patente 3,414,459, veröffentlicht am 03. Dezember 1968 für Wells und 5,294,475, veröffentlicht am 15. März, 1994 für McNeil, deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Noch ein weiterer Prägungsprozeß zum miteinander Verbinden von zwei Lagen ist ein verschachteltes Prägen, wie dies in der Technik allgemein bekannt ist.
Mit jedem der vorstehenden Prägungsprozesse, werden Prägungen aus der Ebene des Papiers gesenkt. Eine solche Absenkung kann wünschenswerterweise die Dicke der Lage und somit des Laminats steigern. Ein herkömmliches Prägen kann die Dicke um 25 bis 135 Prozent steigern, wenn die Prägedrucke die Fasern aus der Ebene des Papiers heraus verformen.
Mit einem Prägen aus der Ebene des Papiers heraus ist gemeint, daß die Prägungen sich von der ursprünglichen Dicke des urgeprägten Papiers nach außen erstrecken. So erstrecken sich Prägungen, welche aus der Ebene des Papiers heraus geformt sind, von der Oberfläche des Papiers nach außen und steigern dadurch dessen Dicke. Die ästhetische Deutlichkeit des geprägten Musters ist direkt proportional zur Magnitude der Aus-der-Ebene-Verformung dieser Prägungen.
Es gibt einen zugeordneten Verlust an Zugfestigkeit, der durch die Aus-der-Ebene-Prägungen verursacht wird. Ein gewöhnliches mit Durchluft getrocknetes Substrat, wie dasjenige, das im CHARMIN Badtissue gefunden wird, welches durch The Procter & Gamble Company aus Cincinnati, Ohio, verkauft wird, erleidet einen Zugfestigkeitsverlust während herkömmlicher Prägeverfahren von 20 bis 40 Prozent. Zudem vermindert ein Prägen des Standes der Technik häufig die Weichheit. Die Verminderung von Weichheit erfolgt wohl aufgrund der taktilen Empfindung, die durch die Prägungen aus der Ebene heraus verursacht werden.
Typische Prägeverfahren des Standes der Technik verlassen sich auf eine herkömmliche Gummi-Amboßwalze und eine Stahl-Musterrolle, um das ästhetische Muster zu bilden. Das ästhetische Muster ergibt sich aus der Verformung der Fasern aus der Ebene des Papiers heraus, wenn die Lagen an der verformbaren Amboßwalze geprägt werden.
Ein Versuch des Standes der Technik, ein ästhetisches Muster auf Papier zu prägen, ist dargestellt durch US Patent 5,436,057, veröffentlicht am 25. Juli 1995 für Schulz. Wie durch die 13–14 von Schulz '057 dargestellt, erfordert dieser Versuch ein Prägen des Papiers aus seiner Ebene heraus, um die Prägungen zu bilden.
Ein ähnlicher Versuch in der Technik ist dargestellt durch die europäische Patentanmeldung 0 668 152 A1, veröffentlicht am 23. August 1995 in den Namen von Kamps et al. Kamps et al. leidet ebenfalls an dem Nachteil, dargestellt durch Figur 10, daß die Flächengebilde aus der Ebene des Papiers heraus geprägt werden. Weder Schulz '057 noch Kamps et al. schlagen ein Prägen eines ästhetischen Musters innerhalb der Ebene des Papiers vor.
Weitere Versuche in der Technik haben relativ hohe Prägedrucke verwendet. Solche Versuche jedoch sind auf das miteinander Verbinden mehrerer Lagen von Papier beschränkt. Zum Beispiel lehrt US Patent 3,377,224, veröffentlicht am 09. April 1968 für Gresham et al. ein Prägen von zwei Lagen unterschiedlich gekreppten Papiers voneinander ohne Haftmittel. Das Verfahren erfordert quadratische Vorsprünge von 1/32 Inch.
Ein ähnlicher Versuch findet sich in US Patent 3,323,983, veröffentlicht am 06. Juni 1967 für Palmer et al. Palmer et al. lehrt ein Prägeverfahren, welches Lagen von dünnem gekreppten Papier aneinander fixiert. Weder Gresham noch Palmer et al. schlagen ein Prägen eines einlagigen Papiers vor. Statt dessen beschränkt jede Lehre das Prägeverfahren darauf, zwei oder mehrere Lagen von Papier miteinander zu verbinden.
Die US-A-3,478,141 offenbart das Versehen eines Flächengebildes aus Polyethylen mit Prägungen durch Aufbringung von genügend Wärme und genügend Druck, "um die Filmfibrillen auf den Oberflächenbereichen des Flächengebildes aneinander zu schmelzen, um durchsichtige Fenster direkt unterhalb der zulaufenden Spitzen zu bilden und gleichzeitig die Filmfibrillen in den verbleibenden Bereichen des Flächengebildes leicht zu binden, ohne sie zu schmelzen". Sie geht ferner das Problem an, vliesartige Flächengebilde aus kontinuierlichen Netzwerken von Film-Fibrillenelementen herzustellen. Die Aufgabe ist, ein vliesartiges Film-Fibrillen-Flächengebilde so zu behandeln, daß ein Flächengebilde mit einem hohen Widerstand gegenüber Abrasion, einem hohen Widerstand gegenüber einer Delaminierung und einer Weichmachungsfähigkeit zu entwickeln, und geht deshalb ein Problem an, welches keine Verbindung mit dem durch die Erfindung gelösten Problem hat, nämlich dem Verbessern des Prägemusters eines einlagigen Papiers, ohne zu viel Zugfestigkeit zu verlieren, während gleichzeitig das Modul dieses einlagigen Papiers erhöht wird.
Darüber hinaus gibt dies an, daß eine Walze eine wärmeleitfähige Oberfläche mit Vorsprüngen auf ein Höhe von wenigstens dem 2,5-fachen der Dicke des Flächengebildes hat. Falls eine solche Walze an einem einlagigen Papier verwendet werden würde, würde diese Aus-der-Ebene-Prägungen oder Perforationen produzieren, was im Gegensatz zu der Erfindung steht. Sie gibt auch an, daß die gegenüber liegende Walze eine elastische Oberfläche hat, und daß, falls die Walzenoberfläche zu hart ist, eine Perforation des Flächengebildes wahrscheinlich auftreten wird. Die Verwendung einer elastischen Walze steht auch im Gegensatz zu der Erfindung.
Die allgemein übertragene europäische Patentanmeldung WO 95/27429, eingereicht am 12. April 1995 in den Namen von Reinheimer et al. lehrt ein Zellulosetuch mit wenigstens zwei Schichten. Die Schichten sind mit einem geprägten Muster aus einzelnen punktförmigen Eindrücken verbunden, welche die Tissues des Tuches verformen und miteinander verbinden. Die Eindrücke werden durch geprägte Punkte geformt, welche von den äußeren Schichten des Tissues ausgehen und sich konkav nach innen krümmen.
Im Gegensatz dazu benutzt der Prägevorgang gemäß der vorliegenden Erfindung nur ein einlagiges Papier. Das ästhetische Muster, daß sich aus dem Prägen der Einzellage ergibt, liegt innerhalb der Ebene des Papiers.
Ferner verringert der Prägevorgang gemäß der vorliegenden Erfindung ein damit verbundenen Verlust an Zugfestigkeit. Der mit dem Prägevorgang gemäß der vorliegenden Erfindung verbundene Verlust an Zugfestigkeit beträgt typischerweise weniger als 10 Prozent und in einigen Fällen weniger als 5 Prozent.
Ferner entkoppelt die vorliegende Erfindung die Muster-Deutlichkeit und die Magnitude der Aus-der-Ebene-Verformung der Prägungen. In der vorliegenden Erfin dung wird die Muster-Deutlichkeit nicht durch die Tiefe der Prägungen bestimmt. Statt dessen wird die Muster-Deutschlichkeit durch die reflektive Natur der Prägungen bestimmt. Insbesondere sind die Prägungen häufig pergaminiert und sind häufig reflektiver als die ungeprägten Regionen des. Papiers.
Eine Prägung gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht das Modul des Papiers. Das Modul, in Gramm pro Zentimeter, ist der Verlauf der Spannung/Dehnung-Kurve des Papiers, wenn dieses in einer Zugtestmaschine bei einer konstanten Längungsgeschwindigkeit von ein Inch pro Minute unter Verwendung einer zwei Inch Meßlänge und vier Inch Probenbreite belastet wird. Der Verlauf wird bei einer Last von 15 Gramm pro Zentimeter Probenbreite gemessen.
Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geprägtes Papier zu schaffen, welches keine Aus-der-Ebene-Prägungen aufweist. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geprägtes Papier zu schaffen, welches nicht an einem unnötigen Verlust an Zugfestigkeit als Ergebnis des Prägeverfahrens leidet.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein einlagiges Papier zu schaffen, das ein visuell unterscheidbares Prägemuster aufweist. Es ist schließlich eine Aufgabe der Erfindung, die Deutlichkeit des Prägemusters von der Tiefe der Prägung zu entkoppeln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung umfaßt das beanspruchte Verfahren sowie ein durch das beanspruchte Verfahren erhaltenes, einlagiges Papier mit zwei Seiten, einer ersten Seite und einer dazu entgegen gesetzten zweiten Seite. Die erste und die zweite Seite des Papiers sind durch dessen Dicke voneinander getrennt. Das Papier wird geprägt, um diskrete Prägungen aufzuweisen. Die Prägungen erstrecken sich von der ersten Seite des Papiers nach innen, zur zweiten und entgegen gesetzten Seite des Papiers hin. Die Prägungen erstrecken sich nicht von einer Seite des Papiers nach außen.
Das Papier kann auch Prägungen haben, die sich von der zweiten Seite des Papier nach innen erstrecken. Falls das Papier mit Prägungen versehen ist, die sich von der zweiten Seite nach innen erstrecken, erstrecken sich solche Prägungen ebenso nicht von dem Papier nach außen. Die Prägungen auf der zweiten Seite des Papiers können entweder mit den Prägungen auf der ersten Seite des Papiers zusammenfallen oder zu diesen versetzt sein.
Vorzugsweise umfassen die Prägungen pergaminierte Regionen in dem Papier. Pergaminierte Regionen haben eine im wesentlichen erhöhte Reflektionsfähigkeit und liefern ein günstiges Erscheinungsbild.
Vorzugsweise ist die Oberflächentopographie der ungeprägten Regionen des Papiers relativ fein verglichen zu der Größe der Prägungen, so daß die ästhetische Deutlichkeit beibehalten wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Prägen von Papier gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Teilansicht von 1, welche die Prägungen darstellt, welche innerhalb der Ebene des Papiers liegen.
3 ist eine schematische hervor gehobene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Prägen von Papier gemäß des Standes der Technik.
4 ist eine vergrößerte Teilansicht von 3, welche die Aus-der-Ebene-Prägungen darstellt, welche nicht innerhalb der Ebene des Papiers liegen.
5 ist eine Draufsicht eines Prägemusters, das vier Größen von sich wiederholenden Einheiten hat und die größte sich wiederholende Einheit zentriert in dem Spalt zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Auf die 1–2 Bezug nehmend umfaßt die vorliegende Erfindung ein Papier 10, und insbesondere ein einlagiges Papier 10. Das einlagige Papier 10 hat zwei entgegen gesetzte Seiten, eine erste Seite 12 und eine zweite Seite 14. Das Papier 10 hat eine Dicke T, die durch den Abstand zwischen der einander entgegen gesetzten ersten und zweiten Seite 12, 14 definiert ist.
Das Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist allgemein beschrieben als nützlich für ein Gesichtstissue, Badetissue, Papierhandtücher, Tischservietten, feuchte Wischtücher, Taschentücher und eine Ähnlichkeit von ähnlichen Verwendungen. Ein Fachmann ist in der Lage, das Papier 10 der vorliegenden Erfindung an die gewünschte Endbenutzung anzupassen.
Die Ebene des Papier 10 begrenzt seine X-Y-Abmessungen. Rechtwinklig zu den X-Y-Abmessungen des Papiers 10 und zu der Ebene des Papiers 10 liegt die Z-Richtung des Papiers 10. Die Dicke T des Papiers 10 wird in der Z-Richtung gemessen.
Das Papier 10 hat ferner diskrete Prägungen 20. Die Prägungen 20 beziehen sich auf Regionen in dem Papier 10, welche einer Verdichtung unterzogen wurden oder in anderer Weise kompaktiert sind. Die Fasern, die das Papier 10 in den Prägungen 20 bilden, sind vorzugsweise permanent und fester aneinander gebunden, als die Fasern in den Regionen des Papiers 10 zwischen den Prägungen 20. Die Prägungen 20 können pergaminiert sein. Die Prägungen 20 sind getrennt voneinander.
Im Gegensatz zu einem Prägeprozeß des Standes der Technik der durch die 3–4 dargestellt ist, erstrecken sich die Prägungen 20 der vorliegenden Erfindung nicht über die durch die zwei entgegen gesetzten Seiten des Papiers 10 begrenzte Ebene hinaus. Die Prägungen 20 erstrecken sich von entweder der ersten Seite 12 des Papiers 10, der zweiten Seite 14 des Papiers 10 oder von beiden Seiten aus nach innen, wie dies durch die 1–2 dargestellt ist. Falls sich die Prägungen 20 von beiden Seiten 12, 14 des Papiers 10 nach innen erstrecken, können die Prägungen 20 auf einer Seite 12 entweder miteinander zusammenfallen oder von den Prägungen 20, die sich von der anderen und entgegen gesetzten Seite 14 des Papiers 10 aus nach innen erstrecken, versetzt sein.
Es ist festzustellen, daß zwei Einzellagen eines Papiers 10, von denen eine oder beide gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, in einer seitenweisen Beziehung miteinander verbunden sein können, um ein Laminat zu bilden. Ein solches Verbinden und eine solche Verwendung einer Mehrzahl von Einzellagen des Papiers 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, führt das Papier 10 nicht aus dem Schutzbereich der angehängten Ansprüche.
Das Substrat, welches das Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, ist mit Durchluft getrocknet. Ein geeignetes mit Durchluft getrocknetes Substrat kann hergestellt sein gemäß dem allgemein übertragenen US Patent 4,191,609, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Ganz bevorzugt ist das Substrat, welches das Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, auf einem Band mit einem gemusterten Rahmenwerk mit Durchluft getrocknet. Das Rahmenwerk drückt vorzugsweise ein Muster mit einem im wesentlichen kontinuierlichen Netzwerk auf das Papier 10 und hat ferner Ablenkkanäle, die in dem Muster verteilt sind. Die Ablenkkanäle erstrecken sich zwischen einer entgegen gesetzten ersten und zweiten Oberfläche des Rahmenwerks. Die Ablenkkanäle erlauben, daß in dem Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung Wölbungen gebildet werden. Das Band gemäß der vorliegenden Erfindung kann hergestellt sein gemäß einem der allgemein übertragenen US Patente 4,637,859, veröffentlicht am 20. Januar 1987 für Trokhan; 4,514,345, veröffentlicht am 30. April 1985 für Johnson et al.; 5,328,565, veröffentlicht am 12. Juli 1994 für Rasch et al. und 5,334,289, veröffentlicht am 02. August 1994 für Trokhan et al., wobei die Offenbarungen dieser Patente hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
Das mit Durchluft getrocknete Papier 10, das gemäß den vorstehenden Patenten hergestellt wurde, hat eine Mehrzahl von Wölbungen, die über eine im wesentlichen kontinuierliche Netzwerkregion verteilt sind. Die Wölbungen erstrecken sich im wesentlichen rechtwinklig zu dem Papier 10 und erhöhen seine Dicke. Die Wölbungen entsprechen im wesentlichen in ihrer Geometrie und während der Papierherstellung in ihrer Position, den Ablenkanälen des oben beschriebenen Bandes. Die Wölbungen stehen von dem im wesentlichen kontinuierlichen Netzwerk des Papiers 10 nach außen vor, und zwar aufgrund des Ausformen in die Ablenkkanäle während des Papier machenden Prozesses. Durch das Ausformen in die Ablenkkanäle während des Papier machenden Prozesses werden die Regionen des Papiers 10 mit den Wölbungen in die Z-Richtung abgesenkt. Für die hier beschriebenen Ausführungsformen kann ein solches Papier 10 wenigsten 300 Wölbungen pro Quadratinch haben, obwohl diese Figur abhängig ist von der Größe der Prägungen 20. Vorzugsweise, falls das Papier 10 Wölbungen oder andere vorstehende Merkmale in der Topographie hat, jede der Prägungen 20 in dem Papier 10 eine Fläche, die wenigstens 10 mal und vorzugsweise wenigstens 100 mal größer ist als die Fläche der Wölbung oder des anderen vorstehenden Merkmals in der Topographie.
Falls ein Papier 10 mit solchen Wölbungen für die vorliegende Erfindung ausgewählt ist, können sich die Wölbungen von einer ersten Seite 12 des Papiers 10 nach außen erstrecken, und die Prägungen 20 erstrecken sich von jeder Seite des Papiers 10 nach innen. Vorzugsweise jedoch erstrecken sich die Prägungen 20 von der zweiten Seite 14 des Papiers 10 nach innen.
Das Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung und mit den Wölbungen kann hergestellt sein gemäß den allgemein übertragenen US Patenten 4,528,239, veröffentlicht am 09. Juli 1985 für Trokhan; 4,529,480, veröffentlicht am 16. Juli 1985 für Trokhan; 5,245,025, veröffentlicht am 14. September 1993 für Trokhan et al; 5,275,700, veröffentlicht am 04. Januar 1994 für Trokhan; 5,364,504, veröffentlicht am 15. November 1985 für Smurkoski et al. und 5,527,428, veröffentlicht am 18. Juni 1996 für Trokhan et al., wobei die Offenbarungen dieser Patent hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
Mehrere Variationen im für das Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Substrat sind ausführbar und können, in Abhängigkeit von der Anwendung, wünschenswert sein. Das Substrat, welches das Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, kann bedarfsweise gekreppt oder urgekreppt sein. Das Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung kann geschichtet sein. Ein Schichten ist offenbart in den allgemein übertragenen US Patenten 3,994,771, veröffentlicht am 30. November 1976 für Morgan et al., 4,225,382, veröffentlicht am 30. September 1980 für Kearney et al. und 4,300,981, veröffentlicht am 17. November 1981 für Carstens, wobei die Offenbarung der Patente hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
Um die weiche taktile Empfindung des Papiers 10 zu steigern, können chemische Weichmacher dem Papier 10 hinzu gegeben sein. Geeignete chemische Weichmacher können hinzu gegeben sein gemäß den Lehren der allgemein übertragenen US Patente 5,217,576, veröffentlicht am 08. Juni 1993 für Phan und 5,262,007, veröffentlicht am 16. November 1993 für Phan et al., deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Zusätzlich kann Silicon auf das Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht sein, wie dies gelehrt wird, durch die allgemein übertragenen US Patente 5,215,626, veröffentlicht am 01. Juni 1993 für Ampulski et al. und 5,389,204, veröffentlicht am 14. Februar 1995 für Ampulski, wobei die Offenbarungen dieser Patente hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Das Papier 10 kann befeuchtet sein, wie dies offenbart ist im allgemein übertragenen US Patent 5,332,118, veröffentlicht am 26. Juli 1994 für Muckenfuhs, wobei die Offenbarung dieses Patents hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Noch einmal Bezug nehmend auf 2 kann ein Prägen gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden, indem zwei zylindrische, axial parallele Walzen 30, 32 verwendet werden, die so nebeneinander angeordnet sind, daß ein Spalt zwischen diesen gebildet wird. Die erste Walze ist eine Musterwalze 30 und hat diskrete Protuberanzen 34, die sich von dem Umfang der Walze 30 radial nach außen erstrecken. Die zweite Walze ist eine Amboßwalze 32 und hat eine Oberfläche, welche für das bloße Auge glatt ist. Vorzugsweise hat die Amboßwalze 32 eine maschinenbearbeitete Oberfläche mit einem Finish von 32 Mikroinch pro Inch oder weniger.
Weder die Musterwalze 30 noch die Amboßwalze 32 verformt sich während des Prägeverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl eine gewisse theoretische Verformung in Antwort auf eine beaufschlagte Last vorausgesetzt werden kann, sind die Muster- und Amboßwalze 30, 32 in genügendem Maße nicht verformbar und steif, um eine Verformung zu vermeiden, welche erlauben würde, Ausder-Ebene-Prägungen 20 in dem Papier 10 auszubilden. Die Amboßwalze 32 kann einen Kronenwalze sein.
Jede der Walzen 30, 32, ist vorzugsweise aus Stahl und ganz bevorzugt gehärtet, obwohl jedes relativ nicht verformbare, steife Material verwendet werden kann. Falls die Walzen 30, 32 aus Stahl sind, sollte jede Walze 30, 32 eine Rockwell C-Härte von 20 bis 25 haben. Vorzugsweise haben die Walzen 30, 32, für eine maximale Lebensdauer, eine Härte von wenigstens Rockwell C 50 und ganz bevorzugt wenigstens von Rockwell C 58.
Eine Gummi-Amboßwalze 32, wie durch 4 dargestellt, und wie sie im Stand der Technik bekannt ist, sollte im allgemeinen nicht verwendet werden. In der weniger bevorzugten Ausführungsform könnte eine sehr harte Gummiwalze, wie eine Gummiwalze mit einer Härte von weniger als 10 P&J, gemessen mit einer Kugel von 1/8 Inch Durchmesser, für einige Anwendungen geeignet sein.
Ungeachtet der für die Konstruktion verwendeten Materialien darf sich die Amboßwalze 32 während des Prägeverfahrens nicht verformen. Falls eine Verformung der Amboßwalze 32 auftritt, werden Aus-der-Ebene-Prägungen in dem Papier 10 ausgebildet und wird sich ein Verlust an Zugfestigkeit ergeben.
Eine oder beide der Amboßwalzen 32 und der Musterwalze 30 kann/können intern erwärmt werden. Das Erwärmen der Amboßwalze 32 und der Musterwalze 30 hilft dabei, eine pergaminierte Prägung 20 in dem sich ergebenden Papier 10 zu erhalten.
Weiter mit Bezug auf 2 können die Walzen 30, 32 einen Durchmesser von 8 bis 30 Inch und vorzugsweise einen Durchmesser von 18 bis 24 Inch haben, wobei sich ein Durchmesser von 10 Inch als geeignet heraus gestellt hat. Die Walzen 30, 32 können eine Länge von 8 Inch haben, genommen in der axialen Richtung. Vorzugsweise sind die Walzen 30, 32 breiter als 8 Inch, um eine wirtschaftliche Herstellung zu ermöglichen. Walzen 30, 32 mit einer Breite von 80 Inch oder mehr sind ausführbar.
Die Musterwalze 30 und die Amboßwalze 32 sind diametral zueinander hin entlang der Ebene belastet, welche die Zentren der Walzen 30, 32 verbindet. Die Walzen 30, 32 können durch pneumatische oder vorzugsweise hydraulische Belastungszylinder zueinander hin belastet sein. Vorzugsweise gibt es einen Belastungszylinder auf jedem Ende der Walze bzw. der pneumatisch zu belastenden Walzen 30, 32. Vorzugsweise ist die Prägewalze 30 stationär und ist die Amboßwalze 32 belastet, obwohl, falls dies erwünscht ist, die umgekehrte Anordnung verwendet werden könnte. Alternativ könnte jede Walze 30, 32 pneumatisch belastet und zu der anderen Walze 30, 32 hin vorgespannt sind. Lastzellen können unter jeder Walze 30, 32 angeordnet sein, um die Last über den Spalt auszugleichen und zu erlauben, daß Druckschwankungen während des Prägevorgangs überwacht werden können.
Eine Prägung gemäß der vorliegenden Erfindung tritt bei einem Prägedruck von wenigstens etwa 1.000 psi und vorzugsweise 1.000 bis etwa 10.0000 psi und ganz bevorzugt etwa 3.000 bis etwa 5.000 psi auf. Der gewünschte Prägedruck ist abhängig von dem Substrat, insbesondere der Dicke, der Oberflächentopographie und dem Material des zu prägenden Papiers 10. Wenn die Oberflächentextur- Topographie zunimmt, ist ein im wesentlichen größerer Prägedruck gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich.
Prägedruck
Der Prägedruck wird bestimmt durch die folgende Formel: EP = AL(NA × PLA),wobei

EP: der Prägedruck ist,
AL: die beaufschlagte Last ist,
NA: die Spaltfläche ist, und
PLA: die Musteranlagefläche ist.

Die beaufschlagte Last ist die Summe des Gewichtes der oberen Prägewalze (entweder der Musterwalze 30 oder der Amboßwalze 32, je nach dem) und dem durch die Belastungszylinder beaufschlagten Druck, der verwendet wird, um die Musterwalze 30 und die Amboßwalze 32 zusammen zu pressen. Falls die Lastebene, welche die Zentren der Amboßwalze 32 und der Musterwalze 30 verbindet, nicht vertikal ist, wird nur die vertikale Komponente des Gewichtes der oberen Prägewalze 30, 32 (welche auf das Papier 10 aufgebracht wird) beim Bestimmen der beaufschlagten Last berücksichtigt.
Die Spaltfläche ist das Vielfache der Spaltbreite NW und der Breite der Musterwalze 30 oder der Amboßwalze 32. Die Breite des Papiers 10 wird parallel zu den Achsen der Musterwalze 30 und der Amboßwalze 32 genommen. Die Spaltbreite NW wird parallel zur Maschinenrichtung genommen, wie in 5 gezeigt ist.
Die Spaltbreite NW ist abhängig von dem Druck, der verwendet wird, um die zwei Walzen 30, 32 zusammen zu drücken, der Dicke T des Papiers 10, irgendwelchen Abflachungen der Walzen 30, 32 oder Protuberanzen 34 im Spalt und dem Durchmesser der Walzen 30, 32. Die Spaltbreite NW kann empirisch bestimmt werden, wie dies im Stand der Technik bekannt werden, indem ein Kohlenstoffpapier in den Spalt zwischen den Walzen 30, 32 eingeführt wird. Die Walzen 30, 32 werden dann auf den gewünschten Druck belastet. Die Spaltbreite NW wird dann von dem Kohlenstoffpapier gemessen. Ein geeignetes Kohlenstoffpapier kann in einem Nip Impression Kit von der Manhattan Division von Beloit Corporation aus Beloit, WI., erhalten werden.
Die Spaltbreite NW wird ermittelt, ohne daß das zu prägende Papier 10 zwischen den Walzen 30, 32 angeordnet ist. Statt dessen wird nur das geeignete Kohlenstoffpapier beim Bestimmen der Spaltbreite NW verwendet.
Um die NW zu bestimmen, werden die Walzen 30, 32 zu der gewünschten Position für die Messung der Spaltbreite NW gedreht, wie unten beschrieben. Sobald sich die Walzen 30, 32 in der gewünschten Position befinden, werden sie mit dem Druck belastet, der für den Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Eine solche Belastung erzeugt einen Spalteindruck auf dem Kohlenstoffpapier. Dieser Eindruck wird in der Maschinenrichtung gemessen, und zwar unter Verwendung eines geeigneten Maßstabs, um die Spaltbreite NW wiederzugeben. Geeignete Maßstäbe mit einer Auflösung von 1/32 Inch sind erhältlich von der Starret Company aus Athol, Massachusetts.
Bezug nehmend auf 5 werden, wenn die Spaltbreite NW ermittelt worden ist, die Walzen 30, 32 zu der gewünschten Position gedreht, so daß eine sich wiederholende Einheit 40 der Musterwalze 30 auf dem Spalt zentriert ist. Das Beispiel in 5 zeigt sich wiederholende diamantförmige und kreisförmige Einheiten 40, obwohl festzustellen ist, daß jede gewünschte Form einer sich wiederholenden Einheit 40 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Fall die Musterwalze 30 mehr als eine Größe einer sich wiederholenden Einheit 40 hat, wird die größte sich wiederholende Einheit 40 mit der größten Größe für die Bestimmung der Spaltbreite NW in dem Spalt zentriert. Die Größe der sich wiederholenden Einheit 40 wird beim Bestimmen der Spaltbreite NW nur in der Maschinenrichtung berücksichtigt. Falls zwei (oder mehr) sich wiederholende Einheiten 40 die gleich größte Größe im Maschinenrichtung haben, dann wird die sich wiederholende Einheit 40 mit der größeren Größe in der Quermaschinenrichtung zum Bestimmen der Spaltbreite NW verwendet. Falls zwei Musterwalzen 30 verwendet werden, wird die Musterwalze 30 mit der größten sich wiederholenden Einheit 40 für die Spaltbreitenbestimmung verwendet.
Wie oben angemerkt, hat die Musterwalze 30 eine zugeordnete Musteranlagefläche. Die Musteranlagefläche wird bestimmt durch die Fläche der distalen Enden 36 der Protuberanzen 34. Die Musteranlagefläche ist der Prozentanteil des Oberflächenbereichs der Musterwalze 30, welcher tatsächlich das Papier 10 während des Prägevorgangs berührt. Dieser Prozentanteil entspricht dem kumulativen Oberflächenbereich der distalen Enden 36 der sich radial erstreckenden Protuberanzen 34 als einen Prozentanteil des Oberflächenbereichs des Gleichgewichts der Musterwalze 32.
Vorzugsweise umfaßt die Musteranlagefläche von etwa 2 bis etwa 20 Prozent und vorzugsweise von etwa 3 bis etwa 10 Prozent des Oberflächenbereichs der Musterwalze 30. Die Musteranlagefläche kann mathematisch bestimmt werden, in Kenntnis der Geometrie der Walzen 30, 32 und der distalen Enden 36 der Protuberanzen 34.
Das durch die Protuberanzen 34 definierte Prägemuster umfaßt eine Reihe von diskreten Protuberanzen 34 statt einer kontinuierlichen Linie. Es ist weniger wahrscheinlich, das diskrete Protuberanzen 34 das Papier 10 schneiden als Protuberanzen 34 mit einer kontinuierlichen Linie.
Die Musteranlagefläche hat eine zugeordnete Musteranlagebreite. Die Musteranlagebreite ist die schmalste Abmessung des distalen Endes 36 der Protuberanz 34. Vorzugsweise beträgt die Musteranlagebreite wenigstens etwa 0,020 Inch und ganz bevorzugt wenigstens etwa 0,030 Inch. Falls die Musteranlagebreite weniger als das beträgt, was oben ausgeführt wurde, schneidet die Musterwalze 30 in das Papier 10. Ein Schneiden wird insbesondere bei einem Papier 10 auftreten, das als ein Tissueprodukt hergestellt wird, selbst bei relativ geringen Prägedrucken, wie 2.000 psi, und zwar bei Musteranlagebreiten, die schmaler sind als die oben ausgeführten. Die Protuberanzen 34 können sich radial um 0,010 bis 0,070 Inch und vorzugsweise um etwa 0,025 Inch vom Umfang der Musterwalze 30 nach außen erstrecken.
Im Betrieb kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, indem zwei axial parallele Walzen 30, 32 vorgesehen werden, die so nebeneinander angeordnet sind, daß sie zwischen sich einen Spalt bilden. Jede der Walzen 30, 32 hat eine Achse. Jede Walze 30, 32 ist um diese Achse drehbar. Die Achsen der Walzen 30, 32 begrenzen eine Lastebene, welche die Zentren der Walzen 30, 32 verbindet.
Jede der Walzen 30, 32 ist relativ unkomprimierbar und ist vorzugsweise aus Stahl. Wenigstens eine der Walzen 30 hat eine Mehrzahl von Protuberanzen 34, die sich von dieser radial nach außen erstrecken. Jede Protuberanz 34 hat ein distales Ende 36. Die andere Walze 32 relativ glatt sein.
Die Walzen 30, 32 werden entlang der die Zentren der Walzen 30, 32 verbindenden Belastungsebene diametral zueinander hin belastet. Die Walzen 30, 32 werden mit einem Prägedruck von wenigstens etwa 1.000 psi, gemessen an den distalen Enden 36 der Protuberanzen 34, zueinander hin belastet.
Eine Einzellage eines Papier 10 ist auch vorgesehen. Ganz allgemein wird eine Einzellage des Papiers 10 mit einer relativ hohen Dicke und einem relativ hohen Basisgewicht bevorzugt, so daß die ästhetische Deutlichkeit der Prägungen 20 maximiert ist. Auch bevorzugt hat die Einzellage des Papiers eine relativ feine Oberflächentopographie, verglichen zu dem Muster der gewünschten Prägungen 20. Ganz bevorzugt wird die Oberflächentopographie durch die Größe der Ablenkkanäle bestimmt, die in einem mit Durchluft trocknenden Papier machenden Band verwendet werden, das zur Herstellung des Papiers 10 verwendet wird.
Das Papier 10 hat entgegen gesetzte erste und zweite Oberfläche 12, 14, welche in der Z-Richtung durch die Dicke T des Papiers 10 voneinander getrennt sind. Das Papier 10 ist in dem Spalt zwischen den Walzen 30, 32 angeordnet. Jede Walze 30, 32 wird um ihre jeweilige Achse gedreht, wodurch das Papier 10 relativ zu den Walzen 30, 32 durch den Spalt hindurch transportiert wird.
Das Papier 10 wird in dem Spalt geprägt, um eine Mehrzahl von Prägungen 20 entsprechend den distalen Enden 36 der Protuberanzen 34 zu schaffen. Der Boden der Prägung 20 ist zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche 12, 14 des Papiers 10 angeordnet. Die Prägungen 20 erstrecken sich nicht von der Ebene des Papiers 10 nach außen. Vorzugsweise sind die Prägungen 20 pergaminiert.
Beispiel I
Es hat sich herausgestellt, daß das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gut mit einer glatten Amboßwalze 32 und einer Musterwalze 30 mit 28 diskreten Protuberanzen 34 pro Quadratinch arbeitet. Jede Protuberanz 34 war elliptisch geformt und hatte eine Haupt- und eine Nebenachse von 0,080 Inch bzw. 0,040 Inch. Die Protuberanzen 34 lagen um 45° versetzt in einem Abstand von 0,117 Inch. Die Walzen 30, 32 hatten einen Durchmesser von 10 Inch, eine Musteranlagefläche von 8 Prozent und wurden auf eine Spaltbreite NW von 0,18 Inch unter einem Prägedruck von 5.300 psi belastet.
Die Einzellage des Papiers 10 wurde gemäß dem allgemein übertragenen US Patent 4,191,609, veröffentlicht für Trokhan und hier durch Bezugnahme mit aufgenommen, hergestellt. Dieses Papier 10 hat etwa 1.450 bilateral versetzte Wölbungen pro Quadratinch. Das Papier 10 hat ein Basisgewicht von 18 Pfund pro 3.000 Quadratfuß und ein dreischichtiges Material aus nominal 35% Eukalyptus in den zwei äuße ren Schichten und 30% in der zentralen Schicht. Die sich ergebenden Prägungen 20 wurden pergaminiert und hatten eine gefällige und unterscheidbare ästhetische Deutlichkeit relativ zum Untergrund des Papiers 10.
Beispiel II
Dieses Experiment wurde mit einer Einzellage des Papiers 10 wiederholt, das gemäß dem allgemein übertragenen US Patent 4,637,859 hergestellt war. Das Papier 10 hatte ein schleifenförmiges Muster von etwa 78 Wölbungen pro Quadratinch. Diese Einzellage vom Papier 10 war nicht akzeptabel geprägt gemäß der vorliegenden Erfindung. Das gleiche Prägemuster, welches in dem vorherigen Beispiel gut arbeitete, war in diesem Beispiel weder unterscheidbar vom Untergrund noch ästhetisch gefällig.
Alternativen des oben beschriebenen Verfahrens liegen innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung. Falls jemand z.B. wünscht, ein Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit Prägungen 20 herzustellen, welche sich sowohl der ersten Seiten 12 als auch der zweiten Seite 14 des Papiers 10 nach innen erstrecken, wobei die Prägungen 20 voneinander versetzt sind, könnte man für die oben beschriebenen Walzen 30, 32 die Zweilagenlaminierungwalzen 30 einsetzen, die in dem vorher einbezogenen US Patent 5,294,475, veröffentlicht für McNeil, offenbart sind. Die Walzen 30 in dem McNeil Patent '475 haben jeweils sich radial erstreckende Protuberanzen 34. Die radial erstreckenden Protuberanzen 34 jeder Walze berühren den Umfang der anderen Walze 32, 30.
Falls jemand wünscht, ein Papier 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit Prägungen 20 herzustellen, die sich von der ersten Seite 12 und der zweiten Seite 14 nach innen erstrecken, wobei die Prägungen 20 miteinander zusammen fallen, könnte man das Knopf-an-Knopf-Prägeverfahren verwenden, das in dem vorerwähnten, mit aufgenommenen US Patent 3,414,459, veröffentlicht für Wells, offenbart ist. Jede Walze 30 in dem Patent '459 von Wells hat auch sich radial erstre ckende Protuberanzen 34. Die sich radial erstreckenden Protuberanzen 34 auf einer Walze 30 berühren die radial erstreckenden Protuberanzen 34 auf der anderen Walze 30.

Claims

Verfahren zum Prägen eines einlagigen, mit Durchluft getrockneten Papiers (10), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Bereitstellen zwei axial paralleler Walzen (30; 32) nebeneinander, um einen Spalt dazwischen zu bilden, wobei jede der Walzen eine Achse hat, wobei die Achsen der Walzen eine die Zentren der Walzen verbindende Lastebene begrenzen, wobei wenigstens eine der Walzen eine Mehrzahl von diskreten Protuberanzen (34) hat, die sich von dieser radial nach außen zu einer ähnlichen Mehrzahl von distalen Enden (36) erstrecken, wobei jede der Walzen relativ unkomprimierbar ist; Belasten der Walzen gemeinsam in der Lastebene mit einem Prägedruck von wenigstens 100 psi an den distalen Enden der Protuberanzen; Bereitstellen eines einlagigen, mit Durchluft getrockneten Papiers (10) mit einer einander entgegen gesetzten ersten und zweiten Seite (12; 14), die durch die Dicke des Papiers voneinander getrennt sind; Anordnen des Papiers in dem Spalt zwischen den Walzen; Drehen jeder der Walzen um ihre jeweilige Achse, wodurch das Papier relativ zu den Walzen transportiert wird; und Prägen des mit Durchluft getrockneten Papiers, um eine Mehrzahl von sich nach innen erstreckenden diskreten Prägungen (20) entsprechend den distalen Enden der Protuberanzen zu schaffen, wobei die Prägungen (20) zwischen der ersten Seite (12) und der zweiten Seite (14) des Papiers liegen, wobei sich die Prägungen (20) nicht über beide Seiten (12; 14) des Papiers hinaus erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem eine der Walzen (30) Protuberanzen (34) hat, die sich von dieser erstrecken, und eine der Walzen (32) eine relativ glatte Oberfläche hat und vorzugsweise der Schritt des Prägen des Papiers ein Papier mit Prägungen (20) erzeugt, die sich von einer der Seite des Papiers unidirektional nach innen erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Papier (10) Wölbungen hat, die sich von der ersten Seite des Papiers nach außen erstrecken, und vorzugsweise das Papier in dem Spalt so angeordnet ist, daß die Wölbungen von Protuberanzen (34) weg gerichtet sind, wodurch sich beim Prägen die Prägungen (20) von der zweiten Seite (14) des Papiers nach innen erstrecken.
Verfahren zum Prägen eines einlagigen, mit Durchluft getrockneten Papiers (10), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Bereitstellen zwei axial paralleler Walzen (30; 32) nebeneinander, um einen Spalt dazwischen zu bilden, wobei jede der Walzen eine Achse hat, wobei die Achsen der Walzen eine die Zentren der Walzen verbindende Lastebene begrenzen, wobei jede der Walzen eine Mehrzahl von diskreten Protuberanzen (34) hat, die sich von dieser radial nach außen erstrecken, wobei jede Protuberanz mit einem distalen Ende (36) endet; Belasten der Walzen (30, 32;) zusammen in der Ebene, um einen Prägedruck von wenigstens 1000 psi an den distalen Enden (36) der Protuberanzen zu schaffen; Bereitstellen einer einzelnen Lage eines mit Durchluft getrockneten Papiers (10) mit zwei entgegen gesetzten Seiten, einer ersten Seite (12) und einer zweiten Seite (14) wobei die erste Seite (12) und die zweite Seite (14) durch die Dicke des Papiers voneinander getrennt sind; Anordnen des Papiers (10) zwischen der Walze (30; 32) in dem Spalt; Drehen jeder der Walzen um ihre jeweilige Achse, wodurch das Papier relativ zu den Walzen transportiert wird; und Prägen des mit Durchluft getrockneten Papiers (10), um eine erste Mehrzahl der diskreten Prägungen (20) zu schaffen, die sich von der ersten Seite (12) des Papiers zu der zweiten Seite (14) des Papiers hin nach innen erstrecken, und eine zweite Mehrzahl von diskreten Prägungen (20) zu schaffen, die sich von zweiten Seite (14) des Papiers zu der ersten Seite (12) des Papiers hin nach innen erstrecken, wobei sich die Prägungen sich nicht über beide Seiten hinaus erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 4, in welchem die Protuberanzen (34) jeder Walze (30; 32) den Umfang der anderen Walze an dem Spalt berühren, wobei beim Prägen des Papiers (10) die erste Mehrzahl von Prägungen (20) und die zweite Mehrzahl von Prägungen (20) zueinander versetzt sind und vorzugsweise der Prägedruck wenigstens 3.000 psi beträgt.
Verfahren nach Anspruch 4, in welchem die distalen Enden (36) der Protuberanzen (34) auf jeder Walze (30; 32) die distalen Enden (36) der Protuberanzen (34) auf der anderen Walze an dem Spalt berühren, wodurch die erste Mehrzahl von Prägungen (20) und die zweite Mehrzahl von Prägungen (20) lagegenau miteinander ausgerichtet sind und vorzugsweise die Walzen (30; 32) mit einem Druck von wenigstens 3.000 psi zueinander belastet sind.
Einlagiges, mit Durchluft getrocknetes und durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 erhaltenes Papier (10) mit zwei entgegen gesetzten Seiten, einer ersten Seite (12) und einer zweiten Seite (14), wobei das Papier (10) geprägt ist und diskrete Prägungen (20) aufweist, die sich von einer Seite des Papiers zu der anderen Seite des Papiers hin nach innen erstrecken, wodurch sich die Prägungen (20) nicht von beiden Seiten (12; 14) des Papiers nach außen erstrecken, und vorzugsweise umfassen die Prägungen (20) glassinierte Regionen in dem Papier.
Einlagiges Papier (10) nach Anspruch 7, welches ferner Wölbungen hat, die sich von der ersten Seite (12) des Papiers nach außen erstrecken, und vorzugsweise erstrecken sich die Prägungen von der zweiten Seite (14) zu der ersten Seite (12) hin nach innen, und ganz bevorzugt hat jede der Prägungen (20) eine größere Fläche als jede der Wölbungen.
Einzellage von mit Durchluft getrocknetem und durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 erhaltenem Papier (10) mit zwei entgegen gesetzten Seiten, einer ersten Seite (12) und einer zweiten Seite (14), wobei die Einzellage aus Papier (10) diskrete Prägungen (20) hat, die sich von jeder der ersten Seite (12) und der zweiten Seite (14) nach innen erstrecken, wobei sich die Prägungen (20) nicht von den beiden Seiten nach außen erstrecken, wobei der Bereich zwischen den Prägungen relativ ungeprägt bleibt.
Papier (10) nach Anspruch 9, wobei die Prägungen (20) lagegenau sind, wobei die Prägungen (20), die sich von der ersten Seite (12) nach innen erstrecken, in ihrer Position mit den Prägungen (20) korrespondieren, die sich von der zweiten Seite (14) nach innen erstrecken.
Papier (10) nach Anspruch 9, wobei die Prägungen (20) versetzt sind, wobei die Prägungen (20), die sich von der ersten Seiten (12) nach innen erstrecken, nicht in ihrer Position mit den Prägungen (20) korrespondieren, die sich von der zweiten Seite (14) nach innen erstrecken.