DE69814777T2

DE69814777T2 - Weiches voluminöses einlagiges tissuepapier

Info

Publication number: DE69814777T2
Application number: DE69814777T
Authority: DE
Inventors: H. John DWIGGINS; Philips T. Oriaran; Frank Harper; A. Galyn SCHULZ
Original assignee: Fort James Corp
Current assignee: Fort James Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: CA2253932A1; WO1998044194A1; EP0904451B1; EP0904451A1; TR199802493T1; ES2199437T3; US6368454B1; DK0904451T3; DE69814777D1; CA2253932C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein weiches, gebrauchsfestes, massiges einlagiges Tissuepapier mit geringem Seitenunterschied sowie Verfahren zum Herstellen solcher Tissuepapiere.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Durchlufttrocknung ist bei vielen Herstellern, die neue Tissuemaschinen bauen, die vorzugsweise Technologie zum Herstellen von Tissuepapier geworden, da alles in allem die Durchlufttrocknung (TAD) viele wirtschaftliche Vorteile bietet, verglichen mit den älteren Verfahren des konventionellen Nasspressens (CWP). Mit der Durchlufttrocknung ist es möglich, ein einlagiges Tissuepapier mit guter Anfangsweichheit und Griffigkeit beim Verlassen der Maschine herzustellen.
Bei dem älteren Nasspressverfahren war es üblich, zum Herstellen eines Tissuepapiers mit Premiumqualität zwei Lagen durch Prägen miteinander zu kombinieren. Auf diese Weise können die raueren, luftseitigen Flächen einer jeden Lage verbunden und in dem Blattmaterial eingeschlossen werden. Das Herstellen zweilagiger Produkte verringert aber auch bei CWP-Maschinen des Standes der Technik die Produktivität um etwa 20%, verglichen mit einem einlagigen Produkt. Außerdem können mit der Herstellung zweilagiger Produkte wesentliche Kostennachteile verbunden sein, da die Mutterwalzen einer jeden Lage nicht immer dieselbe Länge haben und ein Bruch einer Einzellage den Betriebsstillstand bis zum Beheben des Schadens erfordert. Außerdem ist es normalerweise nicht wirtschaftlich, ältere CWP-Tissuemaschinen in TAD-Maschinen umzurüsten. Auch wenn die Durchlufttrocknung für neue Maschinen oft vorzugsweise eingesetzt wird, hat aber das konventionelle Nasspressen auch seine Vorteile. Wasser kann normalerweise aus einem Celluloseband mit geringeren Energiekosten mechanisch entfernt werden, beispielsweise durch Gesamtkompaktierung an Stelle des Trocknens mit heißer Luft.
Es bestand der Bedarf für ein Verfahren zum Herstellen eines einlagigen Tissuepapiers mit Premiumqualität unter Anwendung des konventionellen Nasspressens, das eine gute Griffigkeit und ausgezeichnete Weichheit sowie Saugfähigkeit hat. Auf diese Weise können die Vorteile der älteren CWP-Maschinen genutzt werden, die dann zum Herstellen einlagigen Tissuepapiere hoher Qualität mit Kosten eingesetzt werden können, die weit geringer als diejenigen der Herstellung zweilagiger Tissuepapiere sind.
Zu den wichtigeren Hinderungsgründen bei der Herstellung eines einlagigen CWP-Tissuepapiers gehören die allgemein geringe Weichheit und Dicke sowie die extreme Seitigkeit einlagiger Bänder. Die Weichheit eines Tissueprodukts kann durch Verringerung seiner Festigkeit erhöht werden, da bekanntlich die Weichheit und die Festigkeit in umgekehrter Beziehung zueinander bestehen. Ein Produkt mit sehr geringer Festigkeit führt aber zu Schwierigkeiten bei der Herstellung und wird vom Verbraucher zurückgewiesen, da es bei der Verwendung kurzlebig ist. Die Verwendung feiner Premiumfasern wie z. B. Eukalyptus und die Stratifizierung der eingebrachten Menge derart, dass die Fasern mit Premiumweichheit in den Außenschichten des Materials liegen, ist ein weiterer Weg, die geringe Weichheit der CWP-Produkte zu erreichen; diese Lösung ist jedoch kostspielig hinsichtlich der Geräte und der Faserkosten. In jedem Fall beseitigt keines dieser Prinzipien das Problem der geringen Dicke. TAD-Verfahren mit Anwendung der Faserstratifizierung können ein gutes, weiches, massiges Blattmaterial mit geeigneter Festigkeit und guter Ähnlichkeit der Oberflächentextur auf der Vorderseite, verglichen mit der Rückseite des Blattes, erzeugen. Übereinstimmende Textur auf der Vorder- und der Rückseite ist bei diesen Produkten sehr wünschenswert oder, genauer gesagt, eine unterschiedliche Textur wird allgemein als sehr unerwünscht angesehen. Wegen der vorstehend beschriebenen Nachteile sind viele einlagige CWP-Produkte, die gegenwärtig auf dem Markt sind, typischerweise geringwertige Produkte. Diese Produkte werden oft als mangelhaft hinsichtlich Dicke, Weichheit und Saugfähigkeit angesehen und haben eine zu große Seitigkeit. Entsprechend wurden diese Produkte vom Verbraucher wenig akzeptiert und werden typisch bei "aushäusigem" Einsatz verwendet, bei dem der Käufer nicht der Nutzer ist.
Wir haben gefunden, dass wir ein weiches, hochfestes CWP-Tissuepapier mit hohem Grundgewicht und geringer Seitigkeit durch die überlegte Kombination verschiedener hier zu beschreibender Techniken herstellen können. Grundsätzlich fallen diese Techniken in vier Kategorien: (i) Bereitstellen einer Bahn mit einem Grundgewicht von mindestens 6,8 kg (15 Pfund) für jeweils 279 m² (3000 sq. ft:) Ries; (ii) Einschließen eines gesteuerten Anteils eines temporären Nassfestigkeitsmittels und Weichmachers/Enthaftungsmittels; (iii) Kreppen der Bahn mit geringem Kreppwinkel, hohem Krepp-Prozentsatz und hoher Haftung, um dem Produkt eine geringe Steifheit und hohe Festigkeit zu geben; und (iv) Prägen des Tissues zwischen gepaarten Prägewalzen, deren jede sowohl Stempel als auch Matrizen enthält. Durch verschiedene Kombinationen dieser Techniken, wie sie im Folgenden beschrieben, gelehrt und beispielsweise erläutert werden, ist es möglich, den verlangten Grad der Weichheit, der Festigkeit, der Saugfähigkeit und der Seitigkeit für den angestrebten Endeinsatz zu erreichen.
BESCHREIBUNG DER HINTERGRUNDTECHNIK
Papier wird allgemein hergestellt, indem Cellulosefasern geeigneter geometrischer Abmessungen in einem wässrigen Medium suspendiert werden und dann der größte Teil der Flüssigkeit entfernt wird. Das Papier leitet einen Teil seiner strukturellen Eigenschaften von der mechanischen Anordnung der Cellulosefasern in der Bahn ab, jedoch wird der weit größte Anteil der Papierfestigkeit aus der Wasserstoffbindung abgeleitet, durch die die Cellulosefasern miteinander verkettet sind. Bei einem Papier, das als Toilettenpapier eingesetzt werden soll, kann der durch diese Faserverbindungen erreichte Festigkeitsgrad, der für die Nutzung des Produktes erforderlich ist, zu einem Weichheitsverlust führen, der sich schädlich auf das Verbraucherverhalten auswirkt. Ein allgemeines Verfahren zum Erhöhen des Weichheitseindrucks des Toilettenpapiers ist das Kreppen. Kreppen wird allgemein durch Befestigen der Cellulosebahn an einer Yankee-Trommel als Wärmetrocknungsvorrichtung erreicht, wobei eine Kombination mit einem Klebe-/Lösemittel erfolgt und die Bahn dann von der Yankee-Trommel mit einem Kreppblatt abgelöst wird. Das Kreppen erhöht den Weichheitseindruck des erhaltenen Toilettenpapiers durch Brechen einer beachtlichen Zahl der Faserverbindungen.
Ein weiteres Verfahren zum Erhöhen der Weichheit einer Bahn besteht in der Beigabe chemischer Weichmacher und Enthaftungsmittel. Verbindungen wie quaternäre Amine, die als Enthaftungsmittel wirken, werden oft in die Papierbahn eingelagert. Diese kationischen quaternären Amine können der anfänglichen fasrigen Schlämme beigefügt werden, aus der die Papierbahn schließlich hergestellt wird. Alternativ kann das chemische Enthaftungsmittel auch auf die Cellulosebahn aufgesprüht werden, nachdem sie gebildet wurde, jedoch vor ihrer Trocknung.
Wie vorstehend ausgeführt, hat das einlagige Toilettenpapier allgemein das Problem der geringen Dicke, der zu geringen Weichheit und auch der "Seitigkeit". Diese wird in das Blattmaterial während des Herstellverfahrens eingeführt. Die Seite, die an der Yankee-Trommel anhaftete und abgelöst wurde, d. h. die Yankee-Seite, ist allgemein weicher als die "Luft"-Seite des Blattes. Dieser Seitenunterschied ist bei Blättern zu erkennen, die zum Entfernen des Wassers gepresst wurden, und auch bei nicht-gepressten Blättern, die in Vakuum und Heißluft (Durchlufttrocknung) vor dem Anhaften an dem Krepptrockner gehalten wurden. Die Seitigkeit besteht auch nach Behandlung mit einem Weichmacher. Ein einlagiges Tissuepapier mit Premiumqualität sollte nicht nur einen hohen Gesamtweichheitswert haben, sondern auch eine nahezu übereinstimmende Weichheit seiner beiden Seiten.
Die relevantesten Patente des Standes der Technik werden beschrieben, jedoch kann unserer Ansicht nach keines auf ein einlagiges Tissuepapier nach dieser Erfindung angewendet werden, das eine hohe Dicke, Weichheit, Festigkeit und geringen Seitenunterschied hat. Das US-Patent 4 447 294 von Osborne III., betrifft Handtücher und Gesichtstücher und beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Handtuch- oder Gesichtstuch-Tissueprodukts mit hoher Nassfestigkeit und geringer Trockenfestigkeit. Hierbei muss das Nassfestigkeitsmittel zumindest teilweise ausgehärtet und ein Enthaftungsmittel auf die bereits getrocknete Bahn aufgebracht werden, was dieses Verfahren weiter von der vorliegenden Erfindung unterscheidet. Phan u. a. beschreiben in dem US-Patent 5 262 007 Handtücher, Servietten und Tissuepapiere, die eine biologisch abbaubare Weichmacherverbindung, ein temporäres Nassfestharz und ein Benetzungsmittel enthalten. Dieses Verfahren erfordert den Einsatz eines Benetzungsmittels, vorzugsweise zum Wiederherstellen der Saugfähigkeit, die durch Einsatz des Weichmachers beseitigt wurde. Die vorliegende Erfindung hat keinen Zusammenhang mit diesem Verfahren und erfordert nicht den Einsatz eines Benetzungsmittels zum Herstellen eines einlagigen Toiletten-Tissuepapiers mit hoher Saugfähigkeit. In dem US-Patent 5 164 045 beschreiben Awofeso u. a. ein weiches Tissuepapier hoher Griffigkeit. Die Herstellung dieses Produkts erfordert aber eine stratifizierte Schaumbildung und eine Einsatzmenge, die einen wesentlichen Anteil anfraktueller und mechanischer Massefasern enthält, die für die vorliegende Erfindung nicht nötig sind. Das US-Patent 5 695 607 beschreibt ein Produkt mit geringer Seitigkeit, jedoch hat das Tissuepapier nicht die hohe Dicke und temporäre Nassfestigkeit der vorliegenden Erfindung. Bei Fehlen des gepaarten Prägens hat das erhaltene Produkt nicht eine solch hohe Querfestigkeit oder Energieabsorption für Querspannungen für ein gegebenes Basisblatt. Zusätzlich erfordert die Herstellung eines solchen Produkts Strategien wie Faser- und/oder chemische Stratifizierung, die zum Herstellen des Produkts nach der vorliegenden Erfindung unnötig sind. Dunning u. a. beschreiben in dem US-Patent 4 166 001 ein doppelt gekrepptes, dreischichtiges Produkt mit schwacher Mittelschicht. Dieses Dunning-Produkt beschreibt nicht das neuartige einlagige weiche Tissuepapier mit Premiumweichheit nach dieser Erfindung und enthält kein temporäres Nassfestigkeitsmittel. Die vorstehend erläuterten Referenzen des Standes der Technik beschreiben oder zeigen kein hochweiches, festes, einlagiges Tissuepapier mit geringer Seitigkeit und einer Gesamtreißfestigkeit von nicht mehr als 75 g pro 76 mm (3 Inch) pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Grundgewicht, das eine Quermaschinendehnfähigkeit von mindestens 5,0%, wobei das Verhältnis der Dehnbarkeit des geprägten Produkts zu derjenigen des Basisblattes mindestens etwa 1,4 ist, eine Querrichtungs-Nassreißfestigkeit von mindestens 2,7 g pro 76 mm (3 Inch) pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Basisgewicht, eine Zugsteifigkeit von weniger als ca. 1,1 g pro 25 mm (Inch) je Prozent Dehnung pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Grundgewicht, eine Abweichung der GM-Reibung von nicht mehr als 0,225 und einen Seitigkeitsparameter von weniger als 0,275, gewöhnlich im Bereich von ca. 0,180 bis ca. 0,250, hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das neue hochweiche, einlagige Tissuepapier mit Premiumqualität und sehr geringer "Seitigkeit" bei ausgezeichneter Weichheit, verbunden mit Festigkeit, wird vorteilhaft durch Anwenden einer Kombination aus vier Verfahrensschritten erhalten.
Das feste Toilettenpapier mit Premiumweichheit und geringer Seitigkeit wurde hergestellt durch Anwenden von Techniken, die in vier Kategorien fallen: (i) Bereitstellen einer Bahn mit einem Grundgewicht von mindestens 6,8 kg (15 Pfund) für jeweils 278 m² (3000 sq. ft.) Ries; (ii) Einschließen kontrollierter Anteile eines temporären Nassfestigkeitsmittels und eines Weichmachers/Enthafters in die Bahn oder die Einstandsmenge; (iii) Kreppen mit geringem Kreppwinkel und hoher Haftung unter Verwendung geeigneter stickstoffhaltiger organischer Haftmittel hoher Festigkeit und eines Kreppwinkels von unter 85°, wobei die Relativgeschwindigkeit des Yankee-Trockners und einer Rolle so gesteuert wird, dass eine MD-Dehnbarkeit des Produkts von mindestens 15% erzeugt wird; und (iv) Prägen des Tissuepapiers zwischen gepaarten Prägewalzen, deren jede sowohl Stempel als auch Matrizen enthält. Die Einstandsmenge kann eine Mischung aus Weichholz-, Hartholz- und recyclierten Fasern enthalten. Das feste, einlagige Tissuematerial mit Premiumweichheit und geringer Seitigkeit kann vorteilhaft aus einem homogenen Former oder aus zweischichtigen, dreischichtigen oder mehrschichtigen stratifizierten Formern erhalten werden.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen teilweise aus der folgenden Beschreibung hervor. Die Vorteile der Erfindung können realisiert und erreicht werden durch die Maßnahmen und Kombinationen, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt sind.
Um die vorstehend beschriebenen Vorteile zu erreichen und entsprechend der Erfindung, wie sie hier ausgeführt und generell beschrieben ist, wird vorgesehen:
Verfahren zum Herstellen eines saugfähigen, sehr weichen, einlagigen Tissuepapiers mit hohem Grundgewicht mit:

(a) Bereitstellen einer Faserpulpe aus Papierfasern;
(b) Erzeugen einer naszierenden Papierbahn aus der Pulpe, wobei die Bahn ein Grundgewicht von zumindest ungefähr 6,8 kg/279 m² (15 lbs./3000 sq. ft.) Ries hat;
(c) Einschließen von zumindest ungefähr 1,4 kg/0,9 Tonne (3 lbs./ton) eines temporären Nassfestigkeitsmittels und bis zu 4,5 kg/0,9 Tonne (10 lbs./ton) eines stickstoffhaltigen Weichmachers, optional eines kationischen stickstoffhaltigen Weichmachers, in die Papierbahn;
(d) Entwässern der Papierbahn;
(e) Anheften der Papierbahn an einen Yankee-Trockner;
(f) Kreppen der Papierbahn von dem Yankee-Trockner mit einem Kreppwinkel von unter 85°, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Yankee-Trockner und der Aufnahmerolle so gesteuert wird, dass eine Dehnbarkeit des Endprodukts in Maschinenrichtung von zumindest ungefähr 15% erzeugt wird;
(g) optionales Kalandrieren der Papierbahn;
(h) Prägen der Papierbahn zwischen gepaarten Prägewalzen, von denen jede sowohl Stempel als auch Matrizen enthält;
(i) Erzeugen einer einlagigen Papierbahn, wobei die Schritte (a)–(f) und (h) und optional Schritt (g) so gesteuert werden, dass ein einlagiges Tissueprodukt erzeugt wird, das eine Gesamtreißfestigkeit von nicht mehr als 75 g pro 76 mm (3 Inch) pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Grundgewicht, eine Nassreißfestigkeit in Querrichtung von zumindest 2,7 g pro 76 mm (3 Inch) pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Grundgewicht, eine Zugsteifigkeit von nicht mehr als ungefähr 1,1 g pro 25,4 mm (Inch) je Prozent Dehnung pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Grundgewicht, ein Verhältnis von Produkt-Dehnbarkeit in Querrichtung zu Basis-Blattdehnbarkeit in Querrichtung von zumindest ungefähr 1,4, eine Abweichung der GM-Reibung von nicht mehr als 0,225 und einen Seitigkeitsparameter von unter 0,275, gewöhnlich im Bereich von ungefähr 0,180 bis ungefähr 0,250, hat.

Es ist auch beschrieben ein einlagiges Tissuepapier, das in einem Nassverfahren hergestellt ist und das eine Gesamtreißfestigkeit von nicht mehr als 75 g pro 76 mm (3 Inch) pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Grundgewicht, eine anfängliche Nassreißfestigkeit in Querrichtung von zumindest 2,7 g pro 76 mm (3 Inch) pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Grundgewicht, eine Zugsteifigkeit von nicht mehr als ungefähr 1,1 g pro 25,4 mm (Inch) je Prozent Dehnung pro 0,45 kg (Pfund) je Ries Grundgewicht, ein Verhältnis von Produkt-Dehnbarkeit in Querrichtung zu Basis-Blattdehnbarkeit in Querrichtung von zumindest ungefähr 1,4, eine Abweichung der GM-Reibung von nicht mehr als 0,225 und einen Seitigkeitsparameter von unter 0,275, gewöhnlich im Bereich von ungefähr 0,180 bis ungefähr 0,250, hat.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der folgenden eingehenden Beschreibung und den zugehörigen Figuren, die nur der Illustration dienen und daher die vorliegende Erfindung nicht einschränken.
1 ist ein schematisches Flussdiagramm des Papierherstellverfahrens, das geeignete Punkte der Zugabe ladungsloser chemischer temporärer Nassfestigkeitsmittel und wahlweise von Stärke und Weichmachern/Enthaftungsmitteln zeigt.
2 zeigt ein Prägemuster des Standes der Technik.
3 zeigt ein Prägemuster, das nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
4 zeigt ein weiteres Prägemuster, das nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
5 zeigt ein weiteres Prägemuster des Standes der Technik.
6 ist eine grafische Darstellung der fühlbaren Weichheit abhängig von der fühlbaren Griffigkeit.
7 zeigt den Eingriff einander angepasster Prägewalzen nach der Erfindung.
8 ist eine grafische Darstellung der prozentualen Querdehnbarkeit des Endprodukts und der prozentualen Querdehnbarkeit des Basisblattmaterials.
9 ist eine grafische Darstellung der prozentualen Querenergieabsorption und der Querreißfestigkeit des Endprodukts.
In 4a sind die folgenden mit Zahlen versehenen Dimensionen (DIM#) angegeben.
Abmessungen sind in mil angegeben, wobei 1 mil = 25 μm.
Entsprechend bezeichnete Abmessungen sind in 4e und 4f dargestellt. Ähnlich zeigt 4b die folgenden nummerierten Abmessungen (DIM#) 1 mil = 25 μm
Entsprechend bezeichnete Dimensionen sind in 4g und 4h dargestellt.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER VORZUGSWEISEN AUSFÜHRUNGS-FORMEN
Die Papierprodukte der vorliegenden Erfindung, d. h. einlagiger Tissuepapiere mit einer, zwei, drei oder mehr Schichten, können auf jeder Papiermaschine konventioneller Formkonfigurationen hergestellt werden, beispielsweise auf einer Langsiebmaschine, einer kombinierten Papiermaschine, einer Saug-Brustwalzenmaschine oder einer Crescent-Formmaschine. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Maschinenbütte (55) zum Erzeugen der Beschickung für das Papier benutzt wird. Funktionelle Chemikalien wie Trockenfestigkeitsmittel, zeitweise Nassfestigkeitsmittel und Weichmacher können dem Material in der Maschinenbütte (55) oder in der Leitung (47) beigefügt werden. Die Beschickung kann nacheinander mit Chemikalien behandelt werden, die unterschiedliche Wirkungen haben, abhängig von dem Charakter der Fasern, die die Beschickung bilden, insbesondere der Faserlänge und der Körnigkeit, und abhängig von dem genauen Ausgleich der für das Endprodukt gewünschten Eigenschaften. Die Beschickung wird auf eine geringe Konsistenz von typisch 0,5% oder weniger verdünnt und durch die Leitung (40) dem Kopfkasten (20) einer Papiermaschine (10) zugeführt. 1 zeigt ein bandformendes Ende oder Nassende mit einem flüssigkeitsdurchlässigen, durchlöcherten Formband (11), das jede konventionelle Struktur haben kann.
Ein feuchtes, naszierendes Band (W) wird in dem Prozess durch Ausgeben der verdünnten Beschickung aus dem Kopfkasten (20) auf das Formband (11) erzeugt. Die Bahn wird durch Drainage durch das Formband hindurch entwässert, sowie zusätzlich durch Vorrichtungen wie Drainagefolien und Unterdruckvorrichtungen (nicht dargestellt). Das durch das Formband austretende Wasser kann in einem Savall (44) gesammelt und dem Papierherstellungsprozess über die Leitung (43) und einen Silo (50) wieder zugeführt werden, von wo es erneut mit der Beschickung aus der Maschinenbütte (55) gemischt wird.
Von dem Formband (11) wird die feuchte Bahn dem Filz (12) zugeführt. Eine zusätzliche Entwässerung der feuchten Bahn kann vor der thermischen Trocknung vorgesehen sein, typisch durch Anwenden nicht-thermischer Entwässerungsmittel. Dies erfolgt üblicherweise durch verschiedene Mittel zum mechanischen Kompaktieren der Bahn, z. B. Unterdruckkästen, Schlitzkästen, kontaktierende Presswalzen oder deren Kombinationen. Das feuchte naszierende Band (W) wird mit dem Filz (12) der Presswalze (16) zugeführt, wo es auf die Trommel eines Yankee-Trockners (26) übertragen wird. Die Flüssigkeit wird mit der Presswalze (16) aus der feuchten Bahn (W) herausgepresst, während diese auf die Trommel des Yankee-Trockners (26) übertragen wird, bei einer Faserkonsistenz von mindestens ca. 5% bis zu ca. 50%, vorzugsweise ca. 35 bis ca. 50%. Die Bahn wird dann durch Kontakt mit dem erhitzten Yankee-Trockner und durch Anblasen mit Heißluft getrocknet, die über Hauben (33) und (34) zugeführt wird. Die Bahn wird dann von dem Trockner mittels eines Kreppblatts (27) gekreppt. Die fertige Bahn kann wahlweise zwischen Kalanderwalzen (31) und (32) gepresst werden und wird dann auf eine Aufnahmerolle (28) geführt.
Das Anhaften der teilweise entwässerten Bahn an der Oberfläche des Yankee-Trockners wird durch die mechanische Kompressionswirkung erleichtert, wozu allgemein eine oder mehrere Presswalzen (16) benutzt werden, die einen Spalt mit der thermischen Trocknungsvorrichtung (26) bilden. Dies bringt die Bahn in gleichmäßigeren Kontakt mit der thermisch trocknenden Fläche. Die Befestigung des Bandes an dem Yankee-Trockner kann unterstützt und der Grad der Anhaftung zwischen dem Band und dem Trockner gesteuert werden durch Vorsehen verschiedener Kreppmittel, die die Anhaftung zwischen dem Band und dem Trockner (26) entweder unterstützen oder verhindern. Diese Kreppmittel sind üblicherweise an der Oberfläche des Trockners (26) an der Stelle (51) vorgesehen, bevor er die Bahn kontaktiert.
In 1 sind auch die Stellen der Beigabe funktioneller Chemikalien zu der bereits gebildeten Cellulosebahn gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform des Prozesses nach der Erfindung kann das temporäre Nassfestigkeitsmittel direkt auf den Yankee-Trockner (26) an der Stelle (51) vor dem Einwirken auf die Bahn aufgebracht werden. Bei einem anderen vorzugsweise Ausführungsbeispiel kann das Nassfestigkeitsmittel von der Position (52) oder (53) aus auf die Luftseite der Bahn oder auf die Yankee-Seite der Bahn aufgebracht werden. Weichmacher werden in geeigneter Weise auf die Luftseite der Bahn von der Position (52) oder auf die Yankee-Seite von der Position (53) her gesprüht, wie es 1 zeigt. Der Weichmacher/Enthafter kann auch in die Beschickung vor der Einführung in den Kopfkasten (20) eingebracht werden. Wenn ein temporäres Nassfestigkeitsmittel auf Stärkebasis beigegeben wird, sollte es der Beschickung vor der Bahnbildung zugeführt werden. Der Weichmacher kann entweder vor oder nach dem Hinzufügen der Stärke eingebracht werden, was von dem Ausgleich der Weichheits- und Festigkeitseigenschaften abhängt, die für das Endprodukt gewünscht sind. Allgemein werden geladene temporäre Nassfestigkeitsmittel der Beschickung vor der Bahnbildung hinzugefügt, während ungeladene temporäre Nassfestigkeitsmittel der bereits geformten Bahn beigegeben werden, wie es 1 zeigt.
Papierfasern zum Bilden der weichen, saugfähigen, einlagigen Produkte nach der vorliegenden Erfindung sind Cellulosefasern, die allgemein als Holzpulpefasern bezeichnet werden, wie sie in dem Pulpeprozess aus Weichholz (Gymnosperm- oder Koniferenbäume) und Hartholz (Angiosperm- oder Deciduobäume) freigesetzt werden. Cellulosefasern aus verschiedenen Materialursprüngen können zum Bilden der Bahn nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden, hierzu gehören Nichtholzfasern aus Zuckerrohr, Bagasse, Sabaigras, Reisstroh, Bananenblättern, Papiermaulbeerholz (d. h. Bastfaser), Manilahanf, Ananasblättern und Espartograsblättern sowie Fasern aus der Art Hesperaloe in der Familie Agavaceae. Auch können recyclierte Fasern, die die vorstehenden Faserarten in unterschiedlichen Prozentanteilen enthalten, bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Geeignete Fasern sind in den US-Patenten 5 320 710 und 3 620 911 beschrieben.
Fasern für die Papierherstellung können aus ihrem Quellmaterial durch einen der bekannten chemischen Pulpeprozesse erhalten werden. Hierzu gehören der Sulfat-, Sulfit-, Polysulfit-, Soda-Aufschluss usw. Die Pulpe kann, falls erwünscht, durch chemische Mittel wie Chlor, Chlordioxid, Sauerstoff usw. gebleicht werden. Ferner können Papierfasern aus dem Quellmaterial durch einen mechanischen/chemischen Pulpeprozess gewonnen werden, wie er dem Fachmann be kannt ist. Hierzu gehören mechanischer Aufschluss, thermomechanischer Aufschluss und chemothermomechanischer Aufschluss. Diese mechanischen Pulpen können, falls erwünscht, durch eine Anzahl üblicher Bleicharten gebleicht werden, hierzu gehören Alkaliperoxid und Ozonbleichen. Die Art der Beschickung ist weniger kritisch als bei Produkten des Standes der Technik. Ein signifikanter Vorteil unseres Prozesses gegenüber Prozessen nach dem Stand der Technik besteht darin, dass grobe Harthölzer oder Weichhölzer und signifikante Anteile recyclierter Fasern zum Erzeugen eines weichen Produkts in unserem Prozess eingesetzt werden können, während bisherige einlagige Produkte kostspieligere Weichhölzer geringer Körnung und Harthölzer geringer Körnung wie Eukalyptus benötigten.
Um die für ein Premium-Tissuepapier erforderlichen Attribute zu erreichen, sollte das Tissuepapier nach der vorliegenden Erfindung mit einem temporären Nassfestigkeitsmittel behandelt werden. Es wird angenommen, dass die Beigabe dieses Mittels die Haltbarkeit des Produkts bei der Benutzung trotz seines relativ geringen Wertes des Nassfestigkeit verbessert, die für die gewünschte hohe Weichheit in einem konventionellen nassgespressten, einlagigen Produkt erforderlich ist. Deshalb werden Produkte mit einem geeigneten Wert der temporären Nassfestigkeit allgemein als stabiler und dicker bei der Benutzung empfunden als ähnliche Produkte mit geringer Nassfestigkeit. Geeignete Nassfestigkeitsmittel enthalten einen organischen Anteil, es eignen sich wasserlösliche aliphatische Dialdehyde oder handelsübliche, wasserlösliche organische Polymere, die Aldehydanteile enthalten, sowie kationische Stärken, die Aldehydanteile enthalten. Diese Mittel können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.
Geeignete temporäre Nassfestigkeitsmittel sind aliphatische und aromatische Aldehyde wie Glyoxal, Malon-Dialdehyd, Succin-Dialdehyd, Glutaraldehyd, Dialdehydstärken und polymerische Reaktionsprodukte von Monomeren oder Polymeren, die Aldehydgruppen und wahlweise Stickstoffgruppen enthalten. Repräsentative stickstoffhaltige Polymere, die mit den aldehydhaltigen Monomeren oder Polymeren reagieren können, sind Vinylamide, Acrylamide und verwandte stickstoffhaltige Polymere. Diese Polymere geben dem aldehydhaltigen Reaktionspro dukt eine positive Ladung. Zusätzlich können weitere handelsübliche temporäre Nassfestigkeitsmittel wie Parez 745, hergestellt von Cytec, zusammen mit solchen verwendet werden, wie sie beispielsweise in dem US-Patent 4 605 702 beschrieben sind.
Wir haben gefunden, dass aus Dialdehyden gebildete Kondensate wie Glyoxal oder cyclischer Harnstoff und Polyol, die beide Aldehydanteile enthalten, zum Erzeugen temporärer Nassfestigkeit nützlich sind. Da diese Kondensate keine Ladung haben, werden sie der Bahn in der in 1 gezeigten Weise vor oder nach der Presswalze (16) hinzugefügt oder direkt auf die Yankee-Oberfläche gegeben. Diese temporären Nassfestigkeitsmittel werden in geeigneter Weise auf die Luftseite der Bahn vor dem Trocknen auf dem Yankee-Trockner in der in 1 gezeigten Weise von der Position (52) her aufgesprüht.
Die Bildung cyclischer Harnstoffe ist in dem US-Patent 4 625 029 beschrieben. Weitere US-Patente von Interesse, die Reaktionsprodukte von Dialdehyden mit Polyolen beschreiben, sind die US-Patente 4 656 296; 4 547 580; und 4 537 634. Die in den Polyolen vorhandenen Dialdehydanteile machen das gesamte Polyol als temporäres Nassfestigkeitsmittel bei der Herstellung eines einlagigen Tissuepapiers nach der Erfindung nützlich. Geeignete Polyole sind Reaktionsprodukte von Dialdehyden wie Glyoxal mit Polyolen, die mindestens eine dritte Hydroxylgruppe haben. Glycerin, Sorbitol, Dextrose, Glycerinmonoacrylat und Glycerinmonomaleinsäureester sind repräsentative Polyole, die sich als temporäre Nassfestigkeitsmittel eignen.
Derivate von Polysaccharidaldehyd sind zum Einsatz bei der Herstellung von Tissuepapier nach der vorliegenden Erfindung geeignet. Die Polysaccharidaldehyde sind in den US-Patenten 4 983 748 und 4 675 394 beschrieben. Geeignete Polysaccharidaldehyde haben die folgende Struktur:
Darin ist Ar eine Arylgruppe. Diese kationische Stärke ist ein repräsentativer kationischer Anteil, der sich für die Herstellung des Tissuepapiers nach der vorliegenden Erfindung eignet und kann mit der Beschickung eingegeben werden.
Eine Stärke dieser Art kann auch ohne weitere Aldehydanteile verwendet werden, jedoch sollte sie im Allgemeinen in Kombination mit einem kationischen Weichmacher verwendet werden.
Unser neues Tissuepapier kann Polymere mit nicht-nukleophilen, wasserlöslichen heterocyclischen Stickstoffanteilen zusätzlich zu Aldehydanteilen enthalten. Repräsentative Harze dieser Art sind:

A. Temporäre Nassfestigkeitspolymere mit Aldehydgruppen und der folgenden Struktur:

Darin ist A eine polare nicht-nukleophile Einheit, die das Harzpolymer nicht wasserunlöslich macht; B ist eine hydrophile kationische Einheit, die dem Harzpolymer eine positive Ladung gibt; jedes R ist H, C₁-C4-Alkyl oder ein Halogen; hierbei liegt der molare Prozentsatz von W zwischen ca. 58% und ca. 95%; der molare Prozentwert von X liegt zwischen ca. 3% und ca. 65%; der molare Prozentwert von Y liegt zwischen ca. 1% und ca. 20%; und der molare Prozentwert von Z liegt zwischen ca. 1% und ca. 10%; das Harzpolymer hat ein Molekulargewicht von ca. 5000 bis ca. 200000.

B. Wasserlösliche kationische temporäre Nassfestigkeitspolymere mit Aldehydeinheiten, die Molekulargewichte von ca. 20000 bis ca. 200000 haben, mit der folgenden Formel:
und X ist -O-, -NH-, oder -NCN₃- und R ist eine substituierte oder nichtsubstituierte aliphatische Gruppe; Y₁ und Y₂ sind unabhängig -H, -CH₃ oder ein Halogen wie C₁ oder F; W ist ein nicht-nukleophiler, wasserlöslicher, heterocyclischer Stickstoffanteil; und Q ist eine kationische monomere Einheit. Der Molprozentwert von "a" liegt zwischen ca. 30% und ca. 70%, der Molprozentwert von "b" liegt zwischen ca. 30% und ca. 70% und der Molprozentwert von "c" liegt zwischen ca. 1% und ca. 40%.

Das temporäre Nassfestigkeitsharz kann eines der wasserlöslichen organischen Polymere sein, die Aldehydeinheiten und kationische Einheiten haben, welche zum Erhöhen der Trocken- und der Nassfestigkeit eines Papierprodukts dienen. Solche Harze sind in den US-Patenten 4 675 394; 5 240 562; 5 138 002; 5 085 736; 4 981 557; 5 008 344; 4 603 176; 4 983 748; 4 866 151; 4 804 769; und 5 217 576 beschrieben. Unter den vorzugsweisen temporären Nassfestigkeitsharzen, die bei der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, sind modifizierte Stärken, die unter den Marken Co-Bond® 1000 und Co-Bond® 1000 Plus von National Starch und Chemical Company, Bridgewater, New Jersey, vertrieben werden. Vor der Verwendung wird das kationische, aldehydische, wasserlösliche Polymer durch Vorwärmen einer wässrigen Schlämme von ca. 5% Feststoffen bei einer Temperatur von etwa 116°C (240° Fahrenheit) und einem pH-Wert von etwa 2,7 für eine Zeit von ca. 3,5 Minuten gebildet. Dann wird die Schlämme abgeschreckt und mit Wasser auf eine Mischung von ca. 1% Feststoffen bei weniger als etwa 54°C (130° Fahrenheit) verdünnt.
Co-Bond® 1000 ist ein handelsübliches temporäres Nassfestigkeitsharz mit einer aldehydischen Gruppe an kationischer Glucose-Wachshybridstärke. Die hypothetische Struktur der Moleküle ist die folgende:
Weitere vorzugsweise temporäre Nassfestigkeitsharze, die gleichfalls von National Starch und Chemical Company vertrieben werden, haben die Handelsmarke Co-Bond® 1600 und CoBond® 2300. Diese Stärken werden als wässrige kolloidale Dispersionen geliefert und benötigen vor ihrem Einsatz keine Vorwärmung. Weitere handelsübliche temporäre Nassfestigkeitsmittel wie Parez 745 von Cytec sowie die in dem US-Patent 4 605 702 beschriebenen können verwendet werden.
Zusätzlich zu dem temporären Nassfestigkeitsmittel enthält das einlagige Tissuepapier auch einen oder mehrere Weichmacher. Diese sind stickstoffhaltige organische Verbindungen, vorzugsweise kationische Stickstoffweichmacher, und können aus trivalenten und tetravalenten kationischen, organischen Stickstoffverbindungen gewählt werden, wozu langkettige Fettsäuren, Verbindungen mit Imidazolinen, Aminosäuresalze, lineare Aminamide, tetravalente oder quaternäre Ammoniumsalze oder deren Mischungen gehören. Andere geeignete Weichmacher sind die amphoterischen Weichmacher, die aus Mischungen von Verbindungen wie Lecithin, Polyethylenglycol (PEG), Rizinusöl und Lanolin bestehen können.
Die vorliegende Erfindung kann mit einer besonderen Klasse von Weichmachern verwendet werden, nämlich mit Amidoaminsalzen, die von teilweise sauer neutralisierten Aminen abgeleitet sind. Solche Stoffe sind in dem US-Patent 4 720 383 Spalte 3, Zeilen 40 bis 41, beschrieben. Ferner sind die folgenden Aufsätze relevant: Evans, Chemistry and Industry, 5. Juli 1969, Seiten 893 bis 903; Egan, J. Am. Oil Chemist's Soc., Vol. 55 (1978), Seiten 118 bis 121; und Trivedi et al., J. Am. Oil Chemist's Soc., Juni 1981, Seiten 754 bis 756. Wie dort beschrieben ist, sind Weichmacher oft nur als komplexe Mischungen und nicht als Einzelverbindungen handelsüblich. Während diese Beschreibung auf die vorherrschende Art gerichtet ist, können jedoch aus handelsübliche Mischungen in der Praxis allgemein eingesetzt werden.
Der Weichmacher mit einer Ladung, üblicherweise ein kationischer Weichmacher, kann der Beschickung vor der Bahnbildung oder direkt auf die teilweise entwässerte Bahn zugeführt oder kann durch beide Methoden in Kombination zugeführt werden. Alternativ kann der Weichmacher auf die vollständig trockene, gekreppte Bahn entweder auf der Papiermaschine oder während des Konvertierens aufgebracht werden. Weichmacher ohne Ladung werden an dem trockenen Ende der Papierherstellung zugeführt.
Der zum Behandeln der Beschickung verwendete Weichmacher wird mit einem Behandlungswert zugeführt, der ausreicht, um einen fühlbaren Weichheitsgrad zu erzeugen, jedoch mit einem geringeren Anteil, als dass beachtliche Lauffähigkeits- und Blattfestigkeitsprobleme des Endprodukts auftreten. Der Anteil des Weichmachers liegt, bezogen auf eine Aktivbasis von 100%, zwischen ca. 0,45 kg/1016 kg (1,0 Pfund pro Tonne) der Beschickung und etwa 4,5 kg/1016 kg (10 Pfund pro Tonne) der Beschickung; vorzugsweise zwischen ca. 0,9 und ca. 3,2 kg (2 bis 7 Pfund) pro Tonne der Beschickung.
Weichmacher auf Imidazolinbasis, die der Beschickung vor der Bahnbildung beigegeben werden, haben sich als besonders effektiv bei der Herstellung weicher Tissuepapiere erwiesen und bilden eine vorzugsweise Ausführungsform dieser Erfindung. Von besonderem Nutzen bei der Herstellung des weichen Tissueprodukts dieser Erfindung sind die in Kaltwasser dispersionsfähigen Imidazoline. Diese werden mit Alkoholen oder Diolen gemischt, die die üblicherweise unlöslichen Imidazoline in Wasser dispersionsfähig machen. Repräsentative, zunächst wasserunlösliche Imidazoline, die durch wasserlöslichen Alkohol oder Diol wasserlöslich gemacht werden, sind Arosurf PA 806 und DPSC 43/13 von Witco Corporation, die in Wasser dispersionsfähige Arten von Imidazolinen auf Talg- und Oleinbasis sind.
Die Behandlung der teilweise entwässerten Bahn mit dem Weichmacher kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Beispielsweise kann der Behandlungsschritt ein in 1 gezeigtes Sprühen, ein Aufbringen mit direktem Kontakt oder ein Anwenden eines Aufstreichfilzes sein. Es wird oft vorgezogen, den Weichmacher auf die Luftseite der Bahn von der Position 52 in 1 her aufzubringen, um eine chemische Verunreinigung des Papierherstellprozesses zu vermeiden. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass ein Weichmacher, der auf die Bahn von der Position 52 oder der Position 53 in 1 her aufgebracht wurde, die gesamte Bahn durchdringt und sie gleichmäßig behandelt.
Für das Aufsprühen geeignete Weichmacher sind Weichmacher mit der folgenden Struktur: [(RCO)₂EDA]HX
Darin ist EDA ein Diethylentriaminrest, R der Rest einer Fettsäure mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen, und X ein Anion oder [(RCONHCH₂CH₂)₂NR']HX
Darin ist R der Rest einer Fettsäure mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen, R' eine niedrige Alkylgruppe und X ein Anion.
Vorzugsweise Weichmacher zum Aufbringen auf die teilweise entwässerte Bahn sind Quasoft® 218, 202 und 209-JR von Quaker Chemical Corporation, die eine Mischung linearer Aminamide und Imidazoline enthalten.
Ein weiterer geeigneter Weichmacher ist eine fette, quaternäre Dialkyldimethylammoniumverbindung mit der folgenden Struktur:
Darin sind R und R₁ gleichartige oder unterschiedliche aliphatische Kohlenwasserstofte mit 14 bis 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise folgender Art: C₁₆H₃₅ und C₁₈H₃₇.
Eine neue Klasse von Weichmachern sind Imidazoline mit einem Schmelzpunkt von ca. 0 bis 40°C in aliphatischen Diolen, alkoxylierten aliphatischen Diolen oder einer Mischung aliphatischer Diole und alkoxylierter aliphatischer Diole. Diese sind nützlich bei der Herstellung der Tissuepapiere dieser Erfindung. Der Imidazolinanteil in aliphatischen Polyolen, aliphatischen Diolen, alkoxylierten aliphatischen Polyolen, alkoxylierten aliphatischen Diolen oder in einer Mischung dieser Verbindungen wirkt als ein Weichmacher und kann in Wasser bei einer Temperatur von ca. 1°C bis ca. 40°C dispergiert werden. Der Imidazolinanteil hat die Formel:
Darin ist X ein Anion und R gewählt aus der Gruppe gesättigter und ungesättigter paraffinischer Anteile mit einer Kohlenstoffkette von C₁₂ bis C₂₀ und R¹ ist gewählt aus der Gruppe der Methyl- und Ethylanteile. Das Anion ist Methylsulfat des Chloridanteils. Die vorzugsweise Kohlenstoffkettenlänge ist C₁₂ bis C₁₈. Das vorzugsweise Diol ist 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol, und das vorzugsweise alkoxylierte Diol ist ethoxyliertes 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol. Ein handelsübliches Beispiel der Weichmacherart ist AROSURF®PA 806 von Witco Corporation, Ohio.
Die Bahn wird vorzugsweise in einem Gesamtkompaktierungsprozess entwässert. Sie wird dann vorzugsweise an einem Yankee-Trockner angebracht. Das Haftmittel wird direkt auf die Metallfläche des Yankee-Trockners aufgebracht und vorteilhaft direkt auf die Oberfläche der Trommel gesprüht. Jedes geeignete anerkannte Haftmittel kann auf dem Yankee-Trockner verwendet werden. Geeignete Haftmittel sind in der Patentliteratur weitläufig beschrieben. Eine umfassende, jedoch nicht erschöpfende Liste enthält die US-Patente 5 246 544; 4 304 625; 4 064 213; 4 501 640; 4 528 316; 4 883 564; 4 684 439; 4 886 579; 5 374 334; 5 382 323; 4 094 718; und 5 281 307. Haftmittel wie glyoxyliertes Polyacrylamid und Polyaminoamide haben eine hohe Haftkraft und sind besonders zum Einsatz bei der Herstellung des einlagigen Produkts geeignet. Die Herstellung der Polyaminoamidharze ist in dem US-Patent 3 761 354 beschrieben. Die Herstellung von Polyacrylamid-Haftmitteln ist in dem US-Patent 4 217 425 beschrieben. Typische Ablösemittel können bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden; jedoch liegt in diesem Fall das Lösungsvermögen oft unter traditionellen Werten.
Die Bahn wird dann von dem Yankee-Trockner gekreppt und wahlweise kalandriert. Das Produkt nach der vorliegenden Erfindung muss eine relativ hohe Dehnbarkeit in Maschinenrichtung haben. Der Endwert sollte mindestens ca. 15%, vorzugsweise mindestens ca. 18% betragen. Üblicherweise wird die Dehnbarkeit des Basisblattes in Maschinenrichtung durch Fixieren des prozentualen Kreppwertes bestimmt, und die Querdehnbarkeit des Endprodukts wird durch das Prägen nach der Erfindung vorgegeben. Die Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Yankee-Trockner und der Aufwickelwalze werden so eingestellt, dass ein Walzenkreppen von mindestens ca. 18%, vorzugsweise von mindestens 20% und insbesondere vorzugsweise von mindestens 25% beibehalten wird. Das Kreppen wird vorzugsweise mit einem Kreppwinkel von ca. 65 bis ca. 85°, vorzugsweise von ca. 70 bis ca. 80° und insbesondere von ca. 75° durchgeführt. Der Kreppwinkel ist definiert als der Winkel zwischen der Fläche der Kreppblattkante und einer Tangente an dem Yankee-Trockner an der Stelle des Kontaktes mit der Kreppblattkante, ein starres Blatt vorausgesetzt.
Beim Stand der Technik besteht der typische Tissue-Prägeprozess in einem Komprimieren und Strecken des flachen Tissue-Basisblattes zwischen einer relativ weichen (40 Shore A) Walze und einer harten Walze, die relativ große "Makro"-Kennzeichenprägeelemente (2) hat. Dieses Prägen verbessert die Ästhetik des Tissuepapiers und die Struktur der Tissuewalze. Die Dicke des Basisblattes zwischen den Prägeelementen wird aber tatsächlich reduziert. Dies verringert die Griffigkeit eines konventionellen nassgepressten (CWP) einlagigen Produkts, das bei diesem Prozess hergestellt wird. Auch macht dieser Prozess das Tissuepapier zweiseitig, da die Stempel-Prägeelemente Vorsprünge oder Noppen auf nur einer Seite des Blattes erzeugen.
Kleinere, eng angeordnete "Mikro"-Elemente können zu dem Prägemuster hinzugefügt werden, um die Griffigkeit des mit Gummi auf Stahl geprägten Produkts zu erhöhen. Dies führt aber zu einem rauen Produkt. Dies liegt daran, dass kleine Elemente in einem konventionellen Prozess viele kleine, steife Vorsprünge auf einer Seite des Tissuepapiers erzeugen, was zu einem hohen Rauigkeitsgrad führt.
Die Probleme hoher Reibung und der Seitigkeit, wie sie beim Stand der Technik auftreten, können durch den Prägeprozess der vorliegenden Erfindung minimiert werden.
In dem erfindungsgemäßen Prozess wird das Tissuepapier zwischen zwei harten Walzen geprägt, die jeweils Stempel- und Matrizen-Mikroelemente haben, obwohl auch einige Kennzeichnungen auf Makroelementen vorhanden sein können. Die Stempel-Mikroelemente einer Prägewalze greifen in die Matrizen-Elemente einer weiteren, spiegelbildlichen Prägewalze ein, wie es 7 zeigt. Diese Prägewalzen können aus Materialien wie Stahl oder sehr hartem Gummi bestehen. In diesem Prozess wird das Basisblatt nur zwischen den Seitenwänden der Stempel- und der Matrizen-Elemente zusammengedrückt. Daher wird die Dicke des Basisblattes beibehalten und die Griffigkeit eines einlagigen Produkts stark verbessert. Auch die Dichte und die Textur des Musters verbessert die Griffigkeit. Dieser Eingriffsprozess und das Muster erzeugt auch ein weicheres Tissuepapier, da die Oberseite der Tissuevorsprünge weich und nicht komprimiert bleibt.
Die Stempelelemente des Prägemusters sind nicht diskret, d. h. sie sind nicht vollständig von flachen Bereichen umgeben. Es gibt etwa gleiche Zahlen Stempel- und Matrizenelemente auf jeder Prägewalze. Dies erhöht die Griffigkeit des Produkts und macht beide Seiten des geprägten Tissuepapiers symmetrisch und in gleicher Weise angenehm berührbar.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Art der erzeugten Flächentextur. Diese Textur ermöglicht ein besseres Reinigen der Haut als bei einem typisch geprägten einlagigen CWP-Tissuepapier, da es in den nicht geprägten Bereichen sehr glatt ist. Die Oberfläche des CWP-Produkts der vorliegenden Erfindung ist besser als diejenige eines typischen durchluftgetrockneten Produkts (TAD), da es Textur, jedoch gleichmäßiger gebundene Fasern hat. Daher lösen sich die Fasern auf der Oberfläche nicht und biegen sich nicht auf, insbesondere wenn das Tissuepapier nass wird. Im Gegensatz dazu gibt es größere Teile des typisch textierten TAD-Materials, wo die Fasern schwach gebunden sind. Diese Fasern neigen zum Ablösen, wenn das Tissuepapier nass wird, auch wenn ein signifikanter Anteil der Nassfestigkeit an den Fasern realisiert wurde.
Ein typisches Prägemuster für die vorliegende Erfindung ist in 3 gezeigt. Es enthält diamantförmige Stempel-, Matrizen- und mittelhohe Elemente, die eine vorzugsweise Breite von 0,58 mm (0,023 Inch) haben. Die Breite liegt vorzugsweise zwischen ca. 0,13 mm (0,005 Inch) und ca. 1,78 mm (0,070 Inch), vorzugs weise zwischen ca. 0,38 mm (0,015 Inch) und ca. 1,14 mm (0,045 Inch), insbesondere zwischen ca. 0,64 mm (0,025 Inch) und ca. 0,89 mm (0,035 Inch). Die Form der Elemente kann aus Kreisen, Vierecken oder anderen leicht verständlichen Formen gewählt sein. Werden ein Mikro- und ein Makro-Muster verwendet, so liegt der Abstand zwischen dem Ende der Makroelemente und dem Beginn der Mikroelemente vorzugsweise zwischen ca. 0,18 mm (0,007 Inch) und ca. 25,4 mm (1 Inch), speziell zwischen ca. 0,13 mm (0,005 Inch) und ca. 1,14 mm (0,045 Inch), und insbesondere zwischen ca. 0,25 mm und 0,89 mm (0,010 und ca. 0,035 Inch). Die Höhe der Stempelelemente über der Mittelebene ist vorzugsweise ca. 0,39 mm (0,0155 Inch), und die Tiefe der Matrizenelemente ist vorzugsweise ca. 0,39 mm (0,0155 Inch). Der Winkel der Seitenwände der Elemente liegt vorzugsweise zwischen ca. 10 und ca. 30°, speziell zwischen ca. 18 und ca. 23°, insbesondere bei ca. 21°. In einem ausgewählten Ausführungsbeispiel sind die Elemente zu ca. 50% Stempel und zu ca. 50% Matrizen.
Muster wie die in 3 gezeigten können mit einem oder mehreren Kennzeichnungsprägemustern kombiniert sein, um Produkte der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Kennzeichnungsvorsprünge bestehen aus einem Prägedesign und sind oft ein Design, das seitens des Verbrauchers durch Wahrnehmung mit dem Hersteller des Tissuepapiers in Zusammenhang gebracht wird.
Vorzugsweisere Prägemuster für die vorliegende Erfindung sind in 4a und 4b dargestellt. Diese Muster sind exakte Spiegelbilder des jeweils anderen. Diese Prägemuster kombinieren das diamantförmige Muster nach 3 mit einem großen Kennzeichnungs- oder "Makro"-Muster. Dieses Kombinationsmuster erzeugt ein ästhetisches Aussehen aus dem Makromuster sowie die Verbesserung der Griffigkeit und der Textur, die durch das Mikromuster erzeugt wird. Der Makroteil des Musters ist so angepasst, dass er die Weichheit durch Erhöhen der Reibung auf der Rückseite des Blattes nicht verringert. Zusätzlich zu der verbesserten Erscheinung minimiert dieses Muster das Ineinandergreifen (vollständiges Überlappen von Prägeelementen) und verbessert die Rollstruktur durch Erhöhen der Teilung des Musters von 2,35 mm (0,0925 Inch) bis 129 mm (5,0892 Inch).
Das Design der Makroelemente in dem vorzugsweiseren Prägemuster sichert die Festigkeit des Tissuepapier, durch Beginn der Basis der erhöhten Makroelemente in der Mittelebene der Mikroelemente, wie es 4b zeigt. Die vertieften Makroelemente beginnen bei der Mittelebene der Mikroelemente, wie es 4a zeigt. Dies verringert das Dehnen des Blattes aus der Mittelebene um 50%. Da aber die Makroelemente noch eine Höhe oder Tiefe von 0,79 mm (31 mil) haben, bilden sie doch noch ein klares, deutlich definiertes Muster.
Das vorzugsweisere Prägemuster hat die Basen von Stempel-Mikroelementen und die Öffnungen von Matrizen-Mikroelementen mit mindestens 0,36 mm (0,014 Inch) Abstand zu den Basen der Stempel-Makroelemente oder Öffnungen der Matrizen-Makroelemente. Dies verhindert ein Verstopfen der Prägewalzen mit Tissuematerial.
Es ist auch möglich, einige der Stempel-Makroelemente in eine Richtung und die übrigen in die andere Richtung auszurichten. Dies kann jegliche Seitigkeit des Produkts weiter verringern. 4c und 4d zeigen die aktuelle Größe der vorzugsweisen Muster.
Das Grundgewicht des einlagigen Tissuepapiers liegt vorzugsweise zwischen ca. 6,8 und 11,25 kg/1016 kg (15 bis ca. 25 Pfund/3000 sq. ft.)/Ries, vorzugsweise zwischen ca. 7,7 und ca. 9 kg (17 und 20 Pfund)/Ries. Die Kalibrierung des Tissuepapiers der vorliegenden Erfindung kann gemessen werden mit dem Electronic Thickness Tester Modell II der Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, Pennsylvania. Der Kaliber wird gemessen auf einer Probe, die aus einem Stapel von acht Blättern Tissuepapier besteht, wobei ein Amboss mit 2 Inch Durchmesser bei einer Totgewichtlast von 539 ± 10 g benutzt wird. Einlagige Tissuepapiere der vorliegenden Erfindung haben einen spezifischen (auf Grundgewicht normalisierten) Kaliber nach dem Kalandrieren und Prägen zwischen ca. 0,07 und 0,11 mm (2,6 und 4,2 mil) für acht Lagen Tissuepapier pro Pfund pro Ries. Die vorzugsweiseren Tissuepapiere haben einen Kaliber von ca. 2,8 bis ca. 4,0, die speziellen Tissuepapiere haben einen Kaliber von ca. 3,0 bis ca. 3,8. In der Papierherstel lung ist es bekannt, dass der Kaliber der Anzahl der Blätter und der Größe der für das Endprodukt gewünschten Rolle abhängt.
Die Reißfestigkeit des Tissuepapiers nach der vorliegenden Erfindung wird in Maschinenrichtung und in Querrichtung mit einem Spannungstester Instron Modell 4000: Serie IX gemessen, wobei die Skalenlänge auf 4 Inch eingestellt ist. Der Bereich des getesteten Tissuepapiers wird mit 75 mm (3 Inch) Breite und 100 mm (4 Inch) Länge angenommen. In der Praxis ist die Länge der Proben der Abstand zwischen den Perforationslinien für die Reißfestigkeit in Maschinenrichtung und die Breite der Proben ist die Breite der Rolle bei der Reißfestigkeit in Querrichtung. Eine 9 kg (20 Pfund)-Lastzelle mit schweren Griffen wird zum Einwirken auf die gesamte Probenbreite verwendet. Die maximale Last wird für jede Richtung aufgezeichnet. Die Ergebnisse werden in Einheiten von "Gramm pro 76 mm (3 Inch)" angegeben; eine vollständigere Angabe der Einheiten würde "Gramm pro 76 mm (3 Inch) für 100 mm (4 Inch)-Streifen" sein. Die gesamte (Summe in Maschinen- und in Querrichtung) Trockenfestigkeit der vorliegenden Erfindung, normiert auf Grundgewicht, liegt zwischen 40 und 75 g pro 76 mm (3 Inch) pro 0,45 kg (Pfund) pro Ries. Das Verhältnis der Reißfestigkeiten in Maschinen- und in Querrichtung ist gleichfalls wichtig und sollte zwischen 1,0 und 2,75, vorzugsweise zwischen 1,25 und 2,5 liegen.
Die Dehnbarkeit in Querrichtung (auch als Prozentverlängerung bezeichnet) wird während der oben beschriebenen Messung der Reißfestigkeit bestimmt und ist als maximale Verlängerung der Probe vor deren Ausfall definiert. Wir haben gefunden, dass der Prägeprozess bei der vorliegenden Erfindung in einer erhöhten Querdehnbarkeit, verglichen mit bisherigen Prägeprozessen, resultiert. Diese führt zu einem flexibleren Produkt, das eine geringere Zugsteifigkeit in Querrichtung besitzt. Diese ist besonders wichtig für einlagige CWP-Produkte, da sie typisch viel höher als in Maschinenrichtung ist und die Gesamtsteifigkeit des Produkts bestimmt. Die Querdehnbarkeit von Produkten nach der vorliegenden Erfindung sollte mindestens 5% betragen, wobei das Verhältnis der Querdehnbarkeit des Endprodukts zu derjenigen des Basisblattes mindestens 1,2 ist.
Die Dehnungsenergieabsorption (TEA), die als der Bereich unter der Last/Verlängerungskurve (Druck/Zugkurve) wird gleichfalls während der Messung der Reißfestigkeit bestimmt. Die Dehnungsenergieabsorption hängt von der bei der Nutzung des Produkts wahrgenommenen Festigkeit ab. Produkte mit einer höheren TEA können vom Benutzer als fester gegenüber ähnlichen Produkten mit geringeren TEA-Werten empfunden werden, auch wenn die tatsächlichen Reißfestigkeiten beider Produkte übereinstimmen. Eine höhere Dehnungsenergieabsorption kann zum Eindruck eines festeren Produkts gegenüber einem Produkt mit geringerer TEA führen, auch wenn die Reißfestigkeit des Produkts mit hoher TEA geringer als diejenige des Produkts mit der geringeren Dehnungsenergieabsorption ist.
Die Nassfestigkeit des Tissuepapiers der vorliegenden Erfindung wird mit einem 3 Inch breiten Streifen des Tissuepapiers gemessen, der zu einer Schleife gefaltet und in einer Spezialvorrichtung befestigt ist, die als Finch Cup bezeichnet, und in Wasser getaucht wird. Die Finch Cup, die von der Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, Pennsylvania, vertrieben wird, ist an einem Reißfestigkeitstester befestigt, der mit einer 9 kg (2,0 Pfund) Lastzelle ausgerüstet ist. Der Flansch der Finch Cup ist an dem unteren Joch des Testers festgeklemmt, und die Enden der Papierschleife sind an dem oberen Joch des Testers festgeklemmt. Die Probe wird in Wasser getaucht, das auf einen pH-Wert von 7,0 ± 0,1 eingestellt ist, und die Reißfestigkeit wird nach 5 Sekunden Eintauchzeit getestet. Die Nassfestigkeit bei der vorliegenden Erfindung beträgt mindestens 2,75 g pro 76 mm (3 Inch) pro 0,45 kg (Pfund) pro Ries in Querrichtung, gemessen mit der Finch Cup. Normalerweise wird nur die Nassfestigkeit in Querrichtung gemessen, da die Festigkeit dieser Richtung normalerweise geringer als in Maschinenrichtung ist und das Tissuepapier bei der Benutzung wahrscheinlicher in Querrichtung reißt.
Die Weichheit ist eine Qualität, die sich nicht zur leichten Quantifizierung eignet. Der Aufsatz "Softness Index: Fact or Mirage?" von J. D. Bates in TAPPI, Vol. 48 (1965), Nr. 4, Seiten 63A bis 64A zeigt, dass die beiden wichtigsten, leicht quantifizierbaren Eigenschaften zur Vorhersage der wahrnehmbaren Weichheit (a) die Rauigkeit und (b) der so bezeichnete Steifheitsmodul sind. Tissuepapier nach der vorliegenden Erfindung hat eine ansprechendere Textur, gemessen durch Seitigkeitsparameter, oder reduzierte Werte der Rauigkeit und/oder des Steifheitsmoduls (relativ zu Vergleichsproben). Die Flächenrauheit kann durch Messen der geometrischen mittleren Abweichung des Reibungskoeffizienten (GM MMD) mit einem Reibungstester Kawabata KES-SE ermittelt werden, der mit einer Fingerabdruck-Sensoreinheit ausgerüstet ist, wobei der niedrige Empfindlichkeitsbereich verwendet wird. Es wird ein Griftelgewicht von 25 g verwendet, und die Instrumentablesung wird durch 20 geteilt, um die mittlere Abweichung des. Reibungskoeffizienten zu erhalten. Die geometrisch gemittelte Abweichung des Reibungskoeffizienten oder die Gesamtflächenreibung ist dann die Quadratwurzel der Abweichung des Produkts in Maschinenrichtung und in Querrichtung. Der Wert GM MMD des einlagigen Produkts der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise nicht höher als ca. 0,225, speziell weniger als ca. 0,215 und insbesondere ca. 0,150 bis ca. 0,205. Die Zugsteifigkeit (auch als Steifheitsmodul bezeichnet) wird bei dem oben beschriebenen Messen der Reißfestigkeit bestimmt, wobei jedoch eine Probe von 25 mm (1 Inch) Breite verwendet wird und der aufgezeichnete Modul das geometrische Mittel des Verhältnisses von 50 g Last zu prozentualer Dehnung, erhalten aus der Last/Dehnungskurve, ist. Die spezifische Zugsteifigkeit der Bahn ist vorzugsweise ca. 0,5 bis ca. 1,2 g/Inch/% Dehnung pro Pfund Grundgewicht, speziell ca. 0,6 bis ca. 1,0 g/Inch/% Dehnung pro Pfund Grundgewicht, insbesondere von ca. 0,7 bis ca. 0,8 g/Inch/% Dehnung pro Pfund Grundgewicht (wobei 1 Inch = 25 mm und 1 Pfund = 0,45 kg).
Um den Grad der Seitigkeit eines einlagigen Tissuepapiers zu quantifizieren, benutzen wir eine Quantität, die wir als Seitigkeitsparameter S bezeichnen. Dieser ist folgendermaßen definiert:
Darin sind [GM MMD]_H und [GM MMD]_L die geometrisch gemittelten Reibungsabweichungen oder Gesamtflächenreibungen der beiden Seiten des Blattmaterials. Die Indizes H und L bezeichnen den höheren oder niedrigeren Reibungsab weichungswert der beiden Seiten, d. h. der größere Abweichungswert steht immer im Zähler. Für die meisten gekreppten Produkte ist die luftseitige Reibungsabweichung höher als die Reibungsabweichung auf der Yankee-Seite. S berücksichtigt nicht nur die relative Differenz der beiden Blattseiten, sondern auch den Gesamtreibwert. Entsprechend werden geringe Werte S vorgezogen. Die Seitigkeit(en) des einlagigen Produkts sollte ca. 0,160 bis ca. 0,275 betragen; vorzugsweise weniger als ca. 0,250; insbesondere vorzugsweise weniger als ca. 0,225.
Die Bildung von Tissuepapieren der vorliegenden Erfindung, dargestellt durch den Kajaani Formation Index, sollte mindestens ca. 50, vorzugsweise ca. 55, besser mindestens ca. 60 und am besten ca. 65 betragen, bestimmt durch Messen der Durchlichtintensitätsänderungen über den Blattbereich unter Verwendung eines Analysiergeräts Kajaani Paperlab 1, das die Durchlässigkeit von ca. 250000 Teilbereichen des Blattes vergleicht. Der Kajaani Formation Index, der zwischen ca. 20 und 122 variiert, wird weitläufig in der Papierindustrie angewendet und stimmt in der Praxis mit der Robotestzahl überein, die eine ältere Bezeichnung für dieselbe Messung darstellt.
TAPPI 401 OM-88 (überarbeitet 1988) beschreibt ein Verfahren zur Identifizierung der Fasertypen in einer Papierprobe oder Kartonprobe und eine Einschätzung ihrer Quantität. Eine Analyse des Anteils der Weichmacher/Enthaftungschemikalien auf dem Tissuepapier kann nach jedem in der einschlägigen Technik akzeptierten Verfahren durchgeführt werden. Für die sehr sensitiven Fälle bevorzugen wird die Röntgen-Fotoelektrodenspektroskopie ESCA zum Messen der Stickstoffwerte bevorzugt, wobei die Anteile in jedem Wert messbar sind durch Anwenden des oben beschriebenen Bandzugverfahrens in Kombination mit der ESCA-Analyse einer jeden "Teilprobe". Normalerweise ist der Hintergrundwert ziemlich hoch und die Variation der Messungen ziemlich groß, so dass mehrere Kopien in einem relativ modernen ESCA-System wie z. B. das Modell 5600 der Perkin Elmer Corporation zum Erzielen genauerer Messungen erforderlich sind. Der Wert kationischer Stickstoff-Weichmacher/Enthaftungsmittel wie Quasoft® 202-JR kann alternativ durch Lösungsmittelextraktion aus dem Quasoft® 202-JR durch ein organisches Lösungsmittel und nachfolgende Flüssigkeits chromatografie des Weichmachers/Enthaftungsmittels bestimmt werden. TAPPI 419 OM-85 beschreibt die qualitativen und quantitativen Methoden zum Messen des Stärke-Gesamtanteils. Dieses Verfahren ermöglicht jedoch nicht die Bestimmung kationischer Stärken, die mit Harzen substituiert, gepfropft oder kombiniert sind. Diese Stärketypen können durch Hochdruck-Flüssigkeitschromatografie bestimmt werden (TAPPI, Journal Vol. 76, Nr. 3).
Die folgenden Beispiele sollen die hier beschriebene Erfindung nicht einschränken.
Beispiel 1
Einlagige Tissue-Basisblätter aus einer Anzahl Beschickungsmischungen wurden nach vorbekannter Technologie und nach der Technologie der vorliegenden Erfindung geprägt. Das vorbekannte Prägemuster ist in 2 gezeigt, während das zum Herstellen von Produkten nach der vorliegenden Erfindung verwendete Muster in 3 gezeigt ist. Die Basisblätter wurden geprägt, um Endprodukte mit ähnlichen Festigkeitswerten zu erhalten. Die spezifischen Beschickungsmischungen und die Festigkeitswerte des geprägten Produkts sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Gesamtreißfestigkeit ist als die Summe der Reißfestigkeiten in Maschinenrichtung und in Querrichtung definiert, während die spezifische Gesamtreißfestigkeit das Verhältnis der Gesamtreißfestigkeit und des Grundgewichts ist.
Tabelle 1: Einlagige Tissueprodukte
Die in Tabelle 1 dargestellten Produkte wurden auf fühlbare Weichheit und fühlbare Griffigkeit von geübten Testern geprüft. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in 6 gezeigt. Die Pfeile in der Figur verbinden Produkte aus demselben Basisblatt. Wie die Figur zeigt, ist die fühlbare Weichheit der beiden Produkte aus einem vorgegebenen Basisblatt ziemlich gleich, während für jedes Paar das Tissueprodukt der vorliegenden Erfindung eine größere fühlbare Griffigkeit als das Produkt nach dem Stand der Technik hat. Die Unterschiede eines jeden Paars sind bei dem 95%-Vertrauenswert statistisch signifikant.
Beispie l 2
Ein einlagiges Tissue-Basisblatt wurde in einer Crescent-Papiermaschine aus einer Beschickung mit 10% Northern Softwood Kraft, 40% Southern Hardwood Kraft und 50% Secondary Fiber hergestellt. 5,5 kg pro 1016 kg (12 Pfund pro Tonne) einer modifizierten kationischen Stärke (CoBond® 1600) wurden der Beschickung hinzugefügt, um eine temporäre Nassfestigkeit zu erhalten. Die Beschickung wurde auch mit 1,6 kg pro 1016 kg (3,5 Pfund pro Tonne) eines Weichmachers auf Imidazolinbasis (Arosurt® PA 806) behandelt, um die Reißfestigkeit einzustellen und Weichheit zu erzielen. 2,5 Pfund pro Tonne eines Sprühweichmachers (Quasoft® 209 JR) wurden auf das Blatt aufgebracht, während es auf einem Pressfilz lag. Das Blatt wurde von dem Yankee-Trockner mit einem Feuchteanteil von 4% gekreppt. Der Kreppwinkel betrug 73,5°, und die Kreppung betrug 25%. Das Blatt wurde so kalandriert, dass der Kaliber des unkalandrierten Tissue-Basisblattes um etwa 20 bis 25% reduziert war. Die physikalischen Eigenschaften des Tissue-Basisblattes sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2: Physikalische Eigenschaften des einlagigen Basisblattes (1 lb = 0,45 kg, 3in = 76 mm, 1 mil = 25 μm)
Das Basisblatt wurde in ein einlagiges Tissueprodukt durch Prägen mit Standardprägung umgewandelt. Das Blatt wurde zwischen einer harten Walze, die mit dem Prägemuster in 2 graviert war, und einer weichen Walze (Shore A Härte = 40) geprägt. Die Prägetiefe war 2,54 mm (0,1 Inch). Das Produkt wurde zu Tissuerollen aufgewickelt, die 280 Blätter von 114 × 114 mm (4,5'' × 4,5'') pro Rolle hatten. Das einlagige Endprodukt wurde auf physikalische Eigenschaften und fühlbare Weichheit von geübten Personen getestet. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3: Physikalische Eigenschaften und fühlbare Weichheit des geprägten einlagigen Produkts nach Stand der Technik
Die fühlbare Weichheit des geprägten Produkts liegt weit unterhalb derjenigen eines Tissueprodukts mit Premiumqualität. Dieses Ergebnis liegt teilweise an dem hohen Anteil von Southern Hardwood und Secondary Fiber in dem Eintrag, die beide als nachteilig für die Herstellung weicher, einlagiger Tissueprodukte bekannt sind.
Das Basisblatt wurde auch nach der Prägetechnologie der vorliegenden Erfindung geprägt. Es wurde zwischen zwei gravierten, harten Walzen geprägt. Das verwendete Muster ist in 4 dargestellt. Der Prägespalt zwischen den Prägehülsen betrug 0,36 mm (0,014 Inch). Nach dem Prägen wurde das Blatt zwischen den Transportwalzen der Prägeeinheit kalandriert, die auf einen Spalt von 0,15 mm (0,006 Inch) eingestellt waren. Dieser Schritt war zum Einstellen des Rollen durchmessers des Produkts auf den gewünschten Wert erforderlich. Das fertige Tissueprodukt hatte 280 Blätter von jeweils 114 × 114 mm (4,5'' × 4,5''). Die fertigen Produkte wurden auf physikalische Eigenschaften und Weichheit von geübten Personen geprüft. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4: Physikalische Eigenschaften und fühlbare Weichheit des geprägten einlagigen Produkts nach Erfindung
Wie ein Vergleich der Werte der Tabellen 3 und 4 zeigt, sind die physikalischen Eigenschaften der beiden Produkte ziemlich ähnlich. Die fühlbare Weichheit des Produkts nach der vorliegenden Erfindung ist aber viel höher als diejenige des Produkts nach dem Stand der Technik und liegt im Bereich von Premiumtissueprodukten, was zeigt, dass die vorliegende Erfindung einen Weg zum Herstellen konventioneller nassgepresster, einlagiger Tissueprodukte mit Premiumweichheitswerten aus Fasermischungen bietet, die als schädlich für die Herstellung von weichen Tissueprodukten nach einem der Tissueverfahren bekannt sind.
Beispiel 3
Wie in dem vorherigen Beispiel gezeigt, ist es schwierig, nach dem Stand der Technik ein weiches, einlagiges CWP-Produkt aus einem Eintrag herzustellen, der hohe prozentuale Anteile grober Southern-Fasern und/oder recyclierter Fasern enthält. Daher wurden die meisten Premium-Tissueprodukte mit solchen Beschickungen zweilagig hergestellt. Um das einlagige Produkt nach der vorliegenden Erfindung mit der Zweilagen-Technologie zu vergleichen, wurde ein zweilagiges Tissueprodukt mit ähnlichem Grundgewicht wie die einlagigen Tissueprodukte unter Verwendung derselben Beschickungsmischung hergestellt. Für das zweilagige Produkt wurde kein temporäres Nassfestigkeitsmittel oder Erweichungsmittel zugemischt, da diese Chemikalien in zweilagigen Tissueprodukten typisch nicht enthalten sind. Das Tissue-Basisblatt wurde von dem Yankee-Trockner bei einem Feuchteanteil von 4%, einer Kreppung von 20% und einem Kreppwinkel von 73,5° gekreppt. Die Basisblätter wurden auf einen Ziel-Kaliber von 7,4 mm/8 Blätter (29 mil/8 Blätter) kalandriert.
Zwei Basisblätter wurden zusammengelegt und geprägt, um ein zweilagiges Tissueprodukt mit dem in 5 gezeigte Prägemuster zu erzeugen. Dabei lagen die Luftseiten der beiden Basisblätter einander gegenüber. Diese Schichtstrategie gewährleistet, dass die weicheren Yankee-Seiten des zweilagigen Produkts die vom Benutzer zu berührenden Seiten sind. Die zusammenliegenden Basisblätter wurden nach konventioneller Prägetechnik geprägt zwischen einer gravierten harten Walze und einer weichen Walze (Shorehärte A = 40). Die Prägetiefe war 2,03 mm (0,080 Inch). Das Produkt wurde zu fertigen Tissuerollen mit 280 zweilagigen Blättern pro Rolle von jeweils 114 mm × 114 mm (4,5'' × 4,5'') aufgewickelt. Das Endprodukt wurde auf physikalische Eigenschaften und fühlbare Weichheit von geübten Personen getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Die Nassreißfestigkeit wurde nicht gemessen, da das Produkt kein temporäres Nassfestigkeitsmittel enthielt und sein Nassreißfestigkeit so gering zu erwarten war, dass sie keine praktische Bedeutung hat (weniger als 40 g/3 Inch in Querrichtung).
Tabelle 5: Physikalische Eigenschaften und fühlbare Weichheit des geprägten einlagigen Produkts nach Erfindung
Ein Vergleich dieser Daten mit denjenigen aus Tabelle 3 und 4 zeigt, dass die fühlbare Weichheit des zweilagigen Produkts nur leicht über derjenigen des einlagigen Produkts nach vorliegenden Erfindung liegt, während beide Produkte Weichheitswerte gut überhalb denen der vorbekannten einlagigen Tissueprodukte haben. Der Unterschied der fühlbaren Weichheit des zweilagigen und des einlagigen Produkts nach der Erfindung ist statistisch nicht beachtlich (95% Vertrauenswert), während die Unterschiede der Weichheitswerte nach der vorliegenden Erfindung und des einlagigen Produkts nach dem Stand der Technik bei demselben Vertrauenswert statistisch bedeutsam sind.
Beispiel 4
Das Produkt nach der vorliegenden Erfindung zeigt eine höhere Dehnbarkeit in Querrichtung nach Prägung, verglichen mit Produkten, die nach vorbekannter Technologie geprägt sind. Diese stärkere Dehnung in Querrichtung resultiert in einem flexibleren Produkt mit geringerer Zugfestigkeit in Querrichtung. Diese geringere Zugfestigkeit ist von besonderer Wichtigkeit für einlagige CWP-Produkte, da die Zugfestigkeit in Querrichtung typisch viel höher als in Maschinenrichtung ist und den Steifheitswert des Gesamtprodukts bestimmt.
Acht einlagige Tissue-Basisblätter wurden aus verschiedenen Eintragsmischungen auf einer Crescent-Papiermaschine erzeugt. Die Basisblätter wurden jeweils nach konventioneller Prägetechnik und der Prägetechnik nach der Erfindung gemäß Beispiel 2 geprägt. Die physikalischen Eigenschaften der Basisblätter und der Endprodukte wurden gemessen. 8 zeigt die Dehnung der geprägten Tissuepapiere in Querrichtung als Funktion der Querdehnungen des Basisblattes. Die Figur zeigt, dass die Prägetechnik nach der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Dehnbarkeit in Querrichtung, verglichen mit derjenigen des Standes der Technik liefert.
9 vergleicht die TEA-Werte für Querrichtung derselben acht Produktpaare als Funktion der Reißfestigkeit der Tissuepapiere in Querrichtung. Es ist zu erkennen, dass bei ähnlichen Werten der Reißfestigkeit in Querrichtung die Produkte nach der vorliegenden Erfindung eine höhere Dehnungsenergieabsorption in Querrichtung haben als diejenigen des Standes der Technik. Diese verbesserten TEA-Werte in Querrichtung sollten zu einer Verbesserung der fühlbaren Festigkeiten bei der Benutzung führen.
Beispiel 5
Ein einlagiges CWP-Tissue-Basisblatt wurde auf einer kommerziellen Tissuemaschine aus einer Beschickung mit 10% Northern Softwood Kraft, 40% Southern Hardwood Kraft und 50% Secondary Fiber hergestellt. Der Eintrag wurde mit 4,5 kg pro 0,9 Tonne (10 Pfund pro Tonne) einer temporären Nassfestigkeitsstärke (Co-Bond 1600) behandelt, um eine Nassfestigkeit zu erzeugen, und mit 1,8 kg pro 0,9 Tonne (4 Pfund pro Tonne) eines Enthaftungsmittels auf Imidazolinbasis (Arosurf PA 806), die Reißfestigkeit des Basisblattes einzustellen. Zwei Pfund pro Tonne eines Weichmachers (Quasoft 218 JR) wurden auf das Blatt aufgesprüht, während es auf dem Filz lag. Das Blatt wurde von dem Yankee-Trockner bei einem Feuchteanteil von 4% und einer Kreppung von 24% gekreppt. Das Basisblatt wurde auch mit der Prägetechnik nach der vorliegenden Endung geprägt. Es wurde zwischen zwei gravierten harten Walzen geprägt, wobei das in 4 gezeigte Muster verwendet wurde. Der Prägespalt zwischen den Prägewalzen betrug 0,33 mm (0,013 Inch). Die Transportwalzen der Prägeeinheit waren auf einen Spalt von 0,33 mm (0,013 Inch) eingestellt. Das Produkt wurde aufgewickelt, um Rollen zu erzeugen, die 280 Blätter von jeweils 114 mm × 114 mm (4,5 × 4,5 Inch) enthielten. Die physikalischen Eigenschaften und die fühlbare Weichheit dieses geprägten Produkts sind in Tabelle 6 gezeigt. Zusätzlich wurde dasselbe Basisblatt mit dem angepassten Prägeverfahren geprägt, um ein Produkt mit der Blattzahl 560 zu erzeugen, wobei jedes Blatt 114 mm × 114 mm (4,5 × 4,5 Inch) groß war. Für dieses Produkt war der Spalt zwischen den Prägewalzen 0,36 mm (0,014 Inch), und die Transportwalzen der Prägeeinheit waren auf einen Spalt von 0,1 mm (0,004 Inch) eingestellt. Die physikalischen Eigenschaften und die fühlbare Weichheit dieses Produkts sind auch in Tabelle 6 gezeigt.
Tabelle 6: Physikalische Eigenschaften und fühlbare Weichheit des geprägten einlagigen Produkts nach Erfindung
Das vorstehend beschriebene einlagige Tissueprodukt wurde in einem Monadic Home Use Test geprüft, um die Reaktion der Verbraucher auf das Produkt festzustellen. Ferner wurden kommerzielle (Ladenware) zweilagige CWP-Produkte geprüft, die auf derselben Maschine wie das einlagige Produkt hergestellt waren. Die zweilagigen Produkte waren nach konventioneller Prägetechnik geprägt und hatten 280 bzw. 560 Blätter. Die physikalischen Eigenschaften und die fühlbare Weichheit der handelsüblichen zweilagigen Produkte sind in Tabelle 7 dargestellt.
Tabelle 7: Physikalische Eigenschaften und fühlbare Weichheit des geprägten zweilagigen Produkts
In einem Monadic Home Use Test wurden die Teilnehmer gebeten, ein Einzelprodukt hinsichtlich Gesamtqualität und einiger Schlüsseleigenschaften zu beurteilen. Das Produkt konnte als "Ausgezeichnet", "Sehr gut", "Gut", "Ziemlich gut" oder "Schlecht" insgesamt und für jede Eigenschaft beurteilt werden. Um Produkte zu vergleichen, die auf diese Weise vom Verbraucher getestet sind, wird ein numerischer Wert einer jeden Antwort zugeordnet. Die Werte liegen bei 5 für "Ausgezeichnet" und bei 1 für "Schlecht". Diese Zuordnung ermöglicht eine Durchschnittsbeurteilung (zwischen 1 und 5) für jede Eigenschaft des Produkts und für die Gesamtleistung zu berechnen. Tabelle 8 zeigt die Ergebnisse der Monadic Home Use Tests für die Gesamtleistung und für einige wichtige Eigenschaften des Tissuepapiers für ein einlagiges und ein zweilagiges Produkt oben beschriebener Art. Die Ergebnisse zeigen, dass für 280 Blatt-Rollen und für 560 Blatt-Rollen die einlagigen Produkte nach der vorliegenden Erfindung hinsichtlich Gesamtqualität und wichtiger Tissueeigenschaften den handelsüblichen zweilagigen Tissue-Papieren gleichwertig sind.
Tabelle 8: Monadic Use Test Ergebnisse für ein- und zweilagige Produkte
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind dem Fachmann nach Kenntnis der Beschreibung und Durchführung der hier beschriebenen Erfindung möglich. Die Beschreibung und die Beispiele sind nur beispielhaft zu verstehen, der Bereich der Erfindung ergibt sich aus den folgenden Ansprüchen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines saugfähigen, sehr weichen, einlagigen Tissuepapiers mit hohem Grundgewicht, mit: (a) Bereitstellen einer Faserpulpe aus Papierfasern; (b) Erzeugen einer naszierenden Papierbahn (W) aus der Pulpe, wobei die Bahn ein Grundgewicht von zumindest ungefähr 15 lbs./3000 sq. ft. (6,8 kg/279 m²) Ries hat; (c) Einschließen von zumindest ungefähr 3 lbs./ton (1,4 kg/0,9 Tonne) eines temporären Naßfestigkeitsmittels und bis zu 10 lbs./ton (4,5 kg/0,9 Tonne) eines stickstoffhaltigen Weichmachers, optional eines kationischen stickstoffhaltigen Weichmachers, in die Papierbahn; (d) Entwässern der Papierbahn; (e) Anheften der Papierbahn an einen Yankee-Trockner (26); (f) Kreppen der Papierbahn von dem Yankee-Trockner mit einem Kreppwinkel von unter 85 Grad, wobei die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Yankee-Trockner und der Aufnahmerolle so gesteuert wird, daß eine Dehnbarkeit des Endprodukts in Maschinenrichtung von zumindest ungefähr 15% erzeugt wird; (g) optionales Kalandrieren der Papierbahn; (h) Prägen der Papierbahn zwischen gepaarten Prägewalzen, von denen jede sowohl Stempel als auch Matrizen enthält; (i) Erzeugen einer einlagigen Papierbahn, wobei die Schritte (a)–(f) und (h) und optional Schritt (g) so gesteuert werden, daß ein einlagiges Tissueprodukt erzeugt wird, das eine Gesamtreißfestigkeit von nicht mehr als 75 Gramm pro drei Inch (76 mm) pro Pfund (0,45 kg) je Ries Grundgewicht, eine anfängliche Naßreißfestigkeit in Querrichtung von zumindest 2,7 Gramm pro drei Inch (76 mm) pro Pfund (0,45 kg) je Ries Grundgewicht, eine Zugsteifigkeit von nicht mehr als ungefähr 1,1 Gramm pro Inch (25,4 mm) je Prozent Dehnung pro Pfund (0,45 kg) je Ries Grundgewicht, ein Verhältnis von Produkt-Dehnbarkeit in Querrichtung zu Basis-Blattdehnbarkeit in Querrichtung von zumindest ungefähr 1,4, Abweichung der GM-Reibung von nicht mehr als 0,225 und einen Seitigkeitsparameter von unter 0,275, gewöhnlich im Bereich von ungefähr 0,180 bis ungefähr 0,250 hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die naszierende Papierbahn ein Grundgewicht von ungefähr 17,5 (8 kg) bis ungefähr 20 lb (9 kg)/3000 sq. ft. (279 m²) Ries hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das temporäre Naßfestigkeitsmittel ein aliphatischer Aldehyd, aromatischer Aldehyd, ein polymeres Reaktionsprodukt eines Monomers oder Polymers mit einer Aldehydgruppe und optional einer Stickstoffgruppe oder jegliche Kombination daraus ist oder Glyoxal, Malondialdehyd, Succindialdehyd, Glutaraldehyd, Dialdehydstärke, ein zyklischer Harnstoff mit einer Aldehydkomponente, ein Polyol mit einer Aldehydkomponente, ein Reaktionsprodukt eines Aldehyds, der Monomer oder Polymer enthält, oder eines Vinylamid- oder Acrylamid-Polymers, ein Glyoxylat-Acrylamid-Polymer oder Glyoxylat-Vinylamid oder Mischungen daraus ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Weichmacher eine trivalente kationische organische Stickstoffverbindung mit langen Fettsäureketten, eine tetravalente organische Stickstoffverbindung mit langen Fettsäureketten, ein Imidazolin, ein Aminosäuresalz, ein lineares Aminamid, ein tetravalentes quartäres Ammoniumsalz, ein quartäres Ammoniumsalz, ein Amidoaminsalz aus einem teilweise neutralisierten Amin oder jegliche Kombination daraus ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ungefähr 1,0 bis ungefähr 10 lbs (ungefähr 0,5 kg bis ungefähr 4,54 kg)/ton (0,9 Tonne) Weichmacher zugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Weichmacher vor der Erzeugung der Papierbahn in die Faserpulpe eingebracht wird oder nach dem Entwässern auf die Papierbahn angewendet wird, oder beides, oder nach dem Kreppen auf die Papierbahn angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Papierbahn mit einem Haftmittel an den Yankee-Trockner gehaftet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kreppwinkel ungefähr 65 bis ungefähr 85 beträgt und vorzugsweise ungefähr 70 bis ungefähr 80 Grad beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das einlagige Tissuepapier ein Grundgewicht von ungefähr 15 (7 kg) bis ungefähr 25 lbs (11 kg)/3000 sq. ft. (279 m²) Ries hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das einlagige Tissuepapier eine spezifische Dicke nach dem Kalandrieren und Prägen von ungefähr 2,8 bis ungefähr 4,5 hat.
Gepaart geprägtes Tissuepapier, das aus einer naßgepreßten Bahn hergestellt ist und das eine Gesamtreißfestigkeit von nicht mehr als 75 Gramm pro drei Inch (76 mm) pro Pfund (0,45 kg) je Ries Grundgewicht, eine anfängliche Naßreißfestigkeit in Querrichtung von zumindest 2,7 Gramm pro drei Inch (76 mm) pro Pfund (0,45 kg) je Ries Grundgewicht, eine Zugsteifigkeit von nicht mehr als ungefähr 1,1 Gramm pro Inch (25,4 mm) je Prozent Dehnung pro Pfund (0,45 kg) je Ries Grundgewicht, ein Verhältnis von Produkt-Dehnbarkeit in Querrichtung zu Basis-Blattdehnbarkeit in Querrichtung von zumindest ungefähr 1,4, eine Abweichung der GM-Reibung von nicht mehr als 0,225 und einen Seitigkeitsparameter von unter 0,275, gewöhnlich im Bereich von ungefähr 0,180 bis ungefähr 0,250 hat.
Einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das Tissuepapier ein temporäres Naßfestigkeitsmittel und einen stickstoffhaltigen Weichmacher enthält.
Einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das Tissuepapier einen Weichmacher enthält, der eine trivalente kationische organische Stickstoffverbindung mit langen Fettsäureketten, eine tetravalente organische Stickstoffverbindung mit langen Fettsäureketten, ein Imidazolin, ein Aminosäuresalz, ein lineares Aminamid, ein tetravalentes quartäres Ammoniumsalz, ein quartäres Ammoniumsalz, ein Amidoaminsalz aus einem teilweise neutralisierten Amin oder jegliche Kombination daraus ist.
Einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das Verhältnis der absorbierten Zugenergie des Produkts in Querrichtung (Gramm/mm) mal 1000 und des Zugs in Querrichtung (Gramm/3 Inch (76 mm)) zumindest ungefähr 0,50 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das verwendete Prägemuster Stempel-Mikroelemente und Matrizen-Mikroelemente hat und wobei das größte Maß der Oberseite der Stempel-Mikroelemente und der Unterseite der Matrizen-Mikroelemente zwischen ungefähr 0,005 Inch (0,13 mm) und ungefähr 0,070 Inch (1,78 mm), vorzugsweise zwischen ungefähr 0,15 Inch (0,38 mm) und ungefähr 0,045 Inch (1,14 mm) und insbesondere zwischen ungefähr 0,025 Inch (0,64 mm) bis ungefähr 0,035 Inch (0,89 mm) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das verwendete Prägemuster Stempel-Mikroelemente und Matrizen-Mikroelemente hat und wobei die Elemente ungefähr 50% Stempel und ungefähr 50% Matrizen sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das verwendete Prägemuster Stempel-Mikroelemente und Matrizen-Mikroelemente hat und wobei der Winkel der Seitenwände der Präge-Mikroelemente zwischen ungefähr 10 und ungefähr 30 Grad von der Vertikalen beträgt und vorzugsweise zwischen ungefähr 18 und 23 Grad von der Vertikalen beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das verwendete Prägemuster Stempel-Mikroelemente und Matrizen-Mikroelemente hat und wobei die Länge der Elemente dividiert durch die Breite der Elemente weniger als 3, vorzugsweise weniger als 2 und insbesondere 1 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das verwendete Prägemuster sowohl Mikroelemente als auch Makroelemente hat und wobei die Basis eines Stempel-Makroelements oder die Öffnung eines Matrizenelements an der Mittelebene der Mikroelemente beginnt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das verwendete Prägemuster sowohl Mikroelemente als auch Makroelemente hat und wobei der Abstand zwischen dem Ende der Makroelemente und dem Beginn der Mikroelemente zumindest ungefähr 0,007 Inch (0,18 mm) und nicht mehr als ungefähr 1 Inch (25 mm) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das verwendete Prägemuster Mikroelemente hat und wobei die Tiefe oder Höhe der Mikroelemente von der Mittelebene ungefähr 0,005 bis ungefähr 0,045 Inch (ungefähr 0,13 mm bis ungefähr 1,14 mm), vorzugsweise ungefähr 0,010 bis ungefähr 0,035 Inch (ungefähr 0,25 bis ungefähr 0,89 mm) und insbesondere ungefähr 0,015 bis ungefähr 0,020 Inch (ungefähr 0,38 bis ungefähr 0,5 mm) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einlagiges Tissuepapier nach Anspruch 11, wobei das verwendete Prägemuster Makroelemente hat und wobei die Tiefe oder Höhe der Makroelemente ungefähr 0,010 bis ungefähr 0,055 Inch (ungefähr 0,25 mm bis ungefähr 1,4 mm), vorzugsweise ungefähr 0,020 bis ungefähr 0,045 Inch (ungefähr 0,38 bis ungefähr 1,14 mm) und insbesondere ungefähr 0,025 bis ungefähr 0,035 Inch (ungefähr 0,64 bis ungefähr 0,89 mm) beträgt.