ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Эта заявка основана на следующих предварительных заявках на патент США:
(a) предварительная заявка на патент США с порядковым номером 60/784228 (по книге записей адвоката №20134/20154*), опубликованная 21 марта 2006, озаглавленная “Absorbent Sheet Having Lyocell Microfiber Network”;
(b) предварительная заявка на патент США с порядковым номером 60/850467 (по книге записей адвоката №20134/20154**), опубликованная 10 октября 2006, озаглавленная “Absorbent Sheet Having Lyocell Microfiber Network”;
(c) предварительная заявка на патент США №60/850681 (по книге записей адвоката №12645), опубликованная 10 октября 2006, озаглавленная “Method of Producing Absorbent Sheet with Increased Wet/Dry CD Tensile Ratio”; и
(d) предварительная заявка на патент США №60/881310 (по книге записей адвоката №20218), опубликованная 19 января 2007, озаглавленная “Method of Making Regenerated Cellulose Microfibers and Absorbent Products Incorporating Same”.
Приоритеты предварительных заявок на патент США №№60/784228; 60/850467; 60/850681 и 60/881310, таким образом, заявлены и их открытия включены посредством цитирования в этой заявке.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в целом относится к абсорбирующему полотну и, в частности, к абсорбирующему полотну для ткани и полотенца, произведенному из бумагообразующего волокна, такого как целлюлозные пульпы из мягкой древесины и из твердой древесины, содержащие регенерированное целлюлозное микроволокно.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Регенерированное целлюлозное волокно лиоцелл хорошо известно. Обычно волокно лиоцелл производится из переосажденной целлюлозы, сформованной из водного раствора оксида амина. Обычный способ состоит из формования волокна лиоцелл из раствора целлюлозы в водном N-оксиде третичного амина; например, из N-метилморфолин N-оксида (NMMO). Раствор обычно экструдируется через приемлемую фильеру в водную коагулирующую баню для получения готовых волокон. Эти волокна широко используются в текстильных изделиях. Ввиду того, что волокно лиоцелл включает в себя высококристаллическую альфа-целлюлозу, оно имеет тенденцию к фибрилляции, которая является нежелательной в большинстве текстильных изделий и считается недостатком. В этом отношении патент США №6235392 и публикация заявки на патент США №2001/0028955, Luo et al., впервые описывают различные способы получения волокна лиоцелл с уменьшенной тенденцией к фибрилляции.
С другой стороны, фибрилляция целлюлозных волокон желательна в некоторых применениях, таких как фильтрование. Например, патент США №6042769 Gannon et al. впервые описывает способ приготовления волокон лиоцелл, которые легко фибриллировать. Волокна, полученные таким образом, могут быть обработаны дезинтегратором, как отмечено в колонке 5 патента №6042769. См. строки 30 и далее. См. также патент США №5725821, Gannon et al. Высокофибриллированные волокна лиоцелл, как было найдено, могут быть применены для фильтрующих сред, имеющих очень высокую степень продуктивности. В этом отношении смотри заявку на патент США №2003/0168401 и публикацию заявки США №2003/0177909, Koslow.
Как известно, в производстве абсорбирующего полотна применяются волокна лиоцелл, имеющие диаметры и длины волокон, аналогичные бумагообразующим волокнам. В этом отношении патент США №6841038, Horenziak et al., впервые описывает способ и аппарат для приготовления абсорбирующего полотна, включающего волокна лиоцелл. См. фигуру 2 патента №6841038, который впервые описывает традиционный способ высушивания на воздухе (TAD-процесс) для приготовления абсорбирующего полотна. Патент США №5935880, Wang et al., также впервые описывает нетканые волоконные сетки, включающие волокна лиоцелл. См. также публикацию заявки на патент США №2006/0019571. Такие волокна имеют тенденцию выпадать хлопьями и являются, таким образом, чрезвычайно неудобными для употребления в традиционном бумажном производстве способе мокрого формования для абсорбирующих рулонов. Кроме того, традиционное волокно лиоцелл применяется в патенте №6841038, например, с повышенными массовыми долями (40% поверхностного слоя провода, Пример 1) с целью сильного влияния на свойства полотна.
В то время как применение волокон лиоцелл в абсорбирующих материалах известно, ранее не было оценено по достоинству, что очень тонкие волокна лиоцелл или другие регенерированные целлюлозные волокна с чрезвычайно низкой зернистостью могут предоставлять уникальные сочетания свойств, такие как прочность в мокром состоянии, впитывающая способность и мягкость, даже при применении в композиции бумагообразующей массы в ограниченных количествах. Согласно настоящему изобретению было найдено, что регенерированное целлюлозное микроволокно может быть легко включено в бумагообразующую волоконную матрицу из твердой древесины и мягкой древесины для усиления сетевых характеристик и обеспечения характеристик высшего уровня качества даже при использовании бумагообразующих волокон качества более низкого, чем высшее.
В патенте США №6461476, Goulet et al., было впервые описано, что растяжимости в мокром/сухом состоянии высушенных на воздухе ткани и полотенец могут быть увеличены путем обработки пульпы разрыхлителем, агентом для повышения прочности в мокром состоянии и агентом для повышения прочности в сухом состоянии. Химические разрыхлители, также обозначаемые как пластификаторы, часто применяются в производстве бумажной ткани и полотенца. Одна предпочтительная композиция разрыхлителя включает в себя систему с пластификатором, включающую в себя по существу эквимолярную, ион-парную смесь анионного поверхностно-активного вещества и катионного четвертичного аммониевого соединения. Детали см. в патенте США №6245197, Oriaran et al. Обычно разрыхлители добавляли в композицию бумагообразующей массы при относительно низких концентрациях волокна, таких как имеющиеся в исходном бассейне или машинном бассейне. В этом отношении, см. патент США №5785813, Smith et al.; а также Фигуру 1 в нем. Также смотри патент США №5501768, Hermans et al., пример 9, колонка 13, где сульфатированное волокно твердой древесины обрабатывали разрыхлителем в колонном диспергаторе.
Следующие патенты также впервые описывают способы бумажного производства, в которых композицию разрыхлителя добавляли после того, как волокно переведено в пульпу: патент США №6273995, Ikeda et al.; патент США №6146494, Seger et al. и патент США №4441962, Osborn, III.
Для предварительной обработки высокодисперсного волокна было предложено сочетание масла и поверхностно-активного вещества перед изготовлением абсорбирующего полотна. В этой связи производится ссылка на патент США №6001218, Hsu et al., и патент США №6074527, также от Hsu et al. Согласно патентам №6001218 и №6074527 суспензию пульпы обрабатывали при повышенной температуре маслом и поверхностно-активным веществом для того, чтобы получить более мягкие продукты.
Специалисту в данной области будет очевидно, что предшествующий уровень техники переполнен обработками пульпы, предназначенными предоставлять более мягкий и/или более прочный продукт. В этом отношении следующие ссылки упоминаются для общего сведения: публикация патента США №2003/0024669 (порядковый номер США 09/852997), озаглавленного “Use of Hydrophobically Modified Polyaminamides With Polyethylene Glycol Esters in Paper Products”, Kokko; публикация патента США №2002/0162635 (порядковый номер США 10/143674), озаглавленного “Softer and Higher Strength Paper Products and Methods of Making Such Products», Hsu; публикация патента США №2002/0088575 (порядковый номер США 09/942468), озаглавленного “Enzymatic Treatment of Pulp to Increase Strength», Lonsky et al.; публикация патента США №2004/0123962 (порядковый номер США 10/335133), озаглавленного “Amino-Functionalized Pulp Fibers», Shannon et al.; патент США №6582560, озаглавленный “Method for Using Water Insoluble Chemical Additives with Pulp and Products Made By Said Method», Runge et al. См. также публикацию патента США №2003/0159786 (порядковый номер США 10/389073) озаглавленного “Method For Using Water Insoluble Chemical Additives with Pulp and Products Made by Said Method”, Runge et al.; публикацию патента США №2004/0045687 (порядковый номер США 10/242571), озаглавленного “Method for Using Water Insoluble Chemical Additives With Pulp and Products Made by Said Method”, Shannon et al.; патент США №6344109, озаглавленный “Softened Comminution Pulp”, Gross; и публикацию патента США №2002/0074097 (порядковый номер США 10/017361), озаглавленного “Softened Comminution Pulp”, также от Gross.
Было найдено, что согласно настоящему изобретению предварительная обработка пульпы разрыхлителем дополнительно усиливает свойства конечных полотен, содержащих регенерированное целлюлозное микроволокно.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте настоящего изобретения абсорбирующее бумажное полотно для ткани или полотенца содержит от около 99 мас.% до приблизительно 70 мас.% бумагообразующего волокна, произведенного из целлюлозной пульпы, и от около 1 мас.% до приблизительно 30 мас.% фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего по канадскому стандарту помола (CSF) величину степени помола менее чем 175 мл. Бумагообразующее волокно упорядочено в волокнистую матрицу и микроволокно лиоцелл дозируется и распределяется в волоконной матрице с образованием микроволоконной сети, как представлено на Фигуре 1, которая представляет собой микрофотографию крепированной ткани с 20% целлюлозного микроволокна. Фибрилляция регенерированного целлюлозного микроволокна контролируется таким образом, что оно имеет уменьшенную зернистость и уменьшенную степень помола по сравнению с нефибрилированным регенерированным целлюлозным волокном, из которого оно производится, так что микроволокно обеспечивает повышенную впитывающую способность, прочность или мягкость, обычно обеспечивая одну или несколько из следующих характеристик:
(a) абсорбирующее полотно проявляет повышенную величину абсорбционной емкости по воде (SAT) и повышенную величину растяжимости во влажном состоянии по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна;
(b) абсорбирующее полотно имеет повышенное соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна;
(c) абсорбирующее полотно имеет меньший средний геометрический (GM) модуль разрыва, чем аналогичное полотно, имеющее подобные величины растяжимости, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна; или
(d) абсорбирующее полотно имеет повышенный объем по сравнению с аналогичным полотном, имеющим подобные величины растяжимости, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна. Особенно пригодные волокна получаются из раствора целлюлозы с растворенной целлюлозой, включающей в себя растворитель, выбранный из ионных жидкостей и N-оксидов третичных аминов.
Настоящее изобретение также предоставляет продукты с необычно высокими соотношениями растяжимостей в мокром/сухом состоянии, делая возможным производство более мягких продуктов, так как прочность в сухом состоянии товарного полотенца, например, часто определяется прочностью, требующейся в мокром состоянии. Особенно предпочтительный вариант осуществления изобретения включает в себя полотно, произведенное с волокном, которое предварительно обрабатывали разрыхлителем в высокой концентрации.
Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут очевидны из описания, которое следует ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение описано подробно ниже со ссылкой на следующие фигуры:
Фигура 1 представляет собой микрофотографию, показывающую крепированную ткань с 20% регенерированного целлюлозного микроволокна;
Фигура 2 представляет собой микрофотографию неразмолотого регенерированного целлюлозного волокна с толщиной 1,5 денье, имеющего зернистость 16,7 мг/100 м;
Фигура 3 представляет собой микрофотографию регенерированного целлюлозного волокна, размолотого до номера сита 14;
Фигура 4 представляет собой микрофотографию регенерированного целлюлозного волокна, размолотого до номера сита 200;
Фигуры 5-9 представляют собой микрофотографии при повышенном увеличении фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, которое пропускали через сетку с номером сита 200 по классификатору Байера-МакНетта (Bauer-McNett);
Фигуры 10-15 представляют собой графические представления физических свойств полотен для рук, содержащих регенерированное целлюлозное микроволокно, где Фигура 10 представляет собой график зависимости объема полотна для рук от растяжимости (разрывная длина), Фигура 11 представляет собой график зависимости шероховатости от растяжимости, Фигура 12 представляет собой график зависимости непрозрачности от растяжимости, Фигура 13 представляет собой график зависимости модуля от растяжимости, Фигура 14 представляет собой график зависимости разрыва полотна для рук от растяжимости и Фигура 15 представляет собой график зависимости объема полотна для рук от ZDT-связывания;
Фигура 16 представляет собой микрофотографию при увеличении 250 мягкодревесного полотна для рук без фибриллированного регенерированного целлюлозного волокна;
Фигура 17 представляет собой микрофотографию при увеличении 250 мягкодревесного полотна для рук, включающего 20% фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна;
Фигура 18 представляет собой принципиальную схему бумагоделательной машины с мокрым прессованием, которая может быть применена на практике по настоящему изобретению;
Фигура 19 представляет собой график зависимости мягкости (по панели) от двухслойной GM-растяжимости для тканевого основания полотна с плотностью 12 фунтов/стопу листов (19,5 г/м2) из бумажной массы южных сортов и регенерированного целлюлозного микроволокна, полученного CWP-способом;
Фигура 20 представляет собой график зависимости мягкости по панели от растяжимости для различных тканевых полотен;
Фигура 21 представляет собой график зависимости объема от растяжимости для крепированного CWP основания полотна.
Фигура 22 представляет собой график зависимости MD-удлинения от CD-удлинения для CWP-тканевого основания полотна;
Фигура 23 представляет собой график зависимости GM-модуля разрыва от GM-растяжимости для тканевого основания полотна;
Фигура 24 представляет собой график зависимости изменения растяжимости от % микроволокна в ткани и основании полотна полотенца;
Фигура 25 представляет собой график зависимости плотности бумаги от растяжимости для тканевого основания полотна;
Фигура 26 представляет собой график зависимости плотности бумаги от растяжимости для CWP-основания полотна;
Фигура 27 представляет собой график зависимости величины двухслойной SAT от CD-растяжимости во влажном состоянии;
Фигура 28 представляет собой график зависимости CD-растяжимости во влажном состоянии от CD-растяжимости в сухом состоянии для CWP-основания полотно;
Фигура 29 представляет собой микрофотографию, полученную на сканирующем электронном микроскопе (SEM) крепированной ткани без микроволокна;
Фигура 30 представляет собой микрофотографию крепированной ткани с 20% микроволокна;
Фигура 31 представляет собой график зависимости разрывной длины во влажном состоянии от разрывной длины в сухом состоянии для различных продуктов, показывающий влияние регенерированного целлюлозного микроволокна и разрыхлителя на предел прочности продуктов на растяжение;
Фигура 32 представляет собой график зависимости GM-модуля разрыва от разрывной длины, показывающий влияние регенерированного целлюлозного микроволокна и разрыхлителя на прочность продукта;
Фигура 33 представляет собой график зависимости объема от разрывной длины, показывающий влияние регенерированного целлюлозного микроволокна и разрыхлителя на объем конечного продукта;
Фигура 34 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую предварительную обработку волокна перед подводом бумажной массы в бумагоделательную машину; и
Фигура 35 представляет собой график зависимости непрозрачности по TAPPI от плотности бумаги, показывающий, что регенерированное целлюлозное микроволокно значительно увеличивает непрозрачность тканевого основания полотна, полученного с возвращенной в оборот бумажной массой.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение описано в деталях ниже со ссылкой на несколько вариантов осуществления и многочисленные примеры. Такое обсуждение предназначено только для целей иллюстрации. Модификации и частные примеры в пределах объема настоящего изобретения, заявленного в прилагаемой формуле изобретения, будут легко очевидны для специалиста в данной области.
Используемые здесь термины предоставлены в их обычном значении, согласующемся с типичными определениями, приведенными ниже; милы обозначают тысячные доли дюйма; мг обозначают миллиграммы и м2 обозначает квадратные метры, процент обозначает массовый процент (по сухому веществу), “тонна” или “T” обозначает короткую тонну (2000 фунтов), “м-тонна” обозначает метрическую тонну (1000 кг) и так далее. Пока явно не указано иное, вариант применяемого способа тестирования эквивалентен тому, который действовал по состоянию на 1 января 2006 и тестируемые образцы приготовлены в стандартных TAPPI-условиях; то есть выдержаны в атмосфере 23 ± 1,0°C (73,4 ± 1,8°F) при 50% относительной влажности в течение по меньшей мере около 2 часов.
Впитывающая способность продуктов по изобретению измеряли простым измерителем впитывающей способности. Простой измеритель впитывающей способности является применимым аппаратом, в частности, для измерения гидрофильности и характеристик впитывающей способности образцов ткани, салфеток или полотенца. В этом тесте образец ткани, салфетки или полотенца размером 2,0 дюйма (5,1 см) в диаметре помещали между верхней плоской пластиковой крышкой и рифленым дном планшета для образца. Диск образца ткани, салфетки или полотенца удерживается на месте 1/8-дюймовой (0,32 см) широкой областью окружности фланца. Образец не сжимали в держателе. К образцу добавляли деионизированную воду при 73°F (23°C) в центре дна планшета для образца через канал с диаметром 1 мм. Эта вода находилась на высоте гидростатического давления минус 5 мм. Растекание инициировали импульсным введением, вводимым в начале измерения механизмом прибора. Вода, таким образом, впитывалась образцом ткани, салфетки или полотенца из этой центральной точки ввода, радиально распределяясь под действием капиллярных сил. Когда скорость впитывания воды уменьшалась ниже 0,005 г воды за 5 секунд, тест завершали. Количество воды, изъятое из резервуара и абсорбированное образцом, взвешивали и приводили в виде граммов воды на квадратный метр образца или граммов воды на грамм полотна. Практически применялась Gravimetric Absorbency Testing System от M/K Systems Inc. Эта коммерческая система, которая может быть получена от M/K Systems Inc., 12 Garden Street, Danvers, Mass., 01923. Абсорбционная емкость по воде (WAC), которая также обозначается как SAT, в действительности определяется самим прибором. WAC определяется как точка на графике, где кривая время-масса имеет "нулевой" наклон, то есть образец прекращает абсорбцию. Критерий завершения для теста определяется как максимум изменения в массе воды, абсорбированной в течение фиксированного периода времени. По существу, момент оценивается как нулевой наклон на графике время-масса. Программа использует изменение 0,005 г в течение 5 секундного интервала времени как критерий завершения; пока не указан “медленный SAT”, в этом случае критерием завершения является увеличение 1 мг за 20 секунд.
Пока явно не указано иное, термины “плотность бумаги”, BWT, bwt, и так далее, относятся к массе стопы листов 3000 квадратных футов (279 м2) продукта. Концентрация относится к процентам твердых веществ в возникающей структуре полотна, например, вычисленных на совершенно сухую массу. “Высушивание на воздухе” обозначает включение остаточной влаги обычно до приблизительно 10% влаги для пульпы и до приблизительно 6% для бумаги. Структура полотна, находящаяся в стадии образования, содержащая 50% воды и 50% совершенно сухой пульпы, имеет концентрацию 50%.
Термины “целлюлозный”, “целлюлозное полотно” и подобные предназначены обозначать любой продукт, включающий в себя бумагообразующее волокно, содержащее целлюлозу в качестве основного компонента. “Бумагообразующие волокна” включают в себя исходные древесные массы или возвращенные в оборот (вторичные) целлюлозные волокна или смеси волокон, содержащие целлюлозные волокна. Волокна, пригодные для изготовления структур полотна по этому изобретению, включают в себя: недревесные волокна, такие как волокна хлопка или производные хлопка, манильской пеньки, кенафа, травы сабай, льна, травы эспарто, соломы, джутовой конопли, багассы, нитевидные волокна молочая, волокна ананасовой листвы; и древесные волокна, такие как те, что получаются из лиственных и хвойных деревьев, включая мягкодревесные волокна, такие как мягкодревесные небеленые сульфатированные волокна северных сортов и южных сортов; твердодревесные волокна, такие как эвкалипт, клен, береза, тополь или подобные. Бумагообразующие волокна, применяемые в связи с изобретением, обычно представляют собой встречающиеся в природе полученные через пульпу волокна (в противоположность выделенным из раствора волокнам, таким как лиоцелл или вискоза), которые выделяются из их исходных источников любым из ряда способов гидроразбивания, близких к способу, известному в технике, включая сульфатный, сульфитный, полисульфидный, натронной варки и т.д. Пульпа может быть отбелена, если желательно, химическими способами, включая использование хлора, диоксида хлора, кислорода, щелочного пероксида и так далее. Встречающиеся в природе полученные через пульпу волокна обозначаются здесь просто как “полученные через пульпу” бумагообразующие волокна. Продукты по настоящему изобретению могут включают в себя смесь традиционных волокон (или произведенные из первичной пульпы или вторичных источников) и высокозернистостых обогащенных лигнином трубчатых волокон, таких как отбеленная химическая термомеханическая пульпа (BCTMP). Полученные через пульпу волокна, таким образом, также включают в себя высокодисперсные волокна, такие как BCTMP, а также термомеханическую пульпу (TMP), химико-термомеханическую пульпу (CTMP) и щелочно-пероксидную механическую пульпу (APMP). “Бумажные массы” и аналогичные термины относятся к водным композициям, включая бумагообразующие волокна, необязательно смолы, повышающие прочность в мокром состоянии, разрыхлители и подобное, для изготовления бумажных продуктов. С целью вычисления относительных процентных составов бумагообразующих волокон содержание фибриллированного лиоцелла исключали, как описано ниже.
Небеленое сульфатированное мягкодревесное волокно представляет собой низкодисперсное волокно, произведенное хорошо известным способом сульфатирующего (сульфат) гидроразбивания из хвойного материала и включает в себя мягкодревесное небеленое сульфатированное волокно северных сортов и южных сортов, небеленое сульфатированное волокно дугласовой пихты и так далее. Небеленые сульфатированные мягкодревесные волокна в целом имеют содержание лигнина менее чем 5 мас.%, средневзвешенную длину волокна более чем 2 мм, так же как среднеарифметическую длину волокна более чем 0,6 мм.
Небеленое сульфатированное твердодревесное волокно производится способом сульфатной варки из твердодревесных источников, то есть эвкалипта, и также обычно имеет содержание лигнина менее чем 5 мас.%. Небеленые сульфатированные твердодревесные волокна являются более короткими, чем мягкодревесные волокна, обычно имеют средневзвешенную длину волокна менее чем 1 мм и арифметическую среднюю длину менее чем 0,5 мм или менее чем 0,4 мм.
Возвращенное в оборот волокно может быть добавлено к бумажной массе в любых количествах. В то время как может быть применено любое пригодное возвращенное в оборот волокно, возвращенное в оборот волокно с относительно низкими уровнями древесного волокна является предпочтительным во многих случаях, например, возвращенное в оборот волокно с меньшим чем 15 мас.% содержанием лигнина или меньшим чем 10 мас.% содержанием лигнина может быть предпочтительно в зависимости от состава смеси используемой бумажной массы и применения.
Толщины тканей по кронциркулю и/или объем, приводимый здесь, могут быть измерены как толщина по кронциркулю на 8 или 16 полотен, как указано. Толщина по кронциркулю и объем полотна для рук основаны на толщине 5 полотен. Полотна располагали друг над другом и измерение толщины по кронциркулю производили около центральной части стопки. Предпочтительно тестируемые образцы выдерживались в атмосфере при 23 ± 1,0°C (73,4 ± 1,8°F) при 50% относительной влажности в течение по меньшей мере около 2 часов и затем измерялись на модели Thwing-Albert 89-II-JR или измерителе толщины Progage Electronic с наковальнями 2-дюймового (50,8 мм) диаметра, нагрузкой постоянного веса 539 ± 10 граммов и скоростью спуска 0,231 дюйма/сек (0,59 см/сек). Для тестирования конечного продукта каждое тестируемое полотно продукта должно иметь то же число слоев, как продажный продукт. Для предварительного тестирования восемь полотен выбираются и складываются в стопку совместно. При тестировании салфеток салфетки разворачивали перед укладкой в стопку. Для тестирования основания полотна без устройств для сматывания ленты в рулон каждое тестируемое полотно должно иметь то же число слоев, как получается без устройства для сматывания ленты в рулон. Для тестирования основания полотна без бобины бумагоделательной машины должны применяться отдельные слои. Полотна укладывали в стопки, совместно выравнивали в линию в продольном направлении. На заказной рельефной или печатной продукции необходимо стараться избежать измерений в этих областях, если это возможно. Объем также может быть выражен в единицах объем/масса (удельный объем) путем деления толщины по кронциркулю на плотность бумаги.
Термин «обезвоживание путем уплотнения структуры полотна или бумажной массы» относится к механическому обезвоживанию действием мокрого прессования на обезвоживающем сукне, например, в некоторых вариантах осуществления путем применения механического давления, постоянно к поверхности структуры полотна, как в зазоре между нажимным роликом и прессующим башмаком, где структура полотна находится в контакте с бумагоделательным сукном. Термин “уплотняющее обезвоживание” применяется для разграничения со способами, в которых начальное обезвоживание структуры полотна проводили главным образом термическими методами, как в случае, например, патента США №4529480, Trokhan, и патента США №5607551, Farrington et al. Обезвоживание путем уплотнения структуры полотна, таким образом, относится к, например, удалению воды из структуры полотна, находящегося в стадии образования, имеющего концентрацию менее чем 30% или около, путем применения к нему давления и/или увеличения концентрации в структуре полотна приблизительно на 15% или более путем применения к нему давления.
Крепирование может быть выражено как процентный состав, вычисленный по формуле:
Процент крепирования = [скорость 1-ой бобины/скорость американского сушильного аппарата ] × 100%
Структура полотна, крепированная со скоростью поверхности 100 fpm (футов в минуту) (30,5 м/мин) из высушивающего цилиндра в бобину со скоростью 80 fpm (24,4 м/мин), имеет крепирование бобины 20%.
Крепирующий клей, применяемый для закрепления структуры полотна на высушивающий цилиндр американского сушильного аппарата, предпочтительно является гигроскопичным, повторно смачиваемым, по существу не сшитым поперечно клеем. Примерами предпочтительных клеев являются те, которые содержат поли(виниловый спирт) общего типа, описанного в патенте США №4528316, Soerens et al. Другие приемлемые клеи впервые описаны в совместно посланной заявке на патент с порядковым номером США 10/409042 (публикация патента США №2005-0006040 A1), опубликованной 9 апреля 2003, озаглавленной “Improved Creping Adhesive Modifier and Process for Producing Paper Products” (по книге записей адвоката №2394). Открытия патента №4528316 и заявки 10/409042 включены в данное описание в качестве справочного материала. Пригодные клеи необязательно снабжали модификаторами и так далее. Предпочтительно применение кросс-сшивающего агента и/или модификатора в рассчитанных количествах или не на все количество клея.
“Разрыхлитель”, “композиция разрыхлителя”, “пластификатор” и подобные термины относятся к композициям, применяемым для уменьшения растяжимостей или смягчения абсорбирующих бумажных продуктов. Обычно эти композиции включают в себя поверхностно-активные вещества в качестве активного компонента и далее обсуждаются ниже.
“Степень помола” (CSF) определяли согласно стандарту TAPPI T227 OM-94 (канадский стандартный способ).
Термин «полотно, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна» и подобные относится к полотну, произведенному по существу тем же способом, имеющим по существу тот же состав, как и полотно, произведенное с регенерированным целлюлозным микроволокном, за исключением того, что бумажная масса не включает в себя регенерированное целлюлозное микроволокно, которое замещает бумагообразующее волокно, имеющее по существу тот же состав, как другое бумагообразующее волокно в полотне. Таким образом, в отношении полотна, имеющего 60 мас.% мягкодревесного волокна северных сортов, 20 мас.% твердодревесного волокна северных сортов и 20 мас.% регенерированного целлюлозного микроволокна, которое произведено по CWP-способу, аналогичное полотно без регенерированного целлюлозного микроволокна производится тем же CWP-способом с 75 мас.% мягкодревесного волокна северных сортов и 25 мас.% твердодревесного волокна северных сортов.
Волокна лиоцелл представляют собой формованные из растворителя целлюлозные волокна, полученные путем экструдирования раствора целлюлозы в коагулирующую баню. Волокно лиоцелл является более тонким по сравнению с целлюлозным волокном, произведенным другими известными способами, которые основаны на образовании растворимых химических производных целлюлозы и их последующем разложении для регенерирования целлюлозы, например, в вискозном процессе. Лиоцелл является общим термином для волокон, сформованных прямо из раствора целлюлозы в содержащей амин среде, обычно в N-оксиде третичного амина. Получение волокна лиоцелл представляет собой предмет многочисленных патентов. Примеры способов формования из растворителя для получения волокна лиоцелл описаны в патенте США №6235392, Luo et al.; патенте США №№ 6042769 и 5725821, Gannon et al., которые включены в данное описание в качестве справочного материала.
“MD” обозначает продольное направление и “CD” обозначает поперечное направление.
Непрозрачность измеряли по методике теста TAPPI, T425-OM-91 или эквивалентной.
Термин “преобладающий” и аналогичная терминология обозначает содержание большее чем 50 мас.%. Содержание фибриллированного лиоцелла в полотне вычисляли, основываясь на общей массе волокна в полотне; где относительное количество других бумагообразующих волокон вычисляли, исключая содержание фибриллированного лиоцелла. Так, если полотно, которое состоит из 20% фибриллированного лиоцелла, 35 мас.% мягкодревесного волокна и 45 мас.% твердодревесного волокна, содержит твердодревесное волокно в качестве преобладающего бумагообразующего волокна ввиду того, что 45/80 бумагообразующего волокна (исключая фибриллированный лиоцелл) представляет собой твердодревесное волокно.
Пределы прочности на разрыв в сухом состоянии (MD- и CD-), удлинения, их отношения (модули), модуль разрыва, нагрузку и растяжение измеряли с использованием стандартного тестирующего устройства Instron или другого приемлемого измерителя растяжения при удлинении, который может быть конфигурирован различными способами, обычно на полосках шириной 3 или 1 дюйма (7,6 или 2,5 см) ткани или полотенца, выдержанных в атмосфере при 23 ± 1°C (73,4 ± 1°F) при 50% относительной влажности в течение 2 часов. Тест на растяжимость проводится при скорости ползуна 2 дюйма/мин (5,1 см/мин). Предел прочности на разрыв иногда обозначается просто как “растяжимость” и приводится в разрывной длине (км), г/3 дюйма или г/дюйм.
Модуль продукта (так же обозначаемый, как модуль прочности или модуль растяжимости) определяли по методике для измерения предела прочности на разрыв, описанной выше, с применением образца с шириной 1 дюйм (2,5 см), и измеренный модуль представляет собой обрыв наклона кривой нагрузка/удлинение, измеренной в диапазоне нагрузки 0-50 граммов. “Модуль разрыва” представляет собой нагрузку при разрыве, деленную на удлинение при разрыве.
Геометрически усредненный (GM) модуль разрыва выражается в граммах/3 дюйма/ % напряжения, пока не указаны другие единицы. Процент натяжения является безразмерным, и нет необходимости определять единицы измерения. Величины растяжимости относятся к разрывным величинам, пока иное не указано явно. Пределы прочности на разрыв приводили в г/3 дюйма или г/см при разрыве.
GM-модуль разрыва рассчитывается по следующей формуле:
[(MD-растяжимость/MD-удлинение при разрыве) × (CD-растяжимость/CD-удлинение при разрыве)]1/2
Отношения растяжимостей представляют собой просто отношения величин, определенные посредством вышеупомянутых способов. Пока явно не указано иное, свойство растяжимости является свойством сухого полотна.
TEA представляет собой меру прочности и приводятся CD-TEA, MD-TEA или GM-TEA. Общая поглощенная энергия (TEA) вычисляется как площадь под кривой нагрузка-удлинение с использованием измерителя растяжимости, как ранее было описано выше. Площадь основана на величине удлинения, достигаемом, когда полотно удлиняется до разрыва, и нагрузка, приложенная к полотну, падает до 65 % пиковой нагрузки на растяжимость. Так как толщина бумажного полотна обычно неизвестна и варьируют в течение теста, обычная практика состоит в игнорировании поперечной ширины полотна и сообщается "нагрузка" на полотно как нагрузка на единицу длины или обычно в единицах граммов на 3 дюйма ширины (7,6 см). Для вычисления TEA нагрузку конвертировали в граммы на миллиметр и площадь вычисляли путем интеграции. Единицы удлинения представляют собой миллиметры на миллиметр, так что конечные единицы TEA становятся г-мм/мм2.
Растяжимость во влажном состоянии ткани по настоящему изобретению измеряли с применением трехдюймовой широкой ленты ткани, которую складывали в петлю, зажимали в специальном креплении, называемом Finch Cup, затем погружали в воду. Finch Cup, который доступен от Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, Pa., закрепляли на измерителе растяжимости, снабженном клеткой с нагрузкой 2,0 фунта (0,91 кг) с фланцем Finch Cup, зафиксированном между нижним кулачком измерителя и концами петли ткани, зажатых в верхнем кулачке измерителя растяжимости. Образец погружали в воду, которую приводили к pH 7,0 ± 0,1 и растяжимость тестировали через 5 секунд после погружения. Величины делили на два, как требуется для вычисления для петли.
Соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии выражали в процентах путем умножения отношения на 100. Для продуктов типа полотенца соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии является наиболее существенным. В течение этого описания и формулы изобретения термин “отношение в мокром/сухом состоянии” или подобные термины, относятся к соотношению CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии, пока иное не указано явно. В случае полотен для рук, MD- и CD-величины приблизительно эквивалентны.
Пластификатор или дополнительный разрыхлитель вычисляли как массу “в состоянии непосредственно после поставки” коммерческой композиции с разрыхлителем на тонну совершенно сухого волокна, при применении коммерчески доступной композиции с разрыхлителем, без учета добавочных разбавителей или дисперсантов, которые могут быть добавлены к композиции после поступления от продавца.
Композиции с разрыхлителем обычно включают в себя катионные или анионные амфифильные соединения или их смеси (здесь и далее обозначаемые как поверхностно-активные вещества), объединенные с другими разбавителями и неионными амфифильными соединениями, где обычное содержание поверхностно-активного вещества в композиции с разрыхлителем варьирует от около 10 мас.% до приблизительно 90 мас.%. Разбавители включают в себя пропиленгликоль, этанол, пропанол, воду, полиэтиленгликоли и неионные амфифильные соединения. Разбавители часто добавляются к композиции поверхностно-активного вещества с тем, чтобы сделать последнюю более легко обрабатываемой (то есть со сниженной вязкостью и точкой плавления). Некоторые разбавители представляют собой артефакты синтеза поверхностно-активного вещества в упаковке (например, пропиленгликоль). Неионные амфифильные соединения, дополнительно к контролю свойств композиции, могут быть добавлены для усиления смачиваемости разрыхлителя, где как разрыхление и сохранение характеристик впитывающей способности являются необходимыми для субстрата, к которому применяется разрыхлитель. Неионные амфифильные соединения могут быть добавлены к композициям с разрыхлителем для диспергирования несмешивающихся с водой пакетов поверхностно-активного вещества в потоках воды, таких как имеющие место в бумажном производстве. Альтернативно неионное амфифильное соединение или смеси различных неионных амфифильных соединений, как показано в патенте США №6969443, Kokko, могут быть аккуратно выбраны для предсказуемого регулирования разрыхляющих свойств конечной композиции с разрыхлителем.
При рецептурировании композиции с разрыхлителем непосредственно из поверхностно-активных веществ дополнительный разрыхлитель включает в себя амфифильные добавки, такие как неионое поверхностно-активное вещество, то есть жирные эфиры полиэтиленгликолей и разбавители, такие как пропиленгликоль, соответственно, до приблизительно 90 мас. % применяемой композиции с разрыхлителем; однако за исключением того, что содержание разбавителя составляет более чем около 30 мас. %; неамфифильный разбавитель исключается с целью вычисления композиции с добавляемым разрыхлителем на тонну волокна. Аналогично содержание воды исключается при калькуляции дополнительного разрыхлителя.
Термин кват “типа C” относится к поверхностно-активному веществу на основе имидазолия, в то время как термин композиция “типа C” с разрыхлителем относится к композиции с разрыхлителем, которая включает в себя кват типа C. Предпочтительная композиция типа C с разрыхлителем включает в себя кват типа C и анионное поверхностно-активное вещество, как впервые описано в патенте США №6245197, смешанное с неионными амфифильными компонентами и другими разбавителями, как впервые описано в патенте США №6969443, открытия патентов №6245197 и №6969443 включены в данное описание в качестве справочного материала.
Было найдено, что согласно настоящему изобретению повышенные соотношения CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии обнаруживаются, когда бумагообразующие волокна предварительно обрабатываются разрыхляющей композицией или пластификатором перед их включением в структуру полотна. В этом отношении настоящее изобретение может применять разрыхлители, включая амидоаминные соли, произведенные из аминов, частично нейтрализованных кислотой. Такие вещества впервые описаны в патенте США №4720383, Evans, Chemistry and Industry, 5 июля 1969, стр. 893-903; Egan, J.Am. Oil Chemist's Soc Vol. 55 (1978), стр. 118-121 и Trivedi et al., J.Am. Oil Chemist's Soc, июнь 1981, стр. 754-756, которые включены в данное описание в качестве справочного материала; как показано, пластификаторы часто доступны коммерчески в виде комплексных смесей более часто, чем в виде индивидуальных соединений. В то время как следующее обсуждение будет сфокусировано на преобладающих частицах поверхностно-активного вещества, должно быть понятно, что обычно на практике должны применяться коммерчески доступные смеси и композиции.
Quasoft 202-JR представляет собой приемлемое вещество, которое включает в себя поверхностно-активное вещество, полученное путем алкилирования продукта конденсацией олеиновой кислоты и диэтилентриамина. Условия синтеза с недостатком алкилирующего агента (например, диэтилсульфата) и только одной стадией алкилирования, с последующей регулировкой pH для протонирования неэтилированных частиц, приводит к смеси, состоящей из катионных этилированных и катионных неэтилированных частиц. Меньшая доля (например, около 10%) полученного амидоамина циклизуется до имидазолиновых соединений. Так как только имидазолиновые части этих веществ представляют собой четвертичные аммониевые соединения, композиции в целом являются pH-чувствительными. Следовательно, в практическом осуществлении настоящего изобретения с этим классом химических реактивов pH в напорном ящике должно составлять приблизительно 6-8, более предпочтительно 6-7 и наиболее предпочтительно 6,5-7.
Четвертичные аммониевые соединения, такие как диалкилдиметилчетвертичные аммониевые соли, также являются приемлемыми, особенно когда алкильные группы содержат от около 10 до 24 атомов углерода. Эти соединения имеют преимущество относительной нечувствительности к величине pH.
Могут быть применены поддающиеся биологическому разложению пластификаторы. Репрезентативные поддающиеся биологическому разложению катионные пластификаторы/разрыхлители впервые описаны в патентах США №№ 5312522; 5415737; 5262007; 5264082 и 5223096, которые включены в данное описание в качестве справочного материала. Соединения представляют собой поддающиеся биологическому разложению диэфиры соединений четвертичного аммония, кватернизованные аминоэфиры и эфиры, основанные на поддающемся биологическому разложению растительном масле, функционализованные хлоридом четвертичного аммония и хлоридом диэфира диэруцилдиметиламмония, и представляют собой репрезентативные поддающиеся биологическому разложению пластификаторы.
Композиции с разрыхлителем могут включать в себя диалкилдиметиламмониевые соли формулы:
бис-диалкиламидоаммониевые соли формулы:
А также диалкилметилимидазолиевые соли (кваты типа C) формулы:
где каждый R может быть тем же или различным и каждый R обозначает углеводородную цепь, имеющую длину цепи от около 12 до приблизительно 22 атомов углерода, и может являться насыщенным или ненасыщенным; и где упомянутые соединения ассоциированы с приемлемым анионом. Одна приемлемая соль представляет собой соединение диалкилимидазолия и ассоциированный анион представляет собой метилсульфат. Типичные поверхностно-активные вещества на основе четвертичного аммония включают в себя бромид гексаметония, бромид тетраэтиламмония, хлорид лаурилтриметиламмония, метилсульфат дигидрированного жирноалифатического диметиламмония, олеилимидазолий и так далее.
Может быть применен также компонент неионого поверхностно-активного вещества, такой как PEG-диолы и PEG-моно или диэфиры жирных кислот, и PEG-моно или диэфиры жирных спиртов, или по отдельности, или в сочетании с поверхностно-активным веществом на основе четвертичного аммония. Пригодные соединения включают в себя продукт реакции жирной кислоты или жирного спирта с этиленоксидом, например, полиэтиленгликолевым диэфиром жирной кислоты (PEG-диолы или PEG-диэфиры). Примерами неионых поверхностно-активных веществ, которые могут быть применены, являются диолeат полиэтиленгликоля, дилаурат полиэтиленгликоля, диолеат полипропиленгликоля, дилаурат полипропиленгликоля, моноолеат полиэтиленгликоля, монолаурат полиэтиленгликоля, моноолеат полипропиленгликоля и монолаурат полипропиленгликоля и так далее. Дополнительные детали могут быть найдены в патенте США №6969443, Bruce Kokko (по книге записей адвоката 2130; FJ-99-12), озаглавленном “Method of Making Absorbent Sheet from Recycle Furnish”.
После обработки разрыхлителем пульпа смешивается с реагентами, регулирующими прочность, такими как устойчивый агент для повышения прочностей в мокром состоянии (WSR), необязательно агентами для повышения прочности в сухом состоянии, и так далее, пока образуется полотно. Пригодные устойчивые агенты для повышения прочности в мокром состоянии известны для специалистов в данной области. Полный, но не исключающий перечень применимых вспомогательных средств, повышающих прочность, включает в себя мочевин-формальдегидные смолы, меламин-формальдегидные смолы, глиоксилированные полиакриламидные смолы, полиамидамин-эпигалогидриновые смолы и подобное. Термоусадочные полиакриламиды получают путем реакции акриламида с хлоридом диаллилдиметиламмония (DADMAC) для образования катионного полиакриламидного сополимера, который в конечном итоге вводится в реакцию с глиоксалем для образования катионной поперечносшитой смолы, повышающей прочность в мокром состоянии, глиоксилированного полиакриламида. Эти материалы в общем описаны в патентах США №№ 3556932, Coscia et al., и 3556933, Williams et al., которые включены в данное описание в качестве справочного материала. Смолы этого типа являются коммерчески доступными под торговой маркой PAREZ. Различные мольные отношения акриламид/-DADMAC/глиоксаль могут быть применены для получения поперечно-сшитых смол, которые являются применимыми в качестве реагентов для повышения прочности в мокром состоянии. Кроме того, другие диальдегиды могут замещать глиоксаль для получения характеристик термоусадочной прочности в мокром состоянии. Особенно применимыми являются устойчивые полиамидамин-эпихлоргидриновые смолы, повышающие прочность в мокром состоянии, которые, например, продаются под торговыми марками Kymene 557LX и Kymene 557H компанией Hercules Inc., Wilmington, Delaware и Amres® от Georgia-Pacific Resins, Inc. Эти смолы и способ приготовления смол описаны в патенте США №3700623 и патенте США №3772076, каждый из которых включен в данное описание в качестве справочного материала. Подробное описание полимерных эпигалогидриновых смол приведено в главе 2: «Alkaline-Curing Polymeric Amine-Epichlorohydrin», Espy в «Wet Strength Resins and Their Application» (L. Chan, Editor, 1994), который включен в данное описание в качестве справочного материала. Приемлемо достаточный перечень смол, повышающих прочность в мокром состоянии, описан в работе Вестфельда (Westfelt) в Cellulose Chemistry and Technology том 13, стр. 813, 1979, которая включена в данное описание в качестве справочного материала.
Пригодные агенты для повышения прочности в сухом состоянии включают в себя крахмал, гуаровую смолу, полиакриламиды, карбоксиметилцеллюлозу (CMC) и подобное. Карбоксиметилцеллюлоза является особенно применимой, пример которой продается под торговой маркой Hercules CMC, компанией Hercules Inc., Wilmington, Delaware.
Согласно изобретению регенерированное целлюлозное волокно получено из раствора целлюлозы, включающего в себя целлюлозу, растворенную в растворителе, включающем в себя N-оксиды третичных аминов или ионные жидкости. Растворяющая композиция для растворения целлюлозы и получения растворов немодифицированной целлюлозы обычно включает в себя оксиды третичного амина, такие как N-метилморфолин-N-оксид (NMMO) и подобные соединения, перечисленные в патенте США №4246221, McCorsley, который включен в данное описание в качестве справочного материала. Растворы целлюлозы могут содержать плохие растворители для целлюлозы, такие как вода, алканолы или другие растворители, что будет очевидно из обсуждения, которое следует ниже.
Пригодные растворители целлюлозы перечислены в таблице 1 ниже.
Примеры растворителей со структурой N-оксида третичного амина
См. также патент США №3508945, Johnson, который включен в данное описание в качестве справочного материала.
Детали в отношении получения растворов целлюлозы, включающих в себя целлюлозу, растворенную в пригодных ионных жидкостях, и регенерирование целлюлозы из них, приведены в заявке на патент США №10/256521; публикации патента США №2003/0157351, Swatloski et al., озаглавленной “Dissolution and Processing of Cellulose Using Ionic Liquids”, которая включена в данное описание в качестве справочного материала. Здесь снова могут быть включены приемлемые уровни растворителей, не растворяющих целлюлозу. В этой заявке на патент в общем описан способ для растворения целлюлозы в ионной жидкости без получения производных и регенерирования целлюлозы в различных структурных формах. Было описано, что растворимость целлюлозы и свойства раствора могут контролироваться выбором компонентов для ионной жидкости с небольшими катионами и галогенидными или псевдогалогенидными анионами, благоприятствующими растворению. Предпочтительные ионные жидкости для растворения целлюлозы включают в себя жидкости с циклическими катионами, такие как следующие: имидазолий; пиридиний; пиридазиний; пиримидиний; пиразиний; пиразолий; оксазолий; 1,2,3-триазолий; 1,2,4-триазолий; тиазолий; пиперидиний; пирролидиний; хинолиний и изохинолиний.
Методики переработки для ионных жидкостей/растворов целлюлозы также обсуждаются в патенте США №6808557, Holbrey et al., озаглавленном “Cellulose Matrix Encapsulation and Method”, который включен в данное описание в качестве справочного материала. См. также заявку на патент США №11/087496; публикацию патента США №2005/0288484, Holbrey et al., озаглавленную “Polymer Dissolution and Blend Formation in Ionic Liquids”, а также заявку на патент США №10/394989; публикацию патента США №2004/0038031, Holbrey et al., озаглавленную “Cellulose Matrix Encapsulation and Method”, которые включены в данное описание в качестве справочного материала. В отношении ионных жидкостей следующие документы в общем предоставляют дополнительные детали: заявка на патент США №11/406620, публикация патента США №2006/0241287, Hecht et al., озаглавленная “Extracting Biopolymers From a Biomass Using Ionic Liquids”; заявка на патент США №11/472724, публикация патента США №2006/0240727, Price et al., озаглавленная “Ionic Liquid Based Products and Method of Using the Same”; заявка на патент США №11/472729; публикация патента США №2006/0240728, Price et al., озаглавленная “ Ionic Liquid Based Products and Method of Using the Same ”; заявка на патент США №11/263391, публикация патента США №2006/0090271, Price et al., озаглавленная “Processes For Modifying Textiles Using Ionic Liquids”; и заявка на патент США №11/375963 Amano et al. (публикация №2006/0207722), которые включены в данное описание в качестве справочного материала. Некоторые ионные жидкости и псевдоионные жидкости, которые могут быть применены, впервые описаны в работе Konig et al., Chem. Commun. 2005, 1170-1172, которая включена в данное описание в качестве справочного материала.
Термин “ионная жидкость” относится к расплавленной композиции, включающей ионное соединение, которое предпочтительно представляет собой стабильную жидкость при температурах меньших чем 100°C при нормальном давлении. Обычно, такие жидкости имеют очень низкое давление пара при 100°C, менее, чем 75 мбар или около и предпочтительно менее чем 50 мбар или менее чем 25 мбар при 100°C. Наиболее пригодные жидкости будут иметь давление пара менее чем 10 мбар при 100°C и часто давление пара является таким низким, что оно пренебрежимо мало и не является легко измеримым, так как составляет менее чем 1 мбар при 100°C.
Пригодными коммерчески доступными ионными жидкостями являются ионные жидкости BasionicTM, доступные от BASF (Florham Park, NJ) и перечисленные в таблице 2 ниже.
Типичные ионные жидкости
Стандартные
Растворы целлюлозы, включающие ионные жидкости, имеющие здесь содержание растворенного вещества около 5 мас.% немодифицированной целлюлозы, коммерчески доступны от Aldrich. Эти композиции используют ацетат алкил-метилимидазолия в качестве растворителя. Было найдено, что основанные на холине ионные жидкости не являются особенно пригодными для растворения целлюлозы.
После получения раствора целлюлозы она формуется в волокно, фибриллируется и включается в абсорбирующее полотно, как описано ниже.
В общем, изобретение относится, частично, к улучшению свойств бумажной массы действием целлюлозных микроволокон с целью улучшить мягкость, объем и впитывающую способность, при сохранении или улучшении прочности. Синтетическая целлюлоза, такая как лиоцелл, расщеплена в микро- и нановолокна и добавляется к традиционной древесной пульпе при относительно низком уровне, порядка 10%. Благоприятные свойства фибриллированного лиоцелла включают в себя: биоразлагаемость, наличие водородных связей, дисперсность, способность к повторному провариванию и более мелкие микроволокна, чем, например, волокна, которые могут быть получены при формовании из растворителя.
Фибриллированный лиоцелл или его эквивалент имеют преимущества по сравнению с расщепляемыми формованными из расплава волокнами. Синтетические волокна с толщиной порядка микроденье образуются в разнообразных формах. Например, волокно нейлон/PET с толщиной 3 денье в так называемой клиновидной конфигурации может быть расщеплено на 16 или 32 сегментов, обычно в способе гидропереплетения. Каждый сегмент 16-сегментного волокна должен иметь зернистость около 2 мг/100 м по сравнению с эвкалиптовой пульпой, имеющей около 7 мг/100 м. Неудачно, что с этим подходом ассоциированы ряд недостатков в традиционных методах мокрого нанесения. Дисперсность является меньшей, чем оптимальная. Формованные из расплава волокна должны быть расщеплены до образования полотна, и эффективный способ для этого отсутствует. Наиболее доступные полимеры для этих волокон не являются биоразлагаемыми. Зернистость является меньшей, чем у древесной пульпы, но по-прежнему достаточно высокой, так что они должны применяться в значительных количествах и составляют дорогостоящую часть бумажной массы. В конечном итоге недостаток водородных связей требует других способов удержания волокон в полотне.
Фибриллированный лиоцелл имеет волокна, которые могут быть небольшими, порядка 0,1-0,25 микрон (мкм) в диаметре, при пересчете на зернистость 0,0013-0,0079 мг/100 м. При условии, что эти волокна доступны в виде индивидуальных волоконец - отделенных из исходного волокна - плотность волокон бумажной массы может быть впечатляюще увеличена при очень низком уровне добавления. Даже не отделенные от исходного волокна волокна могут предоставлять преимущество бумажной массе. Свойства продукта, такие как дисперсность, способность к повторному провариванию, водородные связи и биоразложимость, сохраняются, так как волокна представляют собой целлюлозу.
Волокна из волокна лиоцелл имеют важные отличия от волокон древесной пульпы. Наиболее важное отличие состоит в длине лиоцелльных волокон. Для волокон древесной пульпы возможна только микронная длина, и следовательно, действие в области непосредственной связи волокно-волокно. Фибрилляция древесной пульпы путем размельчения массы ведет к более прочным, плотным полотнам. Лиоцелльные волокна, однако, потенциально являются такими же длинными, как исходные волокна. Эти волокна могут действовать как независимые волокна и увеличивать объем при сохранении или улучшении прочности. Болотная сосна и смешанная твердая древесина южных сортов (MSHW) представляют собой два примера волокон, которые имеют более низкое качество относительно пульп высшего уровня качества по мягкости. Термин “пульпы высшего уровня качества”, применяемый здесь, относится к пульпам из мягких древесин северных сортов и эвкалипта, обычно применяемых в легкой промышленности для получения продуктов наиболее мягкого класса для бани, для лица и полотенец. Болотная сосна является более грубой, чем небеленая сульфатированная мягкая древесина северных сортов, и смешанная твердая древесина южных сортов являются обе более грубыми и более сильно измельченными, чем имеющийся в продаже эвкалипт. Меньшая зернистость и меньшее содержание мелких частиц в имеющейся на рынке пульпе высшего уровня качества ведет к более высокой плотности волокон, выраженной как количество волокон на грамм (N или Ni>0,2) в таблице 1. Зернистость и величины длины в таблице 1 получали с помощью анализатора качества волокон OpTest. Результаты получали по формулам, приведенным ниже:
Отбеленная сульфатированные мягкая древесина северных сортов (NBSK) и эвкалипт имеют больше волокон на грамм, чем болотная сосна и твердая древесина. Меньшая зернистость ведет к более высокой плотности волокон и более гладким полотнам.
Свойства волокна
мг/100 м
Для сравнения, “немодифицированое” или “исходное” волокна лиоцелл имеют зернистость 16,6 мг/100 м до фибрилляции и диаметр около 11-12 мкм. Волокна имеют зернистость порядка 0,001-0,008 мг/100 м. Таким образом, плотность волокон может быть впечатляюще увеличена при относительно низких уровнях добавления. Длина волокна исходного волокна может быть выбрана, и длина волокна фибрилл может зависеть от исходной длины и величины при отрезании в течение процесса фибрилляции.
В его различных аспектах настоящее изобретение относится, частично, к абсорбирующему бумажному полотну для ткани или полотенца, включающему в себя от около 99 мас. % до приблизительно 70 мас. % целлюлозного полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 1 мас. % до приблизительно 30 мас. % фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего CSF-величину менее чем 175 мл, где бумагообразующее волокно организуется в волоконную матрицу и микроволокно лиоцелл дозируется и распределяется в волоконной матрице для образования в ней микроволоконной сети. Фибрилляция микроволокна контролируется таким образом, что оно имеет уменьшенную зернистость и уменьшенную степень помола по сравнению с регенерированным целлюлозным микроволокном, из которого оно производится, так что микроволоконная сеть сообщает по меньшей мере одно из следующих свойств абсорбирующему полотну:
(a) абсорбирующее полотно имеет повышенную величину SAT и повышенную величину растяжимости во влажном состоянии по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна;
(b) абсорбирующее полотно имеет повышенное соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна;
(c) абсорбирующее полотно имеет меньший GM-модуль разрыва, чем аналогичное полотно, имеющее подобные величины растяжимости, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна; или
(d) абсорбирующее полотно имеет повышенный объем по сравнению с аналогичным полотном, имеющим подобные величины растяжимости, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна. Обычно, абсорбирующее полотно имеет соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии по меньшей мере на 25% более высокое, чем соотношение для аналогичного полотна, полученного без регенерированного целлюлозного микроволокна; обычно абсорбирующее полотно имеет соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии по меньшей мере на 50% более высокое, чем соотношение для аналогичного полотна, полученного без регенерированного целлюлозного микроволокна. В некоторых случаях абсорбирующее полотно имеет соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии по меньшей мере на 100% более высокое, чем соотношение для аналогичного полотна, полученного без регенерированного целлюлозного микроволокна.
В некоторых вариантах осуществления абсорбирующее полотно по изобретению имеет GM-модуль разрыва на по меньшей мере 20% меньший, чем аналогичное полотно, имеющее подобные величины растяжимости, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна, и абсорбирующее полотно имеет удельный объем по меньшей мере на 5% более высокий, чем аналогичное полотно, имеющее подобные величины растяжимости, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна. Легко достигается удельный объем по меньшей мере на 10% более высокий, чем у аналогичного полотна, имеющего подобные величины растяжимости, полученного без регенерированного целлюлозного микроволокна.
Одна из серий предпочтительных вариантов осуществления содержит от около 5 мас. % до приблизительно 15 мас. % регенерированного целлюлозного микроволокна, где регенерированное целлюлозное микроволокно имеет CSF-величину менее чем 150 мл. Более обычно, регенерированное целлюлозное микроволокно имеет CSF-величину менее чем 100 мл; но CSF-величина менее чем 50 мл или 25 мл являются предпочтительными во многих случаях. Аналогично применяется регенерированное целлюлозное микроволокно, имеющее CSF-величину 0 мл. В то время как может быть применен любой приемлемый размер микроволокна, регенерированное целлюлозное микроволокно обычно имеет значение среднего диаметра менее чем около 2,0 микрон, например, от около 0,1 до приблизительно 2 микрон. Регенерированное целлюлозное микроволокно может иметь величину зернистости меньшую чем около 0,5 мг/100 м; от около 0,001 мг/100 м до приблизительно 0,2 мг/100 м во многих случаях. Продукт обычно имеет плотность бумаги от около 5 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (8,1 г/м2) до приблизительно 40 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (65,1 г/м2). Для полотенца основание полотна может иметь плотность бумаги от около 15 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (24,4 г/м2) до приблизительно 35 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (57,0 г/м2) и полученное через пульпу бумагообразующее волокно включает в себя преимущественно мягкодревесное волокно, обычно преимущественно небеленое сульфатированное мягкодревесное волокно южных сортов и по меньшей мере 20 мас. % полученного через пульпу бумагообразующего волокна из твердодревесного волокна.
В другом аспекте изобретения предоставлено абсорбирующее бумажное полотно для ткани или полотенца, включающее в себя от около 99 % до приблизительно 70 мас. % полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 1 мас. % до приблизительно 30 мас. % регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего CSF-величину менее чем 100 мл, где абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность по меньшей мере около 4 г/г. Впитывающая способность по меньшей мере около 4,5 г/г; по меньшей мере около 5 г/г или по меньшей мере около 7,5 г/г иногда является предпочтительной. В многочисленных случаях абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность от около 6 г/г до приблизительно 9,5 г/г.
Другой продукт по изобретению представляет собой абсорбирующее бумажное полотно для ткани или полотенца, включающее в себя от около 99 % до приблизительно 70 или 65 мас. % полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 1 до приблизительно 30 мас. % или 35 мас. % регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего CSF-величину менее чем 100 мл, где регенерированное целлюлозное микроволокно имеет плотность волокон большую чем 50 миллионов волокон/грамм. Регенерированное целлюлозное микроволокно может иметь средневзвешенный диаметр менее чем 2 микрон, средневзвешенную длину менее чем 500 микрон и плотность волокон более чем 400 миллионов волокон/грамм или регенерированное целлюлозное микроволокно имеет средневзвешенный диаметр менее чем 1 микрон, средневзвешенную длину менее чем 400 микрон и плотность волокон более чем 2 миллиарда волокон/грамм. В одном варианте осуществления регенерированное целлюлозное микроволокно имеет средневзвешенный диаметр менее чем 0,5 микрон, средневзвешенную длину менее чем 300 микрон и плотность волокон более чем 10 миллиардов волокон/грамм, и в другом варианте осуществления регенерированное целлюлозное микроволокно имеет средневзвешенный диаметр менее чем 0,25 микрон, средневзвешенную длину менее чем 200 микрон и плотность волокон более чем 50 миллиардов волокон/грамм. Плотность волокон, большая чем 200 миллиардов волокон/грамм, является доступной, если необходимо.
В следующем аспекте изобретения предоставлено абсорбирующее полотно для ткани, включающее в себя по меньшей мере около 75 мас. % полученного через пульпу бумагообразующего волокна, где твердодревесное волокно является преобладающим, полученным через пульпу бумагообразующим волокном, и от около 1 мас. % до приблизительно 25 мас. % регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего CSF-величину менее чем 100 мл. Это продукт может иметь плотность бумаги менее чем около 15 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (24,4 г/м2), такую как от около 7 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (11,4 г/м2) до приблизительно 13 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (21,2 г/м2). Полотно может включать в себя по меньшей мере около 75 мас. % полученное через пульпу бумагообразующее волокно из смеси твердой древесины и мягкой древесины. Предпочтительное твердодревесное волокно представляет собой небеленое сульфатированное твердодревесное волокно южных сортов. В одном варианте осуществления полученное через пульпу бумагообразующее волокно включает в себя по меньшей мере около 20 мас. % полученного через пульпу бумагообразующего волокна из мягкодревесного волокна (исключая содержание волокна лиоцелл). Предпочтительно полотно ткани имеет повышенный GM-предел прочности на разрыв по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна, например, где полотно ткани имеет GM-предел прочности на разрыв по меньшей мере на приблизительно 20, 30 или 40 % более высокий, чем аналогичное полотно с подобной плотностью бумаги, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна. Таким образом, полотно ткани также имеет увеличенные MD- и CD-удлинения по сравнению с аналогичным полотном, произведенным без регенерированного целлюлозного микроволокна. В одном варианте осуществления полотно ткани имеет CD-удлинение по меньшей мере 5%.
Другой аспект изобретения относится к основанию полотна для ткани, включающему в себя полученное через пульпу бумагообразующее волокно, которое преимущественно представляет собой твердодревесное волокно, и от около 5 мас. % до приблизительно 35 мас. % регенерированного целлюлозного микроволокна, где основание полотна имеет на по меньшей мере около 20% большую GM-растяжимость, чем аналогичное полотно с подобной плотностью бумаги и подобной мягкостью, полученное без регенерированного целлюлозного волокна. Это полотно обычно имеет плотность бумаги от около 4 до приблизительно 12 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (6,5 до 19,5 г/м2), такую как плотность бумаги от около 5 до приблизительно 8 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (8,1 до 13,0 г/м2) или около 5 до приблизительно 7 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (8,1 до 11,4 г/м2).
Также представлено основание полотна для ткани, включающее в себя полученное через пульпу бумагообразующее волокно, которое преимущественно представляет собой твердодревесное волокно, основание полотна имеет GM-растяжимость более чем 300 г/3 дюйм (39,4 г/см) и плотность бумаги от около 4 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (6,5 г/м2) до приблизительно 10 фунтов на стопу листов в 3000 квадратных футов (16,3 г/м2), где упомянутое основание полотна включает в себя от около 1 до приблизительно 30 или около 35 мас. % фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего плотность более чем 400 миллионов волокон на грамм.
Следующий аспект изобретения предоставляет абсорбирующее целлюлозное полотно, содержащее:
(a) целлюлозные полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 70 мас.% до приблизительно 98 мас.% и
(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 30 мас.% до приблизительно 2 мас.%, где упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют среднее значение ширины волокна менее чем приблизительно 4 мкм. Среднее значение ширины волокна может быть менее чем приблизительно 2 мкм; менее чем приблизительно 1 мкм или менее чем приблизительно 0,5 мкм. Среднее значение длины волокна регенерированных целлюлозных волокон может быть менее чем приблизительно 500 микрометров; менее чем приблизительно 250 микрометров; менее чем приблизительно 150 микрометров; менее чем приблизительно 100 микрометров или среднее значение длины волокна лиоцелл составляет менее чем приблизительно 75 микрометров, если необходимо.
Другой продукт по изобретению представляет собой абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее в себя:
(a) целлюлозные, полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 70 мас.% до приблизительно 98 мас.% и
(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 30 мас.% до приблизительно 2 мас.%, где упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют среднее значение длины волокна менее чем приблизительно 500 мкм.
Другой продукт представляет собой абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее в себя:
(a) целлюлозные, полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 70 мас.% до приблизительно 99 мас.%, содержание мягкой древесины южных сортов в целлюлозных, полученных через пульпу бумагообразующих волокнах в абсорбирующем целлюлозном полотне составляет по меньшей мере около 60 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, исключая содержание регенерированной целлюлозы; и
(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 30 мас.% до приблизительно 1 мас.%, где упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют среднее значение длины волокна менее чем около 500 мкм, упомянутое абсорбирующее целлюлозное полотно имеет непрозрачность по TAPPI большую чем 55 единиц непрозрачности. Полотно может иметь непрозрачность по TAPPI большую чем 60 единиц непрозрачности или непрозрачность по TAPPI большую чем 63 единицы непрозрачности. В некоторых вариантах осуществления полотно имеет плотность бумаги меньшую чем 8 фунтов/стопу листов в 3000 квадратных футов (13,0 г/м2) и нормализованную непрозрачность по TAPPI большую чем 6 единиц непрозрачности по TAPPI на фунт плотности бумаги (3,7 единицы непрозрачности по TAPPI на г/м2 плотность бумаги). В других случаях такое полотно имеет нормализованную плотность бумаги большую чем 6,5 единиц непрозрачности по TAPPI на фунт плотности бумаги (4,0 единицы непрозрачности по TAPPI на г/м2 плотность бумаги). Выигрыш в непрозрачности является особенно полезным в связи с возвращенным в оборот волокном, например, где полотно в основном представляет собой возвращенное в оборот волокно. Тканевые основания полотна, которые имеют плотность бумаги от около 9 фунтов до приблизительно 11 фунтов/стопу листов (14,6 г/м2 до 17,9 г/м2), произведенные из возвращенного в оборот волокна, обычно имеют нормализованную непрозрачность большую чем 5 единицы непрозрачности по TAPPI на фунт плотности бумаги (3,1 единиц непрозрачности по TAPPI на г/м2 плотность бумаги). Продукты, указанные ниже, необязательно имеют вышеупомянутые характеристики непрозрачности.
Другой продукт представляет собой абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее в себя:
(a) целлюлозные, полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 70 мас.% до приблизительно 99 мас.%, где содержание мягкой древесины южных сортов в целлюлозных, полученных через пульпу бумагообразующих волокнах в абсорбирующем целлюлозном полотне составляет по меньшей мере около 60 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, исключая содержание регенерированной целлюлозы; и
(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 30 мас.% до приблизительно 1 мас.%, где упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют среднее значение ширины волокна менее чем приблизительно 4 мкм.
Следующий продукт, который может быть произведен по изобретению, представляет собой абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее в себя:
(a) целлюлозные, полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 70 мас.% до приблизительно 99 мас.%, содержание мягкой древесины южных сортов в целлюлозных, полученных через пульпу бумагообразующих волокнах в абсорбирующем целлюлозном полотне составляет по меньшей мере около 60 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, исключая содержание регенерированной целлюлозы; и
(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 30 мас.% до приблизительно 1 мас.%, где упомянутые волокна лиоцелл имеют плотность волокон более чем около 35000000 волокон/г. Регенерированная целлюлоза может иметь плотность волокон большую чем 50 миллионов волокон/г; плотность волокон большую чем 100 миллионов волокон/г; плотность волокон большую чем 500 миллионов волокон/г; или плотность волокон большую чем 10 миллиардов волокон/г.
Другой продукт по изобретению представляет собой абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее в себя:
(a) целлюлозные, полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 70 мас.% до приблизительно 99 мас.%, содержание мягкой древесины южных сортов в целлюлозных полученных через пульпу бумагообразующих волокнах в абсорбирующем целлюлозном полотне составляет по меньшей мере около 60 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, исключая содержание регенерированной целлюлозы; и
(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 30 мас.% до приблизительно 1 мас.%, упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют плотность волокон большую чем около 35000000 волокон/г. Этот и другие продукты могут иметь разрывную длину по меньшей мере 0,91 км; разрывную длину по меньшей мере 0,92 км; разрывную длину по меньшей мере 0,95 км или разрывную длину по меньшей мере 0,97 км.
Следующий продукт по изобретению представляет собой абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее в себя:
(a) целлюлозные, полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 70 мас.% до приблизительно 99 мас.%, где содержание мягкой древесины южных сортов в целлюлозных, полученных через пульпу бумагообразующих волокнах в абсорбирующем целлюлозном полотне составляет по меньшей мере около 60 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, исключая содержание регенерированной целлюлозы; и
(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 30 мас.% до приблизительно 1 мас.%, где упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют среднее значение длины волокна менее чем около 500 мкм, где упомянутое абсорбирующее целлюлозное полотно имеет разрывную длину по меньшей мере 0,9 км.
Другой продукт по изобретению представляет собой абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее в себя:
(a) целлюлозные, полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 70 мас.% до приблизительно 99 мас.%, содержание мягкой древесины южных сортов в целлюлозных, полученных через пульпу бумагообразующих волокнах в абсорбирующем целлюлозном полотне составляет по меньшей мере около 60 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, исключая содержание регенерированной целлюлозы; и
(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 30 мас.% до приблизительно 1 мас.%, где упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют среднее значение ширины волокна менее чем около 4 мкм, упомянутое абсорбирующее целлюлозное полотно имеет разрывную длину по меньшей мере 0,9 км.
Было найдено, что продукты по изобретению проявляют необычно высокие соотношения CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии, когда полученные через пульпу бумагообразующие волокна предварительно обрабатываются композицией с разрыхлителем. Отношения в мокром/сухом состоянии более чем 30%, то есть около 35% или большие, легко достигаются; обычно в диапазоне приблизительно от 35 до 60%. Отношения по меньшей мере около 40% или по меньшей мере около 45% можно видеть в примерах, которые приведены ниже. Пульпа предпочтительно обрабатывается при высокой концентрации, то есть большей чем 2%, предпочтительно большей чем 3 или 4% и обычно между 3-8% во входящем потоке машинного бассейна, в гидроразбивателе, например. Полученные через пульпу бумагообразующие волокна или по меньшей мере часть полученных через пульпу бумагообразующих волокон могут быть, например, предварительно обработаны разрыхлителем во время гидроразбивания. Все или некоторые из волокон могут быть предварительно обработаны; 50 мас.%, 75 мас.% и до 100 мас.% полученного через пульпу волокна может быть предварительно обработано, включая или исключая содержание регенерированной целлюлозы, где предварительная обработка может не являться критичной. Затем волокно может быть размолото, как известно, в дисковой мельнице. Таким образом, также может применяться смола, повышающая прочность в сухом состоянии, и/или смола, повышающая прочность в мокром состоянии. Обработка полученного через пульпу волокна может быть проведена от около 1 до приблизительно 50 фунтов композиции с разрыхлителем на тонну полученного через пульпу волокна (сухое основание) (0,5 до 25 кг на м-тонну). От около 5-30 или 10-20 фунтов разрыхлителя на тонну полученного через пульпу волокна (2,5-15 или 5-10 кг на м-тонну) является пригодным в большинстве случаев.
Предварительная обработка может быть проведена в течение любой приемлемой продолжительности времени, например, по меньшей мере 20 минут, по меньшей мере 45 минут или по меньшей мере 2 часов. В целом, предварительная обработка будет находится в диапазоне времени от 20 минут до 48 часов. Время предварительной обработки вычисляется как количество времени, в течение которого водное полученное через пульпу бумагообразующее волокно находится в контакте с водным разрыхлителем перед образованием структуры полотна, находящейся в стадии образования. В приемлемых количествах добавляли смолу, повышающую прочность в мокром состоянии, и смолу, повышающую прочность в сухом состоянии; например, или одна, или обе могут быть добавлены в полотно в количествах от 2,5 до 40 фунтов на тонну полученного через пульпу бумагообразующего волокна (1,3 до 20 кг на м-тонну).
Настоящее изобретение также включает в себя способы получения, такие как способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна, включающий в себя:
(a) получение водной бумажной массы с волоконной смесью, содержащей от около 99% до приблизительно 70% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, где волоконная смесь также включает от около 1 мас. % до 30 мас. % регенерированных целлюлозных микроволокон, имеющих CSF-величину менее чем 175 мл; (b) помещение водной бумажной массы на перфорированную основу для образования структуры полотна, находящегося в стадии образования и по меньшей мере частичное обезвоживание возникающей структуры полотна; и
(c) высушивание структуры полотна для получения абсорбирующего полотна. Обычно водная бумажная масса имеет концентрацию 2% или менее; даже более обычно водная бумажная масса имеет концентрацию 1% или менее. Возникающая структура полотна может быть обезвожена путем уплотнения действием бумажнообразующего сукна и перенесена в американский сушильный аппарат и на нем крепирована. Альтернативно, обезвоженная путем уплотнения структура полотна наносится на вращающийся цилиндр и крепированную на нем ткань или структура полотна, находящаяся в стадии образования, по меньшей мере частично обезвоживается путем высушивания на воздухе, или структура полотна, находящаяся в стадии образования, по меньшей мере частично обезвоживается путем принудительного высушивания на воздухе. В многих случаях волоконная смесь включает в себя небеленую сульфатированную мягкую древесину южных сортов и небеленую сульфатированную твердую древесину южных сортов.
Другой способ получения основания полотна для ткани по изобретению включает в себя:
(a) приготовление водной бумажной массы, включающей в себя твердодревесное волокно южных сортов и фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно, имеющее CSF-величину менее чем 100 мл и плотность волокон более чем 400 миллионов волокон на грамм;
(b) помещение водной бумажной массы на перфорированную основу для образования возникающей структуры полотна и по меньшей мере частичное обезвоживание возникающей структуры полотна; и
(c) высушивание структуры полотна для получения абсорбирующего полотна. Фибриллированное регенерированное целлюлозное волокно может иметь плотность волокон более 1 миллиарда волокон на грамм или фибриллированное регенерированное целлюлозное волокно имеет плотность волокон большую чем 100 миллиардов волокон на грамм, если это желательно.
Изобретение далее проиллюстрировано в следующих Примерах.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Исследование полотна для рук проводили с мягкой древесиной южных сортов и фибриллированным волокном лиоцелл. Исходное волокно лиоцелл имело толщину 1,5 денье (16,6 мг/100 м) с длиной 4 мм, см. Фигуру 2, которое затем фибриллировали до достижения степени помола <50 CSF. Как можно видеть из фигур 3 и 4, фибриллированное волокно имеет гораздо меньшую зернистость, чем исходное волокно. На фигурах 5-9 представлены микрофотографии материала фибриллированного лиоцелла, который пропускали через сетку с номер сита 200 меш по классификатору Бауера-МакНетта (Bauer McNett). Этот материал стандартно называется "мелкодисперсные включения". В древесной пульпе мелкодисперсные включения представляют собой главным образом частицы, а не волокна. Волокнистая природа этого материала должна позволять ему переплетаться среди множества волокон и, следовательно, увеличивать прочность сети. Этот материал составляет значительное количество (16-29%) от фибриллированного лиоцелла с CSF-величиной 40.
Размеры волокон, проходящих через сетку с номером сита 200, имеют размер порядка 0,2 микрон при длине 100 микрон. Используя эти размеры, может быть вычислена плотность волокон как 200 миллиардов волокон на грамм. Для сравнения болотная сосна может иметь три миллиона волокон на грамм и эвкалипт может иметь двадцать миллионов волокон на грамм (Таблица 1). Сравнивая мелкодисперсую фракцию с изображениями номера сита 14, очевидно, что эти волокна представляют собой волокна, которые расщеплены из исходных неразмолотых волокон. Различные формы волокна с лиоцеллом, предназначенные для быстрой фибрилляции, могут приводить к волокнам с диаметром 0,2 микрона, которые, возможно, имеют длину 1000 микрон или более вместо 100 микрон.
Один аспект изобретения состоит в улучшении характеристик бумажной массы южных сортов, но другие применения являются очевидными: еще большее повышение мягкости ткани высшего качества, при данной прочности, усиление мягкости вторичного волокна, улучшение ощущения руки от полотенца, увеличение прочности полотенца в мокром состоянии и увеличение величины SAT.
Фигуры 10-15 показывают сильное влияние фибриллированного лиоцелла на свойства полотна для рук. Объем, непрозрачность, гладкость, модуль и разрыв улучшаются при данном уровне растяжимости. Результаты сравнивали как функцию растяжимости, так как прочность всегда представляет собой важную переменную в тканевых продуктах. Кроме того, небеленая сульфатированная древесная пульпа имеет тенденцию попадать на подобные кривые для данной переменной, так что желательно сдвинуть к новой кривой для сильного изменения свойств конечного продукта. Фибриллированный лиоцелл благоприятно изменяет кривую объем/прочность (Фигура 10). Некоторые из микроволокон могут включаться в поры между гораздо большими мягкодревесными волоконами, но общий результат состоит в том, что лиоцелл рассеивается между мягкодревесными волокнами с увеличением объема сети.
Фибриллированный лиоцелл содействует гладкости, которая измеряется как шероховатость по Бендтсену (Bendtsen) (Фигура 11). Шероховатость по Бендтсену (Bendtsen) получается путем измерения потока воздуха между утяжеленной пластиной и образцом бумаги. Более гладкие полотна допускают меньший поток воздуха. Небольшие волокна могут заполнять некоторые поверхностные поры, что должно в других обстоятельствах иметь место на полотне из 100% мягкой древесины. Сильное влияние гладкости на некрепированное полотно для рук должно сохраняться даже после процесса крепирования.
Непрозрачность представляет собой другую переменную, улучшаемую лиоцеллом (Фигура 12). Большое количество микроволокон создает огромную площадь поверхности для рассеяния света. Ниже 80 единиц непрозрачности эквивалентно полотнам с содержанием эвкалипта до 100%, таким образом достижение этой непрозрачности в случае 80% мягкой древесины южных сортов является значительным.
Модуль полотна для рук является более низким при данной растяжимости с лиоцеллом (Фигура 13). В результате должна улучшаться “драпируемость”. Большое число волокон попадает в сеть лучше и допускает более равномерное распределение нагрузки. Один из недостатков мягкой древесины южных сортов состоит в ее тенденции достижения меньшего удлинения в крепированной ткани, чем мягкой древесины северных сортов. Очевидно, что лиоцелл может содействовать преодолению это недостатка. Фибриллированный лиоцелл улучшает характеристики разрыва полотна для рук (Фигура 14). Мягкая древесина южных сортов часто обращает на себя внимание в связи с ее прочностью на разрыв относительно других небеленых сульфатированных пульп, таким образом, заметно, что фибриллированный лиоцелл увеличивает характеристики разрыва мягкодревесных полотен для рук. Разрыв обычно считается важным свойством для ткани, но он показывает другой путь, которым лиоцелл может усиливать сетевые свойства.
Роль мягкодревесных волокон может быть в целом описана как обеспечение прочности сети, в то время как твердодревесные волокна обеспечивают гладкость и непрозрачность. Фибриллированный лиоцелл имеет длину, достаточную для улучшения сетевых свойств, в то время как его низкая зернистость предоставляет преимущества твердой древесины.
Из вышеупомянутого очевидно, что волокна лиоцелла являются более различными, чем волокна древесной пульпы. Волокно древесной пульпы является сложной структурой, включающей в себя несколько слоев (P, S1, S2, S3), каждый с одиночными жилами из целлюлозы, организованными в спирали вокруг оси волокна. При проведении механического размельчения массы, части слоев P и S1 отделяются в форме тонкоизмельченного продукта и волокон. Эти волокна в целом являются очень короткими, возможно не длиннее чем 20 микрон. Волокна имеют тенденцию действовать в непосредственной близости волокна при перекрещиваниях с другими волокнами. Таким образом, волокна древесной пульпы имеют тенденцию увеличивать прочность связи, прочность полотна, плотность полотна и растяжимость полотна. Многослойная структура стенки волокна со спирализованными волокнами делает невозможным расщеплять древесное волокно вдоль его оси с использованием коммерческих способов. В противоположность этому волокно лиоцелл имеет гораздо более простую структуру, что позволяет волокнам расщепляться вдоль его оси. Полученные волокна являются небольшими, около 0,1-0,25 микрон в диаметре и такими длинными, как исходное волокно. Длина волокон, вероятно, является меньшей, чем “исходного” волокна, и распад многочисленных волокон может быть недостаточным. Тем не менее, если достаточное число волокон может работать как индивидуальные волокна, свойства бумаги могут иметь существенное влияние при относительно низком уровне добавления.
Можно обсудить относительные зернистости волокна древесной пульпы бумажных масс и лиоцелла. Мягкая древесина северных сортов (NBSK) имеет зернистость около 14 мг/100 м по сравнению с болотной сосной, 20 мг/100 м. Смешанная твердая древесина южных сортов (MSHW) имеет зернистость 10 мг/100 м по сравнению с зернистостью эвкалипта 6,5 мг/100 м. Волокна лиоцелла с диаметрами в диапазоне 0,1-0,25 микрон должны иметь величины зернистости в диапазоне 0,0013-0,0079 мг/100 м. Один способ охарактеризовать различие между бумажной массой высшего уровня качества и бумажной массой южных сортов заключается в плотности волокон, выраженной как число волокон на грамм бумажной массы (N). N обратно пропорционально зернистости, таким образом, бумажная масса высшего уровня качества имеет большую плотность волокон, чем бумажная масса южных сортов. Плотность волокон бумажной массы южных сортов может быть увеличена до равной или превосходящей плотности волокон бумажной массы высшего уровня качества путем добавления фибриллированного лиоцелла.
Микроволокна лиоцелла имеют много привлекательных признаков, включая биоразложимость, дисперсность, способность к повторному провариванию, низкую зернистость и чрезвычайно низкое соотношение зернистости к длине (C/L). Низкое C/L соотношение обозначает, что прочность полотна может быть получена при меньшем уровне связывания, что делает полотно более сгибаемым (меньший модуль, как показано на фигуре 13).
Таблица 4 обобщает эффекты, которые являются значительными при 99% уровне достоверности (исключая, где отмечено). Цель различных обработок состояла в измерении относительных влияний на прочность. Мягкая древесина южных сортов является менее эффективной в увеличении прочности сети, чем мягкая древесина северных сортов, таким образом один предмет интереса состоит в исследовании того, может ли лиоцелл усиливать мягкую древесину южных сортов. Бумажная масса с 20% лиоцелла и 80% мягкой древесины южных сортов является значительно более лучшей, чем 100% мягкая древесина южных сортов. Объем, непрозрачность и разрыв являются более высокими при данной растяжимости, в то время как шероховатость и модуль являются меньшими. Эти тенденции направленно благоприятны для свойств ткани.
Полотна для рук для таблицы 4 получали согласно TAPPI способу T-205. Объемная толщина в кубических сантиметрах на грамм получается путем деления толщины по кронциркулю на плотность бумаги. Шероховатость по Бендтсену (Bendtsen) получается путем измерения потока воздуха между массивной пластиной и образцом бумаги. “L” обозначает меченую сторону полотна для рук, которая прилегает к металлическому планшету в течение высушивания, в то время как “U” относится к не-меченой стороне. ZDT относится к боковой растяжимости полотна для рук.
Основные эффекты свойства полотна для рук
Таблица 4 повторяет преимущества фибриллированного лиоцелла, изображенные графически на фигурах 10-15: более высокий объем, лучшая гладкость, более высокий разрыв, лучшая непрозрачность и меньший модуль.
Таблица 5 сравнивает морфологию лиоцелла и мягкодревесных волокон, по измерениям оптического анализатора качества волокна (FQA) OpTest. “Исходные” волокна лиоцелл (Фигура 2) имеют зернистость 16,7 мг/100 м аналогично зернистости южных сортов мягкой древесины (20 мг/100 м). После фибрилляции измеренная с помощью FQA зернистость падала до 11,9 аналогично мягкой древесине северных сортов. Вероятно, разрешение прибора FQA не способно точно измерить или длину и ширину, или зернистость очень тонких волокон. Наименьшая “мелкодисперсная” частица, измеряемая FQA, составляет 41 микрон. Наиболее узкая ширина, измеряемая FQA, составляет 7 микрон. Таким образом, величина зернистости 11,9 мг/100 м не является репрезентативной для фибриллированного лиоцелла. Основываясь на вычислениях, волокно с диаметром один микрон имеет зернистость 0,17 мг/100 м, и 0,1 микрон волокно имеет зернистость 0,0017 мг/100 м. Средняя зернистость лиоцелла очевидно составляет менее чем 11,9 мг/100 м, по измерениям FQA. Различия в размере волокна более очевидны при сравнении Фигур 16 и 17. Фигура 16 представляет собой микрофотографию, произведенную с только небеленой сульфатированной мягкой древесиной южных сортов, размолотой посредством 1000 обращений в PFI-мельнице, в то время как Фигура 17 представляет собой полотно для рук, произведенное с 80% той же мягкой древесиной южных сортов и 20% размолотого волокна лиоцелл. Исключительно низкая зернистость фибриллированного лиоцелла относительно традиционной древесной пульпы является очевидной.
Морфология фибриллированного лиоцелла по сравнению с целым лиоцеллом и мягкой древесиной
Объединенная мягкая древесина и твердая древесина южных сортов имеет меньшую цену, чем пульпа высшего уровня качества, однако способность бумажной массы южных сортов к получению мягкой ткани меньше, чем желательная для некоторых применений. Мельницы, создающие продукты высшего уровня качества, могут требовать закупки волокон высшего уровня качества, подобных мягкой древесины северных сортов и эвкалипту для высшего качества мягкости, что увеличивает цену и оказывает отрицательное влияние на баланс размолотого волокна. Согласно настоящему изобретению размолотые волокна лиоцелл добавляли для улучшения качества бумажной массы.
При высоких уровнях размельчения массы волокна могут быть отделены от исходного волокна и работать как независимые микро- или возможно даже нановолокна. Степень фибрилляции измеряли по канадскому стандарту степени помола (CSF). Неразмолотый лиоцелл имеет степень помола около 800 мл, тестируемые количества приготовляли при приблизительно 400, 200 и 40 мл. Гипотетически предполагали, что высокий уровень размельчения массы будет создавать наибольшее влияние при наименьшей скорости добавления. Большее размельчение создает более высокое содержание очень низкозернистых волокон, но также может уменьшать среднюю длину волокна. Предпочтительно максимально увеличивать продукцию тонкозернистых волокон при минимизировании разрезания волокон. В описываемом исследовании полотна для рук 4 мм лиоцелл размалывали до степени помола 22 мл со средней длиной волокна (Lw) 1,6 мм. Как обсуждалось ранее, величина 1,6 мм, по измерениям FQA, не считается истинной средней величиной, но только предназначена показывать направление уменьшения длины при размельчении массы. Фибриллированный лиоцелл, полученный для последних примеров, начинается от 6 мм волокон с зернистостью 16,7 мг/100 м перед размельчением массы. Идеальные волокна существенно менее крупны, чем эвкалиптовые, при сохранении достаточной длины. Фактически, размельчение массы значительно уменьшает длину волокна, однако они имеют длину, достаточную для упрочения сетки волокна.
Микроволокно лиоцелл делает возможным значительное увеличение количества волокон/грамм бумажной массы при добавлении только умеренных количеств микроволокна. Можно обсудить результаты расчетов в таблице 6, из которых можно видеть, что фибриллированный лиоцелл легко достигает плотности волокон большей чем миллиард волокон на грамм.
Размеры фибриллированного волокна лиоцелл
Для сравнения, волокно эвкалипта, которое имеет относительно большое число волокон, имеет только до приблизительно 20 миллионов волокон на грамм.
Пример 2
Этот пример полотна для рук демонстрирует, что преимущество фибриллированного лиоцелла возникает преимущественно от коротких, низкозернистых волокон, в большей степени, чем от частично размолотых исходных волокон, непреднамеренно уцелевших после процесса размельчение массы. Лиоцелл с размерами 6 мм на 1,5 денье размалывали до степени помола 40 и разделяли на фракции в классификаторе по Бауеру МакНетту (Bauer McNett) с применением сетки с номерами сит 14, 28, 48, 100 и 200. Длина волокна является первичным фактором, который определяет прохождение волокон через каждую сетку. Фракции с номерами сит 14 и 28 объединяли для создания одной фракции, впоследствии обозначаемой как “длинные волокна”. Фракции с номерами сит 48, 100, 200 и часть, проходившую через номер сита 200, объединяли для образования второй фракции, впоследствии обозначаемой как “короткие волокна”. Мягкую древесину южных сортов получали путем размельчения ее массы посредством 1000 оборотов в PFI-мельнице. Полотна для рук изготовлялись при плотности бумаги 15 фунтов/стопу листов (24,4 г/м2), прессовали при 15 psi (1,0 бар) в течение пяти минут и высушивали на нагреваемом паром барабане. Таблица 7 сравнивает полотна для рук, произведенные с различными сочетаниями мягкой древесины и фибриллированного лиоцелла. Мягкая древесина отдельно (Образец 1) имеет низкую непрозрачность, низкое удлинение и низкую растяжимость. 20% длинных волокон (Образец 2) умеренно улучшают непрозрачность и удлинение, но не растяжимость. 20% коротких волокон (Образец 3) значительно увеличивают непрозрачность, удлинение и растяжимость более значительно, чем неразмолотый лиоцелл (Образец 4). Образец 5 использует повторно объединенные длинные волокна и короткие волокна для приблизительного представления исходного фибриллированного лиоцелла. Из этого примера может быть очевидно, что вклад коротких волокон в настоящее изобретение является преобладающим.
Фигура 18 иллюстрирует один путь осуществления настоящего изобретения, в котором машинный бассейн 50, который может быть разделен на секции, применяется для приготовления бумажных масс, которые обрабатываются химическими реактивами, имеющими различное назначение в зависимости от характера различных примененных волокон. В этом варианте осуществления показан разделенный напорный ящик, таким образом допуская возможность получения слоистого продукта. Продукт по настоящему изобретению может быть получен из одного или нескольких напорных ящиков, 20, 20' и, безотносительно к числу напорных ящиков, они могут быть слоистыми или неслоистыми. Обработанная бумажная масса транспортируется через различные каналы 40 и 41, через которые она поступает в напорный ящик серповидной формующей машины 10, что хорошо известна, хотя может быть применена любая приемлемая конфигурация.
Фигура 18 показывает часть, образующую структуру полотна, или мокрую часть, с проницаемым для жидкости элементом перфорированной основы 11, который может быть любой приемлемой конфигурации. Элемент перфорированной основы 11 может быть изготовлен из любых из нескольких известных материалов, включая фотополимерную ткань, сукно, ткань или плетеное из синтетического волокна сетчатое основание с очень тонким изолирующим ковриком из синтетического волокна, присоединенным к сетчатому основанию. Элемент перфорированной основы 11 поддерживается стандартным способом на вальцах, включая выносной валик 15 и прессующий валик 16.
Образующаяся ткань 12 поддерживается на вальцах 18 и 19, которые устанавливаются относительно выносного валика 15 для направления образующей проволоки 12 до схождения на элемент перфорированной основы 11 на цилиндрическом выносном валике 15 под острым углом относительно элемента перфорированной основы 11. Элемент перфорированной основы 11 и проволока 12 двигаются с той же скоростью и в том же направлении, которое представляет собой направление вращения выносного валика 15. Формующая проволока 12 и элемент перфорированной основы 11 сходятся на верхней поверхности формующего вальца 15 для образования клинообразного пространства или зазора, в которых одна или несколько струй воды или вспененные жидкой дисперсии волокна могут быть инжектированы и захвачены между формующей проволокой 12 и элементом перфорированной основы 11 для усиления потока через проволоку 12 в поддон 22, где она собирается для повторного использования в процессе (возвращается в оборот через линию 24).
Образуемая в процессе структура полотна W, находящегося в стадии образования, проводится вдоль продольного направления 30 действием элемента перфорированной основы 11 до прессующего валика 16, где мокрая структура полотна W, находящегося в стадии образования, перемещается в американский сушильный аппарат 26. Жидкость удаляется прессованием из мокрой структуры полотна W прессующим валиком 16, тогда как структура полотна перемещается в американский сушильный аппарат 26, где она высушивается и крепируется посредством крепирующего ножа 27. Конечная структура полотна собирается на натяжном валике 28.
Яма 44 предусмотрена для сбора воды, выжатой из бумажной массы прессующим валиком 16, так же как собранной воды, удаленной из ткани сукномойкой Уле 29. Вода, собранная в яме 44, может быть собрана в поточной линии 45 для отдельной переработки с целью удаления поверхностно-активного вещества и волокон из воды и возвращения рециклизованной воды обратно в бумагоделательную машину 10.
С применением CWP-аппарата типа, показанного на фигуре 18, получали серии абсорбирующих полотен с бумажными массами, смешанными из твердой древесины/мягкой древесины и бумажными массами, включающими размолотое волокно лиоцелл. Общий подход состоял в размельчении мягкой древесины до требующегося уровня и получения мягкодревесной/твердодревесной смеси в смесительном баке. После изготовления контрольного образца из 100% древесной пульпы бумажной массы дополнительные образцы получали путем отмеривания микроволокна в смесь. Растяжимость необязательно корректировали или действием разрыхлителя или крахмала. Применяемые пульпы южных сортов являются мягкодревесными и твердодревесными. Бумажную массу “высшего уровня качества” получали из северных сортов мягкой древесины и эвкалипта. Крепирование ткани сохраняли на постоянном уровне для уменьшения числа переменных. Применяли 1,8 фунт/T (0,9 кг /м-тонну) 1145 PAE (0,8 кг/T) и использовали 15 градусные ножи, за исключением случая образцов полотенца, для которых использовали 8-градусные ножи. Температура сушильного аппарата являлась постоянной, 248°F (120°C). Плотность бумаги, MDDT, CDDT и толщину по кронциркулю измеряли на всех вальцах. CDWT и двуслойный SAT измеряли для некоторых испытуемых образцов и мягкость исследовали посредством панели подготовленных тестеров с использованием двуслойных образцов, 4 дюйм × 28 дюйм (10,2 см × 71,1 см), полученных из основания полотна на наружной боковой поверхности американского сушильного аппарата. Подробности и результаты приведены в таблицах 8-9 и Фигурах 19-30.
Материалы для тестирования CWP-способа
(Различия степени помола мягкой древесины, возникающие при размельчении массы.)
Физические свойства основания полотна (продолжение)
(1,0)
(1,4)
(49,6)
(39,8)
(49,6)
(66,4)
(58,1)
(11,4)
(14,7)
(14,3)
(6,6)
(7,1)
Банная ткань, произведенная с бумажной массой южных сортов и 10% микроволокна, являлась на 21% прочнее, чем контрольный образец при той же мягкости (Фигура 19). Основываясь на последнем результате, полотно с микроволокном должно быть более мягким, чем контрольный образец, если растяжимость уменьшается путем более жесткого крепирования, каландрирования, чеканки и так далее. Из фигуры 20 можно видеть, что микроволокно лиоцелл имеет исключительную способность к достижению низкой плотности бумаги при приемлемых уровнях растяжимости и мягкости.
Из фигуры 21 можно видеть, что добавление микроволокна лиоцелл в CWP-способе увеличивает объем при различных плотностях бумаги и пределы прочности на разрыв. Это является неожиданным результатом ввиду того, что специалист не может ожидать от мелкодисперсных включений увеличения объема. Этот результат не наблюдается в других способах, например, способе крепирования ткани, где структура полотна формуется в вакууме перед нанесением на высушивающий цилиндр американского сушильного аппарата.
Микроволокно предоставляет преимущества как бумажной массе южных сортов, так и бумажной массы высшего уровня качества (мягкая древесина северных сортов и эвкалипт), но бумажной массе южных сортов в большей степени.
Микроволокно существенно увеличивает прочность и удлинение у ткани с низкой плотностью бумаги. Высокая плотность волокон, обеспечиваемая микроволокном, создает очень единообразную сеть. Хотя большинство тенденций, характерные для микроволокна, наблюдаемые в исследовании полотна для рук, были подтверждены для крепированной ткани, большое влияние микроволокна на растяжимость и модуль являлся неожиданным. Смотри Фигуры 22-26.
Объем, прочность и непрозрачность, обеспечиваемая микроволокном, делает возможным уменьшение плотности бумаги, не достигаемое в случае древесной пульпы. Растяжимость увеличивается от 250 г/3 дюйма при 10 фунтов/стопу листов (32,8 г/см при 16,3 г/м2) до 400 г/3 дюйма при 8 фунтах/стопу листов (52,5 г/см при 13,0 г/м2) путем добавления 20% микроволокна и CMC/WSR-состава. Полотно с плотностью 5,2 фунта/стопу листов (8,5 г/м2) получали при той же растяжимости, как контрольное полотно с плотностью 10 фунтов/стопу листов (16,3 г/м2) с тем же сочетанием 20% микроволокна и CMC/WSR, и обеспечивается более прочная древесная пульпа.
Микроволокно в полотенце увеличивало растяжимость во влажном состоянии, отношение в мокром/сухом состоянии и абсорбционную емкость SAT. Это имело последствия в виде более высокого уровня мягкости полотенца или тряпки для вытирания. Отношение в мокром/сухом состоянии для одного образца увеличивалось от около 20 до 39% при добавлении 20% микроволокна. Микроволокно изменяло кривую SAT/прочность в мокром состоянии.
Лиоцелл 217 CSF имел неприемлемый уровень флоккулянтов и ядрышек. Следовательно, 400 CSF волокно не применялось, и в остальных испытаниях использовали 40 CSF микроволокно. 40 CSF микроволокно диспергировали единообразно и было найдено, что микроволокно 217 CSF может быть диспергировано после повторного пропускания через коническую мельницу, не загруженную в течение 20 мин. В процессе 217 CSF микроволокно уменьшалось до 20 CSF.
Микрофотографии фракций Бауера МакНетта (Bauer McNett) (см. Фигуры 3, 4 и 5-9) позволяют считать, что половина волокон в 40 CSF лиоцелл не дезинтегрированы. Следствием этого наблюдения является то, что результаты, полученные в этом испытании, возможно могут быть получены с половинными уровнями добавления, если способ продолжается до фибрилляции 100% волокон.
Адгезия американского сушильного аппарата слегка меньше в случае бумажной массы с микроволокном. Высота запруды в напорном ящике увеличивается благодаря меньшей возможности для стока, но поддается управлению действием повышенного вакуума.
Сильное влияние на растяжимость/модуль
Фигуры 22, 23 и 24 показывают заметные эффекты микроволокна. Микроволокно увеличивает растяжимость и удлинение полотна. Например, тканевое основание банного полотна с плотностью 12 фунтов/стопу листов (19,5 г/м2), произведенное с 100% древесной пульпой, включает в себя 40% мягкой древесины южных сортов и 60% твердой древесины южных сортов. Если добавляется 20% микроволокна, растяжимость увеличивается на 48%, но модуль увеличивается только на 13%. Небольшое увеличение модуля возникает из значительного увеличения в удлинении полотна. MD-удлинение увеличивается от 24,2 до 30,5%, и CD-удлинение увеличивается от 4,2 до 6,0%. Микроволокна предоставляют преимущество бумажной массе южных сортов и бумажной массе высшего уровня качества (мягкая древесина северных сортов и эвкалипт), но большее преимущество предоставляется бумажной массе южных сортов. Это было продемонстрировано путем сравнения “теоретического” удлинения, определяемого как
(скорость американского сушильного аппарата/ скорость бобины - 1) · 100.
Теоретическое MD-удлинение в этом исследовании составило (100/80 - 1)·100 = 25%. Здесь определение представляет собой величину напряжения, требующуюся для легкого выхода крепированного полотна. Возможно получить фактическое удлинение более высокое, чем теоретическое удлинение, так как некрепированное полотно также имеет небольшую величину удлинения. Бумажная масса южных сортов в этом примере имеет удлинение 24,2% слегка ниже теоретического. В бумажных массах южных сортов или бумажных массах высшего уровня качества MD-удлинение имеет высокое значение 31-32%. Предоставляемые бумажной массе южных сортов преимущества больше, так как ее исходные характеристики имеют значительно более низкий уровень.
Фигура 24 показывает изменение растяжимости, полученное благодаря микроволокну. Микроволокно увеличивает растяжимость в слегка размолотых тканевых бумажных массах, но растяжимость уменьшается в бумажной массе для полотенца, где больший процент бумажной массы является размолотым. Последний результат согласуется с полотнами для рук, но большое увеличение растяжимости в ткани с низкой плотностью является неожиданным и не наблюдается в полотнах для рук. Заметим, что 20% микроволокна в полотнах для рук с неразмолотой мягкой древесиной южных сортов не приводит к более высокой растяжимости.
Уменьшение плотности бумаги
Микроволокно имеет потенциал для существенного уменьшения плотности бумаги. Фигуры 25 и 26 показывают два примера, в которых плотность бумаги уменьшается на 25 и 40-50%, соответственно. В первом случае основание полотна с плотностью 10 фунтов/стопу листов при 255 г/3 дюйма GMT (16,3 г/м2 при 33,5 г/см) уменьшалась до плотности 8 фунтов/стопу листов при 403 г/3 дюйм GMT (13,0 г/м2 при 52,9 г/см) при введении 20% микроволокна и смеси CMC/добавка, повышающая прочность в мокром состоянии. Отношение в мокром/сухом состоянии составило 32%. Образец с плотностью 8 фунтов/стопу листов и 403 г/3 дюйм (13,0 г/м2 с 52,9 г/см) был на 58% более прочным, чем контрольный образец с плотностью 10 фунт/стопу листов (16,3 г/м2), однако модуль разрыва увеличивался только на 23%. Непрозрачность и формование являлись хорошими. Во втором случае основание полотна с плотностью 10 фунтов/стопу листов при приблизительно 400 г/3 дюйм (16,3 г/м2 при приблизительно 52,5 г/см) уменьшали до уровня 5,2 фунтов/стопу листов (8,5 г/м2) при той же растяжимости, с применением того же способа, как в первом случае. Полотна с плотностью 8 фунт/стопу листов (13,0 г/м2) имеют хорошую однородность. Полотно с плотностью 5,2 фунтов/стопу листов (8,5 г/м2) имело некоторые отверстия, но отверстия были вызваны ограничениями наклонного шаблона на PM 1, чем способностью волокна достигать хорошего распределения волокна. Полотно с плотностью 6 фунтов/стопу листов (9,8 г/м2) с хорошей однородностью и растяжимостью является значительным достижением на имеющейся в настоящее время опытном образце машины. Серповидный фасонный резец может быть пригоден к даже меньшим плотностям, которые не могут достигаться с 100% древесной пульпой. В то время как такие низкие плотности в конечном счете могут не применяться, это демонстрирует степень, до которой микроволокно сильно влияет на целостность структуры полотна ткани.
Свойства полотенца
Микроволокно может улучшать прочность полотенца в мокром состоянии, отношение в мокром/сухом состояниях и абсорбционную емкость SAT. Основание полотна с плотностью 15 фунтов/стопу листов получили из 100% древесной пульпы бумажной массы, включающей в себя 70% мягкой древесины южных сортов и 30% твердой древесины южных сортов. Применяли традиционный набор для прочности в мокром состоянии в количестве 4 фунта/тонну CMC и 20 фунтов/тонну Amres 25HP (2 кг/м-тонну и 10 кг/м-тонну). Два контрольных рулона имели растяжимости в сухом состоянии 2374 и 2400 г/3 дюйм GMT и отношения CD-растяжимости во влажном состоянии 303/1705 = 18% и 378/1664 = 23%. Состав бумажной масссы изменяли до 80% древесной пульпы и 20% целлюлозных микроволокон, и плотность бумаги продукта сохраняли на уровне 15 фунтов/стопу листов (24,4 г/м2). Объем увеличивался, непрозрачность увеличивалась, модуль разрыва уменьшался 19% и растяжимости в сухом состоянии уменьшались до 2013 и 2171 г/3 дюйма (264,2 г/см и 284,9 г/см). Мокрое/сухое CD-соотношение на этих двух рулонах увеличивалось до 506/1305 = 39% и 443/1545 = 29%. Абсорбционная емкость SAT увеличивалась на 15%. Абсорбционная емкость SAT и прочность в мокром состоянии обычно соотносятся обратно пропорционально, так что тот факт, что микроволокно увеличивает обе величины, обозначает, что кривая SAT/прочность в мокром состоянии сдвигается положительно. Выбранные результаты представлены графически на фигурах 27 и 28.
Без необходимости быть связанным с любой теорией, предполагается, что вышеупомянутые результаты являются следствием микроволоконной сети, образуемой микроволокном. Фигура 29 представляет собой микрофотографию крепированного полотна без микроволокна, Фигура 30 представляет собой микрофотографию соответствующего полотна с 20% размолотого лиоцелла. Из фигуры 30 можно видеть, что микроволокно значительно усиливает образование волоконной сети в полотне даже при низких массах благодаря его чрезвычайно высокий плотности волокон.
Таблица 10 представляет данные измерений FQA на различных лиоцелльных пульпах. Даже хотя вероятно, что многие микроволокона не видны, некоторые тенденции могут быть замечены на тех волокнах, которые наблюдаются. Неразмолотый лиоцелл имеет очень единообразную длину, очень малое количество тонкозернистых частиц и является весьма линейным. Размельчение массы уменьшает длину волокна, генерирует “тонкозернистые частицы” (которые отличны от тонкозернистых частиц традиционной древесной пульпы) и делает волокна вьющимися. Сравнение размолотого до 4 мм с размолотым до 6 мм наводит на мысль, что начальная длина волокна в пределах определенного диапазона может не являться существенной для конечной длины волокна, так как большинство исходных волокон будут расщепляться на более короткие волокна. Длина 6 мм является предпочтительной по сравнению с 4 мм, так как волокно должно избегать дополнительной стадии переработки отрезанных коротких волокон из пакли. Для фибриллированного лиоцелла типичными условиями являются низкая концентрация (0,5-1%), низкая интенсивность (которая определяется традиционной технологией размельчения массы) и высокая энергия (возможно 20 HPday/тонну). Высокая энергия желательна, если фибриллируется регенерированная целлюлоза, так как она может требовать продолжительного времени при низкой энергии. Может необязательно применяться концентрация до 6% или большая и может применяться высокий подвод энергии, возможно 20 HPD/тонну или более.
Другой результат таблицы 10 состоит в том, что лиоцелл 217 CSF легко разрушается до 20 CSF после повторного пропускания через коническую мельницу, не загруженную в течение 20 мин. Пульпа 20 CSF единообразно диспергируется в отличие от пульпы 217 CSF.
Механизм
Без необходимости быть связанным с любой теорией, механизмом работы микроволокна, как кажется, является его способность к значительному улучшению однородности сети при чрезвычайно высокой площади поверхности. Несколько наблюдений могут быть связаны совместно для поддержки этой гипотезы: слабость лиоцелла, отличная прочность, приводящая к полотнам для рук и ткани, и взаимодействия с неразмолотой и размолотой древесной пульпой.
Неразмолотый лиоцелл является очень слабым сам по себе и даже высокоразмолотый лиоцелл приближается близко к потенциалу прочности древесной пульпы (8-10 км). Альфа-целлюлоза в лиоцелле и морфология волокон, как кажется, увеличивает прочность через очень высокое число слабых связей. Высокая концентрация волокон предоставляет больше связей между древесными волокнами, при добавлении к ткани. Бумажная масса южных сортов в общем и сосны, в частности, имеет низкую плотность волокон, что требует более высокой прочности связи, чем бумажная масса высшего уровня качества для данной прочности. Мягкая древесина южных сортов также может являться трудной для хорошего формования, что ведет к островкам несвязанных флоккулянтов. Микроволокно может переплетать флоккулянты для улучшения однородности сети. Эта способность микроволокна становится более четко выраженной по мере того, как плотность бумаги понижается. Сильное влияние на прочность не наблюдается в полотнах для рук с высокой плотностью бумаги, так как присутствует достаточное количество древесных волокон для заполнения полотна.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Фибриллированный лиоцелл является дорогостоящим относительно бумажной массы южных сортов, но он предоставляет потенциальные возможности, которые не могут быть получены другим методом. Фибриллированные волокна лиоцелл при относительно низких уровнях добавления могут усиливать бумажную массу южных сортов при конкурентоспособной цене относительно бумажной массы высшего уровня качества.
Дополнительные примеры
Добавочные типичные конфигурации включают в себя трехслойный продукт для лица, включающий в себя два внешних слоя с исключительной мягкостью, и внутренний слой с прочностью в мокром состоянии, и возможно более высоким уровнем прочности в сухом состоянии, чем у внешних слоев. Продукт производится путем сочетания целлюлозных микроволокон и соответствующих реактивов для придания желаемых свойств. Может быть возможно достигать исключительно низких плотностей бумаги при получении продукта с хорошей прочностью.
Микроволокна обеспечивают огромную площадь поверхности и однородность сети благодаря исключительно высокой плотности волокон. Качество сети ведет к более высоким растяжимостям в мокром/сухом состоянии.
Характеристики впитывающей способности (скорость и емкость) приписываются структуре с меньшими порами, создаваемой микроволокнами. Может существовать более оптимальная скорость добавления, где емкость и другие преимущества реализованы без уменьшения скорости.
Банная ткань с бумажной массой из южных сортов
Производили тканевое основание банного полотна с плотностью 12 фунтов/стопу листов (19,6 г/м2) с 100% древесной пульпой, включающей в себя 40% мягкой древесины южных сортов и 60% твердой древесины южных сортов. Производили два рулона с растяжимостями 384 и 385 г/3 дюйма GMT (50,4 и 50,5 г/см) и модулями разрыва 37,2 и 38,2 г/%. Состав бумажной массы изменяли до 80% древесной пульпы и 20% целлюлозных микроволокон. Производили два рулона с растяжимостями 584 и 551 г/3 дюйма GMT (76,6 и 72,3 г/см) и модулями разрыва 42,7 и 42,9 г/%. Растяжимость возрастала на 48%, но модуль возрастал только на 13%. Низкий прирост модуля возникал из значительного прироста в удлинении полотна. MD-удлинение увеличивалось от 24,2 до 30,5%, и CD-удлинение увеличивалось от 4,2 до 6,0%. Бумажная масса южных сортов в этом примере имела 24,2% удлинение, несколько ниже теоретического. Бумажная масса высшего уровня качества в Примере 1 давала около 27% MD-удлинения. В бумажных массах южных сортов или бумажных массах высшего уровня качества MD-удлинение является высоким, 31 - 32%. Предоставляемые бумажной массе южных сортов преимущества больше, так как ее исходные характеристики имеют значительно более низкий уровень.
Микроволокна могут быть более благоприятными в способах с крепированием тканью, чем в традиционных способах высушивания на воздухе, которые требуют высокой проницаемости. Причина состоит в том, что микроволокна могут иметь тенденцию закрывать структуру пор полотна, так что поток воздуха должен быть уменьшен в традиционном TAD-способе высушивания на воздухе, но это не является проблемой при способах мокрого прессования/крепирования тканью, в которых полотно обезвоживается уплотнением. Один путь для усиления преимущества микроволокна состоит в уменьшении плотности бумаги, но объем затем может становиться проблемой для определенных продуктов. Микроволокно в сочетании со способами бумажного производства, которые формуют полотно, может являться особенно благоприятным для получения продуктов с низкой плотностью бумаги с адекватным объемом. Необходимо отметить, что микроволокна благоприятно изменяют взаимоотношение объем/прочность для CWP полотна. Целлюлозный субстрат может быть получен традиционными способами (включая TAD, CWP и их варианты), известными для специалистов в данной области. Во многих случаях методики крепирования тканью, описанные в следующих совместно посланных заявках, будут особенно пригодными: заявка на патент с порядковым номером США 11/678669, озаглавленная “Method of Controlling Adhesive Build-Up on a Yankee Dryer” (по книге записей адвоката №20140; GP-06-1); заявка на патент с порядковым номером США 11/451112 (публикация патента США №2006-0289133), опубликованная 12 июня 2006, озаглавленная “Fabric-Creped Sheet for Dispensers ” (по книге записей адвоката №20195; GP-06-12); заявка с порядковым номером США 11/451111, опубликованная 12 июня 2006 (публикация патента США №2006-0289134), озаглавленная “Method of Making Fabric-creped Sheet for Dispensers” (по книге записей адвоката №20079; GP-05-10); заявка на патент с порядковым номером США 11/402609 (публикация патента США №2006-0237154), опубликованная 12 апреля 2006, озаглавленная “Multi-Ply Paper Towel With Absorbent Core” (по книге записей адвоката №12601; GP-04-11); заявка на патент с порядковым номером США 11/151761, опубликованная 14 июня 2005 (публикация патента США №2005/0279471), озаглавленная “High Solids Fabric-crepe Process for Producing Absorbent Sheet with In-Fabric Drying” (по книге записей адвоката 12633; GP-03-35); заявка США с порядковым номером 11/108458, опубликованная 18 апреля 2005 (публикация патента США №2005-0241787), озаглавленная “Fabric-Crepe and In Fabric Drying Process for Producing Absorbent Sheet” (по книге записей адвоката 12611P1; GP-03-33-1); заявка США с порядковым номером 11/108375, опубликованная 18 апреля 2005 (публикация патента США №2005-0217814), озаглавленная “Fabric-crepe/Draw Process for Producing Absorbent Sheet” (по книге записей адвоката №12389P1; GP-02-12-1); заявка США с порядковым номером 11/104014, опубликованная 12 апреля 2005 (публикация патента США №2005-0241786), озаглавленная “Wet-Pressed Tissue and Towel Products With Elevated CD Stretch and Low Tensile Ratios Made With a High Solids Fabric-Crepe Process” (по книге записей адвоката 12636; GP-04-5); заявка США с порядковым номером 10/679862 (публикация патента США №2004-0238135), опубликованная 6 октября 2003, озаглавленная “Fabric-crepe Process for Making Absorbent Sheet” (по книге записей адвоката 12389; GP-02-12); предварительная заявка на патент США с порядковым номером 12/033207, опубликованная 19 февраля 2008, озаглавленная “Fabric Crepe Process With Prolonged Production Cycle” (по книге записей адвоката 20216; GP-06-16); и предварительная заявка на патент США с порядковым номером 60/808863, опубликованная 26 мая 2006, озаглавленная “Fabric-creped Absorbent Sheet with Variable Local Basis Weight” (по книге записей адвоката №20179; GP-06-11). Заявки, указанные непосредственно выше, являются особенно существенными для выбора оборудования, материалов, условий обработки и так далее, для продуктов, крепированных тканью по настоящему изобретению; и указанные заявки включены в данное описание в качестве справочного материала.
Мокрая структура полотна также может быть высушена или в начале обезвоживания термическим способом, высушиванием на воздухе или принудительным высушиванием на воздухе. Приемлемое роторное оборудование для принудительного высушивания на воздухе описано в патенте США №6432267, Watson и патенте США №6447640, Watson et al.
Примеры 78-89 для полотенца
Полотна для рук типа полотенца получали из бумажной массы из мягкой древесины/лиоцелл и тестировали на физические свойства и для определения эффекта добавок на соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии. Также было найдено, что предварительная обработка пульпы композицией с разрыхлителем неожиданно эффективна для увеличения соотношения CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии продукта, делая возможным еще более мягкие продукты. Подробности приведены ниже и представлены в таблице 11.
Древесная пульпа, применяемая в Примерах 78-89, представляла собой мягкодревесную небеленую сульфатированную целлюлозу южных сортов. CMC представляет собой аббревиатуру для карбоксиметилцеллюлозы, смолы, повышающей прочность в сухом состоянии, которую добавляли 5 фунтов/тонну (2,5 кг/м-тонну) волокна. Также в этих примерах добавляли смолу, повышающую прочность в мокром состоянии (WSR); Amres 25 HP (Georgia Pacific) добавляли 20 фунтов/тонну (10 кг/м-тонну) волокна (включая содержание лиоцелла в массе волокна). Применяемая композиция с разрыхлителем (Db) имела тип C; ион-парную композицию с разрыхлителем, как описано выше, применяли в виде 10% активной и добавляли, основываясь на массе полученного через пульпу бумагообразующего волокна, исключая содержание лиоцелла.
Применяемый CMF представлял собой волокно лиоцелл, с размерами 6 мм × 1,5 денье, который размалывали до 40 мл CSF перед добавлением его к бумажной массе.
Далее проводили методику, как описано ниже:
1. Пульпу предварительно замачивали в воде перед дезинтеграцией.
2. Пульпу для образцов 79, 81, 83, 85 и 86-89 получали путем добавления разрыхлителя в количествах, указанных для дезинтегратора British, затем добавления предварительно замоченной сухой заготовки до приблизительно 3% концентрации и дезинтегрирования.
3. Если в таблице 11 указано размельчение массы, пульпу разделяли пополам; половину пульпы сгущали для размельчения массы, размывали за 1000 оборотов и повторно разбавляли до 3% фильтратом.
4. Половины пульпы повторно объединяли в химическом стакане и при интенсивном перемешивании добавляли смолу AMRES, повышающую прочность в мокром состоянии. Через 5 мин добавляли CMC. Затем, через еще 5 мин пульпу разбавляли и получали полотно для рук; 0,5 г полотна для рук прессовали при 15 psi/5 мин (1,0 бар/5 мин), высушивали на барабанном сушильном аппарате и отверждали в воздушной печи с принудительным высушиванием при 105°C/5 мин.
5. Пульпу для образцов 78, 80, 82, 84 получали через стадии, указанные выше, пропуская разрыхлитель, и иногда не размельчая массу, как указано в таблице 11.
6. Для примеров, содержащих 20% CMF, CMF добавляли к мягкой древесине перед добавлением WSR/CMC.
Эффект предварительной обработки мягкодревесной пульпы разрыхлителем можно видеть на фигуре 31. Соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии значительно увеличивается как добавлением CMF, так и предварительной обработкой разрыхлителем. В некоторых случаях прочность в мокром состоянии остается по существу постоянной, тогда как прочность в сухом состоянии уменьшается. Прочность в сухом состоянии полотенца часто определяется требующейся прочностью в мокром состоянии, что ведет к продуктам, которые являются относительно негибкими. Например, полотенце с 25% соотношением растяжимостей в мокром/сухом состоянии может иметь прочность в сухом состоянии существенно большую, чем желательную для того, чтобы удовлетворять потребности прочности в мокром состоянии. Размельчение массы обычно требуется для увеличения прочности, которая уменьшает объем и впитывающую способность. Увеличение соотношения растяжимостей в мокром/сухом состоянии от 24 до 47% позволяет урезать растяжимость в сухом состоянии почти наполовину. Меньший модуль при данной растяжимости, обеспечиваемый CMF, также вносит вклад в более хорошее ощущение руки (Фигура 32). Разрыхлитель до некоторой степени уменьшает объем в тестированных образцах (Фигура 33).
В промышленных способах предпочтительно предварительно обрабатывать входящий поток полученных через пульпу бумагообразующих волокон машинного бассейна с целью повышения работоспособности, как отмечено в одновременно поданной заявке на патент США №60/850681, опубликованной 10 октября 2006, озаглавленной “Method of Producing Absorbent Sheet with Increased Wet/Dry CD Tensile Ratio” (по книге записей адвоката №12645; GP-06-13), которая включена в данное описание выше; что можно видеть на фигуре 34. В обычном применении по настоящему изобретению разрыхлитель добавляли к бумажная масса в гидроразбивателе 60, как показано на фигуре 34, которая представляет собой блок-схему, схематически иллюстрирующую подвод пульпы в бумагоделательную машину. Разрыхлитель добавляли в гидроразбиватель 60, в то время как волокно при любой концентрации от около 3% до приблизительно 10%. Затем смесь превращали в пульпу после добавления разрыхлителя в течение 10 минут или более перед добавлением смолы, повышающей прочность в мокром состоянии, или смолы, повышающей прочность в сухом состоянии. Волокно в пульпе разбавляли, обычно до концентрации 1 процент или около и подводили далее в машинный бассейн 50, где могут быть добавлены другие добавки, включая устойчивую смолу, повышающую прочность в мокром состоянии, и смолу, повышающую прочность в сухом состоянии. Если необходимо, могут быть добавлены смола, повышающая прочность в мокром состоянии, и смола, повышающая прочность в сухом состоянии, в гидроразбивателе, или входящем потоке, или исходящем потоке машинного бассейна, то есть в 64 или 66; однако они должны быть добавлены после разрыхлителя, как отмечено выше; и смола, повышающая прочность в сухом состоянии, предпочтительно добавляется после смолы, повышающей прочность в мокром состоянии. Бумажная масса может быть размолота и/или обогащена до или после ее попадания в машинный бассейн, как это известно в технике.
Из машинного бассейна 50 бумажную массу далее разбавляли до концентрации 0,1% или около и подводили далее в напорный ящик, такой как напорный ящик 20, через смесительный насос 68.
Непрозрачность тканевого основания полотна
С использованием бумагоделательной машины типа, представленной на фигуре 18, получали основания тканевого полотна различных плотностей бумаги с применением фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна и возвращенного в оборот полученного через пульпу бумагообразующего волокна. Измеряли непрозрачность по TAPPI и коррелировали с плотностью бумаги, как представлено на фигуре 35, которая представляет собой график непрозрачности по TAPPI относительно плотности бумаги для 7 и 10-фунтовых тканевых оснований полотна (3,2 и 4,5 кг), имеющих составы, представленные на фигуре.
Из фигуры 35 можно видеть, что большие увеличения непрозрачности, обычно в диапазоне около 30-40% и более легко достигаются при применении фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна. В паре с приростом прочности, наблюдаемым по настоящему изобретению, таким образом возможно согласно изобретению обеспечивать высокое качество тканевых продуктов с применением гораздо меньшего количества волокна, чем в случае традиционных продуктов.
В то время как изобретение подробно описано, модификации в пределах объема изобретения будут легко очевидны для специалистов в данной области. Ввиду вышеупомянутого обсуждения, существенной информации из уровня техники и ссылок, включая обсуждавшиеся выше в связи с уровнем техники и подробным описанием одновременно поданных заявок, которые все включены посредством цитирования во всей полноте, дальнейшее описание считается излишним.
Абсорбирующее целлюлозное полотно предназначено для тканей или полотенец. Оно включает в себя целлюлозные бумагообразующие волокна и фибриллированные регенерированные целлюлозные микроволокна при их заданном соотношении. Фибриллированные волокна представляют собой целлюлозу, регенерированную из раствора. В качестве растворителя используют N-оксид третичного амина или ионную жидкость. Фибрилляция микроволокна контролируется таким образом, что волокно имеет уменьшенную зернистость и уменьшенную степень помола по сравнению с нефибриллированным регенерированным целлюлозным микроволокном. Микроволокно имеет CSF-величину степени помола менее 100 мл, средневзвешенный диаметр менее 1 микрон, средневзвешенную длину менее 400 микрон и плотность волокна более 2 миллиарда волокон/грамм. Предложен также способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна. Техническим результатом является одновременное улучшение мягкости и CD-растяжимости в мокром состоянии при более низком модуле при заданном пределе прочности на разрыв, лучшее драпирование, увеличение впитывающей способности. 2 н. и 39 з.п. ф-лы, 11 табл., 35 ил.
1. Абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее от около 99 до приблизительно 65 мас.% целлюлозного полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 1 до приблизительно 35 мас.% фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, полученного из раствора целлюлозы с растворенной целлюлозой, включающего растворитель, выбранный из ионных жидкостей и N-оксидов третичных аминов, где микроволокно имеет CSF-величину степени помола менее чем 100 мл, средневзвешенный диаметр менее чем 1 мкм, средневзвешенную длину менее чем 400 мкм и плотность волокон более чем 2 млрд волокон/г.
2. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.1, где ионная жидкость выбирается из группы, состоящей из солей имидазолия, растворяющих целлюлозу; солей пиридиния, растворяющих целлюлозу; солей пиридазиния, растворяющих целлюлозу; солей пиримидиния, растворяющих целлюлозу; солей пиразиния, растворяющих целлюлозу; солей пиразолия, растворяющих целлюлозу; солей оксазолия, растворяющих целлюлозу; солей 1,2,3-триазолия, растворяющих целлюлозу; солей 1,2,4-триазолия, растворяющих целлюлозу; солей тиазолия, растворяющих целлюлозу; солей пиперидиния, растворяющих целлюлозу; солей пирролидиния, растворяющих целлюлозу; солей хинолиния, растворяющих целлюлозу; и солей изохинолиния, растворяющих целлюлозу.
3. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.1, в котором абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность по меньшей мере приблизительно 4 г/г, и фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет средневзвешенный диаметр менее чем 0,5 мкм, средневзвешенную длину менее чем 300 мкм и плотность волокон более чем 10 млрд волокон/г.
4. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.1, в котором абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность по меньшей мере приблизительно 4,5 г/г.
5. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.1, в котором абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность по меньшей мере приблизительно 5 г/г.
6. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.1, в котором абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность по меньшей мере приблизительно 7,5 г/г.
7. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.1, в котором абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность от около 6 до приблизительно 9,5 г/г.
8. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.1, где по меньшей мере часть целлюлозного полученного через пульпу бумагообразующего волокна предварительно обрабатывают композицией разрыхлителя до получения полотна, и где наполнители и разрыхлители выбираются и предварительная обработка разрыхлителем целлюлозного полученного через пульпу бумагообразующего волокна, а также формирование полотна контролируются так, чтобы полотно имело соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии более чем 30%.
9. Абсорбирующее целлюлозное полотно по пп.1-8, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет средневзвешенный диаметр менее чем 0,25 мкм, средневзвешенную длину менее чем 200 мкм.
10. Абсорбирующее целлюлозное полотно по пп.1-8, в котором полотно дополнительно включает агент, который повышает прочность в мокром состоянии, включающий карбоксиметилцеллюлозу и полиамидамин-эпигалогидрин, и композицию разрыхлителя, включающую неионное амфифильное соединение и соединение четвертичного аммония, где агент и количества агента, повышающего прочность в мокром состоянии, и разрыхлителя выбирают так, чтобы соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии составляло более чем 35%.
11. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.9, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет плотность волокон более чем 50 млн волокон/г.
12. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.11, в котором полотно дополнительно включает агент, повышающий прочность в мокром состоянии, включающий карбоксиметилцеллюлозу и полиамидамин-эпигалогидрин, и композицию разрыхлителя, включающую неионное амфифильное соединение и соединение четвертичного аммония, где агент и количества агента, повышающего прочность в мокром состоянии, и разрыхлителя выбирают так, чтобы соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии составляло более чем 35%.
13. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.9, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет плотность волокон более чем 200 млрд волокон/г.
14. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.12, где по меньшей мере часть целлюлозного полученного через пульпу бумагообразующего волокна предварительно обрабатывают композицией разрыхлителя до получения полотна, и где наполнители и разрыхлители выбираются и предварительная обработка разрыхлителем целлюлозного полученного через пульпу бумагообразующего волокна, а также формирование полотна контролируются так, чтобы полотно имело соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии более чем 30%.
15. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором полотно имеет соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии между приблизительно 35% и приблизительно 60%.
16. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором полотно имеет соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии по меньшей мере приблизительно 45%.
17. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет среднее значение ширины волокон менее чем около 4 мкм.
18. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет среднее значение ширины волокон менее чем около 2 мкм.
19. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет среднее значение ширины волокон менее чем приблизительно 1 мкм.
20. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет среднее значение ширины волокон менее чем приблизительно 0,5 мкм.
21. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.1, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет среднее значение ширины волокон менее чем около 2 мкм.
22. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором среднее значение длины волокна фибриллированных регенерированных целлюлозных микроволокон составляет менее чем около 150 мкм.
23. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором среднее значение длины волокна фибриллированных регенерированных целлюлозных микроволокон составляет менее чем около 100 мкм.
24. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.23, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет среднее значение ширины волокон менее чем около 2 мкм.
25. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.14, в котором среднее значение длины волокна фибриллированных регенерированных целлюлозных микроволокон составляет менее чем около 75 мкм.
26. Абсорбирующее целлюлозное полотно по п.25, в котором полотно дополнительно включает агент, повышающий прочность в мокром состоянии, включающий карбоксиметилцеллюлозу и полиамидамин-эпигалогидрин, и композицию разрыхлителя, включающую неионное амфифильное соединение и соединение четвертичного аммония, где агент и количества агента, повышающего прочность в мокром состоянии, и разрыхлителя выбирают так, чтобы соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии составляло более чем 35%.
27. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна, включающий:
(а) приготовление водной бумажной массы с волокнистой смесью, включающей от около 99 до приблизительно 70% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, где волокнистая смесь также включает от около 1 до 30 мас.% фибриллированных регенерированных целлюлозных микроволокон, имеющих CSF-величину степени помола менее чем 100 мл, средневзвешенный диаметр менее чем 1 мкм, средневзвешенную длину менее чем 400 мкм и плотность волокон более чем 2 млрд волокон/г, где регенерированную целлюлозу получают из раствора целлюлозы с растворенной целлюлозой, включающей в себя растворитель, выбранный из ионных жидкостей и N-оксидов третичных аминов,
(b) помещение водной бумажной массы на перфорированную основу для образования структуры полотна, находящегося в стадии образования, и по меньшей мере частичное обезвоживание структуры полотна, находящегося в стадии образования; и
(c) высушивание структуры полотна для образования абсорбирующего полотна.
28. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по п.27, где фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет плотность волокон более 10 млрд волокон/г.
29. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по п.27, в котором обезвоженную путем уплотнения структуру полотна наносят на вращающийся цилиндр и крепированную на нем ткань.
30. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по п.29, где фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет плотность волокон более 50 млрд волокон/г.
31. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по п.29, в котором фибриллированное регенерированное целлюлозное волокно имеет плотность микроволокон, большую, чем 100 млрд волокон/г.
32. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по любому из пп.27-31, включающий дополнительную стадию предварительной обработки части волокнистой смеси композицией разрыхлителя, где образование полотна и предварительную обработку волокна контролируют и наполнители и разрыхлители выбирают так, чтобы полотно имело соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии более чем 30%.
33. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по п.32, в котором полученное через пульпу бумагообразующее волокно обрабатывают разрыхлителем одновременно с получением волокна.
34. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по любому из пп.27-31, в котором полученное через пульпу бумагообразующее волокно обрабатывают разрыхлителем одновременно с получением волокна.
35. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по п.33, дополнительно включающий в себя размельчение массы полученного через пульпу бумагообразующего волокна, в котором полученное через пульпу бумагообразующее волокно обрабатывают композицией разрыхлителя перед размельчением массы полученного через пульпу бумагообразующего волокна.
36. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по любому из пп.27-31, дополнительно включающий в себя размельчение массы полученного через пульпу бумагообразующего волокна, в котором полученное через пульпу бумагообразующее волокно обрабатывают композицией разрыхлителя перед размельчением массы полученного через пульпу бумагообразующего волокна.
37. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по п.33, в котором полученное через пульпу бумагообразующее волокно предварительно обрабатывают разрыхлителем перед его смешением с фибриллированным регенерированным целлюлозным микроволокном.
38. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по любому из пп.27-31, в котором полученное через пульпу бумагообразующее волокно предварительно обрабатывают разрыхлителем при концентрации более чем 2%.
39. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по п.27, в котором полученное через пульпу бумагообразующее волокно обрабатывают с разрыхлителем при концентрации в пределах от около 3 до приблизительно 8%.
40. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по любому из пп.27-31, в котором указанное фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно имеет плотность волокон более чем 200 млн волокон/г.
41. Способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна по любому из пп.27-31, дополнительно включающий введение в полотно агента, повышающего прочность в мокром состоянии, включающего карбоксиметилцеллюлозу и полиамидамин-эпигалогидрин, и композицию разрыхлителя, включающую неионное амфифильное соединение и соединение четвертичного аммония, где агент и количества агента, повышающего прочность в мокром состоянии, и разрыхлителя выбирают так, чтобы соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии составляло более чем 35%.
| US 2003056916 А1, 27.03.2003 | |||
| US 6602386 B1, 05.08.2003 | |||
| US 6153136 A, 28.11.2000 | |||
| US 2002036070 A1, 28.03.2002 | |||
| RU 2004122699 A, 20.04.2005 | |||
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИГИЕНИЧЕСКИХ БУМАЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ГАЗЕТНОЙ МАКУЛАТУРЫ (ВАРИАНТЫ), ГИГИЕНИЧЕСКОЕ БУМАЖНОЕ ИЗДЕЛИЕ И ЦЕЛЛЮЛОЗНОЕ ВОЛОКНО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИГИЕНИЧЕСКИХ БУМАЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ (ВАРИАНТЫ) | 1995 |
|
RU2127343C1 |
| ЛИОЦЕЛЬНОЕ ВОЛОКНО, СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА, БУМАГА И ГИДРОПЕРЕПЛЕТЕННЫЙ МАТЕРИАЛ | 1995 |
|
RU2144101C1 |
| АБСОРБИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ И АБСОРБИРУЮЩИЙ ПРОДУКТ ОДНОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 1997 |
|
RU2183648C2 |
