ОПОРНЫЙ СЕРДЕЧНИК ДЛЯ БУМАЖНОГО РУЛОНА Российский патент 2014 года по МПК B65H75/10 A47K10/16 

Область ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПРЕДЛАГАЕМОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Предлагаемое изобретение относится к сердечнику, пригодному для использования в качестве опоры для рулона бумаги, в частности, туалетной бумаги.

Предпосылки СОЗДАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В данной области известно использование бумаги бытового применения, в частности туалетной бумаги и бумажных кухонных полотенец в виде рулонов. Такие рулоны получают путем наматывания бумажной полосы вокруг сердечника, который обычно изготовлен из картона.

Выбор картона в качестве материала для такого сердечника - это результат компромисса, который производители пытаются найти между устойчивостью материала к механическим напряжениям, имеющим место в процессе изготовления, и желанием уменьшить стоимость конечного продукта. Дело в том, что такие сердечники в процессе изготовления подвергаются различным механическим напряжениям: при прохождении через узел наматывания, при упаковке рулонов в пакеты, при укладке пакетов на поддоны для транспортировки. Материал таких сердечников должен иметь, в частности, достаточную жесткость, чтобы выдерживать нагрузки и силы, которые действуют на рулоны в процессе их производства и дальнейшего распространения. Если материал сердечника не имеет достаточной прочности, то из-за него рулон подвергнется деформации, или даже произойдет коллапс штабеля рулонов на поддоне. Следовательно, это весьма негативно повлияет на качество получаемого продукта или на всю выходящую продукцию.

Картон - это решение, идеально удовлетворяющее требованиям. Еще одно достоинство картона состоит в том, что он недорог.

Однако от такого картонного сердечника непросто избавиться, в то время как желательно, чтобы его можно было просто выбрасывать в унитаз.

Конечный потребитель давно привык выбрасывать использованную туалетную бумагу в унитаз и избавляться от нее путем смывания в канализацию. Обычно это не приводит к засорению канализационной трубы, так как называемый туалетной бумагой целлюлозный волокнистый материал легко и быстро распадается (обладает способностью к дезинтеграции) в присутствии воды.

Однако после того, как туалетная бумага в рулоне закончится, то же самое недопустимо проделывать с картонным сердечником. Дело в том, что картон гораздо в меньшей степени абсорбирует воду, нежели туалетная бумага. В воде он распадается очень медленно, и если, бросив в него картонный сердечник, сразу произвести смыв, то произойдет засорение канализационной трубы.

Цель ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поэтому целью предлагаемого изобретения является решение вышеуказанной проблемы, в частности, путем создания сердечника, который бы легко распадался (обладал способностью к дезинтеграции) в воде.

Краткое ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для достижения этой цели предлагаемым изобретением предусматривается создание сердечника, пригодного в качестве опорного элемента для бумажного рулона, в частности, рулона туалетной бумаги, характеризующегося тем, что он получен путем закругления по меньшей мере одной ленты из целлюлозного волокнистого материала, при этом упомянутая лента из целлюлозного волокнистого материала содержит водорастворимый связующий материал в количестве по меньшей мере 0,51 г на 1 г целлюлозных волокон, при этом упомянутый водорастворимый связующий материал придает упомянутой ленте из целлюлозного волокнистого материала жесткость и способность к дезинтеграции.

Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, упомянутая лента из целлюлозного волокнистого материала содержит не более 1,5 г упомянутого водорастворимого связующего материала на 1 г целлюлозных волокон.

В предпочтительных вариантах осуществления предлагаемого изобретения лента содержит по меньшей мере два слоя целлюлозного волокнистого материала, соединенных между собой посредством упомянутого водорастворимого материала, при общем количестве слоев не более 24, в частности, при общем количестве слоев от трех до восьми.

Этот результат получен при использовании водорастворимого связующего материала, содержащего крахмал и, возможно, клей, применяемый в виде водных растворов.

Плотность слоев составляет от 15 г/м² до 80 г/м².

Кроме того, предлагаемое изобретение относится к способу изготовления описанного выше сердечника, включающему следующие операции:

(а) обеспечение наличия первой ленты из целлюлозного волокнистого материала, содержащей по меньшей мере один слой,

(б) обеспечение наличия второй ленты из целлюлозного волокнистого материала, содержащей по меньшей мере один слой,

(в) нанесение на первую ленту водорастворимого связующего материала, при этом упомянутый водорастворимый материал находится в увлажненном состоянии,

(г) соединение и сдавливание первой ленты со второй лентой с образованием при этом третьей ленты, в которой слои соединены с помощью водорастворимого связующего материала,

(д) сушка третьей ленты,

(е) винтообразное закругление (сворачивание) третьей ленты самой на себя или с четвертой лентой, с введением связующего вещества, в виде полой трубки,

(ж) отрезание участка полученной трубки, образующего сердечник.

В зависимости от желаемых прочности и жесткости, к третьей ленте может быть добавлена новая лента из целлюлозного волокнистого материала, в результате чего получается новая третья лента, и эта операция может быть повторена необходимое число раз, пока не будет получена лента, удовлетворяющая требованиям жесткости. Поэтому третья лента может содержать от трех до 24 слоев.

Упомянутая четвертая лента может быть идентична третьей ленте, или же может содержать по меньшей мере два слоя целлюлозного волокнистого материала, соединенных вместе с помощью водорастворимого связующего материала.

Таким образом, предлагаемое изобретение пригодно для получения сердечника, имеющего механическую жесткость, удовлетворяющую условиям практического применения, и значительно усиленной способностью к дезинтеграции в воде по сравнению с картонным сердечником, так что сердечник согласно предлагаемому изобретению можно выбрасывать прямо в унитаз без риска засорения канализационной трубы.

Одно из преимуществ сердечника согласно предлагаемому изобретению состоит в том, что его предел прочности на боковое сжатие и предел прочности на торцевое сжатие выше, чем у известных сердечников, изготовленных из картона.

Другие преимущества и признаки предлагаемого изобретения станут более понятны из дальнейшего подробного описания, в котором рассматривается один из вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 схематично показано поперечное сечение ленты из целлюлозного волокнистого материала, из которой получают сердечник согласно предлагаемому изобретению.

На фиг.2 схематично изображена установка для получения ленты из целлюлозного волокнистого материала, показанной на фиг.1.

Подробное ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения, основой водорастворимого материала является крахмал или поливиниловый спирт.

Крахмал содержится в натуральных продуктах растительного происхождения, таких как пшеница, кукуруза, картофельный или рисовый крахмал, а также в тапиоке, сорго и других продуктах и состоит из высокомолекулярных полимеров или полисахаридов. В контексте предлагаемого изобретения в понятие «крахмал» включаются также продукты, производные от натурального крахмала, претерпевшие физическую обработку, например, нагревание, физико-химическую обработку или биологическую обработку, например, ферментную обработку, полученные из производных или модифицированных крахмалов, таких как катионные крахмалы, анионные крахмалы, амфотерные крахмалы, неионные крахмалы или сшитые крахмалы, а также продукты, получаемые при гидролизе крахмала, такие какдекстринмальтозы.

Лента из целлюлозного волокнистого материала содержит некоторую совокупность целлюлозно-волокнистых слоев, плотность каждого из которых составляет от приблизительно 15 г/м² до приблизительно 80 г/м², предпочтительно - от приблизительно 20 г/м² до приблизительно 40 г/м².

На фиг.1 схематично показана структура экземпляра ленты из целлюлозного волокнистого материала, предназначенной для изготовления сердечника согласно предлагаемому изобретению.

Эта структура составлена из четырех сложенных в стопку слоев Сn: от С1 до С4, состоящих из целлюлозного волокна и соединенных вместе с помощью водорастворимого связующего материала, образующего три адгезивных слоя С'n: от С'1 до С'3.

Базовая плотность (масса одного квадратного метра) каждого из состоящих из целлюлозного волокна слоев Сn составляет 34 г/м².

В рассматриваемом примере каждый из водорастворимых адгезивных слоев С'n образован частично из смеси водного адгезива, основанного на поливиниловом спирте и полиэтиленгликоле, такого как SWIFT® L998/4, который можно приобрести у компании FORBO, и картофельного крахмала, такого как AMYLOGUM CLS®, который можно приобрести у компании AVEBE, при этом можно использовать только картофельный крахмал, такой как AMYLOGUM CLS®.

Вообще говоря, что касается водорастворимого материала, то в дополнение к крахмалу может факультативно использоваться небольшое, менее 2%, количество водорастворимого материала-адгезива.

Количество (вес) адгезива и крахмала в каждом из слоев С'n указано в приводимой ниже таблице для трех количественных соотношений между водорастворимым материалом и целлюлозным волокном: 0,58 г/г, 0,91 г/г и 1,13 г/г.

Затем внешние стороны этой ленты покрывали не содержащим адгезива крахмальным раствором того же типа, что и использовавшийся в адгезивных слоях С'n для получения слоев С'4 и С'5.

Затем эту ленту сворачивали по винтовой линии, наматывая на цилиндр с помощью технологии, известной из уровня техники, с другой лентой, полученной подобным образом, в результате чего получали сердечник, называемый двухвитковым сердечником, при этом каждая лента образует один виток.

Полученный таким образом сердечник подвергали ряду тестов с целью оценки его механической прочности и способности к дезинтеграции.

Подобные тесты были проведены также по отношению к известному имеющемуся на рынке картонному сердечнику, имеющему те же размеры по толщине и длине, что и сердечник согласно предлагаемому изобретению, и образованному из одной ленты, имеющей базовую массу приблизительно 280 г/м².

Тест на сжатие

Прочность на боковое и торцевое сжатие сердечника измерялась с помощью следующего способа.

Сердечник, подлежащий тестированию, сначала нарезали на цилиндрические участки, ограниченные двумя противолежащими поверхностями, перпендикулярными оси цилиндра, при этом длина каждого цилиндрического участка составляла 50 мм в направлении, параллельном этой оси.

Затем такой цилиндрический участок помещали между двумя металлическими пластинами динамометра, при этом упомянутые пластины были параллельны, и расстояние между ними первоначально было несколько больше, чем длина тестируемого цилиндрического участка в случае измерения прочности сердечника на торцевое сжатие, и равно его диаметру в случае измерения прочности сердечника на боковое сжатие.

При измерении прочности сердечника на торцевое сжатие цилиндрический участок размещали таким образом, чтобы ось цилиндра была перпендикулярна плоскости, образованной одной или другой металлической пластиной.

Сопротивление, оказываемое сердечником, измеряли до его максимального значения, то есть до самого момента необратимого разрушения сердечника.

При измерении прочности сердечника на боковое сжатие цилиндрический участок размещали таким образом, чтобы ось цилиндра была параллельна плоскости, образованной одной или другой металлической пластиной.

Затем этот цилиндрический участок зажимали между упомянутыми двумя металлическими пластинами, и измерения осуществляли для двух расстояний сжатия: 13 мм/мин и 15 мм, при которых регистрировалась сила сопротивления.

Как видно из приведенной выше таблицы, прочность сердечника согласно предлагаемому изобретению на боковое сжатие больше, чем этот параметр у аналогичного картонного сердечника, известного из уровня техники.

Известно, что основные напряжения, испытываемые сердечником при его производстве и распределении, - это боковые напряжения, поэтому можно считать, что сердечник согласно предлагаемому изобретению полностью удовлетворяет предъявляемым в этом отношении требованиям.

Что касается прочности сердечника согласно предлагаемому изобретению на торцевое сжатие, то она тоже больше, чем этот параметр у аналогичного картонного сердечника, известного из уровня техники. В отношении напряжений, испытываемых при хранении, сердечник согласно предлагаемому изобретению также полностью удовлетворяет требованиям.

Тест на дезинтеграцию

Способность сердечника к дезинтеграции измерялась в соответствии со стандартом NF Q34-020 при перемешивании.

Было установлено, что почти полная дезинтеграция сердечника согласно предлагаемому изобретению происходит по меньшей мере в пять раз скорее, чем дезинтеграция известного из уровня техники аналогичного картонного сердечника, изготовленного из одной ленты, базовая плотность которой составляла 280 г/м², как при перемешивании, так и без перемешивания.

Было установлено также, что дезинтеграция сердечника согласно предлагаемому изобретению в воде начиналась по меньшей мере в три раза скорее, чем дезинтеграция известного из уровня техники аналогичного картонного сердечника, полученного путем наматывания одной ленты из картона, имеющего базовую плотность 280 г/м².

В контексте предлагаемого изобретения под аналогичным сердечником, известным из уровня техники, понимается сердечник, имеющий практически тот же диаметр и ту же длину, что и сердечник согласно предлагаемому изобретению.

Тест на удаление в канализацию

Сердечник помещали в бытовую систему удаления, образованную унитазом, соединенным с канализационной трубой, общая длина которой составляла 18 м.

С помощью обычной системы водяного смыва в унитаз выпускали некоторое количество воды с целью смыва из унитаза сердечника и перемещения его по всей длине 18-метровой канализационной трубы.

Количество требуемой для этого воды измеряли как для сердечника согласно предлагаемому изобретению, так и для известного из уровня техники аналогичного картонного сердечника, образованного из одной ленты, имеющей базовую плотность 280 г/м².

В случае сердечника согласно предлагаемому изобретению для его смыва и прогона его от унитаза по всей 18-метровой трубе потребовалось приблизительно 15 л воды.

Что же касается известного из уровня техники аналогичного картонного сердечника, то его прохождения по всей 18-метровой трубе не произошло даже после вливания 50 л воды.

На фиг.2 схематично проиллюстрирована установка для получения ленты из целлюлозного волокна, из которой изготавливается сердечник согласно предлагаемому изобретению.

Первая лента 10 из абсорбирующей бумаги, составляющая один слой, подается с первого валика 10А на калибровочный узел. Упомянутый калибровочный узел содержит гравированный валик 1, погруженный в калибровочный раствор 2, который основан на водном адгезиве и крахмале и содержится в резервуаре 3, при этом упомянутый валик 1 выполнен с возможностью последовательного переноса упомянутого калибровочного раствора на аппликаторный валик 4.

В процессе прохождения первой ленты 10 аппликаторный валик 4 находится в контакте с одной из наружных поверхностей упомянутой ленты 10 с целью нанесения на эту поверхность адгезивного слоя.

Как только адгезив наложен, первая лента 10 подвергается прижиманию ко второй ленте 20 из однослойной абсорбирующей бумаги, которая подается со второго валика 20А, так что адгезивный слой оказывается заключенным между первой лентой 10 и второй лентой 20. Прижимной узел содержит гладкий стальной валик 5 и валик 6, выполненный из эластомера, твердость которого по Шору А составляет 95, при этом упомянутые валики 5 и 6 отделены друг от друга с образованием зоны зажима 7, сквозь которую проходят первая лента 10 и вторая лента 20.

В результате имеет место образование на выходе прижимного узла третьей ленты 30, при этом упомянутая третья лента 30 содержит два наружных слоя из абсорбирующей бумаги и один внутренний адгезивный слой.

Упомянутая третья лента 30 затем подвергается горячей сушке при температуре 140°С путем пропускания ее через узел каландрирования 8, образованный из двух нагревательных валиков, и, наконец, свивается в форме третьего валика 30А.

В зависимости от количества слоев, которое в конечном счете должна иметь лента из абсорбирующей бумаги, может возникнуть необходимость в использовании этого третьего валика 30А вместо первого валика 10А и/или второго валика 20А и повторении описанных выше стадий процесса. Таким образом, вышеописанная операция может повторяться столько раз, сколько необходимо для получения ленты из абсорбирующей бумаги, имеющей в точности желаемое количество слоев.

Затем, используя дополнительный узел нанесения покрытия (не показан), на каждую из наружных поверхностей полученной ленты наносится покрытие из одного или большего количества слоев, основанных на крахмале, благодаря чему ей придается дополнительная жесткость.

Накрахмаленная таким образом лента составляет основной материал для получения сердечника. Сердечник этого типа обычно получают путем винтовой намотки одной или большего количества лент на вал. В результате образуется полая трубка, которую затем нарезают на секции одинаковой длины, при этом каждая полученная секция образует сердечник согласно предлагаемому изобретению.

Вместо способа, описанного выше, возможно также такое решение, при котором одновременно осуществляется намотка некоторой совокупности лент из абсорбирующей бумаги с помощью наматывающего устройства, содержащего столько питающих узлов, сколько лент должно подвергаться намотке, при этом количество лент соответствует количеству слоев из целлюлозных волокон, подлежащих включению в сердечник.

В зависимости от требуемой механической прочности, особенно прочности на сжатие, которую требуется обеспечить для сердечника, и его способности к более или менее легкой и быстрой дезинтеграции, имеется возможность варьировать количество слоев абсорбирующей бумаги, используемой для образования каждой из лент, и общее количество крахмала, которым пропитывается каждая из лент.

В частности, одно из идеальных решений состоит в использовании слоев абсорбирующей бумаги в количестве от двух до 24, предпочтительно - от трех до восьми слоев абсорбирующей бумаги.

Кроме того, лента пропитана основанным на крахмале водорастворимым материалом в соотношении по меньшей мере 0,51 г крахмала на один грамм целлюлозного волокна.

Изобретение относится к области производства гигиенических изделий и может применяться при изготовлении бумажных рулонов. Сердечник для рулона бумаги выполнен путем винтовой намотки, по меньшей мере, одной ленты. Лента содержит целлюлозное волокно и водорастворимый материал. Водорастворимый материал предназначен для придания ленте жесткости и способности к дезинтеграции. Достигается необходимая механическая прочность сердечника. Обеспечивается возможность простой утилизации за счет быстрого распада сердечника в воде. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Сердечник, пригодный в качестве опоры для рулона бумаги, в частности, туалетной бумаги, характеризующийся тем, что он выполнен путем винтовой намотки по меньшей мере одной ленты из целлюлозного волокна, содержащей по меньшей мере 0,51 г водорастворимого материала на один грамм целлюлозного волокна, при этом упомянутый водорастворимый материал предназначен для придания ленте из целлюлозного волокна жесткости и способности к дезинтеграции.

2. Сердечник по п.1, в котором лента из целлюлозного волокна содержит не более 1,5 г водорастворимого материала на один грамм целлюлозного волокна.

3. Сердечник по п.1, в котором упомянутая лента содержит по меньшей мере два слоя (Сn) из целлюлозного волокна, соединенных вместе слоями (С'n) упомянутого водорастворимого материала.

4. Сердечник по п.3, в котором лента содержит от двух до 24 слоев из целлюлозного волокна, предпочтительно - от трех до восьми слоев.

5. Сердечник по п.1, в котором водорастворимый материал содержит крахмал.

6. Сердечник по п.5, в котором водорастворимый материал дополнительно содержит адгезив на водной основе.

7. Сердечник по любому из пп.1-6, в котором слои из целлюлозного волокна имеют базовую плотность от 15 г/м² до 80 г/м².

8. Способ изготовления сердечника, включающий следующие стадии:
(а) обеспечение наличия первой ленты из целлюлозного волокнистого материала, содержащей по меньшей мере один слой,
(б) обеспечение наличия второй ленты из целлюлозного волокнистого материала, содержащей по меньшей мере один слой,
(в) нанесение на первую ленту водорастворимого материала, находящегося в увлажненном состоянии,
(г) соединение и сдавливание первой ленты со второй лентой с образованием при этом третьей ленты, в которой слои соединены с помощью водорастворимого материала,
(д) сушка третьей ленты,
(е) винтообразное сворачивание третьей ленты самой на себя или с четвертой лентой, с введением адгезивного вещества, в виде полой трубки, (ж) отрезание участка полученной трубки с образованием сердечника.

9. Способ по п.8, в котором ленту из целлюлозного волокна соединяют с третьей лентой для получения новой ленты, и повторяют эту операцию до получения ленты из целлюлозного волокна, имеющей желаемую базовую плотность.

10. Способ по п.8, в котором четвертая лента идентична третьей ленте или содержит по меньшей мере два слоя, соединенных вместе посредством водорастворимого материала.