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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft die Technik
der Papierherstellung und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung
eines Papierblattes, das eine erhöhte Dehnung quer zur Maschinenrichtung
aufweist.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die Dehnung eines Papierblattes quer
zur Maschinenrichtung (CD) ist ein wichtiges Merkmal oder eine wichtige
Eigenschaft. In Abhängigkeit
von der Anwendung, zu der das Papierblatt gebracht wird, kann diese
Eigenschaft von bedeutender Wichtigkeit sein. Ähnlich dazu hat diese Eigenschaft
eine bedeutende Auswirkung auf die Behandlungsfähigkeit des Blattes im Verlauf
von Umwandlungsvorgängen
und könnte
für solche
Vorgänge
von bedeutender Wichtigkeit sein. Tissueprodukte, wie z. B. Gesichts-
und Toilettentissue und Handtuchprodukte sind Papierarten, bei denen
CD-Dehnung ein wichtiges Merkmal ist. Daher kann es erstrebenswert
sein, das Maß an
CD-Dehnung gegenüber
jenem zu erhöhen,
das durch herkömmliche
Verfahren erreicht wird und in herkömmlichen Blättern zu finden ist. Zum Beispiel
kann ein gekrepptes, zweilagiges Tissue eine CD-Dehnung von 4–5% aufweisen.
Diese Werte an CD-Dehnung sind in durchluftgetrockneten, ungekreppten
Tissues, wie z. B. jenen, die im gemeinsam übertragenen US-A-5,607,551
offenbart sind, auf etwa 14% für
das Basisblatt erhöht
worden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bietet
eine Verbesserung bei Papierherstellungsverfahren und Produkten
durch Bereitstellen eines Verfahrens, um ein Papiertissueprodukt
mit verbesserter CD-Dehnung zu erhalten. Somit können zum Beispiel Tissueprodukte,
wie z. B. Tissuehandtücher,
Etiketten oder Taschenpapier, von dieser Erfindung profitieren.
Ein besonders nützliches
Beispiel für
ein solches Produkt der vorliegenden Erfindung wäre ein dehnbares Etikett mit
einem hohen Grad an CD-Dehnung zur Verwendung auf einer zusammendrückbaren
Verpackung, wie z. B. einer Ketchupflasche. Das Verfahren umfasst
die Verwendung eines Papierherstellungsstoffes oder -filzes, der
in CD-Richtung dehnbar ist, um einer feuchten Bahn aus Fasern zur
Papierherstellung Dehnung in CD-Richtung zu verleihen, bevor die
Fasern gänzlich
gebunden oder aneinander befestigt werden. Dieses Verfahren führt zu Tissues,
die eine erhöhte
CD-Dehnung aufweisen, die größer als etwa
10 oder größer als
etwa 12% oder größer als etwa
15% oder sogar noch größer sein
kann. Die Erhöhung
der CD-Dehnung stellt einen weiteren Vorteil bereit durch Verringern
der Neigung eines Blattes, in Maschinenrichtung zu reißen.
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Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zur Herstellung eines Tissueproduktes bereitgestellt,
umfassend die Schritte des Bildens einer wässrigen Lösung umfassend Fasern zur Papierherstellung;
Einwirkens der wässrigen
Lösung auf
einen Bildestoff; Entwässerns
der wässrigen
Lösung,
um eine nasse Bahn mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 50 Gewichtsprozent
Feststoffe zu bilden; charakterisiert durch die Schritte des Dehnens
eines quer zur Maschinenrichtung dehnbaren Stoffes in die Quermaschinenrichtung;
Anordnens der nassen Bahn auf den gedehnten, quer zur Maschinenrichtung
dehnbaren Stoff; Entspannens des quer zur Maschinenrichtung dehnbaren
Stoffes und der nassen Bahn in der Quermaschinenrichtung; und Trocknens
der nassen Bahn, um ein Tissueblatt zu bilden.
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Daher kann die vorliegende Erfindung
ein gekrepptes Papierblatt bereitstellen, das eine Schicht Fasern
zur Papierherstellung umfasst und ein Flächengewicht von etwa 8,48 g/m2 (5 Pfund/2880 Quadratfuß) bis 203,5 g/m2 (120
Pfund/2880 Quadratfuß),
eine Stärke
von etwa 0,01 cm (0,004'') bis 0,25 cm (0,100'') aufweist und eine Dehnung quer zur
Maschinenrichtung von mehr als 10% aufweist.
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Als Alternative kann die vorliegende
Erfindung ein weiches Tissueprodukt bereitstellen, das eine oder
mehrere Tissuelagen umfasst und eine Bauschigkeit von etwa 9 Kubikzentimetern
pro Gramm oder mehr und eine MD Max Slope von etwa 10 oder weniger
und eine Dehnung quer zur Maschinenrichtung von mehr als etwa 15%,
18%, 20% oder sogar mehr aufweist.
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In einer noch anderen Ausführungsform kann
die Erfindung ein Tissuepapierblatt bereitstellen, das eine Schicht
Fasern zur Papierherstellung umfasst und ein Flächengewicht von etwa 8,48 g/m2 (5 Pfund/2880 Quadratfuß) bis 203,5 g/m2 (28 Pfund/2880
Quadratfuß),
eine Stärke
von etwa 0,01 cm (0,004")
bis 0,25 cm (0,040")
und eine Dehnung quer zur Maschinenrichtung von mehr als etwa 15% aufweist.
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In einer noch anderen Ausführungsform kann
die Erfindung ein Papierblatt bereitstellen, das wenigstens eine
Schicht aufweist, die Fasern zur Papierherstellung umfasst, und
das eine Dehnung quer zur Maschinenrichtung aufweist, die gleich
oder größer als
seine Dehnung in Maschinenrichtung ist.
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Um ein besseres Verständnis der
Erfindung zu ermöglichen,
wird auf die Zeichnungen und die genaue Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung hingewiesen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Zeichnung, die eine Vorrichtung zur Papierherstellung
und einen Verfahrensablauf darstellt, die nicht mit der vorliegenden
Erfindung übereinstimmen,
sondern zum Zwecke der Veranschaulichung beibehalten wurde.
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1A ist
eine schematische Zeichnung, die eine Modifikation der Vorrichtung
von 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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2 ist
eine schematische Zeichnung, die eine Vorrichtung zur Papierherstellung
und einen Verfahrensablauf mit einem Zylindertrockner darstellt.
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3 ist
eine schematische Zeichnung, die eine Vorrichtung zur Papierherstellung
und einen Verfahrensablauf zur Herstellung von ungekreppten, durchluftgetrockneten
Blättern
darstellt.
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4 ist
ein verallgemeinertes Diagramm eines Kraft-Verlängerungs-Diagramms
für Tissue,
das die Bestimmung der MD Max Slope darstellt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Zeichnung gezeigt,
die eine Papiermaschine und einen Verfahrensablauf zeigt, die nicht
mit der Erfindung übereinstimmen.
Der Einfachheit halber sind die verschiedenen Spannrollen, die schematisch verwendet
werden, um mehrere Stoffläufe
zu definieren, gezeigt, aber nicht nummeriert.
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Diese Art von Papiermaschine kann
verwendet werden, um jede Art von Papier oder Papierprodukten von
leichten Tissues bis zu Schreibpapier und Etikettenpapieren bis
zu schwereren Papieren, wie z. B. mittleren kaschierten Kartons
und Zementsäcken, herzustellen.
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Ein Brei aus Fasern zur Papierherstellung, der
als Rohstofflösung
oder Rohstoff bezeichnet werden kann, wird durch eine Gebläsepumpe,
nicht gezeigt, zu einem Auflaufkasten 1 gepumpt. Der Auflaufkasten
kann ein einzel- oder mehrlagiger sein. Bei Verlassen des Austrittsspaltes
wird der Brei auf einen Bildestoff oder ein Bildegitter 3 bei
oder in der Nähe
der Brustrolle 4 angeordnet, wo dann Wasser aus dem Brei
entfernt wird, um eine nasse Bahn aus Fasern zur Papierherstellung 2 zu
bilden. Die nasse Bahn 2 und der Bildestoff 3 bewegen
sich miteinander in Richtung des Pfeiles 5. Die nasse Bahn 2 wird dann
zu dem CD-dehnbaren
Stoff 7 und dem CD-dehnbaren Stoff 8 übertragen,
wo sie durch die Dehnvorrichtung 6 in CD-Richtung gedehnt
wird. Die nasse Bahn sollte weniger als etwa 40 Feststoffe enthalten,
wenn sie in CD-Richtung gedehnt wird. Nachdem sie gedehnt worden
ist, wird sie zu einem Trocknerabschnitt, zum Beispiel Büchsentrocknern 9, übertragen,
wo sie auf ihre endgültige
Trockenheit getrocknet und dann auf die Spule 10 gewickelt
wird. Jede andere Art von Trocknungsvorrichtung kann verwendet werden.
Eine Nasspresse kann ebenfalls verwendet werden und kann entweder
vor oder nach der Dehnvorrichtung 6 angeordnet werden.
Ebenso kann einer der CD-Dehnstoffe entfernt werden.
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1A stellt
eine alternative und bevorzugte Form des Verfahrens und der Vorrichtung,
die in 1 gezeigt sind,
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. In 1A ist
die CD-Dehnvorrichtung an oder vor dem Punkt angeordnet, wo die
nasse Bahn zum CD-dehnbaren Stoff übertragen wird. Daher wird der
Stoff in CD-Richtung gedehnt, bevor die nasse Bahn darauf angeordnet
wird. Wenn die nasse Bahn auf dem gedehnten CD-dehnbaren Stoff angeordnet worden
ist, wird der Stoff in CD-Richtung entspannt, wodurch die nasse
Bahn in CD-Richtung komprimiert wird.
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Die Dehnvorrichtung kann jede bekannte Technik
zum Steigern der Breite einer sich bewegenden Bahn oder Schicht
anwenden, d. h. zum Dehnen des Stoffes in die Richtung, die quer
zur Bewegungsrichtung ist. Als Beispiel würde eine solche Vorrichtung
einen Abtönrahmen,
eine Aufspannwalze oder eine gekrümmte Walze umfassen. Die Dehnvorrichtung
ist vorzugsweise unmittelbar vor oder am Punkt der Übertragung
für die
nasse Bahn angeordnet. Der CD-dehnbare Stoff kann aus PET- oder
PEEK-Filamenten in Maschinenrichtung und elastischen Filamenten,
wie z. B. Lycra®,
in Querrichtung gewebt werden. Die Dehnvorrichtung dehnt den CD-dehnbaren
Stoff in CD-Richtung, bevor die nasse Bahn darauf angeordnet wird.
Der Stoff kann von etwa 1% bis etwa 15 oder mehr gedehnt werden
und kann vorzugsweise von etwa 5% bis etwa 10% gedehnt werden. Die
nasse Bahn wird auf dem CD-dehnbaren Stoff angeordnet, während der
Stoff im gedehnten Zustand ist. Der gedehnte Stoff wird dann vorzugsweise
rasch entspannt, wodurch der Stoff und die nasse Bahn einander in
der CD-Richtung berühren. Größere oder
geringere Maße
an Dehnung könnten angewendet
werden in Abhängigkeit
von den Bedingungen, die vorherrschen, wenn die Dehnung stattfindet,
wie z. B. Papiertyp, Geschwindigkeit der Maschine, und Feuchtigkeitsgrad
der nassen Bahn, sowie den Ergebnissen, die aus dem Verfahren erreicht werden
sollen. Die nasse Bahn sollte, wenn sie in CD-Richtung komprimiert
ist, etwa 20% bis 40 Feststoffgehalt aufweisen. Die nasse Bahn kann
allerdings auch 50% Feststoffe aufweisen in Abhängigkeit von der Art von Papier
und Rohstoffen, die verwendet werden. Zusätzlich können Wasserentfernungsgeräte, wie
z. B. Saugkästen
oder Gebläsedurchtrockner, beim
oder nahe der Dehnvorrichtung verwendet werden, um die Feuchtigkeit
der nassen Bahn vor, während
und nach dem tatsächlichen
Dehnvorgang und der Übertragung
der Bahn näher
steuern und kontrollieren zu können.
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Es wird nun auf 2 Bezug genommen, wo eine schematische
Darstellung gezeigt ist, die eine Doppelsiebmaschine mit einem Zylindertrockner 12 darstellt.
Der Einfachheit halber sind die verschiedenen Spannrollen, die schematisch
verwendet werden, um mehrere Stoffläufe zu definieren, gezeigt, aber
nicht nummeriert. Diese Art von Papiermaschine ist besonders nützlich,
um Gesichtstissue, Toilettentissue und Handtücher herzustellen. Eine Rohstofflösung wird
durch eine Gebläsepumpe,
nicht gezeigt, zu einem Auflaufkasten 1 gepumpt. Der Auflaufkasten
kann ein einschichtiger oder ein mehrschichtiger Auflaufkasten sein.
Bei Verlassen des Austrittsspaltes wird der Brei zwischen Bildestoffen 3 und 11 ungefähr bei der
Brustrolle 4 angeordnet oder eingespritzt, wo dann Wasser
aus dem Brei entfernt wird, um eine nasse Bahn aus Fasern zur Papierherstellung 2 zu
bilden. Die nasse Bahn 2 und der Bildestoff 3 bewegen
sich gemeinsam in Richtung des Pfeiles 5.
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Der dehnbare Stoff 7 wird
dann durch die Dehnvorrichtung 6 in CD-Richtung gedehnt.
Die nasse Bahn 2 wird dann zum gedehnten in CD-Richtung dehnbaren
Stoff 7 übertragen.
Diese Übertragung kann
durch jede bekannte Übertragungsvorrichtung weiter
unterstützt
werden. Als Beispiel kann die Übertragungsvorrichtung
ein Vakuum-Übertragungsbalken 14 sein.
Die Übertragungsvorrichtung
dient dazu, die nasse Bahn in den dehnbaren Stoff 7 zu
ziehen, damit sie besser durch den gedehnten Stoff gehalten werden
kann. Ein Übertragungsstoff
oder möglicherweise
ein offener Zug, kann zwischen dem Bildestoff 3 und dem
CD-dehnbaren Stoff 7 verwendet werden, um zu ermöglichen,
dass die nasse Bahn während des
Dehnvorganges auf der Oberseite und nicht auf der Unterseite des
dehnbaren Stoffes ist (wie in 2 gezeigt).
Nach der Übertragung
zum CD-dehnbaren Stoff wird der Stoff in CD-Richtung entspannt,
wodurch die nasse Bahn in CD-Richtung komprimiert oder kontrahiert
wird.
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Die nasse Bahn sollte vorzugsweise
weniger als etwa 40 Feststoffe enthalten, wenn sie in CD-Richtung
komprimiert ist, und für
tissueartige Produkte sollte sie vorzugsweise etwa 25% bis etwa 30%
Feststoffe enthalten. Das Blatt wird dann zu einem Zylindertrockner 12 übertragen,
wo es getrocknet wird. Das Blatt wird dann vom Zylindertrockner 12 weg
durch ein Rakelmesser 13 gekreppt und auf eine Spule 10 gewickelt.
Obwohl der Einfachheit halber in der Darstellung ein offener Zug
zwischen dem CD-dehnbaren Stoff und dem Zylindertrockner gezeigt
ist, könnte
ein Übertragungsstoff
an dieser Stelle verwendet werden, wenn nötig.
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Es wird nun auf 3 Bezug genommen, wo eine schematische
Darstellung gezeigt ist, die eine Doppelsiebmaschine mit einem Durchlufttrockner 15 darstellt.
Der Einfachheit halber werden die verschiedenen Spannrollen, die
schematisch verwendet werden, um mehrere Stoffläufe zu definieren, gezeigt, aber
nicht nummeriert. Es versteht sich von selbst, dass Abänderungen
an der dargestellten Vorrichtung und dem dargestellten Verfahren
vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen, zum Beispiel
können
ein zusätzlicher Übertragungsstoff
oder offene Züge
verwendet werden. Diese Art von Papiermaschine ist besonders nützlich,
um Tissues wie jene herzustellen, die in US-A-5,607,551 offenbart
sind.
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Eine Rohstofflösung wird durch eine Gebläsepumpe,
nicht gezeigt, zu einem Auflaufkasten 1 gepumpt. Bei Verlassen
des Austrittsspaltes wird der Brei zwischen die Bildestoffe 3 und 11 ungefähr bei der
Brustrolle 4 eingespritzt, wo dann Wasser aus dem Brei
entfernt wird, um eine nasse Bahn aus Fasern zur Papierherstellung 2 zu
bilden. Die nasse Bahn 2 und der Bildestoff 3 bewegen
sich gemeinsam in Richtung des Pfeils 5.
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Der dehnbare Stoff 7 wird
in CD-Richtung gedehnt durch die Dehnvorrichtung 6. Die
nasse Bahn 2 wird dann vom Bildestoff 3 zum gedehnten, CD-dehnbaren
Stoff 7 übertragen,
der mit einer geringeren Geschwindigkeit wandert als der Bildestoff, um
der Bahn erhöhte
Dehnung zu verleihen. Diese Übertragung
wird mit Hilfe eines Vakuumbalkens 14 und eines fixen Spaltes
oder Raumes zwischen dem Bildestoff und dem CD-dehnbaren Stoff durchgeführt. Der
CDdehnbare Stoff wird dann in CD-Richtung entspannt.
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Es ist bevorzugt, dass die nasse
Bahn weniger als etwa 50 Feststoffe enthält, wenn sie in CD-Richtung
komprimiert ist, und insbesondere für tissueartige Produkte etwa
25 bis etwa 30% Feststoffe enthält,
wenn sie komprimiert ist. Die nasse Bahn wird dann zu einem Durchtrocknerstoff 16 übertragen,
der die Bahn um den Durchlufttrockner 15 trägt, wo zusätzliches
Wasser entfernt wird. Das Blatt wird dann auf die Spule 10 gewickelt.
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In der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, erfüllt der
CD-dehnbare Stoff den doppelten Nutzen der Verbesserung sowohl der
Dehnung in Maschinenrichtung durch den Geschwindigkeitsunterschied
zwischen den zwei Stoffen als auch der Dehnung quer zur Maschinenrichtung
durch das CD-Dehnen.
Es wird davon ausgegangen, dass diese Zwecke in einer Abänderung
des Verfahrens, das in 3 gezeigt
ist, durch verschiedene Stoffe erreicht werden können.
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Im Allgemeinen kann die Anordnung
der Stoffläufe
und der Vorrichtung der Verfahren und Maschinen, die in den Figuren
dargestellt ist, verändert werden,
um den jeweiligen Anforderungen einer bestimmten Papiermühle, Maschine
oder eines bestimmten Verfahrens gerecht zu werden, ohne vom Geist
der Erfindung abzuweichen. Das gilt besonders für das nachträgliche Umrüsten einer
bestehenden Papiermaschine, um die vorliegende Erfindung anzuwenden.
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Der Umwandlungsvorgang, das Basisblatt von
der Spule zum fertigen Papierblatt oder Produkt zu bringen, verringert
oft die CD-Dehnung des fertigen Produktes im Vergleich zum Basisblatt.
Solche Umwandlungsvorgänge
können
zum Beispiel Spulen, Zurückspulen,
Kalandrieren, Verzwirnen, Falten, Versäubern, Schneiden, Drucken,
Prägen
oder Verpacken sein. Daher stellt die erhöhte CD-Dehnung, die durch die
vorliegende Erfindung erreicht wird, fertige Papierprodukte bereit,
die CD-Dehnungen aufweisen, die früher nur in einem Basisblatt
erreicht wurden. Zum Beispiel können
fertige Tissueprodukte mit einer CD-Dehnung von mehr als etwa 4
oder mehr als etwa 5% oder mehr als etwa 7% oder mehr als etwa 9%
oder sogar noch mehr erreicht werden.
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MD Max Slope ist die maximale Steigung
des Kraft-Verlängerungs-Diagramms
für Tissue
in Maschinenrichtung. Die Einheiten für MD Max Slope sind Kilogramm
pro 3 Inch (7,62 Zentimeter). 4 ist
ein verallgemeinertes Kraft-Verlängerungs-Diagramm
für ein
Tissueblatt, das die Bestimmung der MD Max Slope darstellt. Wie
gezeigt werden zwei Punkte P1 und P2, deren Abstand zum Zwecke der Darstellung übertrieben
dargestellt ist, ausgewählt, die
entlang des Kraft-Verlängerungs-Diagramms
liegen. Das Zugprüfgerät wird so
programmiert (GAP [General Applications Program], Version 2,5, Systems
Integration Technology Inc., Stoughton, MA; eine Abteilung von MTS
Systems Corporation, Research Triangle Park, NC), dass es eine lineare
Regression für
die Punkte berechnet, die von P1 zu P2 genommen werden. Die Berechnung
wird wiederholt über
die Kurve vorgenommen durch Anordnen der Punkte P1 und P2 auf regelmäßige Weise
entlang der Kurve (nachfolgend beschrieben). Der höchste Wert
dieser Berechnungen ist Max Slope und wird, wenn sie auf der Maschinenrichtung
der Probe durchgeführt
werden, als MD Max Slope bezeichnet.
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Das Zugprüfprogramm sollte so eingerichtet werden,
dass fünfhundert
Punkte wie P1 und P2 über eine
Verlängerungsspanne
von zweieinhalb Inch (63,5 mm) genommen werden. Dadurch wird eine ausreichende
Zahl von Punkten bereitgestellt, um im Wesentlichen jede beliebige
praktische Verlängerung der
Probe zu übersteigen.
Mit einer Laufholmgeschwindigkeit von zehn Inch pro Minute (254 mm/min) überträgt sich
das in einen Punkt alle 0,030 Sekunden. Das Programm errechnet Steigungen zwischen
diesen Punkten, indem der 10. Punkt als Anfangspunkt (zum Beispiel
P1) gesetzt wird, dreißig Punkte
zum 40. Punkt (zum Beispiel P2) gezählt werden und eine lineare
Regression auf diesen dreißig Punkten
durchgeführt
wird. Es speichert die Steigung dieser Regression in einem Datenfeld.
Das Programm zählt
dann zehn Punkte bis zum 20. Punkt (der P1 wird) hinauf und wiederholt
den Vorgang abermals (zählt
dreißig
Punkte bis zu dem, was der 50. Punkt wäre (der P2 wird), berechnet
die Steigung und speichert sie in dem Datenfeld). Dieser Vorgang dauert über die
gesamte Länge
des Blattes an. Die Max Slope wird dann als höchster Wert aus diesem Datenfeld
gewählt.
Die Einheiten von Max Slope sind kg pro 7,62 cm (drei Inch) Probenbreite.
(Zug ist selbstverständlich
dimensionslos, da die Länge
der Verlängerung
durch die Länge
der Backenspanne dividiert wird. Diese Berechnung wird vom Prüfmaschinenprogramm
berücksichtigt.)