專利名稱：功能特性得以改善的層片狀薄紙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄紙，具體地說是涉及具有多個層片的薄紙。
薄紙在日常生活中應(yīng)用很普遍。薄紙一般用作浴巾紙、面巾紙以及紙毛巾。薄紙典型地由纖維素和纖維制成，纖維可采用各種類型的制漿工藝由各種落葉木和針葉木制得。也可以采用再生和合成纖維。
薄紙需具備一些特性，主要需符合三個標(biāo)準(zhǔn)以使消費(fèi)者能夠接受與厚度和密度性能成反比的膨松度、強(qiáng)度和柔軟度。柔軟度和強(qiáng)度一般通過輔絮包含薄紙的纖維來達(dá)到最佳值，而膨松度以其它方式來獲得，例如按1987年1月20日授予Trokhan的，與本申請具有共同受讓人的美國專利4,637,859所描述的那樣將濕態(tài)原胚紙幅模壓到光聚合帶中，該專利公開的內(nèi)容在此作為參考被引證。
在現(xiàn)有技術(shù)中，同時需將這種纖維素纖維均勻摻混并在造紙過程中將這種纖維鋪絮成層。特別是，在現(xiàn)有技術(shù)中，在造紙過程中需多次將各種類型的纖維分離成各個層片。
這里所用的“層片”一詞指的是在造紙機(jī)器的濕端形成的纖維薄層，它與相鄰的薄層不同。區(qū)別可包括主要纖維種類，還可包括化學(xué)處理、制漿或其它因素，這些因素影響纖維薄層的性能。
層片一般沉積在成形網(wǎng)上。進(jìn)一步說，一個層片指的是一般重疊在一個或多個不同的薄層上的單個的纖維薄層，并且該單個的纖維薄層與其它薄層一起沉積在共同的成形網(wǎng)上。沉積可通過將每個層片沉積在裂口型網(wǎng)前箱的不同通道來實(shí)現(xiàn)。或者，層片可從不同的網(wǎng)前箱出來然后沉積在共同的成形網(wǎng)上。
另一種確定紙是否為分層的方法是分析紙整個厚度的各個區(qū)域。最好是包括分析紙的相對兩面的各個區(qū)域和在紙的相對面間的一些區(qū)域。
可如公知的那樣，用膠帶在紙整個厚度范圍內(nèi)的不同區(qū)域，在任一面或兩面分離一些纖維，然后分析粘在膠帶上的纖維的種類、化學(xué)處理、制漿以及其它影響紙的性能的其它因素。
如果1)紙的給定區(qū)域的纖維至少有25％與在紙的厚度內(nèi)處于不同位置的其它區(qū)域的占多數(shù)的纖維不同，則認(rèn)為紙是分層的；或者2)紙是按上面描述的那樣采用從一個裂口型網(wǎng)前箱或多于一個網(wǎng)前箱中排出，然后沉積到共有成形網(wǎng)上制成的，則認(rèn)為紙是分層的。
相反，“層”指的是一個層板，在從成形件上剝離后具有一個或多個層片。一個層繼而可與其它層結(jié)合、如所述那樣壓花等。
1959年4月14日授予Thomas等人的美國專利2,881,669公開了一種具有三個層片的紙。三個層片為短纖維中央層片和兩個長纖維外罩層片。據(jù)稱這種安排可提高強(qiáng)度并能減少層的分離。據(jù)1979年8月28日授予Dunning等人的美國專利4,166,001所述，紙在起縐過程中會撕裂而發(fā)生層片分離，即分離成層片。Dunning等人公開了一種具有三個層片的紙，該紙具有弱粘合纖維的中央層片和強(qiáng)粘合纖維的兩個外罩層。1980年9月30日授予Kearney等人的，與本申請有共同受讓人的美國專利4,225,382也公開了層可分離的紙。Kearney等人公開的具有三個層片的紙中，兩個由較好粘合的纖維構(gòu)成的層片由中間的短纖維層片分隔開。
1976年11月30日授予Morgan,Jr.等人的，與本申請有共同受讓人的美國專利3,994,771將分層的紙的概念延伸至穿透氣體干燥的紙。
以Jujo名義于1993年3月10日公開的歐洲專利申請0531112A1公開了一種三層片手紙。這種紙的中央層片基本上為100％的木漿，外罩層片為木漿與人造纖維漿液按重量比40-80∶60-20混合。據(jù)稱這種安排可提供強(qiáng)度較高、可吸濕的手紙，并且該手紙也可被水沖解。
1992年2月11日授予Awofeso等人的美國專利5,087,324公開了一種具有兩層，每層具有兩個層片的紙毛巾，該紙毛巾有兩個外層片和兩個內(nèi)層片。兩個外層片為軟木牛皮紙與硬木牛皮紙的摻混，兩個內(nèi)層為高膨松度纖維或預(yù)熱法木片化學(xué)磨木漿(chemi-thermomechanical pulp)。
典型地，現(xiàn)有技術(shù)中采用具有兩個層片的紙，兩個層片結(jié)合在一起形成兩層疊層。但是，具有兩個層片的紙，即使具有兩疊層仍不能根據(jù)需要自由優(yōu)化膨松度、柔軟性和強(qiáng)度的程度。對于穿透氣體干燥的紙來說，兩疊層產(chǎn)品的價格吸引力不如單疊層產(chǎn)品的價格吸引力大。
現(xiàn)有技術(shù)中還存在有單層的，具有三個層片的紙，兩個外罩層片提供柔軟性，中間層片提供強(qiáng)度。
現(xiàn)有技術(shù)不能解決在維持適當(dāng)強(qiáng)度的同時增加厚度的問題。典型地，紙的厚度增加，密度也增加。很遺憾，這種密度的增加將使拉伸強(qiáng)度降低，這一點(diǎn)在現(xiàn)有技術(shù)的層片中無法克服。在厚度和拉伸強(qiáng)度之間取折衷的同時，在分層的紙中還需具有消費(fèi)者可感覺到的觸感柔軟。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種分層片的薄紙，該薄紙具有相對較大的厚度和相對較高的拉伸強(qiáng)度。本發(fā)明的另一個目的是提供一種對使用者來說觸感柔軟的紙。
本發(fā)明為分層片的紙。該紙具有至少一個外罩層片，該外罩層片具有相對短的造紙纖維。外罩層片對使用者來說觸感柔軟。分層片的紙還包括至少一個具有相對較長的造紙纖維的中央層片。相對較長的纖維使紙具有一定的強(qiáng)度。該紙還包括至少一個具有低密度高膨松度纖維的中央層片。低密度高膨松度纖維增加了紙的膨松度。這些層片中的每一層與至少一個其它層以面對面的關(guān)系疊加在一起，從而外罩層片暴露給使用者。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，紙可包括五個層片，其中具有兩個包含相對短的造紙纖維的外罩層片。外罩層片暴露在外，并為使用者提供柔軟的觸感。該紙還可包括兩個具有相對較長的造紙纖維的中間層片，中央層片與外罩層片疊置。優(yōu)選實(shí)施例中的紙還包括一個低密度高膨松度纖維的中央層片，中央層片與中間層片疊置，并且分開兩個中間層片。


圖1為按照本發(fā)明制造出的紙的剖視圖，該紙具有五個層片。
本發(fā)明為一種纖維素纖維紙20，該紙具有多個層片。這里所用的“層片”一詞指的是一種由網(wǎng)前箱提供的濕態(tài)原胚紙幅，該原胚紙幅與一個或多個其它由網(wǎng)前箱提供的濕態(tài)原胚紙幅重疊。制作單個層片的原胚紙幅可由不同的網(wǎng)前箱提供，或由共有的花瓣裂口型網(wǎng)前箱提供。合適的裂口型網(wǎng)前箱可從Valmet Company of Karlstad,Sweden或Beloit Company of Rockton,Illinois處獲得，如STRATA-FLO型網(wǎng)前箱。不同的層片在裂口型網(wǎng)前箱內(nèi)可具有相同或不同的粘稠度以及相同或不同的纖維質(zhì)量或流速。
按照本發(fā)明所述，合適的成層工藝在下述專利中有公開1976年11月30日授予Morgan,Jr.等人的，與本申請有共同受讓人的美國專利3,994,771；1980年9月30日授予Kearney等人的美國專利4,225,382；以及1981年11月17日授予Carstens的美國專利4,300,981。上述作為參考被引證的專利文獻(xiàn)在此示出了合適的成層工藝。
參見圖1，本發(fā)明的紙20包括多個層片。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，紙20可以有五個層片，盡管具有更多或更少層片的實(shí)施例也適合于本發(fā)明。
一個或多個層片可包括纖維素纖維，因此紙20為一種宏觀上為單平面的纖維素纖維結(jié)構(gòu)。纖維素纖維和纖維素纖維結(jié)構(gòu)在1995年8月22日授予Phan等人的，與本申請有共同受讓人的美國專利5,443,691中有完整的描述和定義。該專利文獻(xiàn)在此作為參考被引證。此外，一個或多個層片可包括合成纖維，如在前述的授予Phan等人的專利中也提到的那樣。
圖1所示的紙20具有五個層片兩個外罩層片24O，兩個中間層片24I以及一個中央層片24C。中間和中央層片總稱為內(nèi)部層片24IN。每個層片與其它一個或多個層片處于面對面的位置關(guān)系，并且在非漸進(jìn)界面處相連。每個層片具有兩個相對的表面，這些表面限定了所述界面。被稱作層片的“向內(nèi)面”和“向外面”的平面分別代表朝向紙20的中心的平面和朝向紙20的外露表面的平面。
如上所述，圖1所示的紙20具有兩個外罩層片24O。每個外罩層片24O具有一個朝外的表面和一個朝內(nèi)的表面。外罩層片的朝外的表面暴露給使用者，并且使用者對該層片的觸感主要取決于該表面。外罩層片的朝內(nèi)表面在一個界面處與相應(yīng)的中間層片24I疊置。
類似地，每個中間層片24I具有一個朝外的表面和一個朝內(nèi)的表面。中間層片24I的這些朝外的表面在界面處與外罩層片的朝內(nèi)的表面并置。中間層片24I的朝內(nèi)的表面在另一界面處與中央層片24C并置。
中央層片24C將中間層片24I分隔開。中央層片24C有兩個朝外的表面。中央層片24C的朝外的表面分別與中間層片24I的朝內(nèi)的表面并置。
兩個外罩層片的總的纖維重量可以占分層紙20總纖維重量的約20％至80％，最好為約50％。兩個中間層片的總的纖維重量可以占分層紙20總纖維重量的約10％至50％，最好為約30％。兩個中央層片的總的纖維重量可以占分層紙20總纖維重量的約5％至35％，最好為約20％。
更詳細(xì)地研究每個層片可以看到，使用者的觸感由兩個外罩層片提供。優(yōu)選的是，外罩層片24O包括相對短的硬木纖維。硬木纖維對外罩層片24O來說是優(yōu)選的，因?yàn)樗话爿^少與其它纖維粘連。如前述的授予Carstens的美國專利4,300,981所述，這種硬木纖維的自由纖維端從外罩層片24O中凸出出來，對使用者來說具有柔軟、有絨毛的觸感。外罩層片24O中的纖維的纖維長度最好小于1.5mm。
外罩層片24O可包含桉樹纖維，例如從Aracruz Company of Rio deJaneiro,Brazil處獲得的纖維。如果希望在外罩層片24O中采用少于100％的桉樹纖維，則可采用桉樹、硬木牛皮紙和硬木亞硫酸鹽纖維的混合物。
為了進(jìn)一步提高外罩層片的柔軟觸感，在造紙過程中可向紙20中添加化學(xué)柔軟劑?？砂凑?993年6月8日授予Phan的，與本申請有共同受讓人的美國專利5,217,576和1993年11月16日授予Phan等人的美國專利5,262,007所教導(dǎo)的那樣添加合適的化學(xué)柔軟劑，這些專利文獻(xiàn)公開的內(nèi)容在此作為參考被引證。從National Starch and Chemical Corporation ofBridgewater,New Jersey處獲得的Redibond5320可用于外罩層片24O中，以增加外罩層片24O中硬木的化學(xué)粘合性，并且減少最終的紙20中的纖維屑。
兩個中間層片24I賦予紙20一定的強(qiáng)度。因?yàn)槿魏卧诩?0的X-Y平面內(nèi)施加的拉伸力均平行作用在整個層片上，因此為紙?zhí)峁?qiáng)度的層片可以有效地位于賦予使用者以觸感的外罩層片內(nèi)部的任何位置處。
中間層片24I內(nèi)最好是軟木纖維，因?yàn)樗鼈円话惚绕渌w維呈現(xiàn)出更大的粘結(jié)性，而這種粘結(jié)性可提高強(qiáng)度。位于中間層片24I內(nèi)的纖維的纖維長度最好約為2.5mm或更大。
提供強(qiáng)度的中間層片24I可由軟木制成，最好是北方軟木牛皮紙(NSK)，一般由Weyerhaeuser Company of Tacoma,Washington提供，商品名為GrandPrairie Softwood Kraft。如果不希望在提供強(qiáng)度的層片內(nèi)百分之百地用NSK，則可以在該層片中采用NSK與廉價的纖維的摻混物，或采用NSK與再生纖維的摻混物。但是，這種摻混物最好包括約至少50％的NSK。
如果需要的話，可以在中間層片24I中添加干態(tài)強(qiáng)度粘合劑、濕態(tài)強(qiáng)度粘合劑、暫時性濕態(tài)強(qiáng)度粘合劑、永久性濕態(tài)強(qiáng)度粘合劑以及其它可彌散或交聯(lián)的不可溶解的粘合劑，如乳狀液等。這種粘合劑可由Hercules Inc.Wilmington,Delaware提供，商品名為Kymene；由Cytec提供，商品名為Parez750；以及由National Starch提供，商品名為Cobond。
中央層片24C包括低密度高膨松度的纖維。低密度高膨松度的纖維為那些與大量傳統(tǒng)的硬木或軟木纖維相比密度降低而厚度增加的纖維。
有四種類型的低密度膨松纖維適合用于本發(fā)明中1)弱粘合纖維；2)脫粘纖維；3)卷曲纖維和4)與填充物混合以增大體積的纖維。
合適的弱粘合纖維可以是合成的。用于中央層片24C的合適的合成纖維包括尼龍、聚酯、纖維素醋酸酯以及優(yōu)選的人造絲。人造絲一般為優(yōu)選的，因?yàn)樗呛铣衫w維素纖維，并且它與其它層片推薦的纖維素纖維高度相容。合適的人造絲為從Courtaulds Fibers Inc.of Axis,AL處獲得的Tencel型纖維。其它優(yōu)選的弱粘合纖維為纖維素醋酸酯纖維。纖維素醋酸酯纖維是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈円彩呛铣衫w維，并且能夠防止相鄰的纖維素纖維結(jié)合在一起。合適的纖維素醋酸酯纖維可從Hoescht Cellanese Inc.of Rock Hill,SC處獲得。
第二實(shí)施例在中央層片24C中采用脫粘纖維。纖維可相互用化學(xué)方法脫粘，從而使得它們易于分離，因此產(chǎn)生膨松度。脫粘纖維在造紙過程中，或在起縐過程中分離。
合適的脫粘劑包括季銨化合物。合適的季銨化合物在授予Phan等人的，與本申請有共同受讓人的美國專利5,240,562中可以找到。該專利公開的內(nèi)容在此作為參考被引證。其它合適的脫粘劑包括本領(lǐng)域公知的叔胺和其它表面活化劑。
第三實(shí)施例在中央層片24C中采用卷曲的纖維。優(yōu)選的卷曲纖維包括交聯(lián)纖維素纖維。交聯(lián)纖維素纖維是優(yōu)選的，因?yàn)樗芍T如桉樹的硬木如制成。較短長度的硬木纖維甚至在卷曲時也具有在造紙過程中更易于成形和可塑的優(yōu)點(diǎn)。
合適的交聯(lián)纖維素纖維可按1993年2月2日授予Herron等人的，與本申請有共同受讓人的美國專利5,183,707和1993年3月2日授予Herron等人的美國專利5,190,563的教導(dǎo)制得。這些專利公開的內(nèi)容在此作為參考被引證。另外，卷曲的纖維可以不是交聯(lián)的。不是交聯(lián)的卷曲纖維可采用閃擊干燥(flash drying)、干燥纖維化以及濕法高粘度卷曲制得。用于制造卷曲纖維的合適的方法在以Farrington,Jr.等人的名義于1994年6月23日公開的歐洲專利申請GB2279372A中有描述，該專利文獻(xiàn)在此作為參考被引證。
在第四實(shí)施例中，中央層片24C內(nèi)的纖維可與增加中央層片24C體積的填充物混合，因此增加了整個紙20的體積。這種填充物能夠防止相鄰的纖維素纖維結(jié)合在一起，并且再次增加了這種層片的體積。
優(yōu)選的填充物為非纖維素。更優(yōu)選的是，填充物為顆粒。合適的非纖維素顆粒填充物包括粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、滑石、硅酸鋁、氧化鋁的三水化物、活性碳、顆粒淀粉、玻璃微粒、硅藻土以及它們的混合物。非纖維素顆粒填充物可占薄紙20重量的約8％至約20％。
在一備選實(shí)施例中，希望即使在犧牲紙20的濕態(tài)強(qiáng)度情況下也要增加層片紙20的膨松度。在本發(fā)明的這種實(shí)施例中，紙的強(qiáng)度和膨松度均可以比相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)得以提高。
在這種安排中，層片紙20也可以具有給使用者提供柔軟觸感的兩個外罩層片24O，但是兩個中間層片24I中的每一個均是由低密度膨松纖維制成的。最后，給層片紙20提供強(qiáng)度的中央層片24C可由提供相對較強(qiáng)結(jié)合力的長纖維制得。
在一備選實(shí)施例中提供一種四個層片的紙20。四層片結(jié)構(gòu)可具有兩個由諸如桉樹纖維的相對較短的纖維制成的外罩層片24O。這種紙還具有兩個中間層片24IN一個膨松纖維內(nèi)部層片24I和一個由最好為軟木纖維的長的纖維制成，而提供強(qiáng)度的內(nèi)部層片24I。
另外，紙20可僅具有一個由相對較短的纖維制成的外罩層片24O以及如上所述的中間層片24IN。這種紙20可與其它的這種紙20聯(lián)合重疊，從而形成兩層紙20，該兩層紙20的所有朝外表面包含相對較短的造紙纖維，從而對使用者來說是柔軟的。
很顯然，本發(fā)明的紙20既可經(jīng)穿透氣體干燥，又可采用壓榨毛毯干燥。如果紙20經(jīng)穿透氣體干燥，則它可在提花織機(jī)上制得，例如象在以Wendt等人的名義于1995年10月18日公開的歐洲專利申請0677612A2中描述的那樣。此外，本發(fā)明的紙20可以如公知的那樣起縐或可以不起縐。紙20也可以如上述以Wendt等人名義公開的專利申請所示那樣經(jīng)微壓縮，或不經(jīng)微壓縮。
很容易看出，可對本發(fā)明進(jìn)行許多變換和重新安排，而所有這些變換均在權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。
參考符號20 紙24O 外罩層片24I 中間層片24C 中央層片24IN內(nèi)部層片
權(quán)利要求
1．一種分層的紙，包括至少一個包含相對較短造紙纖維的外罩層片，因此所述至少一個外罩層片給使用者提供柔軟的觸感；至少一個包含相對較長造紙纖維的第一內(nèi)部層片，因此所述纖維給紙?zhí)峁?qiáng)度；以及至少一個包含低密度、高膨松度纖維的第二內(nèi)部層片，其中所述纖維增加了紙的膨松度，每個所述層片至少與其它一個層片處于面對面的重疊關(guān)系，因此所述外罩層片暴露給使用者。
2．如權(quán)利要求1所述的紙，其中所述至少一個第一內(nèi)部層片包括兩個中間層片，一個所述內(nèi)部層片與所述外罩層片并置，而所述一個內(nèi)部層片與所述第二內(nèi)部層片并置。
3．如權(quán)利要求2所述的紙，其中所述第二內(nèi)部層片為與所述中間層并置并將所述兩個中間層分開的中央層片。
4．一種具有四個層片的紙，該紙的兩個外罩層片包含相對較短的造紙纖維，因此所述外罩層片暴露給使用者，并且給使用者提供柔軟的觸感；該紙的第一內(nèi)部層片包含相對較長的造紙纖維，所述相對較長的造紙纖維使所述紙具有一定強(qiáng)度，所述第一內(nèi)部層片與所述外罩層片中的一個并置；該紙的第二內(nèi)部層片包含低密度、高膨松度的纖維，所述第二內(nèi)部層片與所述第一內(nèi)部層片和另一個所述外罩層片并置，因此兩個所述內(nèi)部層片位于所述兩個外罩層片之間。
5．一種具有五個層片的紙，該紙的兩個外罩層片包含相對較短的造紙纖維，因此所述外罩層片暴露給使用者，并且給使用者提供柔軟的觸感；該紙的兩個中間層片包含相對較長的造紙纖維，所述中間層片與所述外罩層片并置，因此所述長纖維使紙具有一定的強(qiáng)度；該紙的中央層片包含低密度、高膨松度纖維，所述中央層片與所述中間層片并置并且使所述兩個中間層片分離。
6．如權(quán)利要求3或5所述的紙，其中所述中央層片包括弱粘合纖維，并且優(yōu)選地為其中所述弱粘合纖維為合成纖維，并且更優(yōu)選地為其中所述合成纖維為纖維素醋酸酯。
7．如權(quán)利要求3或5所述的紙，其中所述中央層片包括脫粘纖維和脫粘劑。
8．如權(quán)利要求1、2、3或4中任一項(xiàng)所述的紙，其中所述第二內(nèi)部層片還包括非纖維素顆粒填充物，并且優(yōu)選地為所述非纖維素顆粒填充物占所述紙總重量的約8％至約20％，并且更優(yōu)先地為所述顆粒填充物從下列物質(zhì)組中選擇粘土、碳酸鈣和二氧化鈦。
9．如權(quán)利要求8所述的紙，其中所述中央層片包括卷曲纖維，并且優(yōu)選地為所述卷曲纖維是交聯(lián)纖維素纖維，而更優(yōu)選地為所述交聯(lián)纖維素纖維由硬木纖維制得。
10．如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的紙，該紙不起縐。
全文摘要
一種多層片紙產(chǎn)品,該紙產(chǎn)品具有多個單個層片,使之對使用者來說具有柔軟觸感,具有一定強(qiáng)度,并且具有膨松度?？稍黾优蛩啥鹊暮线m的纖維可以是合成纖維、弱粘合纖維、卷曲纖維以及與顆粒狀填充物結(jié)合的纖維。本發(fā)明公開的優(yōu)選的實(shí)施例中具有五個層片。
文檔編號A47K7/00GK1237217SQ97199670
公開日1999年12月1日 申請日期1997年10月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月24日
發(fā)明者迪安·V·費(fèi)恩, 保羅·D·特羅克漢 申請人:普羅克特和甘保爾公司