專利名稱：用經(jīng)揉搓過的纖維制造的薄棉紙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用經(jīng)揉搓過的纖維制造的薄棉紙。
在制造某些紙張制品中，例如薄棉紙和紙巾，一種在成形和去水后對紙張干燥的方法是將加熱的空氣穿過濕的紙張，這種方法在造紙業(yè)中通稱穿透干燥。穿透干燥的優(yōu)點(diǎn)在于它減小了對紙幅的壓實，因而與通常的濕壓制造法相比能制造出比較疏松的制品，濕壓制造法是依靠楊克烘缸和對濕紙幅進(jìn)行高度擠壓使紙幅干燥的。然而，穿透干燥也有一些缺點(diǎn)，例如它需要一定數(shù)量昂貴的設(shè)備和能量來進(jìn)行干燥。特別是穿透干燥過程的干燥效率很大程度上取決于濕紙材容許熱空氣從中穿過的空氣滲透率。空氣滲透率對于由含有二次(回收的)纖維的纖維配料制成的紙張?zhí)貏e成問題，這種纖維固有地傳遞不良的空氣滲透率給與其相結(jié)合的濕紙材。為了滿足環(huán)境保護(hù)的要求，力求在紙張制品中利用更多的二次纖維就有必要改進(jìn)對二次造紙纖維的穿透干燥能力。
人們曾驚奇地發(fā)現(xiàn)，二次造紙纖維的干燥能力能夠很容易地通過以機(jī)械方法對選紙配料中的纖維進(jìn)行預(yù)處理而得到改善，在這種機(jī)械方法中，纖維在懸浮在高稠度的水懸浮液中的同時進(jìn)行著適當(dāng)?shù)娜啻?。預(yù)處理的效果表現(xiàn)在纖維的穿透干燥能力指數(shù)(下文中簡稱作“TD”指數(shù))的增加。TD指數(shù)的增加對一給定的配料和基本重量而言變成更快的穿透干燥加工速度，從而造成工作效率的改進(jìn)。本發(fā)明的方法可以用于任何造紙纖維，但對于改進(jìn)TD指數(shù)的二次纖維配料則尤其有利。在某些實例中，二次纖維配料的TD指數(shù)驚奇地可以改進(jìn)得超過未處理過的初次使用的配料的TD指數(shù)。
此外，雖然本發(fā)明的纖維處理對于穿透干燥過程及其產(chǎn)品特別有利，但是當(dāng)用本發(fā)明處理過的纖維制成濕壓的薄棉紙產(chǎn)品時則其產(chǎn)品同樣也獲得改善。更為具體地說，已發(fā)現(xiàn)，如果將本發(fā)明處理過的纖維來替代一部分給定的薄棉紙配料中的纖維，則產(chǎn)生的薄棉紙的柔軟性增加了而不損害其強(qiáng)度。這對于硬木材纖維的處理和處理過的硬木材纖維與其它纖維(例如未處理過的軟木材纖維)的結(jié)合，不論是混合或?qū)盈B都是特別有效的。處理過的硬木材纖維改進(jìn)了制成產(chǎn)品的柔軟性，而未處理過的軟木材纖維保持了其強(qiáng)度。如果在處理之前或處于之后將一種柔軟劑加入到處理的纖維中，則柔軟性將更為增大。某些柔軟劑除了增加纖維的柔軟性之外還意想不到地也增大了疏松度。
因此，一方面，本發(fā)明作為一種制造纖維的方法包括下列步驟(a)形成一種具有大約20或更大的稠度(在水懸浮液中干重纖維的百分比)的造紙纖維的水懸浮液；(b)在75°F或更高的溫度及至少每噸干纖維大約1馬力日的功率輸入下將水懸浮液通過一個軸式揉搓機(jī)，其中纖維的TD指數(shù)可以增加大約百分之25或更大些，最好是大約百分之50或更大些，更好是大約百分之75或更大些；(c)將纖維饋入通過一個制造薄棉紙的料箱以形成一個濕的紙幅；和(d)將該紙幅干燥，例如通過穿透干燥，以制成干的薄棉紙。
另一方面，本發(fā)明作為一種制造薄棉紙的方法包括下列步驟(a)形成一種具有大約20或更大稠度的造紙纖維水懸浮液；(b)在75°F或更高的溫度及至少每噸干纖維大約1馬力日的功率輸入下將水懸浮液通過一個軸式揉搓機(jī)，其中纖維的TD指數(shù)大約是0.15或更大些，較好是大約0.2或更大些，更好是大約0.3或更大些，而最好是大約0.5或更大些；(c)將纖維饋入通過一個制造薄棉紙的料箱以形成一個濕的紙幅；和(d)將該紙幅干燥，例如通過穿透干燥，以制成干的薄棉紙。
另一方面，本發(fā)明提出的由一種配料制成的經(jīng)穿透干燥的紙張，包括至少約百分之25的干重量的二次纖維，所述配料具有大約為0.15或更大的TD指數(shù)，較好是大約0.20或更大些，更好是大約0.33或更大些，而最好是大約0.5或更大些。配料中二次纖維的干重量百分比可以是大約百分之25至大約50,75，或100的范圍內(nèi)。
對本發(fā)明的目的有用的造紙纖維包括那些被認(rèn)為對造紙有用的任何種類的纖維素纖維，特別是那些可用于制造較低密度的薄棉紙(例如面巾紙，衛(wèi)生紙，餐巾紙，紙巾等等)的纖維。在這里所用的“薄棉紙”一詞是一種籠統(tǒng)的說法，它包括所有帶皺紋的或不帶皺紋的產(chǎn)品。最普通的造紙纖維包括全新的沒有用過的軟木材和硬木材纖維，以及二次或回收的纖維素纖維。這里所用的“二次纖維”一詞指的是任何纖維素纖維，它們先前曾通過物理，化學(xué)或機(jī)械方法從其基體上被分離出來，之后又被形成一個纖維紙幅并干燥至含濕量約為重量的百分之10或更低，隨后又以物理、化學(xué)或機(jī)械方法將其從其紙幅基體上分離出來。已通過一個軸式揉搓機(jī)的纖維在本文中有時被稱作“揉搓過的纖維”。
經(jīng)穿透干燥過的紙張的基本重量可以約為5至50克/平方米，最好是約10至40克/平方米，而更好是從大約20至大約30克/平方米。可以這樣認(rèn)為，即對一種給定的配料，較低基本重量的紙張固有地具有較大的滲透率。因此，較高基本重量的紙張可以從本發(fā)明中獲得最大的好處，這種紙張的穿透干燥一般是非常困難的。本發(fā)明特別適合于制造基本重量大約為25克/平方米的穿透干燥的單層衛(wèi)生紙。
提供給本發(fā)明方法處理的水懸浮液的稠度必須足夠的高才能提供有效的纖維與纖維的接觸或揉搓，這種接觸或揉搓可以改變被處理的纖維的表面性能。具體地說，稠度可以至少約為20，更好是從大約20至大約60，而最好是從大約30至大約50的干重量百分比。稠度的大小主要取決于用于處理纖維的機(jī)器的種類。例如，對于某些旋轉(zhuǎn)軸式的揉搓機(jī)，如果稠度高過于40干重量百分比，則會發(fā)生機(jī)器堵塞的危險。對于其它類型的揉搓機(jī)，例如比維斯機(jī)(Bivismachine，由法國Firminy Cedex地方的Clextral公司銷售)，稠度高于50仍可以應(yīng)用而不會造成堵塞。因此，對于所用的特定機(jī)器，最好使用盡可能高的稠度。
纖維懸浮液的溫度可以高于室溫，具體來說是75°F或更高些，或大約100°F或更高些，較好的是大約150°F或更高些，更好的是大約210°F或更高些，而最好是大約220°F或更高些。一般說來，對于增加TD指數(shù)而言較高的溫度更好。溫度的上限決定于所用的設(shè)備是否加壓，因為設(shè)備內(nèi)在大氣壓下操作的纖維水懸浮液不可能加熱到超過水的沸點(diǎn)。
作用在纖維懸浮液上的功率的大小也同樣影響到形成的TD指數(shù)。一般來說，增加功率就能增加TD指數(shù)。然而，也曾發(fā)現(xiàn)在功率輸入到達(dá)懸浮液中每噸干纖維大約2馬力日(HPD/T)時，TD指數(shù)的改進(jìn)(增加)即開始下降。一種較好的功率輸入范圍是從大約1至大約3HPD/T，更好是大約2HPD/T或更大些。
對纖維的揉搓，例如剪切或擠壓，除了用溫度和功率輸入和得出的TD指數(shù)之外還沒有發(fā)現(xiàn)有其它的有意義的計量方法。但是不論怎樣，纖維必須經(jīng)受大量的纖維對纖維的搓擦或剪切以及與所用以處理纖維的機(jī)械裝置上多個表面的搓擦或剪切接觸。一些將纖維壓入纖維之中的擠壓動作也是可取的，從而增強(qiáng)或加大纖維搓擦或剪切的效果。使用多少份量的搓擦和擠壓方為合適則取決于想要得到的結(jié)果，也就是TD指數(shù)想要達(dá)到的數(shù)值。要得到所想要的各種程度的結(jié)果有許多種造紙業(yè)中熟悉的軸式揉搓機(jī)或類似的機(jī)械設(shè)施可以應(yīng)用。合適的軸式揉搓機(jī)沒有限制地包括不加壓軸式揉搓機(jī)和加壓軸式揉搓機(jī)，例如Bivis機(jī)等。
如果要使用軟化劑以增加最后的纖維制品的柔軟性，則合適的軟化劑沒有限制地包括有脂肪酸，石臘，季銨鹽、二甲基二氫化牛脂氯化銨(dimethyl dihydrogenated tallow ammonium Chloride)，季銨硫酸二甲酯(quaternary ammoniun methyl sulfate)，羧基化聚乙烯(carboxylated polyethylene)，古柯酰胺二乙醇胺(Cocamidediethanol amine)，可可甜菜堿(coco betaine)，月桂酰肌氨酸鈉(sodium lauroyl sarcosinate)，部分乙氧基化的季銨鹽(partlyethoxylated quaternary ammonium salt)，二硬脂基二甲基氯化銨(distearyl dimethyl ammonium chloride)等等。市場上可購到的合適化學(xué)柔軟劑的例子沒有限制地包括有由Eka Nobel公司生產(chǎn)的Berocell 564和584，由Shearex化學(xué)公司生產(chǎn)的Adogen442，由Quaker化學(xué)公司生產(chǎn)的Quasoft 203和由Akzo化學(xué)公司生產(chǎn)的Arquad 2HT-75。
下面結(jié)合較佳實施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，附圖中

圖1是用于確定TD指數(shù)的裝置的示意流程圖；圖2是圖1中裝置的試樣容器的分解透視圖，圖中包括用以將試樣容器放入干燥裝置中的滑動試樣托盤。
圖3是使用上面圖1中所示裝置測試一試樣時所產(chǎn)生的壓降對含水比的典型曲線圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明使用一個軸式揉搓機(jī)加工纖維的纖維處理方法的示意工藝流程圖。
圖5是圖4中軸式揉搓機(jī)的剖視透視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明使用一對相串聯(lián)的Bivis機(jī)的方法的另一種示意工藝流程圖。
一般都知道，穿透干燥期間在高含水比時干燥速率是高的和比較穩(wěn)定的(穩(wěn)定速率期)。但在紙張中到達(dá)某一臨界含水比時，干燥速率即開始急速減小(下降速率期)。如果在整個干燥期間維持一個恒定的空氣滲透率，則當(dāng)含水比減小時(也就是說在干燥操作繼續(xù)進(jìn)行時)壓降也將減小。穿透干燥過程中在恒定的空氣滲透率下的壓降變動方式對于本發(fā)明來說是非常重要的，因為它提供了在紙張被干燥時衡量紙張的空氣滲透率的一種計量方法。如果一個人在干燥一個薄棉紙試樣后能夠精確地測出排出口空氣的瞬間絕對濕度，他就能很快地從排出口空氣的濕度和薄棉紙試樣的初始和最終含水比計算出瞬間含水比，如下式Xm(t)=Xo-(Xo-Xend)fot[Yout(t)-Yin]dtfendt[Yout(t)-Yin]dt]]>
其中“X0”=測試開始時試樣的含水比，以每公斤完全干燥的纖維中含水公斤量表示；“Xend”=測試終結(jié)時試樣的含水比，以每公斤完全干燥的纖維中含水的公斤量表示；“Xm”=試樣的瞬間含水比，以每公斤完全干燥的纖維含水的公斤量表示；“Yin”=即將到達(dá)試樣前的干燥用的空氣的濕度，以每公斤干燥空氣中含水的公斤量表示；“Yout”=剛從試樣經(jīng)過的干燥用的空氣的溫度，以每公斤干燥空氣中含水的公斤量表示；“t”=耗用的時間，以秒表示。
從整個干燥期數(shù)據(jù)的濕度數(shù)據(jù)計算出含水比Xm就可以以壓降作為瞬間含水比的函數(shù)繪出曲線。形成的曲線下的面積的倒數(shù)在這里被作為TD指數(shù)，以“千帕-1”來表示。這一指數(shù)是對濕紙張的空氣滲透率的衡量，反應(yīng)出從某一特定配料制成的紙張能夠被穿透干燥的難易程度。高的TD指數(shù)值意味著穿透干燥非常容易，而低的數(shù)值則意味著穿透干燥非常困難。
如下面將要敘述的，TD指數(shù)的衡量需要將所涉及的纖維形成一張具有24克/平方米基本重量的手抄片。該手抄片的形成是通過在一個英國紙漿碎漿器(British Pulp Disintegrator)中將纖維試樣稀釋于水中使其達(dá)到稠度2.5的重量百分比并使彌散的試樣浸漬5分鐘。然后試樣在室溫下?lián)v成漿狀，歷時10分鐘，稀釋至百分之0.04的稠度，然后在一個英國手抄片模具(Ohio州Lancaster地方的Hermann制造公司制造)上形成一張手抄片。該抄片可以使用一只吸墨紙具用手將其從模具中脫出而不需施加任何壓力。手抄片經(jīng)使用一個Valley蒸汽熱板和一個在其一端具有一根注有鉛[2。154千克(4.75磅)]的黃銅管以維持均勻張力的標(biāo)準(zhǔn)加重的帆布罩使其干燥2分鐘至全干燥。最后形成的干燥手抄片的TD指數(shù)由本說明書中所描述的方法確定，而測出的TD指數(shù)數(shù)值就是由其制出手抄片的纖維或配料的TD指數(shù)。
參看圖1，確定TD指數(shù)的裝置將較詳細(xì)地予以描述。除非另有規(guī)定，空氣流主流的管道內(nèi)徑為3.81厘米(1.5英寸)。用于干燥試樣的空氣由兩個“無油的”壓縮機(jī)1，各自的額定流量在6.2046×102千帕(90磅/平方英寸)壓力時為每分鐘0.8467立方米(29.9立方英尺)(Ohio州Cleveland地方的Atlas Copco公司出品，型號為ModelDN1024H-3DF)。壓縮機(jī)的出口適當(dāng)?shù)剡B接到一個冷凝水分離器2(Colorado州Engelwood地方的Wilkerson出品，型號Model WSO-08-000)的進(jìn)口，分離器用于除去夾帶在空氣流中的任何液態(tài)水。分離器的出口適當(dāng)?shù)剡B接到一個分子篩3(Wilkerson出品，型號ModelM530)的進(jìn)口，分子篩用于消除存在于空氣中的大于大約0.05微米的顆粒狀物。分子篩的出口適當(dāng)?shù)剡B接到一個出口流量為每分鐘49立方英尺的壓縮空氣干燥機(jī)4(Wilkerson出品，型號Moder DHA-AE-000)。干燥機(jī)的出口連接到一個平衡罐5(大約75立方英尺的容量)的進(jìn)口。平衡罐的出口適當(dāng)?shù)剡B接到兩個輔助的串連油熱交換器6和7(容量5公升/最高溫度250℃/最高壓力6巴，德國Weisloch地方的Apparatebau Wiesloch GmbH出品)，油熱交換器用于進(jìn)一步將空氣加熱至所想要的穿透干燥溫度。在平衡罐和兩個熱交換器之間是一個濕度檢測器8(德國Blankebach地方的Aquanel,GerhardGmbH出品)，一個用于控制空氣流速的閘門式控制閥9(DIN R65,3.81厘米(1.5英寸)，PN16，德國漢堡的Henose出品)，一個孔板10(25毫米直徑開孔，RST 37-2 PN6 DIN2527-32-5784，德國Karlruhe地方的Karlsruhe大學(xué)出品)，和一個測壓計11(德國Gottingen地方的Betz出品)，這些部件合在一起用于確定空氣流的速度。其它的對本裝置的操作并不太重要的閥和管件(未顯示)也可能安裝在某些地方以便隔離或繞過一些儀表及其它設(shè)施。第二熱交換器的出口直接連接到一個被設(shè)計用于接納一個滑動試樣托盤13(見圖2)的試樣箱12上，托盤中放置試樣容器(見圖2)。所有的空氣都流經(jīng)安置在試樣容器中的試樣。一塊能膨脹的襯墊安裝在試樣箱內(nèi)，當(dāng)襯墊起作用時，該襯墊可以保證試樣容器和滑動試樣托盤之間的可靠密封。一個擴(kuò)散器14適當(dāng)?shù)剡B接到試樣箱的出口上，從而使橫截面流動面積擴(kuò)大到11600平方毫米使空氣流緩慢下來以便能更精確地衡量含水比。擴(kuò)散器適當(dāng)?shù)剡B接到一個將空氣帶到一個合適的排氣系統(tǒng)中的通氣管上。一個溫差傳感器17(PU1000,0-1000毫巴，110VAC)適當(dāng)?shù)剡B接就可以測出橫過試樣的壓降。一個比第二個更為敏感的濕度檢測器18(紅外線；每秒鐘25次檢測，德國Paderborn地方的Paderborn大學(xué)制造)測出離開試樣的空氣中的含水量。所有這三個傳感器都連接到一個施倫貝格數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)(Schlumbergerdata acquisition system)19上，這個系統(tǒng)又連接到一個計算機(jī)20(RMC 80286處理機(jī))上以便使數(shù)據(jù)相互聯(lián)系。
圖2說明了試樣容器以及試樣安裝在試樣容器內(nèi)的方式，包括滑動試樣托盤13用于容納試樣容器并將其推入試樣箱內(nèi)和從中推出。圖2中所示的是試樣容器的頂部21(上游部份)和試樣容器的底部22(下游部分)。試樣容器的底部包括有一個供試樣停留在其上的支托織物23(Wisconsin州，Appleton地方的Asten Corporation出品，型號Asten937)。夾在頂部和底部之間的是切成適當(dāng)大小的手抄片試樣24。試樣容器頂部的內(nèi)邊緣周圈上涂有一薄條油脂(在本視圖內(nèi)看不到)，當(dāng)試樣被固定時就造成在試樣和試樣容器頂部之間的密封。試樣容器頂部上具有兩個對準(zhǔn)銷釘25準(zhǔn)備插入到試樣容器底部的對準(zhǔn)孔26內(nèi)，而兩個半體則由六只螺釘和與其相稱的帶螺紋孔予以固定。
認(rèn)清了確定TD指數(shù)的裝置后就可以描述確定TD指數(shù)的步驟。一般說來，為了確定一個給定試樣(25克/平方米手抄片)的TD指數(shù)，試樣被小心地濕化至一特定的濕度，并在受控制的恒定氣團(tuán)流速率下在上述的裝置中進(jìn)行干燥。試樣中的濕度由計算機(jī)根據(jù)試樣被測試前后的濕度檢測不斷地加以計算。橫過試樣測得的壓降作為試樣算出的濕度的函數(shù)被繪成曲線，曲線下的面積即是TD指數(shù)。
更加具體的是，準(zhǔn)備測試的手抄片試樣被切成能放入裝置中的試樣容器的10.25厘米直徑圓片，僅略大于試樣容器的開口。在測試時，只有試樣的10厘米直徑的圓是暴露于空氣流的。因此，在試樣容器開口以外的圓形試樣部分在為測試濕化之前被浸透以油脂)密執(zhí)安州Midlad地方的Dow Corning Corporation出品的Compound111閥潤滑劑和密封劑)以避免從圓形試樣外面吸入水份以及使試樣和試樣容器之間可以有一個更好的密封。這是在試樣容器的上半體(上游半體)的內(nèi)邊緣四周圍涂和擦上油脂來完成的。然后將試樣安放在試樣容器的下半體上，下半體上具有一塊穿透干燥織物(Asten937)以支承試樣。接著試樣容器的上半體被夾住在試樣容器的下半體上，從而使試樣的外邊緣浸透油脂。支承著的試樣以細(xì)霧噴射而使其濕化直至達(dá)到每公斤完全干燥的纖維含有3.0千克水的濕度時為止。在噴霧時試樣容器上面應(yīng)當(dāng)放置一塊蓋板以避免試樣容器被噴濕并使所有的噴霧水直接噴到10厘米的圓上。試樣中的含水量由濕化前后重量的差異精確地確定。
當(dāng)試樣準(zhǔn)備期間，空氣流系統(tǒng)即被開動在每秒鐘3.0千克/米2的預(yù)定恒定流速上并加熱至175℃的溫度。當(dāng)穩(wěn)態(tài)到達(dá)時，空氣溫度將穩(wěn)定不變，濕度將是零而壓降也是零。當(dāng)基準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)情況達(dá)到后，帶有濕化試樣的試樣容器被放入滑動試樣托盤內(nèi)并被推入裝置的試樣箱內(nèi)。濕度和壓降不斷地受到相應(yīng)的儀表和計算機(jī)的監(jiān)控，從而提供一個壓降對含水比的曲線圖。一個典型的曲線圖顯示在圖3中(注意在此圖中，時間是從右至左增加的)。如圖中所示，壓降顯示出一個非?？斓某跏忌仙?，然后很快開始下降，在大約四或五秒之內(nèi)一般達(dá)到一個恒定的水平。于是計算機(jī)求出曲線下面積的倒數(shù)的積分，并好前面所描述的計算出TD指數(shù)。
圖4是一個方塊流程圖，說明根據(jù)本發(fā)明處理纖雛的整個工序。圖中顯示待處理的紙張配料28被送至一個高稠度碎漿機(jī)(馬薩諸塞州Mansfield地方的Bird Escher Wyss出品，型號Model ST6C-W)，加入稀釋水30使達(dá)到大約百分之15的稠度。在被泵出碎漿機(jī)之前紙料被稀釋至大約百分之6的稠度。漿化的纖維被送至一個粗粒篩31(Bird Escher Wyss出品的成纖器型號Model FT-E)再加入稀釋水以便除去大的雜質(zhì)。輸入至粗粒篩的稠度為大約百分之4。粗粒篩的剔除物被送往廢物處理地32。粗粒篩的接受體則被送至一個大密度清潔器3(Bird Escher Wyss出品的旋風(fēng)分離器，型號Model 7英寸)以便除去粗粒篩中漏網(wǎng)的大的雜質(zhì)。來自大密度清潔器的剔除物被送往廢物處理地。大密度清潔器的接受體被送至一個細(xì)粒篩34A(Bird Escher Wyss出品的離心分類器，型號Model 200)以便進(jìn)一步除去小的雜質(zhì)。稀釋水加入到細(xì)粒篩饋料流以獲得一個大約百分之二的饋入稠度。來自細(xì)粒篩的剔除物被送到一個第二細(xì)粒篩34B(Bird Escher Wyss出品的Axiguard，型號Model1)以便除去另外的雜質(zhì)。接受體被回送至去細(xì)粒篩34A的饋料流，而剔除物則被送往廢物處理地。從細(xì)粒篩的接受體加稀釋水至達(dá)到大約百分之一稠度后就被送至一系列四個浮選槽35,36,37和38(Bird Escher Wyss出品的充氣器，型號Model CF1)以便除去油墨顆粒和粘性物。來自每個浮選槽的剔除物被送往廢物處理地。來自最后一個浮選槽的接受體被送至一個洗滌器39(俄亥俄洲Middletown地方的BlackClawson Co出品的雙接口增稠器，型號Model 100)，以除去非常小的油墨顆粒并增加其稠度至大約百分之10。來自洗滌器的剔除物被送往廢物處理地。來自洗滌器的接受體則被送至一個壓帶機(jī)40(得克薩斯州Arlington地方的Andritz-Ruthner出品的Arus-Andritz帶式壓濾機(jī)，型號Model CPF 20英寸)以便將含水量減小至大約百分之三十。壓出物被送往廢品處理。然后將所得到的部分脫水的纖維性材料送至一個軸式揉搓機(jī)41(意大利Torino地方Ing.S.Maule&C.S.p.A出品，型號GR11)，圖5有詳細(xì)說明，以便根據(jù)本發(fā)明使纖維揉搓增加其TD指數(shù)。蒸汽加入至揉搓機(jī)的饋料流以提高饋入材料的溫度。所得到的經(jīng)處理的纖維43即可直接用作造紙的進(jìn)料，或者根據(jù)需要作進(jìn)一步處理。
圖5是圖4中所示根據(jù)本發(fā)明最合適的處理纖維的裝置的剖視透視圖。這一特定的裝置就是由意大利Torino地方的Ing.S.Maule&C.S.P.A.出品的型號為GRII的軸式揉搓機(jī)。圖中顯示的是一個上部圓筒形外殼51和一個下部圓筒形外殼52，當(dāng)合攏時，里面包封一根具有多個臂狀體54的旋轉(zhuǎn)軸53。上部外殼內(nèi)裝有兩排滾花指狀體55和三個檢查孔56。在上部外殼的一端有一個進(jìn)料口57。在旋轉(zhuǎn)軸的進(jìn)口端有一個用于轉(zhuǎn)動該軸的驅(qū)動電動機(jī)58。在旋轉(zhuǎn)軸的出口端處是一個支承施轉(zhuǎn)軸的軸承箱59。旋轉(zhuǎn)軸的進(jìn)口端裝有一個螺旋加料區(qū)段60，該區(qū)段直接位于進(jìn)料口的下面，用于推動進(jìn)料通過揉搓機(jī)。揉搓機(jī)的出口61包括一個具有一根杠桿63的鉸接閘板62，當(dāng)揉搓機(jī)關(guān)合時，該杠桿接合在一個安裝在上部外殼上的液壓空氣袋63上?？諝獯鼘︺q接閘板提供可控制的阻力，從而提供一種控制揉搓機(jī)內(nèi)反壓力的設(shè)施。增加反壓力就增加纖維揉搓的程度，因而增加了TD指數(shù)。在操作時，滾花指狀體與旋轉(zhuǎn)軸的臂狀體交叉擦過，對夾在其間的進(jìn)料進(jìn)行了揉搓。
圖6是本發(fā)明使用一對Bivis機(jī)的另一種方法的方塊流程圖。如圖中所示，造紙紙漿，最好是二次纖維紙漿，以大約百分之50的稠度被送入一個螺旋進(jìn)料器。螺旋進(jìn)料器按規(guī)定的進(jìn)料量將進(jìn)料送入至兩個相串聯(lián)的Bivis機(jī)中的第一個。每個Bivis機(jī)具有三個壓縮/膨脹區(qū)。水蒸汽被注入第一個Bivis機(jī)將溫度提高至大約212°F。被加工的紙漿被轉(zhuǎn)送至與第一Bivis機(jī)同樣條件操作的第二Bivis機(jī)。從第二Bivis機(jī)加工出來的紙漿被投入冷水中進(jìn)行驟冷，然后脫水至適當(dāng)?shù)某矶取?br> 在描述了TD指數(shù)和本發(fā)明的實施方法后，下面將參照實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明實施例1二次纖維(辦公室廢品)用圖4中描述的方法予以處理。具體的程序是，二次纖維重新制成稠度為15％的紙漿，清洗后被壓成22.9％的揉搓機(jī)前稠度，然后送至一個Maule軸式揉搓機(jī)，如圖5所示。揉搓機(jī)維持在175°F的溫度。輸入至揉搓機(jī)的功率大約為每噸纖維1.39馬力日(HPD/T)。揉搓機(jī)前和機(jī)后各取樣，然后根據(jù)前述的方法制成24g/m的干手抄片。如先前敘述的方法測量出TD指數(shù)。測試結(jié)果表示在表Ⅰ中(TD指數(shù)是穿透干燥性指數(shù)，以干帕表示?！袄臁奔纯估鞆?qiáng)度以每英寸試樣寬度的克數(shù)表示。“撕裂”即Elmendorf抗撕裂強(qiáng)度，以每4紙張的克一力表示。“厚度”即以英寸表示的測量厚度。“TEA”即被吸收的拉伸能量以每平方厘米的克-厘米表示。)表Ⅰ試樣 TD 拉伸撕裂厚度 TEA揉搓機(jī)前0.11127418.00.00588.1揉搓機(jī)后0.30739 17.20.00763.8實施例2所處理的纖維為與實施例1中相同的二次纖維材料，但揉搓機(jī)的溫度為175°F，揉搓機(jī)前稠度為百分之34.7，輸入揉搓機(jī)的功率為2.12HPD/T。揉搓機(jī)前和機(jī)后的取樣同前，并如前所述制成手抄片。測試結(jié)果表示在表Ⅱ中。
表ⅡTD 拉伸撕裂厚度 TEA揉搓機(jī)前0.12127818.00.00606.6揉搓機(jī)后0.53585 14.00.00822.5實施例3所處理的纖維為與實施例1中相同的二次纖維材料，但揉搓機(jī)的溫度為150°F，揉搓機(jī)前稠度為百分之34.6，輸入揉搓機(jī)的功率為2.15HPD/To，揉搓機(jī)前和機(jī)后的取樣同前，并如前所述制成手抄片。測度結(jié)果表示在表Ⅲ中。
表ⅢTD 拉伸撕裂厚度 TEA揉搓機(jī)前0.14133419.20.00607.9揉搓機(jī)后0.37884 18.00.00704.9實施例4所處理的纖維為與實施例1中相同的二次纖維材料，但揉搓機(jī)的溫度為81°F，揉搓機(jī)前稠度為百分之26.8，輸入揉搓機(jī)的功率為2.44HPD/T。揉搓機(jī)前和機(jī)后的取樣同前，并如前所述制成手抄片。測試結(jié)果表示在表Ⅳ中。
表ⅣTD 拉伸撕裂厚度 TEA揉搓機(jī)前0.10140919.60.00558.3揉搓機(jī)后0.17112520.00.00626.7實施例5所處理的纖維為與實施例1中相同的二次纖維材料，但揉搓機(jī)的溫度為79°F，揉搓機(jī)前稠度為百分之34.6，輸入揉搓機(jī)的功率為1.18HPD/T。揉搓機(jī)前和機(jī)后的取樣同前，并如前所述制成手抄片。測試結(jié)果表示在表Ⅴ中。
表ⅤTD 拉伸撕裂厚度 TEA揉搓機(jī)前0.101322 - 0.00555.7揉搓機(jī)后0.14118922.40.00606.7實施例6所處理的纖維為與實施例1中相同的二次纖維材料，但揉搓機(jī)的溫度為78°F，揉搓機(jī)前稠度為百分之37.1，輸入揉搓機(jī)的功率為2.95HPD/T。揉搓機(jī)前和機(jī)后的取樣同前，并如前所述制成手抄片。測試結(jié)果表示在表Ⅵ中。
表ⅥTD 拉伸撕裂厚度 TEA揉搓機(jī)前0.10143520.00.00558.1揉搓機(jī)后0.19115521.60.00646.1實施例7充份清洗的二次纖維以大約50％的稠度一點(diǎn)一點(diǎn)地通過一個螺旋進(jìn)料器被送入一個Bivis機(jī)(法國Firminy Cedex地方的Clextral公司出品)，如圖6所示。Bivis勻料機(jī)是一對相同的螺旋勻料機(jī)構(gòu)帶有一個機(jī)械加工出的內(nèi)室，內(nèi)室內(nèi)裝有螺旋桿，兩根軸上的螺旋片互相靠近。內(nèi)室內(nèi)引入水蒸汽以提高紙漿的溫度至大約105℃。當(dāng)紙漿送入Bivis機(jī)時，螺旋桿以相同的方向轉(zhuǎn)動，螺旋片是成斜角的以動紙漿通過該機(jī)的長軸線。間歇地沿著螺旋軸，螺旋片的方向被倒過來。螺旋片的這一定向迫使紙漿倒轉(zhuǎn)其運(yùn)行方向，造成反壓力。倒轉(zhuǎn)的螺旋片上有機(jī)械加工出的小縫隙，因而形成的壓力迫使紙漿擠壓穿過縫隙。倒轉(zhuǎn)的螺旋片的壓縮/膨脹作用連同由紙漿高稠度及相鄰螺旋軸的螺旋片的靠近造成的纖維之間的摩擦形成對纖維的有效揉搓。從第一Bivis裝置出來的產(chǎn)品被送至一個以同樣條件操作的第二Bivis裝置內(nèi)。從第二Bivis機(jī)出來的紙漿又被送至一個10℃的驟冷桶。紙漿經(jīng)重力脫水后即為成品。這種經(jīng)處理過的紙漿如前述制成24g/m2的手抄片再如前述確定其TD指數(shù)。結(jié)果表示在表Ⅶ中。
表ⅦTD 拉伸撕裂厚度 TEA揉搓機(jī)前0.08107218.50.00615.65揉搓機(jī)后0.71388 10.50.00791.28前面實施例的結(jié)果說明了二次纖維的穿透干燥性指數(shù)可以通過使高稠度的纖維在一個揉搓機(jī)內(nèi)經(jīng)受適當(dāng)?shù)娜啻炅Χ@得戲劇性的增加(因而纖維的穿透干燥性能也可改善)。此外，使用高稠度揉搓力通過減小抗拉伸和抗撕裂強(qiáng)度而增加了松厚度從而改進(jìn)了纖維制造薄棉紙的特性。實施例8Cenibra桉樹纖維經(jīng)15分鐘制成10％稠度的紙漿，再脫水至30％的稠度。在紙漿中加進(jìn)軟化劑(Berocell 584)，加入的量為每噸干纖維中加10磅Berocell，紙漿于是被饋入一個如圖5中所示的Maule軸式揉搓機(jī)。揉搓機(jī)以160°F和2.2HPD/T的功率輸入操作。
形成的經(jīng)揉搓過的桉樹纖維被制成一張具有兩層的薄棉紙，一層是軟木材纖維層，另一層是桉樹纖維層。在成形之前，北方軟木材牛皮紙纖維(northern Kraft softwood fibers,LongLac-19)經(jīng)60分鐘制成4％稠度的紙漿，而揉搓過的桉樹纖維經(jīng)2分鐘制成4％稠度的紙漿。每一層以0.05％稠度及每分鐘大約15.25米(50英尺)的速度獨(dú)立地形成在分別的成形織物上，制成的兩張紙幅在大約10％稠度時被層合在一起形成一個兩層的紙幅。制成的層合紙幅被轉(zhuǎn)送至一個造紙氈上，隨后在一個楊克干燥器的表面上壓制，在這里紙幅被干燥并以1.3皺紋率使其起皺。層合紙幅材的干燥器一側(cè)的面完全由軟木材纖維組成并具有一個2.381千克/267.552平方米(7.25磅/2880平方英尺)的基本重量(干燥器基本重量)。層合紙幅的空氣一側(cè)的面完全由相同定量的揉搓過的桉樹纖維組成。在起皺之后，薄棉紙在極小的拉力下被卷繞成衛(wèi)生紙卷。
制成的薄棉紙具有下列特性抗拉伸強(qiáng)度=858克/7.62厘米(3英寸)寬度(機(jī)器方向)和488克/7.62厘米(3英寸)寬度(橫向于機(jī)器的方向)；伸長=30.4％(機(jī)器方向)和5.8％(橫向于機(jī)器的方向；平板軟度(PanelSoftness)=7.70(平板軟度是由一個序列敏感平板桷定，它將薄棉紙的軟度分成從0至大約9.5的標(biāo)度)。用于作比較，同等強(qiáng)度穿透干燥材料的典型軟度值是7.15。實施例9南方硬木材(Southern hardwood)牛皮紙纖維(Coosa River-59)經(jīng)15分鐘制成10％稠度的紙漿，經(jīng)脫水成28％的稠度。將一種舒解劑(Berocell 584)加入到紙漿中，加入的量為每噸干纖維加入4.53千克(10磅)Berocell。然后紙漿被送入到一個Maule軸式揉搓機(jī)。揉搓機(jī)以160°F的溫度和2.2HPD/T的功率輸入操作。
形成的經(jīng)揉搓過的硬木材纖維被制成一張具有兩層的薄棉紙，一層是軟木材層，另一層是硬木材層。具體地是，北方軟木材(northern softwood)牛皮紙纖維(Longlac-19)經(jīng)60分鐘制成4％稠度的紙漿，而揉搓過的硬木材纖維經(jīng)2分鐘制成4％稠度的紙漿。每一層以0.05％稠度獨(dú)立地形成在分別成形的織物上，而制成的兩張紙幅在大約10％稠度和每分鐘15.25米(50英尺)的速度下被層合在一起形成一個單層的紙幅。制成的層合紙幅被轉(zhuǎn)送至一個造紙氈上，隨后在一個楊克干燥器的表面上壓制，在這里紙幅材被干燥并以1.3皺率使其起皺。層合紙幅的干燥器一側(cè)的面完全由軟木材纖維組成并具有一個2.381千克/267.552平方米(7.25磅/2880平方英尺)的基本重量(干燥器基本重量)。層合紙幅的空氣一側(cè)的面完全由相同基本重量的揉搓過的硬木材纖維組成。在起皺之后，薄棉紙在極小的拉力下被卷繞成衛(wèi)生紙卷。
制成的薄棉紙具有下列特性抗拉伸強(qiáng)度=689克/7.62厘米(3英寸)寬度(機(jī)器方向)和466克/7.62厘米(3英寸)寬度(橫向于機(jī)器的方向)；伸長=32％(機(jī)器方向)和5.6％(橫向于機(jī)器的方向)；平板軟度=7.65。用于作比較，同等強(qiáng)度穿透干燥材料的典型軟度值是7.30。
實施例8和9都說明了根據(jù)本發(fā)明方法用一個揉搓機(jī)處理全新硬木材纖維以制造濕壓薄棉紙對柔軟度的好處。
應(yīng)該理解到，上述用于說明本發(fā)明的實施例不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍是由后面所附的權(quán)利要求書限定的。
權(quán)利要求
1．一種由一種稠度為20或更大些的包括有造紙纖維的水懸浮液制造的薄綿紙，該水懸浮液在75°F或更大些的溫度下和在每噸干纖維1馬力日或更大些的功率下輸入通過一個軸式揉搓機(jī)，其特征在于，制造所述薄綿紙的纖維的TD指數(shù)增加百分之25或更大些，所述纖維經(jīng)過制造薄綿紙的料箱形成濕的紙幅，再經(jīng)干燥而形成所述薄綿紙。
2．一種由一種稠度為20或更大些的由二次纖維組成的水懸浮液制造的穿透干燥的薄綿紙張，所述水懸浮液在75°F或更大些的溫度下和在每噸干纖維至少1馬力日的功率下輸入通過一個軸式揉搓機(jī)，其特征在于，所述纖維的TD指數(shù)增加至0.15或更大些，并經(jīng)過薄綿紙的料箱以形成濕的紙幅；穿透干燥所述紙幅而制成所述穿透干燥的薄綿紙。
3．一種從一種配料制成的穿透干燥的薄綿紙張，其包括至少百分之25干重量二次纖維，所述配料具有0.15或更大些的TD指數(shù)。
4．如權(quán)利要求3的所述穿透干燥的薄綿紙張，其特征在于，所述配料具有為0.2或更大些的TD指數(shù)。
5．如權(quán)利要求3的所述穿透干燥的薄綿紙張，其特征在于，所述配料具有為0.3或更大些的TD指數(shù)。
6．如權(quán)利要求3的所述穿透干燥的薄綿紙張，其特征在于，所述配料具有為0.5或更大些的TD指數(shù)。
7．如權(quán)利要求3的所述穿透干燥的薄綿紙張，其特征在于，所述薄棉紙張由包含至少百分之50干重量的二次纖維的配料制成。
8．如權(quán)利要求3的所述穿透干燥的薄綿紙張，其特征在于，所述紙張由包含至少百分之75干重量的二次纖維的配料制成。
9．如權(quán)利要求3的所述穿透干燥的薄綿紙張，其特征在于，所述紙張由包含至少百分之100干重量的二次纖維的配料制成。
10．一種薄綿紙，其特征在于，所述薄綿紙由揉搓過的全新硬木材纖維制成。
11．如權(quán)利要求10的所述薄綿紙，其特征在于，所述薄綿紙包括混合的軟木材纖維和揉搓過的全新硬木材纖維。
12．如權(quán)利要求10的所述薄綿紙，其特征在于，所述薄綿紙包括一內(nèi)層軟木材纖維和兩外層揉搓過的全新硬木材纖維。
13．如權(quán)利要求12的所述薄綿紙，其特征在于，所述軟木材纖維和硬木材纖維的重量比為1∶1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理制造薄棉紙的造紙纖維的方法。由造紙纖維制成的脫水但仍舊濕的紙張的可穿透干燥性可以通過將高稠度的纖維水懸浮液處于高溫下使纖維充分揉搓而大大提高。這樣一種處理方法對于提高某些產(chǎn)品所用的穿透干燥加工的效率特別有效,這些產(chǎn)品包括例如從具有很大數(shù)量的二次性或回收纖維的配料制成的薄棉紙和紙巾等。
文檔編號A47K10/16GK1214389SQ9811558
公開日1999年4月21日 申請日期1998年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月18日
發(fā)明者M·A·赫爾曼斯, R·J·馬科林, 陳芳洲, K·A·格爾格 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司