專利名稱：洗液式壓花薄紙的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及薄紙制品，尤其是面巾紙和一次性手帕。尤其是，本發(fā)明涉及一種采用質(zhì)量改進過的薄紙的洗液式薄紙制品。
背景技術：
卷筒紙或紙張，有時也叫筒狀或片狀紙、紙巾，及其制成品(例如紙巾，有時也叫面巾紙)，在現(xiàn)代社會中應用廣泛。面巾紙、衛(wèi)生紙和餐巾紙是商業(yè)術語，在本發(fā)明中它們統(tǒng)稱為薄紙制品。長期以來一直認為，這些產(chǎn)品的重要物理屬性包括強度、厚度、柔軟度、光滑度、吸收性和抗掉毛性。目前的研究和發(fā)展方向是在不嚴重影響其它性質(zhì)的前提下，改善一個或同時改善兩三個屬性。
柔軟度和光滑度涉及當使用者將某產(chǎn)品握在手中、用產(chǎn)品擦拭皮膚或?qū)a(chǎn)品在手中揉皺時能夠感受到的觸感。觸感是若干物理屬性的組合?？梢酝ㄟ^目標參數(shù)-生理表面光滑度(PSS)參數(shù)(例如來自美國專利5,855,738)來獲得。薄紙制品的厚度對于使用者的觸感相當重要。
強度是指使用條件下產(chǎn)品維持物理完整性和抗撕破、抗撕裂與抗撕碎的能力。
吸收性是指產(chǎn)品吸收大量液體特別是含水溶液或分散體的能力。使用者所感知的總體吸收性能一般認為是給定質(zhì)量薄紙被浸透時所吸收液體的總量和吸收液體的速率。
抗脫毛性指使用條件下(包括潤濕時)纖維產(chǎn)品及其成分纖維網(wǎng)的結(jié)合能力。換句話講，抗脫毛性越高，纖維紙掉毛的可能性就越小。
具有高的濕破裂強度和典型的相對較厚的產(chǎn)品是使用通氣干燥法生產(chǎn)的。然而，傳統(tǒng)造紙機沒有通氣干燥設備，提供這種設備意味著相當可觀的財務投入。另一方面，通氣干燥設備要比傳統(tǒng)的干燥設備消耗更多能量。因此，使用傳統(tǒng)造紙機來提供優(yōu)質(zhì)紙仍然很有吸引力。
下列現(xiàn)有技術代表了通過本領域中已知的加工工序來改善至少某些上述討論的紙張性質(zhì)，所述加工工序?qū)τ趥鹘y(tǒng)方式生產(chǎn)的紙?zhí)貏e有用。
公開于1998年12月23日的WO 98/58124公開了一種壓花方法，其中所用壓花單元的高度為至少1mm。
公開于1991年1月16日的EP 0 408 248公開了一種壓花工序與壓光工序同時進行的加工方法。
公開于1998年12月23日的EP 0 668 152公開了一種使用非匹配凸凹壓花單元的壓花方法。
公開于1999年3月10日的EP 0 696 334公開了一種避免體積增加的壓花工序。
美國專利5,855,738公開了一種包括壓光工序的光面薄紙制造方法。
眾所周知在本領域中，面巾紙和紙巾上帶有添加劑(例如添加洗液)可獲得護膚或藥物治療的有益效果。
這些成果的典型代表如下公布于1996年6月11日的美國專利5 525 345，公開了一種賦予柔軟光滑感覺的洗液。本專利包括對本領域中常用來提高舒適感的礦物油的一些不良效果的描述。其中一個重要不良效果是礦物油容易滲透，例如可能滲透到薄紙產(chǎn)品的包裝材料上并將其弄臟，所以需要使用特殊的包裝材料，例如昂貴的防潮材料。本專利在描述這些有害效果時，公開了一種包括高達80％固定劑的洗液化合物。
1999年6月9日授予的EP 0 808 157公開了一種含藥薄紙制品，所用洗液由固體和液體兩種成分組成。本專利涉及用改良的洗液混合物來實現(xiàn)洗液經(jīng)濟傳遞的方法。
本發(fā)明通過提供特別適合洗液式薄紙的紙張質(zhì)量和結(jié)構(gòu)(仍可以非常經(jīng)濟的方式生產(chǎn))來嘗試降低滲透性很強的洗液的不良效果。
鑒于現(xiàn)有技術和以上所述考慮，仍然需要薄紙制品，尤其是面巾紙，其
-集最佳強度(即濕破裂強度)、吸收性和抗脫毛性于一體；-還具備柔軟度、光滑度和厚度的理想觸感；-可高成效果比生產(chǎn)，并且更適宜用傳統(tǒng)造紙機生產(chǎn)；-提供護膚有益效果；-實現(xiàn)洗液的經(jīng)濟利用；-確保在需要時將足量洗液轉(zhuǎn)移至使用者，同時避免不需要時洗液的過早轉(zhuǎn)移。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及薄紙制品，尤其是面巾紙和一次性手帕。本發(fā)明要求保護并描述了使用薄頁紙幅生產(chǎn)薄紙制品的方法，其包括以下步驟-讓所述薄頁紙幅通過在第一和第二壓花輥之間形成的壓花輥隙，其中至少一個壓花輥每平方厘米上包括至少30個壓花單元。
-把可轉(zhuǎn)移洗液涂敷到至少部分所述薄頁紙幅上。
還要求保護按照上述方法生產(chǎn)的薄紙制品。
發(fā)明詳述適合的造紙工序按照本發(fā)明，采用造紙領域廣為人知的原理和機器，以濕鋪法生產(chǎn)纖維結(jié)構(gòu)。用于制造薄紙基質(zhì)的適合紙漿配料優(yōu)選包括以下造紙纖維基本組成材料為纖維素纖維(一般稱為木漿纖維)或由纖維素制造的纖維(例如，人造纖維、粘膠纖維)。本發(fā)明預期使用來自軟木(裸子植物和針葉樹)和硬木(被子植物和落葉樹)的纖維。提取纖維的特定樹木種類并不重要。木漿纖維可以通過簡便的制漿方法由天然木材制造。適用的化學方法有亞硫酸鹽法、硫酸鹽(包括硫酸鹽漿)法和燒堿法。機械方法(例如熱化學或Asplund方法)也適用。另外，還可使用各種半化學和半機械的方法。漂白及未漂白纖維均可使用。最好不要使用非纖維素纖維(如橡膠)。
按照本發(fā)明，薄紙可以包含一種高度優(yōu)選的成分-濕強化學試劑。以干纖維重量為基準，濕強化學劑(例如水溶性的永久和暫時濕強樹脂)含量優(yōu)選為高達3.0％，優(yōu)選為至少0.5％，更優(yōu)選為至少0.8％。
本發(fā)明可使用多種濕強樹脂。例如，Westfelt在《纖維素化學和技術》(1979)第13卷的813到825頁中描述了大量此類原料，并討論了它們的化學性質(zhì)。
通常，濕強樹脂是水溶性的陽離子材料。也就是說，樹脂在加入造紙配料時是水溶性的。非?？赡?甚至必定發(fā)生)的情況是，后續(xù)事件(例如交聯(lián)作用)將產(chǎn)生不溶于水的樹脂。而且，一些樹脂僅在某些條件(例如pH值超過限定范圍)下可溶。一般認為，濕強樹脂在沉積到造紙纖維上面、內(nèi)部或之間后，會發(fā)生交聯(lián)作用或其它固化反應。但是只要有大量的水，交聯(lián)或固化就不會經(jīng)常發(fā)生。
各種不同的聚酰胺-表氯醇樹脂有特別的用途。這些材料是低分子量聚合體，并帶有諸如氨基、環(huán)氧基和氮(雜)環(huán)丁烷基等活性官能團。此專利文獻對此類材料的制造方法作了大量的描述，包括1972年10月24日授予Keim的US-A-3 700 623專利和1973年11月13日授予Keim的US-A-3 772 076專利。
由特拉華州威爾明頓的Hercules有限公司出售的商標為Kymene的Kymene 557H和Kymene LX聚酰胺-縮水氯樹脂在本發(fā)明中特別有用。在上述授予Keim的專利中對這些樹脂進行了概括描述。
本發(fā)明中有用的基活性聚酰胺-表氯醇樹脂由密蘇里州圣路易斯的Monsanto公司出售，并且具有例如商標為Santo Res的Santo Re 31等產(chǎn)品。對這些材料進行概要說明的有1974年12月17日授予Petrovich的US-A-3 855 158專利；1975年8月12日授予Petrovich的US-A-3 899 388專利；1978年12月12日授予Petrovich的US-A-4 129 528專利；1979年4月3日授予Petrovich的US-A-4 147 586專利；1980年9月16日授予Van Eenam的US-A-4 222 921專利。
本發(fā)明中有用的其它水溶性陽離子樹脂是康涅狄格州Sandford斯坦福的American Cyanamid公司出售的Parez牌聚丙烯酰胺樹脂，如Parez631NC等。對這些材料進行概要說明的有1971年1月19日授予Coscia等人的US-A-3 556 932專利，1971年1月19日授予Williams等人的US-A3 556 933專利。
本發(fā)明中有用的其它水溶性樹脂包括丙烯酸乳狀液和陰離子苯乙烯-丁二烯橡膠。1974年10月29日授予Meisel Jr等人的US-A3 844 880專利提供了許多這些類型樹脂的實施例。本發(fā)明中還用到其它水溶性陽離子樹脂，如尿素甲醛和三聚氰胺甲醛樹脂。這些多功能活性聚合體分子量高達幾千數(shù)量級。更普通的官能團包括諸如附有氨基和羥甲基等的氮等含氮基。盡管較不優(yōu)選，但聚氮丙啶型樹脂在本發(fā)明中也有用。
上述水溶性樹脂及其制造的更詳細說明，請參閱TAPPI MonographSeries No.29，“Wet Strength in paper and Paperboard”(紙和紙板的濕強度)，Technical Association of the Pulp and Paper Industry(紙漿和造紙業(yè)技術協(xié)會)(紐約；1965)。
也可任選使用諸如改性淀粉等暫時濕強劑?？梢越M合使用永久和暫時濕強劑。
本發(fā)明可包含干強化學試劑，以纖維干燥重量為基準，其重量優(yōu)選為3％，更優(yōu)選為至少0.1％。高度優(yōu)選的干強化學試劑是羧甲基纖維素。其它適合的干強化學劑包括聚丙烯酰胺(例如Wayne，N.J.的AmericanCyanamid生產(chǎn)的CyproTM514和AccostrengthTM711的混合物)；淀粉，例如玉米淀粉和馬鈴薯淀粉；聚乙烯醇，例如Allentown，PA的AirProducts Inc.生產(chǎn)的AirvolTM540；關島豆膠或刺槐豆膠和聚丙烯酸酯膠乳。適合的淀粉原料也可包括含改性陽離子淀粉，例如National Starch andChemical Company(Bridgewater，NJ)生產(chǎn)的具有含氮基(如附有氨基和羥甲基的氮)的改性淀粉。
化學軟化組合物，包括化學剝離試劑，是本發(fā)明的任選成分。公布于1974年6月28日的US-A-3 821 068專利講授了化學剝離試劑可用來降低薄頁紙幅的硬度和提高其柔軟度。公布于1971年1月12日的US-A-3554 862專利公開了合適的化學剝離試劑。其中包括季銨鹽。
優(yōu)選的化學軟化混合物包括約0.01％至約3.0％的季銨化合物，優(yōu)選的是可生物降解的季銨化合物；約0.01％至約3.0％的多羥基化合物；優(yōu)選地包括以下基丙三醇、山梨糖醇、平均分子量為約150至約800的聚丙三醇、聚氧化亞乙基二醇和平均分子量為約200至約4000的聚氧化丙烯。季銨化合物與多羥基化合物的重量比的優(yōu)選范圍是1.0∶0.1至0.1∶1.0。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在添加至造紙配料前，優(yōu)選地在至少40℃的溫度下預先混合多羥基化合物與季銨化合物更有效。作為補充或另一方法，化學軟組合物可通過例如印刷方法涂敷于充分干燥的薄頁紙幅上。請注意，除非另有說明，本發(fā)明中所有的百分比都是用干燥纖維重量計算的。
本發(fā)明中適用的季銨化合物的實施例包括下列化合物本身(未改性)或其單酯或二酯變體眾所周知的二烷基二甲基銨鹽和烷基三甲基銨鹽。實施例包括二(氫化油脂)二甲基硫酸銨的二酯變體和二(氫化牛酯)二甲基氯化銨的二酯變體。不受理論約束，據(jù)信酯的部分使這些化合物具有生物降解能力。俄亥俄州Dublin的Witco Chemical Company Inc.可生產(chǎn)提供該原料，其商品名為Rewoquat V3512。詳細的分析和測試程序請參閱1995年4月27日公布的WO 95/11343專利。
本發(fā)明中有用的多羥基化合物的實施例包括平均分子量為約200至約600的聚氧化乙烯乙二醇，其中特別優(yōu)選的是“PEG-400”。
添加上面列出的優(yōu)選化學劑中的特定化學試劑后，會使紙制品具有非常有益的效果(即柔軟度)，本發(fā)明中用到的薄頁紙幅可采用本領域技術人員熟知的任何普通方法制造。
這些造紙方法包括對適合紙漿的脫水，例如，使用一條或多條造紙毛氈和/或帶子。本發(fā)明更適宜用于傳統(tǒng)的造紙方法。本發(fā)明提及的任何傳統(tǒng)造紙方法都不包含通氣干燥工序。另外，也可以選擇使用包括通氣干燥工序的造紙方法。
拉伸壓花工序本發(fā)明特別涉及本領域熟知的轉(zhuǎn)變加工工序。
根據(jù)本發(fā)明，要執(zhí)行的一個重要轉(zhuǎn)變加工工序是壓花工序，在此工序中用低壓力壓制出非常精細的圖案。
薄頁紙幅的一般印花方法是讓其通過兩個壓花輥之間的輥隙，其中至少一個壓花輥包括壓花單元。典型的壓花輥包括彎曲或者平坦的表面。壓花單元是超出平面一定高度的凸出物，其高度從垂直于壓花輥軸的方向測量，為彎曲的平滑輥表面到凸出的最遠點的距離。壓花單元具有一定寬度，此寬度可在輥表面基本平直的面上測量。本發(fā)明使用的術語“寬度”是指在上述指定平面上(即壓花單元的底平面上)測量的圓形壓花單元的直徑，或在壓花單元不是圓形時在所述平面上測量的最大寬度。
根據(jù)本發(fā)明，壓花單元可以是任何形狀，例如金字塔形或半球形，其剖面可以是圓形、橢圓形或正方形。壓花單元可以形成連續(xù)圖案，但優(yōu)選圖案互相分開。
根據(jù)本發(fā)明，壓花單元至少設置在一個壓花輥上，并形成非常精細的圖案。每平方厘米壓花輥所含壓花單元個數(shù)的最小值為30、優(yōu)選為50、更優(yōu)選為60、更優(yōu)選為70和最優(yōu)選為80。
根據(jù)本發(fā)明，壓花單元不高，其高度優(yōu)選小于1mm、更優(yōu)選小于0.8mm、再更優(yōu)選小于0.6mm、還更優(yōu)選小于0.5mm、更更優(yōu)選小于0.4mm、最優(yōu)選為小于0.3mm。
拉伸壓花的壓花區(qū)域?qū)ξ磯夯▍^(qū)域的比例范圍優(yōu)選為5％至95％、更優(yōu)選為20％至80％、最優(yōu)選為40％至60％。即最優(yōu)選的是對薄頁紙幅總表面區(qū)域的40％至60％進行壓花效果最好。
任何已知的壓花輥類型及其操作模式都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，使用兩個硬金屬(例如鋼)壓花輥，其中第一個壓花輥(稱為凸輥)包括凸起的壓花單元，第二個壓花輥(稱為凹輥)包括與之匹配的凹槽。凹槽可以是凸起壓花單元的鏡像，也可以略小于實際鏡像，即凹槽的尺寸或形狀(如斜面)可略微不同。
根據(jù)本發(fā)明，在另一個高度優(yōu)選的壓花工序中，第一個壓花輥包含硬金屬凸起壓花單元，該輥提供與薄頁紙幅的接觸面，第二個壓花輥包含由較軟的材料(例如，橡膠，優(yōu)選的肖氏硬度為40-70的材料)制成的薄頁紙幅接觸面，在此接觸面上，凹槽與凸起壓花單元緊密接觸。
兩個壓花輥間的輥隙尺寸取決于要加工的薄頁紙幅和使用的壓花圖案等。也受下面因素的制約使第一壓花輥和第二壓花輥同時滾動的壓力為零、也可不為零。
當在此過程中使用兩個硬金屬輥(凸輥和凹輥)時，應當操作壓花輥，使得在凸輥的凸起壓花單元和凹輥的凹槽底部之間留出一定空隙，空隙寬度為未壓花薄紙厚度的60％至140％，優(yōu)選為80％至120％。
當組合使用硬金屬輥和橡膠輥時，兩個壓花輥應當互相施加一定的壓力擠在一起，壓力范圍可為每平方厘米10N至1000N、優(yōu)選為20N至200N、更優(yōu)選為50N至100N。
已知適用于本發(fā)明的操作模式，優(yōu)選地為壓花輥不加熱并且以相同速度運行，但是在可供選擇的操作模式中，至少可加熱一個壓花輥并且讓壓花輥以不同速度運轉(zhuǎn)。
上述精細圖案壓花的一個重要作用是增加厚度，即薄頁紙幅的體積。因此，在本發(fā)明的一個高度優(yōu)選的模式中，令單層薄頁紙幅或單層薄紙通過壓花輥隙。在可供選擇的模式中，多層薄紙可以同時通過輥隙。然而，不受理論的約束，申請者相信本發(fā)明所述的變形壓花可以拉伸薄紙、導致變形，但并不會導致薄紙基本壓實，因此，申請者不考慮上述非常適宜于幾層薄紙并行壓花連接的方法。更預期的是使用分開的連接工序來提供多層薄紙制品，其中連接工序優(yōu)選地包括壓花工序，例如下文描述的“連接壓花”。
洗液的涂敷按照本發(fā)明，在拉伸壓花前后，更優(yōu)選地是在拉伸壓花后，把洗液涂敷于薄紙制品上?？梢酝ㄟ^任何合適的方法涂敷洗液，例如印刷和噴涂。洗液可以涂敷于薄頁紙幅或薄紙制品的整個表面或部分表面上。對于多層薄紙制品來講，洗液可以涂敷于所有層或僅涂敷于選定層的一面或兩面。在一個優(yōu)選的實施方案中，洗液涂敷于薄紙制品的兩個外表面。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，洗液能改善薄紙的光滑度，降低它的PSS參數(shù)。此外，洗液具有護膚的有益效果。
洗液可以包括軟化/剝離劑、潤膚劑、固定劑，及其混合物。合適的軟化/剝離劑包括季銨化合物、聚硅醚，及其混合物。合適的潤膚劑包括丙二醇、丙三醇、三甘醇、鯨蠟或其它蠟、凡士林、脂肪酸、脂肪族醇、脂肪酸鏈中有12個至28個碳原子的脂肪族醇醚、礦物油也叫硅油(例如，二甲基硅油和棕櫚酸異丙酯)，及其混合物。合適的固定劑包括地蠟、十八烷醇和石蠟、多羥基脂肪酸酯、多羥基脂肪酸酰胺，及其混合物。
其它任選成分包括香料、抗菌活性劑、抗病毒活性劑、消毒劑、藥用活性劑、成膜劑、除臭劑、遮光劑、收斂劑、溶劑等等。洗液成分的某實例包括樟腦、麝香草酚、薄荷醇、甘菊精、真蘆薈制品、金盞花精華。
按照本發(fā)明，使用的可轉(zhuǎn)移洗液，最優(yōu)選的是包含以上所列成分的可轉(zhuǎn)移洗液，這種可轉(zhuǎn)移性能確保優(yōu)良的護膚和藥用效果。有經(jīng)驗的技術人員清楚所列成分對洗液可轉(zhuǎn)移性的影響，所含礦物油的數(shù)量當然是一關鍵參數(shù)。
本發(fā)明使用的術語“可轉(zhuǎn)移洗液”是指具有以下特點的任意一種洗液按照本發(fā)明描述的、在未壓花紙上進行靜態(tài)洗液轉(zhuǎn)移測試，轉(zhuǎn)移率超過0.25％。按照本發(fā)明描述的、未壓花紙上進行的固定洗液轉(zhuǎn)移測試，可轉(zhuǎn)移洗液的轉(zhuǎn)移率優(yōu)選超過0.5％、更優(yōu)選超過1％、2％或5％。為了最優(yōu)化地獲得洗液帶來的有益效果，洗液的可轉(zhuǎn)移性水平可以相對較高。本發(fā)明迄今已克服了大量使用高度可轉(zhuǎn)移洗液帶來的缺點。
在靜態(tài)和動態(tài)條件下，使用下文描述的測試方法，獲得了已拉伸壓花和未壓花薄紙制品的數(shù)據(jù)未壓花產(chǎn)品相同產(chǎn)品拉伸壓花涂敷洗液前靜態(tài)轉(zhuǎn)移5.14％2.25％動態(tài)轉(zhuǎn)移21.83％ 21.12％下文描述的洗液測試方法獲得的數(shù)據(jù)證實了按本發(fā)明制造的產(chǎn)品的一些有益效果。按照本發(fā)明進行拉伸壓花的產(chǎn)品，當與表面靜態(tài)接觸時，只傳遞很少量的洗液，但是當擦過表面時，洗液傳遞量明顯增多。
表面靜態(tài)接觸代表產(chǎn)品在包裝狀態(tài)下薄紙制品與包裝材料的接觸。洗液轉(zhuǎn)移率低就可避免使用昂貴的包裝材料。表面靜態(tài)接觸還表示，當從包裝中取出薄紙產(chǎn)品準備使用(例如，用在鼻子區(qū)域)時，產(chǎn)品與使用者指尖的接觸。一般說來，當使用者的鼻子區(qū)域需要洗液的有益效果時，很不希望洗液向指尖流淌，因為這會引起討厭的油膩感覺，甚至需要洗手。
擦過表面代表在目標區(qū)域(通常指鼻子區(qū)域)使用洗液式薄紙制品。輕微摩擦鼻子區(qū)域是一種很常見的使用習慣，這種使用當然可以通過向使用者提供適當?shù)氖褂谜f明來加強。
與未壓花產(chǎn)品相比，按照本發(fā)明制造的拉伸壓花產(chǎn)品在表面靜態(tài)接觸時傳遞的洗液明顯較少。但是，摩擦時傳遞的洗液不比未壓花薄紙產(chǎn)品差。
按照本發(fā)明，優(yōu)選的薄紙制品轉(zhuǎn)移洗液所需最少摩擦次數(shù)可為1.1次、1.5次、2次、5次、7次、8次，次數(shù)越多越好，這與按照下文描述的測試程序進行測量的靜態(tài)洗液轉(zhuǎn)移相同。
任選加工工序本發(fā)明的薄紙制品的制造還可以包括以下任選工序轉(zhuǎn)變加工過程中可使用任何已知壓光方法，然而，按照本發(fā)明，通常要使用極高的壓光壓力。優(yōu)選地，壓光工序應在拉伸壓花后、洗液涂敷之前進行。
本發(fā)明的壓光工序包括讓一層或幾層薄頁紙幅通過第一和第二壓光輥之間的壓光輥隙。兩個壓光輥典型地皆與薄頁紙幅在一定長度上接觸，本發(fā)明所說的接觸長度是在平行于所述第一壓光輥的方向上測量的。壓光輥對薄頁紙幅施加的壓力為至少每厘米所述接觸長度30N，壓光輥將以此壓力互相施壓從而達到壓光目的。每厘米所述長度的優(yōu)選壓力范圍可為50N至300N、更優(yōu)選為60N至250N、更優(yōu)選為70N至200N、更最優(yōu)選為120N至150N。按照本發(fā)明，被壓光的薄紙纖維層數(shù)優(yōu)選等于薄紙制品包含的層數(shù)，例如，兩層、三層或四層薄頁紙幅皆可在一道工序中并置壓光。
對于適用于本發(fā)明的已知設備和操作模式，優(yōu)選地為壓光輥不加熱并且速度相同，但是在可供選擇的操作模式中，可至少加熱一個輥并且讓壓光輥速度不同。
眾所周知，在本領域中，壓光工序可縮小薄頁紙幅的厚度，因而典型選用以確保薄紙制品的厚度符合要求的規(guī)格。
由于施加壓力會導致薄頁紙幅的壓實，因而都知道壓光工序會降低薄紙制品的觸摸柔軟度。因而，至少在衛(wèi)生紙(如紙巾)領域，壓光工序不需在太高的壓力下進行，對于已壓花的薄頁紙幅，選擇的典型壓力為10N/cm至20N/cm。
當構(gòu)思本發(fā)明時，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，組合使用要求保護的特定壓花工序與壓光工序可以生產(chǎn)出厚、體積大，而且仍然非常柔軟的紙制品。
更特別的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過拉伸壓花工序和壓光工序的薄頁紙幅與未處理的薄頁紙幅相比，厚度還增加了。(例如，當在一道工序中對三層薄頁紙幅進行壓光時，比較三層未處理薄頁紙幅與三層已壓花、壓光的薄頁紙幅)這種效果令人十分驚訝，都知道高壓力壓光工序會大大減少薄頁紙幅的厚度，如在德國專利申請DE 0 44 14 238.2中所述。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過比較未處理薄頁紙幅與已處理薄頁紙幅，本發(fā)明要求保護的方法使薄頁紙幅的厚度增加了10％，有時可為30％，甚至高達40％、60％、80％或100％。單獨使用拉伸壓花工序一般可以使厚度增加50％至200％。
本發(fā)明的薄紙有第一和第二表面，兩表面相對，厚度垂直于第一和第二表面。此厚度也指薄紙厚度。按照本發(fā)明，3層薄紙制品的厚度優(yōu)選范圍為0.1mm至1mm，更優(yōu)選為0.2mm至0.5mm。
而且，本發(fā)明的薄紙的濕破裂強度優(yōu)選大于50g、更優(yōu)選大于100g、更優(yōu)選為150g至500g、更優(yōu)選為250g至400g。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明要求保護的方法會明顯地降低薄紙的干抗拉強度，但不會嚴重影響薄紙濕抗拉強度。使用所要求保護的方法處理的薄紙，典型的濕破裂強度為100g至300g，干抗拉強度與濕破裂強度的優(yōu)選比例為0.1至0.3、更優(yōu)選為0.125至0.25、最優(yōu)選為0.15至0.2。
另一方面，本發(fā)明的薄紙制品的生理表面光滑度參數(shù)優(yōu)選小于1000微米、更優(yōu)選為650微米至50微米、更優(yōu)選為650微米至300微米。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方案中，提供的薄紙制品層數(shù)為兩層至四層，最優(yōu)選為三層。所有具有拉伸壓花圖案的薄紙，優(yōu)選地圖案占薄紙制品整個表面積至少50％、優(yōu)選為80％、最優(yōu)選為整個表面。
為了提供多層薄紙制品，可采用薄頁紙幅多層并置的方法，最好可以通過連接壓花來連接。本發(fā)明中的“連接壓花”是指一種壓花，按照本發(fā)明，通過該壓花過程，可在一道加工工序中壓印多層薄紙的所有層。優(yōu)選的連接壓花對壓光層的光滑度不會影響或至少不會有很大影響。因此，優(yōu)選地薄紙的未壓花表面占總表面的大部分，并且優(yōu)選地在第一和第二表面上。本發(fā)明所用的方法中，這意味著薄紙擁有一個或更多沒有連接壓花的區(qū)域，也可選擇擁有一個或多個包括連接壓花的區(qū)域，其中不包括連接壓花的區(qū)域至少占薄紙表面積的50％，優(yōu)選地為至少80％，在一些優(yōu)選的實施方案中高達99％。最普遍的情況是，包括連接壓花的區(qū)域靠近薄紙邊緣(例如沿著兩邊或四條邊)；包括連接壓花的區(qū)域也可以用于裝飾目的(例如形成圖案或拼寫出徽標或商標名稱)。不包括壓花的區(qū)域位于包括連接壓花的區(qū)域中間和/或周圍的連續(xù)區(qū)域。優(yōu)選的連接壓花采用鋼對鋼、針對針式壓花方法，每平方厘米有10至40個壓花單元，壓花單元高度為0.01mm至1mm，優(yōu)選高度為0.05mm至0.2mm。在薄紙制品總表面中，連接壓花區(qū)域相對未壓花或精細壓花區(qū)域的優(yōu)選百分比為0.01％至5％。連接壓花在實現(xiàn)連接時會導致薄紙制品的相當致密化。因此，壓花單元和其配對物(例如，使用針對針壓花時的兩根針)之間的空隙小于要壓印的薄紙的厚度，典型地為該薄紙厚度的5％至50％，優(yōu)選地為10％至20％，這樣可產(chǎn)生10,000至50,000N/平方厘米的壓印壓力。
本發(fā)明的方法還可包括提供適用于薄紙制品(如紙巾)的紙張加工工序。這些工序一般包括薄頁紙幅的切割。
必要時，本發(fā)明的薄紙制品可以帶有功能性或美觀標記。標記可以制作在薄紙制品表面的一面或兩面。標記可以覆蓋薄紙制品的全部或部分，可以是連續(xù)或非連續(xù)圖案。
標記可以通過本領域任何已知方法例如噴涂、擠壓和優(yōu)選的印花法加到薄紙制品表面?？梢允褂冒及嬗』ɑ蛳鹌ね拱嬗』?。如果選擇印花作為加標記的方法，可以按照公布于1993年5月25日授予Leopardi，II的普通轉(zhuǎn)讓的美國專利5,213,037中的說明來制造印花設備。必要時，設備可以有存儲隔板，如1993年10月26日公布的授予Sonneville等人的普通轉(zhuǎn)讓的美國專利5,255,603中公開的內(nèi)容。必要時，標記可以有穿孔或散開式切割，如1998年9月8日公布的授予McNeil的普通轉(zhuǎn)讓的美國專利5,802,974中公開的內(nèi)容。上述專利的公開內(nèi)容引入本文以供參考。
測試方法洗液轉(zhuǎn)移測試進行測試的環(huán)境實驗室溫度為22℃+2.2℃，相對濕度為50％+10％。
a)目的本測試的目的是測量在靜態(tài)和/或摩擦條件下轉(zhuǎn)移到玻璃表面的洗液數(shù)量。
b)設備/材料列表1.20cm×30cm或已知重量的玻璃盤。
2.具有2cm×3cm矩形薄紙制品接觸面的金屬重物。
3.與玻璃盤尺寸相同的5mm厚的硬橡膠盤。
4.分析天平(0.0001g分辨率)。
c)樣品準備使用大約20cm×20cm的薄紙樣品。把洗液均勻地噴涂在樣品上，洗液量的選擇以達到每平方米10g洗液為宜。
d)i)靜態(tài)測試把洗液樣品放置在玻璃盤上。用硬橡膠盤將其覆蓋，然后把金屬重物放在橡膠盤上。金屬重物應該對紙/玻璃表面施加9kPa的壓強。
等待15分鐘，然后小心取下金屬重物、硬橡膠盤和紙?，F(xiàn)在測量橡膠盤的重量。把二個重量相減(帶洗液玻璃-無洗液玻璃)，可以獲得轉(zhuǎn)移的洗液重量。
ii)動態(tài)測試(摩擦測試)取出洗液樣品，涂滿金屬重物紙接觸表面。金屬重物應向紙表面施加9kPa壓強(必要時可以調(diào)節(jié)重物)。
把金屬條/紙放置在具有已知重量且表面尺寸為100×30mm的玻璃表面上。
在15cm長的玻璃表面上，以50mm/秒的速率來回摩擦10次。然后取下附有紙的金屬條，測量玻璃盤的重量差。
f)結(jié)果重復測試10次，然后取數(shù)學平均值作為結(jié)果。以薄紙產(chǎn)品包含洗液量的百分比形式報告轉(zhuǎn)移洗液的平均量。
厚度的測量包括以下步驟在測量厚度前，將薄紙在溫度為21℃至24℃、相對濕度為百分之48至52的環(huán)境下預處理兩個小時。如果要測量薄手紙的厚度，請首先剝掉15至20層紙。如果測量面紙的厚度，應從包裝中心附近取樣品。選定樣品，然后再對其進行附加15分鐘的處理。
本發(fā)明中使用的多層薄紙的厚度是指承受14.7g/cm2壓力負載時的紙張厚度。優(yōu)選地使用賓夕法尼亞州費城的Thwing-Albert InstrumentCompany生產(chǎn)的低負載Thwing-Albert測微計(型號89-11)來測量厚度。多層薄紙的總厚度除以層數(shù)就得到每層的厚度。對于單層薄紙，每層厚度等于厚度?？赡艿脑?，應避開薄紙上有裝飾、穿孔、邊緣效應的等區(qū)域。
濕破裂強度使用電子耐破度測定儀在以下測試條件下測量。耐破度測定儀是配備有2000g負載單元的Thwing-Albert Burst Tester Cat.No.177。該耐破度測試儀由美國賓夕法尼亞州費城的Thwing-AlbertInstrument Company生產(chǎn)(郵編19154)。
取下八張薄紙，分兩個為一堆置放。使用剪刀剪開樣品，使樣品加工方向長約228mm，加工垂直方向長約114mm，都為兩個成品單元的厚度。
首先用小紙夾把樣品固定在一起老化兩個小時，并給樣品的另一端通風以分離紙層，從而使樣品中間能夠進行空氣流通。用夾子把各樣品懸掛在107℃(3℃)強迫通風烘箱中保持5分鐘(10秒)。加熱結(jié)束后，從烘箱中取出樣品，測試前至少冷卻三分鐘。
取下樣品條，拿著樣品的狹窄橫邊，把樣品中心浸漬在裝有約25mm蒸餾水的盤子里。讓樣品浸在水中四(4005)秒。取出樣品，握在手中等待三(3005)秒，讓水橫向流出。排水后立刻繼續(xù)測試。樣品外表面朝上放置在樣品定位裝置的較低環(huán)中，以便讓樣品的潤濕部分完全覆蓋在樣品定位環(huán)的粗糙表面上。如果出現(xiàn)細紋，將樣品扔棄，并用新樣品重復進行測試。在正確將樣品放置在較低環(huán)后，打開上部環(huán)的降低開關?，F(xiàn)在，樣品定位裝置已牢固地固定了測試樣品。按下開始按鈕的同時開始進行破裂度測試。壓桿開始上升。在樣品被撕開或破裂的瞬間，報告最大讀數(shù)。壓桿將自動倒退，返回至初始位置。使用另外三個樣品，重復上述程序，總共進行四次測試，即四次重復實驗。將四次重復實驗的平均值取舍為最近的克作為結(jié)果報告。
按照以下步驟測量干抗拉強度在環(huán)境實驗室中，在一英寸乘五英寸(大約2.5cm×12.7cm)的紙(包括下述手抄紙和其他類型的紙)上進行測試，環(huán)境實驗室溫度是28℃+2.2℃，相對濕度是50％+10％。使用電子拉力測試儀(型號為1122，馬薩諸塞州坎頓的Instron Corp生產(chǎn))，其運轉(zhuǎn)時的十字頭速度為每分鐘2.0英寸(約每分鐘5.1cm)，標尺長度為4.0英寸(約10.2cm)。加工方向基準意味著，準備的測試樣品的加工方向長應為5英寸(約13cm)。這樣測量加工方向干抗拉強度，紙制品需切割成加工方向長度5英寸(約13cm)的紙條。對應于加工垂直方向干抗拉強度，紙制品要切割成加工垂直方向長度5英寸(約13cm)的紙條。加工方向和加工垂直方向是造紙領域的眾所周知的術語。加工方向和加工垂直方向抗拉強度是使用上述設備和傳統(tǒng)計算方式確定的，每一方向上的強度至少要測試六張紙條，然后取它們的算術平均值。本發(fā)明使用的干抗拉強度是平均加工方向抗拉強度和平均加工垂直方向抗拉強度的算術平均值。
對于報告PSS參數(shù)的生理表面光滑度的測量，選定的薄紙樣品應避免出現(xiàn)細紋、撕開、穿孔、嚴重偏離宏觀單平面度。測試前，樣品至少要在22℃至24℃、相對濕度48％至52％的環(huán)境中放置兩個小時。樣品放置在電動工作臺上，并且由磁力固定在適當位置?？蛇x擇樣品的任一面進行測量，但所有軌跡皆應在相同面進行測量。
生理表面光滑度的測量方式是使用輪廓曲線儀在任何方向上掃描薄紙樣品，以得到作為距離函數(shù)的Z方向上的位移。通過傅立葉變換把Z方向位移轉(zhuǎn)換為振幅相對頻率的波譜。然后使用一系列濾波器調(diào)整波譜，使其與人類的觸覺靈敏度相適應。計算每毫米0至10個周期的濾波振幅頻率曲線的峰值高度和，從而得到輸出結(jié)果。
將尺寸約為100毫米×100毫米的薄紙樣品固定在電動工作臺上。可使用任何適合的工作臺，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很適用的工作臺有日本Kato TechCompany Limited of Koyota生產(chǎn)的具有表面測試儀的KES-FB-4NKES-SE型、或者在閉環(huán)控制模式中使用NuStep 2C NuLogic雙軸步進馬達控制器的CP3-22-01 DCI微型精密工作臺。工作臺擁有恒定傳動馬達，運轉(zhuǎn)速度為每秒1毫米。在前進方向上對樣品進行30毫米的掃描，橫向掃描寬度為一毫米，然后倒退。在前進和倒退方向上，在以掃描距離為26毫米為中心的區(qū)域采集數(shù)據(jù)。每次掃描的開頭和末尾2毫米應忽略，不用于計算。
輪廓曲線儀的探針尖端半徑為2.54微米，施壓為0.20克。量表的規(guī)格為Z方向上總位移為3.5毫米。在樣品的掃描距離上，輪廓曲線儀以毫米為單位測量Z方向探針位移。對量表控制器輸出電壓以至少每秒20個點的速度數(shù)字化。在全部26毫米掃描范圍上，在前進和倒退掃描方向，都可獲得512對時間-表面高度數(shù)據(jù)點。輪廓曲線儀固定在樣品工作臺上，這樣可以測量表面外形。EMD 4320 WI垂直位移傳感器是一種適合的輪廓曲線儀，它有EPT 010409探針尖端和EAS 2351模擬放大器?？梢詮牧_得艾蘭州Providence的Federal Products購買到該設備。
將數(shù)字化數(shù)據(jù)對導入標準隨機分析程序包，作進一步分析。適合的軟件分析程序包有北卡羅萊納州Cary的SAS、優(yōu)選的為德克薩斯奧斯汀National Instruments的LabVIEW儀器控制軟件3.1。當使用LabVIEW軟件時，用LabVIEW軟件的Mean.vi分析工具將得到以平均值為中心的每次掃描過程中表面高度和時間的關聯(lián)原始數(shù)據(jù)對。來自16條軌跡的512個數(shù)據(jù)點可以通過使用Amplitude and Phase Spectrum.vi工具轉(zhuǎn)換為16個振幅波譜。利用SAS軟件的PROC Spectra Method所說明的方法，對所有波譜進行平滑處理。使用的LabVIEW平滑濾波器的值有0.000246、0.000485、0.00756、0.062997、0.00756、0.000485、0.000246。本工具的輸出值被視為Amp Spectrum Mag(vrns)。
然后使用一系列頻率濾波器調(diào)整振幅數(shù)據(jù)，使之適應于人類的觸覺靈敏度，這些濾波器根據(jù)Verrillo的震動觸覺閾限數(shù)據(jù)(作為震動頻率的函數(shù))設計，該函數(shù)在Joumal of Acoustical Society of America中的論文“Effect Of Contactor Area On The Vibrotactile Threshold”，Vol.35,1962(1963)中提出過。上述數(shù)據(jù)采用周期/秒的時間域的形式報告，并且轉(zhuǎn)換為周期/毫米的空間域。在1991 International Paper Physics Conference，TAPPI Book 1的文章“Methods For The Measurement Of The MechanicalProperties Of Paper tissue”(薄紙制品機械特性的測量方法)提出的工序中有轉(zhuǎn)換因子和濾波器值，作者為Ampulski等人，并且在第19頁使用了第22頁題為“Physiological Surface Smoothness”(生理表面光潔度)中提出的具體工序。濾波器的響應被設置為0值(小于最小閾限、高于最大響應頻率)，在0到1之間變化，如上述Ampulski等人的論文中所述。
通過上述振幅與每一頻率的適合濾波器值相乘，即可獲得已經(jīng)進行了生理感知調(diào)整的頻率幅度數(shù)據(jù)。在所述的Ampulski等人的文章的圖5中說明了典型的振幅波譜和已濾波振幅波譜。Verrillo調(diào)整的頻率振幅曲線，是每毫米0到10個周期上的各點之和。該曲線即被認為是生理表面光滑度。然后把獲得的八次前進和八次倒退的生理表面光滑度值進行平均，并以微米為單位報告。
使用SAS軟件進行生理表面光滑度測量在以下參考中有說明普通轉(zhuǎn)讓美國專利4,959,125，1990年9月25日公布，授予Spendel；5,059,282，1991年10月22日公布，授予Ampulski等人；5,855,738，1999年1月5日公布，授予Weisman等人；5,980,691，1999年11月9日公布，授予Weisman等人。
可選擇薄紙的任一面進行光滑度測量，但所有掃描軌跡需在相同面獲取。如果薄紙的每一面都符合本發(fā)明提出的光滑度標準，則認為整個薄紙樣品符合此標準。優(yōu)選地薄紙的兩個表面都符合上述標準。在直接專利申請中的任何共同轉(zhuǎn)讓專利和專利申請都引入本文以供參考。
權(quán)利要求
1.利用薄頁紙幅制造薄紙制品的方法，所述方法包含以下步驟-讓所述薄頁紙幅通過在第一和第二壓花輥之間形成的壓花輥隙，其中至少一個所述壓花輥每平方厘米包含至少30個壓花單元，-把可轉(zhuǎn)移洗液涂敷于所述薄頁紙幅的至少一部分上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于至少一個所述壓花輥每平方厘米包含至少50個壓花單元。
3.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述壓花單元的高度小于0.5mm。
4.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述第一壓花輥具有包含橡膠材料的紙幅接觸表面，所述第二壓花輥具有包含硬金屬的紙幅接觸表面。
5.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在所述薄頁紙幅通過壓花輥隙的所述步驟之后，執(zhí)行將洗液涂敷于所述薄頁紙幅的至少一部分上的所述步驟。
6.如前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于該方法還包括切割紙張以提供薄紙制品的步驟。
7.按照前述任一項權(quán)利要求所述的方法制造的薄紙制品。
8.如權(quán)利要求7所述的薄紙制品，所述薄紙制品把第一次量的所述可轉(zhuǎn)移洗液轉(zhuǎn)移至與其靜態(tài)接觸的玻璃表面上，所述第一次量使用本文中描述的方法進行測量；所述薄紙制品把第二次量的所述可轉(zhuǎn)移洗液轉(zhuǎn)移至與其動態(tài)接觸的玻璃表面上，所述第二次量使用本文中描述的方法測量；其特征為所述第二次量至少比所述第一次量大兩倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及薄紙制品，尤其是面巾紙和一次性手帕。要求保護和描述了使用薄頁紙幅生產(chǎn)薄紙制品的方法，其包括以下步驟－讓所述薄頁紙幅通過在第一和第二壓花輥之間形成的壓花輥隙，其中至少一個所述壓花輥每平方厘米包括至少30個壓花單元；－把可轉(zhuǎn)移洗液涂敷于所述薄頁紙幅的至少一部分上。還要求保護按照上述方法生產(chǎn)的薄紙制品。
文檔編號D21H27/02GK1491306SQ02804618
公開日2004年4月21日 申請日期2002年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月16日
發(fā)明者克勞斯·希爾比希, 馬塞爾·卡雷爾·內(nèi)利斯·利普利杰, 比吉特·青特－許斯勒, 卡雷爾 內(nèi)利斯 利普利杰, 青特-許斯勒, 克勞斯 希爾比希 申請人:寶潔公司