背景技術：
設計薄紙產(chǎn)品(諸如面巾紙、紙巾、衛(wèi)生紙、餐巾紙和其他類似產(chǎn)品)時，時刻記住其具備若干種重要性質(zhì)。例如，產(chǎn)品應當具有良好的堆積體積、柔軟的手感，而且應當強韌耐用。然而，遺憾的是，在采取步驟以提高產(chǎn)品的一種性質(zhì)時，經(jīng)常導致其他性質(zhì)受到不良影響。
為了實現(xiàn)最佳的產(chǎn)品性質(zhì)，通常至少部分地由含有木纖維且時常為硬木纖維與軟木纖維的共混物的紙漿形成薄紙產(chǎn)品，以實現(xiàn)期望的性質(zhì)。通常在試圖優(yōu)化表面柔軟度時，對于薄紙產(chǎn)品這是常有的情況，造紙廠將部分地基于紙漿纖維的粗度來選擇纖維配料。具有低粗度纖維的紙漿是期望的，原因在于由具有低粗度的纖維制成的薄紙可能比由具有高粗度的纖維制成的類似薄紙更柔軟。為了甚至進一步優(yōu)化表面柔軟度，優(yōu)質(zhì)薄紙產(chǎn)品經(jīng)常包含分層結(jié)構，其中低粗度纖維朝向薄紙片的外層，而薄紙片的內(nèi)層包含較長、較粗的纖維。
遺憾的是，對柔軟度的需求要與對耐用性的需求達成平衡。薄紙產(chǎn)品的耐用性可依據(jù)拉伸強度、拉伸能量吸收(tea)、破裂強度和撕裂強度等項來限定。通常，撕裂強度、破裂強度和tea將顯示出與拉伸強度正相關，而拉伸強度(從而耐用性)與柔軟度逆相關。因此，造紙廠不斷努力應對該需求的挑戰(zhàn)，以平衡對柔軟度的需求與對耐用性的需求。遺憾的是，薄紙的耐用性一般隨著纖維長度的縮短而降低。因此，單純地縮短紙漿纖維長度可導致產(chǎn)品表面柔軟度與產(chǎn)品耐用性之間出現(xiàn)不期望的折衷。
除耐用性之外，長纖維還在薄紙產(chǎn)品的總體柔軟度方面發(fā)揮著重要作用。雖然薄紙產(chǎn)品的表面柔軟度是重要屬性，但薄紙片總體柔軟度的第二要素為挺度。挺度可由應力-應變拉伸曲線的拉伸斜率來衡量。斜率越小，挺度就越小，產(chǎn)品將顯現(xiàn)的總體柔軟度也就越佳。挺度與拉伸強度正相關，但在給定的拉伸強度下，較短的纖維將顯現(xiàn)比長纖維更大的挺度。雖然不愿受到理論的束縛，但據(jù)信這種行為歸因于需要更大數(shù)目的氫鍵，才能使用短纖維而非長纖維生產(chǎn)具有給定拉伸強度的產(chǎn)品。所以，容易塌陷的低粗度長纖維，諸如由北方軟木牛皮紙(nswk)纖維提供的那些，在結(jié)合硬木牛皮紙纖維(諸如桉樹硬木牛皮紙纖維(ehwk))使用時，通常提供薄紙產(chǎn)品的耐用性與柔軟度的最佳組合。雖然nswk纖維具有比ehwk纖維更高的粗度，但由于相對管腔直徑加上其較長的長度，其細胞壁厚度小，使其成為優(yōu)化薄紙的耐用性與柔軟度的理想候選材料。
遺憾的是，供給nswk不但在經(jīng)濟上而且在環(huán)保上面臨著巨大壓力。因此，nswk的價格飆升，于是產(chǎn)生了這樣的需求，即尋找替代材料來優(yōu)化薄紙產(chǎn)品的柔軟度和強度。但替代材料仍然受到限制。例如，南方軟木牛皮紙(sswk)可能只以有限量用于制造薄紙產(chǎn)品，原因在于其粗度高，導致相比nswk，產(chǎn)品更硬挺、手感更粗糙。所以，迄今為止sswk尚未廣泛用于制造必須既柔軟又強韌的優(yōu)質(zhì)薄紙產(chǎn)品。
因此，需要的是具有相對低的粗度、可用于制造既柔軟又強韌的薄紙產(chǎn)品的長纖維。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明人已驚訝地發(fā)現(xiàn)，使用包含南方軟木(ssw)纖維并且更具體地講低粗度南方軟木(低粗度ssw)纖維，且還更優(yōu)選地低粗度南方軟木牛皮紙(低粗度sswk)纖維的纖維配料，可生產(chǎn)既柔軟又強韌的薄紙產(chǎn)品。本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品具有可與使用常規(guī)軟木纖維(諸如北方軟木牛皮紙(nswk)纖維)生產(chǎn)的薄紙產(chǎn)品相媲美或更佳的性質(zhì)。因此，在某些優(yōu)選實施例中，ssw纖維可替換薄紙產(chǎn)品中至少約50％的nswk，更優(yōu)選地至少約75％、還更優(yōu)選地全部nswk，而不對薄紙產(chǎn)品的柔軟度和耐用性造成負面影響。
因此，在某些實施例中，薄紙產(chǎn)品可包含多層薄紙網(wǎng)，其中所述層中的一個或多個包含低粗度ssw纖維和nswk纖維和/或常規(guī)sswk纖維。將低粗度ssw纖維與nswk纖維和/或常規(guī)sswk纖維共混，可改善薄紙產(chǎn)品的物理性質(zhì)，諸如提高柔軟度和耐用性，同時降低制造成本。所以，在某些實施例中，本發(fā)明提供一種薄紙產(chǎn)品，該產(chǎn)品包含按產(chǎn)品重量計約5％至約30％的低粗度ssw纖維和按產(chǎn)品重量計約5％至約30％的常規(guī)ssw纖維。低粗度ssw纖維與常規(guī)ssw纖維的共混物可選擇性地摻入多層產(chǎn)品的非皮膚接觸層，諸如三層薄紙產(chǎn)品的中間層。此外，低粗度ssw纖維與常規(guī)ssw纖維的共混物可替換薄紙產(chǎn)品中基本上全部nswk，同時改善產(chǎn)品性質(zhì)，諸如改善耐用性并提升柔軟度。
在其他實施例中，本發(fā)明提供一種薄紙產(chǎn)品，其既柔軟(諸如具有小于約50dbv2rms、更優(yōu)選地小于約48dbv2rms(諸如約40dbv2rms至約50dbv2rms)的ts750值的薄紙產(chǎn)品)又耐用(諸如具有大于約13、更優(yōu)選地大于約14(諸如約13至約15)的cd撕裂指數(shù)的薄紙產(chǎn)品)。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種薄紙產(chǎn)品，其具有大于約13的cd撕裂指數(shù)、大于約7.5的破裂指數(shù)、大于約6.5的cdtea指數(shù)，以及約42dbv2rms至約50dbv2rms的ts750值。
在另外其他實施例中，本發(fā)明提供一種薄紙產(chǎn)品，其具有約700克/3英寸至約1200克/3英寸、更優(yōu)選地約700克/3英寸至約1000克/3英寸、還更優(yōu)選地約750克/3英寸至約900克/3英寸的gmt，大于約28(諸如約28至約45)的耐用性指數(shù)，以及小于約50dbv2rms的ts750值。
在又一個實施例中，本發(fā)明提供一種薄紙產(chǎn)品，其包含按產(chǎn)品重量計至少約5％(諸如約5％至約30％)的低粗度sswk纖維，該薄紙產(chǎn)品具有約700克/3英寸至約1200克/3英寸的gmt、大于約30(諸如約30至約45)的耐用性指數(shù)，以及小于約50dbv2rms的ts750值。
定義
如本文所用，術語“纖維長度”是指利用可得自kajaanioyelectronics(kajaani，finland)的kajaanifs-100型纖維分析儀測定的長度加權平均纖維長度。根據(jù)測試程序，用浸漬液處理紙漿樣品，以確保不存在纖維束或碎片。將每份紙漿樣品置于熱水中使其解體，并稀釋成約0.001％的溶液。使用標準的kajaani纖維分析測試程序測試時，從該稀釋溶液中各自汲取每份約50ml至100ml的測試樣品。加權平均纖維長度可由以下公式表示：
其中k＝最大纖維長度
xi＝纖維長度
ni＝具有長度xi的纖維的數(shù)目
n＝受測纖維的總數(shù)目。
如本文所用，術語“粗度”是指使用合適的纖維粗度測量裝置(諸如上文提到的kajaanifs-200分析儀)測得的每單位未加權纖維長度的纖維質(zhì)量，以每100米未加權纖維長度的毫克數(shù)(mg/100m)為單位報告。紙漿的粗度為取自該紙漿的三個纖維樣本的三個粗度測量值的平均值。分析儀測量粗度的操作類似于上文所述的測量纖維長度的操作。
如本文所用，術語“基重”一般是指薄紙每單位面積的無水干重并且一般以克/平方米(gsm)表示。使用tappi測試方法t220測量基重。
如本文所用，術語“破裂指數(shù)”是指相對幾何平均拉伸強度(通常以克/3英寸為單位)下的干破裂峰值負荷(通常以克為單位)，由以下公式限定：
雖然破裂指數(shù)可能各異，但根據(jù)本公開制備的薄紙產(chǎn)品一般具有大于約7.5、更優(yōu)選地大于約8.0、還更優(yōu)選地大于約8.5(諸如約7.5至約10.0)的破裂指數(shù)。
如本文所用，術語“紙厚”是根據(jù)tappi測試方法t402使用emveco200-amicrogage自動化測微計(emveco，inc.，newberg，or)測定的單片的代表性厚度(包括兩個或更多個層片的薄紙產(chǎn)品的紙厚是包括所有層片的單片薄紙產(chǎn)品的厚度)。測微計具有2.22英寸(56.4mm)的砧直徑和132克每平方英寸(每6.45平方厘米)(2.0kpa)的砧壓力。
如本文所用，術語“cdtea指數(shù)”是指相對幾何平均拉伸強度(通常以克/3英寸為單位)下的cd拉伸能量吸收(通常以g·cm/cm2為單位)，由以下公式限定：
雖然cdtea指數(shù)可能各異，但根據(jù)本公開制備的薄紙產(chǎn)品一般具有大于約6.0、更優(yōu)選地大于約6.5、還更優(yōu)選地大于約7.0(諸如約6.0至約8.0)的cdtea指數(shù)。
如本文所用，術語“耐用性指數(shù)”是指cd撕裂指數(shù)、破裂指數(shù)與cdtea指數(shù)之和，且為產(chǎn)品在給定拉伸強度下的耐用性的指示。耐用性指數(shù)由以下公式限定：
耐用性指數(shù)＝cd撕裂指數(shù)+破裂指數(shù)+cdtea指數(shù)
雖然耐用性指數(shù)可能各異，但根據(jù)本公開制備的薄紙產(chǎn)品一般具有約28或以上、更優(yōu)選地約32或以上、還更優(yōu)選地約35或以上(諸如約28至約48)的耐用性指數(shù)。
如本文所用，術語“幾何平均拉伸”和“gmt”是指薄紙產(chǎn)品的縱向拉伸強度與橫向拉伸強度的乘積的平方根。雖然gmt可能各異，但根據(jù)本公開制備的薄紙產(chǎn)品一般具有大于約700克/3英寸、更優(yōu)選地大于約750克/3英寸、還更優(yōu)選地大于約800克/3英寸(諸如約700克/3英寸至約1200克/3英寸)的gmt。
如本文所用，術語“層”是指一個層片內(nèi)的多個纖維分層、化學處理分層等。
如本文所用，術語“分層薄紙網(wǎng)”、“多層薄紙網(wǎng)”、“多層網(wǎng)”和“多層紙片”一般是指由兩層或更多層水性造紙配料制備的紙片，所述配料優(yōu)選地包含不同纖維類型。這些層優(yōu)選地在一個或多個環(huán)狀多孔篩網(wǎng)上，由分離的稀纖維漿料流沉積而成。如果各個層最初在分離的多孔篩網(wǎng)上形成，則隨后將各層(趁濕)組合形成分層的復合網(wǎng)。
術語“層片”是指分立的產(chǎn)品元件。各個層片可彼此并排排列。該術語可以指諸如多層片面巾紙、衛(wèi)生紙、紙巾、擦拭物或餐巾紙中的多個網(wǎng)狀部件。
如本文所用，術語“斜率”是指通過將張力對拉伸作圖得到的線的斜率并且是mtstestworkstm在如在本文的測試方法章節(jié)中所述確定張力強度的過程中的輸出。斜率以克(g)每單位樣品寬度(英寸)為單位報告，并以擬合到落在70克與157克(0.687n至1.540n)的樣本生成力之間的負荷校正應變點的最小平方線的梯度除以樣本寬度衡量。斜率在本文中一般以克(g)為單位報告。
如本文所用，術語“幾何平均斜率”(gm斜率)一般是指縱向斜率與橫向斜率的乘積的平方根。gm斜率一般以千克(kg)為單位表示。
如本文所用，術語“低粗度南方軟木”(低粗度ssw)是指來源于松屬(pinus)亞屬中的松樹的纖維，所述松樹包括例如火炬松(p.taeda)、濕地松(p.elliotti)、長葉松(p.palustris)、辛松(p.pungens)、剛松(p.rigida)、晚松(p.serotina)、加州沼松(p.muricata)和輻射松(p.radiate)，該纖維具有小于約21mg/100m(諸如約16mg/100m至約21mg/100m)、更優(yōu)選地約17mg/100m至約20.5mg/100m的粗度，以及約2.0mm至約3.0mm、更優(yōu)選地約2.2mm至約2.7mm的纖維長度。
如本文所用，術語“挺度指數(shù)”是指gm斜率(通常以千克為單位)除以gmt(通常以克/3英寸為單位)。
雖然挺度指數(shù)可能各異，但根據(jù)本公開制備的薄紙產(chǎn)品一般具有小于約10.0、更優(yōu)選地小于約9.0、還更優(yōu)選地小于約8.0(諸如約6.0至約10.0)的挺度指數(shù)。
如本文所用，術語“撕裂指數(shù)”是指相對幾何平均拉伸強度(通常以克/3英寸為單位)下的cd撕裂強度(通常以克表示)，由以下公式限定：
雖然cd撕裂指數(shù)可能各異，但根據(jù)本公開制備的薄紙產(chǎn)品一般具有大于約13.0、更優(yōu)選地大于約14.0、還更優(yōu)選地大于約15.0(諸如約13.0至約18.0)的cd撕裂指數(shù)。
如本文所用，術語“紙片堆積體積”是指紙厚(一般以μm為單位)除以無水干基重(一般以gsm為單位)的商。所得紙片堆積體積以立方厘米/克(cc/g)表示。根據(jù)本發(fā)明制備的薄紙產(chǎn)品一般具有大于約8cc/g、更優(yōu)選地大于約10cc/g、還更優(yōu)選地大于約12cc/g(諸如約8cc/g至約20cc/g、更優(yōu)選地約12cc/g至約18cc/g)的紙片堆積體積。
如本文所用，術語“ts750”和“ts750值”如測試方法章節(jié)中描述，是指emtec薄紙柔軟度分析儀(可從emtecelectronicgmbh(leipzig，germany)商購獲得)的輸出。ts750以dbv2rms為單位，但本文在指涉ts750時可能不提及單位。
如本文所用，“薄紙產(chǎn)品”一般是指各種紙產(chǎn)品，諸如面巾紙、衛(wèi)生紙、紙巾、餐巾紙等。一般來說，本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品的基重小于約80克/平方米(gsm)，在一些實施例中小于約60gsm，在一些實施例中為約10gsm至約60gsm、更優(yōu)選地為約20gsm至約50gsm。
具體實施方式
一般來講，本公開涉及包含南方軟木(ssw)纖維、更優(yōu)選地低粗度ssw纖維的薄紙產(chǎn)品。用于制造本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品的ssw纖維可替換長纖維長度纖維的一部分，在某些實施例中替換全部長纖維長度纖維，諸如北方軟木牛皮紙(nswk)纖維，而不會顯著地削弱薄紙的重要物理性質(zhì)諸如耐用性、強度和柔軟度。例如，在某些實施例中，本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品包含低粗度ssw纖維和按該薄紙產(chǎn)品的重量計少于約5％的nswk，但相對于包含20％nswk的可比薄紙產(chǎn)品，仍具有改善的耐用性和柔軟度。甚至更令人驚訝的是，在某些實施例中，nswk可完全被低粗度sswk纖維替換，而且薄紙產(chǎn)品的性質(zhì)可得到改善。
用ssw替換大量nswk、在某些實施例中替換全部nswk還能夠維持或改善薄紙產(chǎn)品的性質(zhì)令人驚訝，是因為ssw具有高粗度，一直以來都不適合用于制造優(yōu)質(zhì)薄紙產(chǎn)品。然而，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)粗度降低的ssw可用于制造柔軟強韌的薄紙產(chǎn)品。該發(fā)現(xiàn)尤其令人驚訝，是因為與常規(guī)sswk相比，纖維粗度僅適度降低，諸如不足約10％。雖然低粗度ssw纖維的粗度相對于常規(guī)sswk降低，但仍大于nswk，在下表1中可以看出這一點。
表1
雖然低粗度ssw纖維的粗度比nswk纖維高，但前者可替換薄紙產(chǎn)品內(nèi)的nswk纖維而不會削弱重要的物理性質(zhì)，諸如耐用性、強度和柔軟度。甚至更令人驚訝的是，在某些實施例中，用低粗度ssw纖維取代nswk纖維實際上可提高柔軟度(以ts750衡量)，同時也改善耐用性(以耐用性指數(shù)衡量)。
本發(fā)明薄紙產(chǎn)品的改良性質(zhì)在表2中進一步說明，表中比較了各種物理性質(zhì)相對于包含nswk的可比薄紙產(chǎn)品的變化。表2所示的全部薄紙皆為單層片產(chǎn)品，這些產(chǎn)品具有約36gsm的基重、約700克/3英寸的gmt，以及基于薄紙產(chǎn)品的總重量約34％的軟木含量。雖然常規(guī)sswk(sswk)相對于nswk改善了耐用性，卻給柔軟度帶來了顯著負面影響。令人驚訝的是，低粗度ssw(lcsswk)對耐用性的改善甚至優(yōu)于常規(guī)sswk，同時也改善了柔軟度(ts750值較低，指示薄紙較柔軟)。
表2
因此，在某些實施例中，本公開提供一種薄紙產(chǎn)品，其具有小于約50dbv2rms的ts750值和大于約25的耐用性指數(shù)，更優(yōu)選地大于約28的耐用性指數(shù)，還更優(yōu)選地大于約30的耐用性指數(shù)，諸如約30至約35的耐用性指數(shù)。
在一個尤其優(yōu)選的實施例中，薄紙產(chǎn)品包含通風干燥網(wǎng)，該通風干燥網(wǎng)包含按網(wǎng)的重量計少于約5％的nswk，該薄紙產(chǎn)品具有約40dbv2rms至約50dbv2rms的ts750值和約30至約45的耐用性指數(shù)。在另外其他實施例中，本發(fā)明提供一種包含通風干燥網(wǎng)的薄紙產(chǎn)品，該通風干燥網(wǎng)具有按網(wǎng)的重量計約10％至約40％的ssw纖維，該薄紙產(chǎn)品具有約40dbv2rms至約50dbv2rms的ts750值和約30至約45的耐用性指數(shù)。
在一個尤其優(yōu)選的實施例中，薄紙產(chǎn)品包含多層通風干燥網(wǎng)，其中低粗度ssw纖維選擇性地僅設置在一個所述層內(nèi)，使得低粗度ssw纖維在使用中不與使用者皮膚發(fā)生接觸。例如，在一個實施例中，薄紙網(wǎng)可包含兩層網(wǎng)，其中第一層實質(zhì)上由硬木牛皮紙漿纖維組成且基本上不含低粗度sswk，第二層包含低粗度ssw，其中該低粗度sswk至少占第二層的約50重量％，諸如第二層的約50重量％至約100重量％。應當理解，在提及某個層基本上不含低粗度ssw纖維時，其中可能存在量微不足道的纖維，但這種少量的纖維時常來自施用于相鄰層的低粗度ssw纖維，通?；旧喜挥绊懰鼍W(wǎng)的柔軟度或其他物理特性。
薄紙網(wǎng)可摻入可包括單個層片或多個層片的薄紙產(chǎn)品中，其中的一個或多個層片可由多層薄紙網(wǎng)形成，該多層薄紙網(wǎng)具有選擇性地摻入其中一個層的低粗度ssw纖維。在一個實施例中，薄紙產(chǎn)品以低粗度ssw纖維在使用中不與使用者皮膚發(fā)生接觸的方式構造。例如，薄紙產(chǎn)品可包含兩個多層通風干燥網(wǎng)，其中每個網(wǎng)都包含基本上不含低粗度ssw纖維的第一纖維層和包含低粗度ssw纖維的第二纖維層。這些網(wǎng)層合在一起，使得薄紙產(chǎn)品的外表面由每個網(wǎng)的第一纖維層形成，而包含低粗度ssw纖維的第二纖維層在使用中不與使用者皮膚發(fā)生接觸。
一般來說，可用于本發(fā)明的低粗度ssw纖維來源于松屬亞屬中的松樹。松屬亞屬內(nèi)的合適物種包括例如火炬松、濕地松、長葉松、辛松、剛松、晚松、加州沼松和輻射松。尤其優(yōu)選的是火炬松、濕地松和長葉松。另外，應當理解，本文所公開的組成物并不局限于包含任何一個物種的低粗度ssw纖維，而是可包含來源于兩個或更多個物種的低粗度ssw纖維的共混物，諸如來源于火炬松、濕地松和長葉松的纖維的共混物。
在某些實施例中，低粗度ssw纖維來源于松屬亞屬內(nèi)的松樹，這些松樹的樹齡小于約14年，更優(yōu)選地小于約12年，還更優(yōu)選地小于約10年，諸如約8年至約12年。一般來說，松屬亞屬內(nèi)樹齡小于14年的松樹包含大百分比的中心木質(zhì)部，因而相對于更成熟的松樹具有粗度較低的纖維。在其他實施例中，低粗度ssw纖維來源于樹木的芯材部分，即樹木中包含從樹心算起頭10至12個生長層的那部分。芯材的制備方式可為選擇性地除去樹木的外部，諸如取出芯材、或選擇樹木的頂部(其從樹心至樹皮一般包含少于約10至12個生長層)。
一旦確定適當?shù)睦w維來源，就可由本領域已知的任一種適當方法生產(chǎn)合適的低粗度ssw纖維。在一個實施例中，低粗度ssw纖維由眾所周知的化學制漿法(諸如牛皮紙制漿法、亞硫酸鹽制漿法或蒽醌蘇打制漿法)生產(chǎn)。在一個優(yōu)選實施例中，低粗度ssw纖維由牛皮紙制漿法生產(chǎn)，其具有大于約2.2mm、更優(yōu)選地大于約2.4mm(諸如約2.2mm至約2.8mm)的纖維長度。另外，前述纖維優(yōu)選地具有小于約21mg/100m，諸如約16mg/100m至約21mg/100m、更優(yōu)選地約17mg/100m至約20.5mg/100m、還更優(yōu)選地約18mg/100m至約19.5mg/100m的粗度。
在一個尤其優(yōu)選的實施例中，低粗度ssw纖維在薄紙網(wǎng)中用作高纖維長度木纖維(諸如軟木纖維，更具體地nswk)的替代物。在一個具體實施例中，用低粗度ssw纖維替代nswk，使得nswk的總量按薄紙產(chǎn)品的重量計少于約10％，更優(yōu)選地少于約5％。在其他實施例中，可能期望用低粗度ssw纖維替換全部nswk，使得薄紙產(chǎn)品基本上不含nswk。在其他實施例中，可將低粗度ssw纖維與常規(guī)ssw纖維共混，并且可用共混的ssw纖維替代nswk，使得nswk的總量按薄紙產(chǎn)品的重量計少于約10％，更優(yōu)選地少于約5％。低粗度ssw纖維與常規(guī)ssw纖維的共混物可使得薄紙產(chǎn)品包含按薄紙產(chǎn)品的重量計約5％至約30％的低粗度ssw纖維和約5％至約30％的常規(guī)ssw纖維。
如果需要，可向多層薄紙網(wǎng)的一個或多個層施用各種化學組合物，以進一步提升柔軟度并/或減少起毛或塌陷。例如，在一些實施例中，可利用濕強度劑以進一步提高薄紙產(chǎn)品的強度。如本文所用，“濕強度劑”是在添加到紙漿纖維中時，能使所得的網(wǎng)或片的濕幾何拉伸強度對干幾何拉伸強度的比率超過約0.1的任何材料。這些材料通常被命名為“持久性”濕強度劑或“暫時性”濕強度劑。如本領域所熟知，暫時性濕強度劑和持久性濕強度劑有時也可充當干強度劑，用來提高薄紙產(chǎn)品干燥時的強度。
濕強度劑可以各種量施用，具體取決于期望的網(wǎng)特性。例如，在一些實施例中，每噸纖維材料干重添加濕強度劑的總量可介于約11b至約601b之間，在一些實施例中介于約51b至約301b之間，在一些實施例中介于約71b至約131b之間。濕強度劑可摻入多層薄紙網(wǎng)的任一層中。
還可施用化學剝離劑將網(wǎng)軟化。具體地講，化學剝離劑可減少網(wǎng)的一個或多個層內(nèi)的氫鍵的數(shù)量，從而得到更柔軟的產(chǎn)品。取決于所得薄紙產(chǎn)品的期望特性，可以各種不同量運用剝離劑。例如，在一些實施例中，每噸纖維材料干重施用剝離劑的量可介于約11b至約301b之間，在一些實施例中介于約31b至約201b之間，在一些實施例中介于約61b至約151b之間。剝離劑可摻入多層薄紙網(wǎng)的任一層中。
在某些實施例中，剝離劑可具有陽離子電荷，用來與紙漿上存在的陰離子基團形成靜電鍵。合適的陽離子性剝離劑的一些例子可包括但不限于季銨化合物、咪唑啉鎓化合物、雙-咪唑啉鎓化合物、二季銨化合物、聚季銨化合物、酯官能季銨化合物(例如，季銨化脂肪酸三烷醇胺酯鹽)、磷脂衍生物、聚二甲基硅氧烷及相關的陽離子性和非離子性有機硅化合物、脂肪酸衍生物和羧酸衍生物、單糖衍生物和多糖衍生物、多羥基烴類等等。例如，一些合適的剝離劑描述于美國專利號5,716,498、5,730,839、6,211,139、5,543,067和wo/0021918中，所有這些專利均以符合本公開的方式并入本文中。
可用于形成本發(fā)明的薄紙產(chǎn)品的薄紙網(wǎng)一般可由本領域已知的多種造紙工藝中的任一種制成。例如，本公開的造紙工藝可利用粘合起縐、濕式起縐、雙起縐、壓花、濕壓、空氣加壓、空氣穿透干燥、起縐空氣穿透干燥、不起縐空氣穿透干燥以及形成紙幅的其他步驟。可用于制成根據(jù)本發(fā)明的薄紙網(wǎng)的造紙工藝與技術的例子包括例如美國專利號5,048,589、5,399,412、5,129,988和5,494,554中公開的那些，所有這些專利均以符合本公開的方式并入本文中。在一個實施例中，薄紙網(wǎng)經(jīng)由通風干燥形成，并且可為起縐的或不起縐的。形成多層片薄紙產(chǎn)品時，分開的層片可根據(jù)需要由相同工藝或由不同工藝制成。
測試方法
ts750
ts750使用emtec薄紙柔軟度分析儀(“tsa”)(emtecelectronicgmbh，leipzig，germany)測量。tsa包括具有垂直葉片的轉(zhuǎn)子，這些葉片在測試件上旋轉(zhuǎn)，由此施加限定的接觸壓力。垂直葉片與測試件之間的接觸產(chǎn)生振動，振動由振動傳感器感測。然后，傳感器向個人計算機(pc)傳輸信號，供處理與顯示。信號以頻譜顯示。為測量ts7值和ts750值，葉片以100mn的負荷壓貼在樣品上，并且葉片的轉(zhuǎn)速為每秒兩轉(zhuǎn)。
為測量ts750，在約200hz至1000hz的范圍內(nèi)執(zhí)行頻率分析，將750hz處出現(xiàn)的波峰的振幅記錄為ts750值。ts750值表示樣品的表面光滑度。高振幅波峰與較粗糙表面相關聯(lián)。ts750值以dbv2rms為單位。
測試樣品通過切割直徑為112.8mm的圓形樣品來制備。在完成tsa測試之前，讓全部樣品在tappi標準溫度和濕度條件下平衡至少24小時。只測試薄紙中的一個層片。將多層片樣品分離成各個層片用于測試。把樣品置于tsa內(nèi)，使樣品較柔軟(較干燥或yankee)的一側(cè)朝上。固定樣品，經(jīng)由pc開始測量。pc根據(jù)標準tsa方案記錄、處理和儲存全部數(shù)據(jù)。報告值為五次重復測試的平均值，每次測試都使用新樣品。
紙片堆積體積
紙片堆積體積以干紙片厚度(μm)除以基重(gsm)的商來計算。干紙片厚度為根據(jù)tappi測試方法t402和t411om-89測量的單個薄紙片的厚度的測量值。用來實施t411om-89的測微計為emveco200-a薄紙厚度測試儀(emveco，inc.，newberg，or)。該測微計的負荷為2千帕斯卡，壓腳面積為2500平方毫米，壓腳直徑為56.42毫米，停留時間為3秒，降低速率為0.8毫米每秒。
撕裂
撕裂測試使用落錘儀器(諸如lorentzen&wettrese009型)，根據(jù)tappi測試方法t414“紙的內(nèi)部耐撕裂性(internaltearingresistanceofpaper)(埃爾門多夫(elmendorf)型方法)”進行。撕裂強度具有方向性，獨立地測量md撕裂和cd撕裂。
更具體地講，從薄紙產(chǎn)品或薄紙基片切割出待測試樣品的矩形測試樣本，使得該測試樣本在待測試的一個方向(諸如md方向或cd方向)上測得為63mm±0.15mm(2.5英寸±0.006英寸)，而在另一個方向上介于73毫米與114毫米(2.9英寸與4.6英寸)之間。樣本邊緣必須切割成與測試方向平行和垂直(不歪斜)。能夠以規(guī)定的精度和準確度切割的任一種合適的切割裝置皆可使用。測試樣本應當取自樣品的下述區(qū)域：這些區(qū)域不含折疊、皺褶、卷曲線、穿孔或?qū)⑹箿y試樣本相對于材料的其余部分異常的任何其他畸變。
要測試的層片或片的數(shù)目根據(jù)使測試結(jié)果落入撕裂測試儀的線性范圍標度尺的20％至80％之間、更優(yōu)選地落入撕裂測試儀的線性范圍標度尺的20％至60％之間需要的層片或片的數(shù)目來定。樣品優(yōu)選地應從距將由其切割樣本的材料的邊緣不少于6mm(0.25英寸)的位置切割。如果要求測試多于一個片或?qū)悠?，則將各片放置為面朝同一方向。
然后把測試樣本置于落錘設備的夾鉗之間，讓樣本的邊緣與夾鉗的前邊緣對齊。閉合夾鉗，通常利用附接到儀器的切割刀片在樣本前緣切出20毫米的狹縫。例如，在lorentzen&wettrese009型上，通過向下推動切割刀片杠桿直到其到達其止動件，而產(chǎn)生所述狹縫。狹縫應當干凈，無撕裂和缺口，原因在于該狹縫將在后續(xù)測試期間用來發(fā)起撕裂。
釋放擺錘，記錄撕裂值，該撕裂值為完全撕裂測試樣本需要的力。針對每個樣品重復測試共十次，將十個讀數(shù)的平均值報告為撕裂強度。撕裂強度以克力(gf)為單位報告。平均撕裂值為測試方向(md或cd)上的撕裂強度?！皫缀纹骄毫褟姸取睘槠骄鵰d撕裂強度與平均cd撕裂強度的乘積的平方根。lorentzen&wettrese009型具有待測試層片數(shù)目這樣的設定。一些測試儀可能需要將報告的撕裂強度乘以某個因子，來給出每個層片的撕裂強度。就旨在成為多層片產(chǎn)品的基片來說，撕裂結(jié)果被報告為多層片產(chǎn)品的撕裂，而非單層片基片的撕裂。這通過將單層片基片的撕裂值乘以成品內(nèi)層片的數(shù)目來實現(xiàn)。與此類似，多層片成品的撕裂數(shù)據(jù)以片成品的撕裂強度而非各單獨層片的撕裂強度呈現(xiàn)?？刹捎枚喾N手段來計算撕裂，但一般將通過把待測試的片的數(shù)目而非待測試的層片的數(shù)目輸入測量裝置來完成計算。例如，兩個片對于1層片式產(chǎn)品來說為兩個1層片式片，對于2層片式產(chǎn)品來說為兩個2層片式片(4個層片)。
拉伸
拉伸測試根據(jù)tappi測試方法t576“紙巾產(chǎn)品和薄紙產(chǎn)品的拉伸性質(zhì)(tensilepropertiesoftowelandtissueproducts)(使用恒定伸長率)”完成，其中該測試在維持恒定伸長率的拉伸測試機上進行，每個受測樣本的寬度為3英寸。更具體地講，通過使用jdc精確樣品切割器(thwing-albertinstrumentcompany，philadelphia，pa，型號jdc3-10，序列號37333)或等同設備，以縱向(md)或橫向(cd)取向切割3±0.05英寸(76.2±1.3mm)寬的條帶，來制備用于干拉伸強度測試的樣品。用于測量拉伸強度的儀器是mtssystemssintech11s，其序列號為6233。數(shù)據(jù)采集軟件為在windows3.10版(mtssystemscorp.，researchtrianglepark，nc)上運行的mts
以多層片產(chǎn)品的形式測試多層片產(chǎn)品，結(jié)果代表總產(chǎn)品的拉伸強度。例如，以2層片式產(chǎn)品的形式測試2層片式產(chǎn)品，以此記錄拉伸數(shù)據(jù)。以兩個層片的形式測試旨在用于2層片式產(chǎn)品的基片，以此記錄拉伸數(shù)據(jù)。另選地，可測試單個層片，將結(jié)果乘以成品內(nèi)的層片的數(shù)目，而獲得拉伸強度。
破裂強度
本文中的破裂強度為纖維結(jié)構在經(jīng)受與纖維結(jié)構平面正交的變形時，吸收能量的能力的量度。破裂強度一般可根據(jù)astmd-6548來測量，不過是在具有以計算機為基礎的數(shù)據(jù)采集和幀控制系統(tǒng)的恒定延伸率(mtssystemscorporation，edenprairie，mn)拉伸測試儀上完成測試，其中測力計定位在樣本夾鉗上方，使得穿透構件下降到測試樣本中造成樣本破裂。測力計與樣本的布置方式與astmd-6548的圖1所示的相反。穿透組件由具有1.588±0.005cm直徑的半球形陽極化鋁穿透構件附連到具有球端承窩的可調(diào)節(jié)桿而組成。測試樣本固定在樣本夾鉗內(nèi)，該夾鉗由上部和下部的鋁制同心環(huán)組成，測試期間樣品借助機械夾持被堅固地固定在這兩個同心環(huán)之間。樣本夾持環(huán)具有8.89±0.03cm的內(nèi)徑。
拉伸測試儀按下述設置：夾頭速度為15.2cm/min，探頭分開距離為104mm，斷裂靈敏度為60％，松弛補償為10gf，并且儀器根據(jù)制造商的說明校準。
樣品受到tappi條件制約，被切割成127×127平方毫米±5平方毫米。針對每次測試，將共計3個產(chǎn)品片加以組合。這些片以使得它們的縱向?qū)R的方式堆疊在彼此頂部。在樣品包含多個層片的情況下，不將這些層片分離開進行測試。在每種情況下，測試樣品都包含3個產(chǎn)品片。例如，若產(chǎn)品為2層片式薄紙產(chǎn)品，則測試3個產(chǎn)品片，共計6個層片。若產(chǎn)品為單層片薄紙產(chǎn)品，則測試3個產(chǎn)品片，共計3個層片。
在測試之前，必要時調(diào)節(jié)探頭高度，調(diào)節(jié)方式為：將破裂夾具插入拉伸測試儀底部，然后降低探頭，直到探頭定位在對齊板上方約12.7mm為止。然后調(diào)節(jié)探頭的長度，直到探頭下降時?？吭趯R板的凹進區(qū)域內(nèi)為止。
建議使用下述測力計，其中峰值負荷結(jié)果的大部分落在該測力計量程的10％與90％之間。為了確定最適合進行測試的測力計，初步測試樣品以確定峰值負荷。若峰值負荷小于450gf，則使用10牛頓測力計；若峰值負荷大于450gf，則使用50牛頓測力計。
一旦已設置好設備并選定測力計，就將樣品插入樣本夾鉗中并將測試樣品夾持就位，由此對樣品進行測試。然后啟動測試序列，致使穿透組件以上文指定的速率和距離下降。當測試樣本在穿透組件作用下破裂時，顯示并記錄測得的穿透力阻力。然后釋放樣本夾具，移出樣品，讓設備準備好進行下一個測試。
記錄峰值負荷(gf)與至峰值的能量(g-em)，并針對剩余的全部樣本重復執(zhí)行所述過程。針對每個樣品最少測試五個樣本，將五次測試的峰值負荷平均值報告為干破裂強度。
不透明度
不透明度使用可得自technidynecorporation(newalbany，ind)的technibritemicrotb-1c測試儀器，根據(jù)制造商的說明測量，并且報告為iso不透明度(％)。
實例
實例1
大體根據(jù)美國專利號5,607,551制作單層片未起縐通風干燥(uctad)薄紙網(wǎng)。薄紙網(wǎng)和所得的薄紙產(chǎn)品由各種纖維配料制成，所述纖維配料包括桉樹硬木牛皮紙(ehwk)、nswk、常規(guī)sswk和低粗度sswk。
ewhk配料的制備方式為：取約120磅(絕干基準)ehwk紙漿以約3％稠度分散于碎漿機中，歷時30分鐘。然后將纖維轉(zhuǎn)移到成漿池，稀釋至1％稠度。
nswk配料的制備方式為：取約50磅(絕干基準)nswk紙漿以約3％稠度分散于碎漿機中，歷時30分鐘。然后將纖維轉(zhuǎn)移到成漿池，稀釋至1％稠度。在某些情況下，向nswk成漿池添加淀粉(redibond2038a)，如表3所指示。nswk未經(jīng)精制。nswk具有約2.25mm的長度加權纖維長度和約14.8mg/100m的纖維粗度。
常規(guī)sswk配料的制備方式為：取約50磅(絕干基準)sswk紙漿以約3％稠度分散于碎漿機中，歷時30分鐘。然后將纖維轉(zhuǎn)移到成漿池，稀釋至1％稠度。在某些情況下，向sswk成漿池添加淀粉(redibond2038a)，如表3所指示。在某些情況下，sswk紙漿也經(jīng)受精制，如表3所指示。常規(guī)sswk具有約2.35mm的長度加權纖維長度和約21mg/100m的纖維粗度。
低粗度sswk配料的制備方式為：取約50磅(絕干基準)低粗度sswk紙漿以約3％稠度分散于碎漿機中，歷時25分鐘。然后將纖維轉(zhuǎn)移到成漿池，稀釋至1％稠度。在某些情況下，向低粗度sswk成漿池添加淀粉(redibond2038a)，如表3所指示。低粗度sswk未經(jīng)精制。低粗度sswk具有約2.5mm的長度加權纖維長度和約19mg/100m的纖維粗度。
表3
原液在稀釋至0.75％稠度之后被泵送到三層流漿箱，從而形成三層薄紙網(wǎng)。ehwk纖維被置于兩個外層上，并且軟木纖維(nswk、常規(guī)sswk或低粗度sswk)被置于中間層內(nèi)。這些層的相對重量百分比為33％/34％/33％。全部代號的目標基重為40gsm(原來的基重)。所形成的網(wǎng)未經(jīng)壓縮脫水，被急速地轉(zhuǎn)移到以比所形成的織物慢約28％的速度行進的轉(zhuǎn)移織物上。向通風干燥織物轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移真空度維持在約6英寸汞柱真空，以將成型控制到恒定水平。然后將網(wǎng)轉(zhuǎn)移到穿透干燥織物，干燥后卷繞成母卷。接著將母卷轉(zhuǎn)換成1層片式衛(wèi)生紙卷。使用橡膠上設置鋼的機構完成壓延。轉(zhuǎn)換過程中使用的橡膠輥具有40p&j的硬度。母卷被轉(zhuǎn)換成約117mm直徑，目標kershaw堅牢度為約6mm，并且目標卷重為約400g。如下表4中所述制備樣品。
表4
低粗度sswk纖維對各種薄紙強度與耐用性質(zhì)的影響匯總于下表中。
表5
表6
實例2
按照與實例1基本上類似的方式制備另外的一層片式uctad薄紙網(wǎng)與產(chǎn)品。在某些情況下，將配料的軟木部分精制或向所述三層結(jié)構的中間層添加淀粉以控制強度，如表7所指示，其中表7示出了每種樣品的配料情況。
表7
lcsswk纖維對各種薄紙產(chǎn)品強度與耐用性質(zhì)的影響匯總于下表中。
表8
表9
表10
實例3
大體根據(jù)美國專利號5,607,551制作一層片式和二層片式uctad薄紙網(wǎng)。薄紙網(wǎng)和所得的薄紙產(chǎn)品由各種纖維配料制成，所述纖維配料包括ehwk、nswk和低粗度sswk(“l(fā)csswk”)。nswk具有約2.25mm的長度加權纖維長度和約14.8mg/100m的纖維粗度。lcsswk具有約2.5mm的長度加權纖維長度和約19mg/100m的纖維粗度。在某些情況下，將配料的軟木部分精制或向所述三層結(jié)構的中間層添加淀粉以控制強度，如表11所指示，其中表7示出了每種樣品的配料情況。
表11
原液在稀釋至0.75％稠度之后被泵送到三層流漿箱，從而形成三層薄紙網(wǎng)。ehwk纖維被置于兩個外層上，并且軟木纖維(nswk或低粗度sswk)被置于中間層內(nèi)。這些層的相對重量百分比為33％(空氣層)/34％(中間層)/33％(織物層)。一層片式樣品的基片基重為約40gsm，二層片式樣品的基片基重為約42gsm。所形成的網(wǎng)未經(jīng)壓縮脫水，被急速地轉(zhuǎn)移到以比所形成的織物慢約28％的速度行進的轉(zhuǎn)移織物上。向通風干燥織物轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移真空度維持在約6英寸汞柱真空，以將成型控制到恒定水平。然后將網(wǎng)轉(zhuǎn)移到穿透干燥織物，干燥后卷繞成母卷。接著將母卷轉(zhuǎn)換成一層片式或二層片式衛(wèi)生紙卷。使用橡膠上設置鋼的機構完成壓延。轉(zhuǎn)換過程中使用的橡膠輥具有40p&j的硬度。母卷被轉(zhuǎn)換成約117mm直徑，目標kershaw堅牢度為約6mm，并且目標卷重為約400g。
lcsswk纖維對各種薄紙產(chǎn)品強度與耐用性質(zhì)的影響匯總于下表中。
表12
表13
表14
雖然已就薄紙網(wǎng)和包含薄紙網(wǎng)的薄紙產(chǎn)品的具體實施例詳細描述了薄紙網(wǎng)和所述薄紙產(chǎn)品，但應當理解，本領域技術人員在獲得對前述內(nèi)容的理解后可以容易地設想出這些實施例的替代形式、變型形式和等同方案。因此，本發(fā)明的范圍應被評估為所附權利要求及其任何等同物以及前述實施例的范圍：
在第一實施例中，本發(fā)明提供一種具有小于約50dbv2rms的ts750值和大于約13的cd撕裂指數(shù)的薄紙產(chǎn)品。
在第二實施例中，本發(fā)明提供第一實施例的薄紙產(chǎn)品，其具有大于約7.5的破裂指數(shù)。
在第三實施例中，本發(fā)明提供第一實施例或第二實施例的薄紙產(chǎn)品，其具有大于約6.5的cdtea指數(shù)。
在第四實施例中，本發(fā)明提供第一實施例至第三實施例中任一者的薄紙產(chǎn)品，其具有大于約45的耐用性指數(shù)。
在第五實施例中，本發(fā)明提供第一實施例至第四實施例中任一者的薄紙產(chǎn)品，其中ts750值為約40dbv2rm至約45dbv2rm。
在第六實施例中，本發(fā)明提供第一實施例至第五實施例中任一者的薄紙產(chǎn)品，其具有約700克/3英寸至約1200克/3英寸、更優(yōu)選地約700克/3英寸至約1000克/3英寸、還更優(yōu)選地約750克/3英寸至約900克/3英寸的gmt。
在第七實施例中，本發(fā)明提供第一實施例至第六實施例中任一者的薄紙產(chǎn)品，其包含按該薄紙產(chǎn)品的重量計至少約5％的南方軟木牛皮紙纖維。
在第八實施例中，本發(fā)明提供第一實施例至第七實施例中任一者的薄紙產(chǎn)品，其包含具有小于約21mg/100m(諸如約17mg/100m至約21mg/100m)的粗度和大于約2.2mm的纖維長度的南方軟木牛皮紙纖維。
在第九實施例中，本發(fā)明提供第一實施例至第八實施例中任一者的薄紙產(chǎn)品，其中該薄紙產(chǎn)品包含按該薄紙產(chǎn)品的重量計少于約5％的nswk纖維。
在第十實施例中，本發(fā)明提供第一實施例至第九實施例中任一者的薄紙產(chǎn)品，其中該薄紙產(chǎn)品基本上不含nswk纖維。
在第十一實施例中，本發(fā)明提供一種薄紙產(chǎn)品，其包含至少一個多層通風干燥薄紙網(wǎng)，該薄紙網(wǎng)包含第一層和第二層，該第二層包含低粗度sswk纖維，該薄紙產(chǎn)品具有大于約28(諸如約28至約45、更優(yōu)選地約30至約45)的耐用性指數(shù)，和小于約50dbv2rms(諸如約40dbv2rms至約50dbv2rms、更優(yōu)選地約44dbv2rms至約47dbv2rms)的ts750值。
在第十二實施例中，本發(fā)明提供一種多層片薄紙產(chǎn)品，其中至少一個層片包含sswk纖維，該薄紙產(chǎn)品具有大于約40的耐用性指數(shù)，和小于約50dbv2rms(諸如約40dbv2rms至約50dbv2rms、更優(yōu)選地約44dbv2rms至約47dbv2rms)的ts750值。
在第十三實施例中，本發(fā)明提供第十二實施例的多層片薄紙產(chǎn)品，其具有大于約10.0的破裂指數(shù)。
在第十四實施例中，本發(fā)明提供第十二實施例或第十三實施例的多層片薄紙產(chǎn)品，其具有大于約6.5的cdtea指數(shù)。
在第十五實施例中，本發(fā)明提供第十一實施例至第十四實施例中任一者的多層片薄紙產(chǎn)品，其具有大于約45的耐用性指數(shù)。
在第十六實施例中，本發(fā)明提供第十一實施例至第十五實施例中任一者的多層片薄紙產(chǎn)品，其中ts750值為約40dbv2rm至約45dbv2rm。
在第十七實施例中，本發(fā)明提供第十一實施例至第十六實施例中任一者的多層片薄紙產(chǎn)品，其中該產(chǎn)品具有約700克/3英寸至約1200克/3英寸、更優(yōu)選地約700克/3英寸至約1000克/3英寸、還更優(yōu)選地約750克/3英寸至約900克/3英寸的gmt。
在第十八實施例中，本發(fā)明提供第十一實施例至第十七實施例中任一者的多層片薄紙產(chǎn)品，其中至少一個層片包含按該層片的重量計至少大于約5％的南方軟木牛皮紙纖維，該纖維具有小于約21mg/100m(諸如約17mg/100m至約21mg/100m)的粗度，和大于約2.2mm的纖維長度。
在第十九實施例中，本發(fā)明提供第十一實施例至第十八實施例中任一者的多層片薄紙產(chǎn)品，其中該薄紙產(chǎn)品包含按該薄紙產(chǎn)品的重量計少于約5％的nswk纖維。