Ленточно-крепированный многослойный лист с переменным локальным базовым весом с целлюлозным микроволокном, получаемым с помощью перфорированной полимерной ленты - RU2608601C2

Чертежи

Показать все 50 чертежа(ей)

Описание

Притязание на приоритет и перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка является частичным продолжением совместно рассматриваемой патентной заявки США № 12/694650, публикация № US 2010/0186913, под названием "Belt-Creped, Variable Local Basis Weight Absorbent Sheet Prepared With Perforated Polymeric Belt", поданной 27 января 2010 года, которая основана на временной заявке США с серийным номером № 61/206146 с тем же названием, поданной 28 января 2009 года, и по вышеуказанным заявкам в настоящем описании испрашивается право приоритета. Вышеуказанные заявки включены в настоящее описание в качестве ссылок.

Настоящая заявка относится к объекту публикации патентной заявки США № 2009/0020139, опубликованной 22 января 2009 года, основанной на заявке № 12/284148, поданной 17 сентября 2008 года под названием "High Efficiency Disposable Cellulosic Wiper" (номер в реестре поверенного № 20134 PI). Настоящая заявка также относится к объекту публикации патентной заявки № 2009/0020248, опубликованной 22 января 2009 года, основанной на заявке № 12/284147, поданной 17 сентября 2008 года, под названием "Absorbent Sheet Incorporating Regenerated Cellulose Microfiber" (номер в реестре поверенного No. 20134 P2). Обе патентные заявки США № 12/284148 и 12/284147 основаны, частично, на патентной заявке США № 11/725253, поданной 19 марта 2007 года, под названием "Absorbent Sheet Having Regenerated Cellulose Microfiber Network", теперь патент США № 7718036 (номер в реестре поверенного № 20134). Настоящая заявка также относится, частично, к объекту следующих временных патентных заявок США:

(1) Временная заявка № 60/784228, поданная 21 марта 2006 года;

(2) Временная заявка № 60/850467, поданная 10 октября 2006 года;

(3) Временная заявка No 60/850681, поданная 10 октября 2006 года;

(4) Временная заявка № 60/881310, поданная 19 января 2007 года;

(5) Временная заявка No 60/994344, поданная 19 сентября 2007 года;

(6) Временная заявка № 60/994483, поданная 19 сентября 2007 года.

Содержание вышеуказанных заявок включено в настоящее описание в качестве ссылки в полном объеме.

Уровень техники

Волокна лиоцелл, как правило, применяются в текстильных изделиях или фильтрующих материалах. См., например, публикации патентных заявок США № 2003/0177909 и US 2003/0168401, обе Koslow, а также патент США № 6511746, Collier et al. С другой стороны, высокоэффективные салфетки для очистки стеклянных и других поверхностей, как правило, изготавливают из термопластических волокон.

В патенте США № 6890649, Hobbs et al. (3М), впервые описаны полиэфирные микроволокна для применения в продукте в виде салфетки. Согласно патенту ′649, микроволокна имеют средний эффективный диаметр менее 20 микрон, и в общем от 0,01 микрон до 10 микрон. См. колонку 2, строки 38-40. Эти микроволокна получают путем фибриллирования пленочных поверхностей и затем сбора волокон.

В патенте США № 6849329, Perez et al., описаны микроволокна для применения во влажных салфетках. Эти волокна подобны тем, что описаны в патенте ′649, обсуждаемом выше. В патенте США № 6645618, также Hobbes et al., дополнительно впервые описаны микроволокна в волоконных ковриках, таких как те, что применяются для удаления масла из воды, или их применение в качестве салфеток.

В патентной публикации США № 2005/0148264 (заявка № 10/748648), Varona et al., описана салфетка с бимодальным распределением размера пор. Салфетку изготавливают из расплавленных раздутых волокон, а также более крупных волокон и бумагообразующих волокон. См. стр. 2, абзац 16.

В патентной публикации США № 2004/0203306 (заявка № 10/833229), Grafe et al., описана эластичная салфетка, включающая нетканый слой и по меньшей мере один приклеенный слой нановолокна. Слой нановолокна показан на многочисленных фотографиях. На стр. 1, абзац 9, отмечено, что микроволокна имеют диаметр волокна от приблизительно 0,05 микрон до приблизительно 2 микрон. В этом патенте нановолоконные полотна исследовали для очистки автомобильных приборных панелей, автомобильных окон и так далее. См., например, стр. 8, абзацы 55, 56.

В патенте США № 4931201, Julemont, описана нетканая салфетка, включающая формованное из расплава волокно. В патенте США № 4906513, Kebbell et al., также описана салфетка, содержащая формованное из расплава волокно. Здесь используют полипропиленовые микроволокна, и салфетки, как описано, обладают свойством вытирать все без остатка. Этот патент имеет общее значение, как и патент США № 4436780, Hotchkiss et al., в котором описана салфетка, имеющая слой формованных из расплава полипропиленовых волокон и на любой из двух сторон штапельно связанный полипропиленовый слой волокна. См. также патент США № 4426417, Meitner et al., в котором описана нетканая салфетка, имеющая матрицу нетканых волокон, содержащую микроволокно и штапельное волокно. В патенте США № 4307143, Meitner, описана дешевая салфетка для промышленных применений, которая включает термопластические формованные из расплава волокна.

В патенте США № 4100324, Anderson et al., описано нетканое полотно, пригодное в качестве салфетки, которое включает волокна древесной пульпы.

В патентной публикации США № 2006/0141881 (заявка № 11/361875), Bergsten et al., описана салфетка с формованными из расплава волокнами. В этой публикации также описан тест на волочение на стр. 7 и 9. Например, см. стр. 7, абзац 59. Согласно результатам теста на стр. 9, микроволокно увеличивает протяженность пути салфетки на поверхности.

В патентной публикации США № 2003/0200991 (заявка № 10/135903), Keck et al., описана двойная структура абсорбирующего полотна. См. стр. 12 и 13, на которых описаны тесты на очистку и тест на истирание при трении во влажном состоянии по Гарднеру.

В патенте США № 6573204, Philipp et al., описана ткань для очистки, имеющая нетканую структуру, изготовленную из микроштапельных волокон по меньшей мере двух различных полимеров и вторичных штапельных волокон, связанных в микроштапельные волокна. Расщепленное волокно, как сообщается, имеет титр от 0,17 до 3,0 dtex перед расщеплением. См. колонку 2, строки 7-9; см. также патент США № 6624100, Pike, в котором описано расщепляемое волокно для применения в микроволоконной сетке.

Область техники

Настоящая заявка относится к многослойным салфеткам, содержащим по меньшей мере один впитывающий лист с переменным локальным базовым весом, содержащий значительную долю фибриллированного целлюлозного микроволокна, имеющего множество сводчатых или куполообразных областей, соединенных обычно плоской уплотненной волокнистой сетью, включающей по меньшей мере некоторые зоны консолидированного волокна, ограничивающие куполообразные зоны. Куполообразные области имеют передний край с относительно высоким локальным базовым весом и в их нижерасположенных частях переходные зоны, которые включают изогнутые вверх и внутрь зоны боковых стенок из консолидированного волокна.

Хотя имеются достижения в области высокоэффективных салфеток, существующие продукты имеют тенденцию к тому, что получение их является относительно трудным и дорогостоящим; многие не обладают поглощающей способностью высококачественных бумажных полотенец и их нелегко повторно преобразовывать в пульпу или утилизировать. Более того, салфетки по изобретению способны удалять микрочастицы и, если по существу не весь остаток с поверхности, то по меньшей мере почти весь, уменьшая потребность в биоцидах и очищающих растворах в типичных действиях по очистке и санации.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится, частично, к многослойному впитывающему листу, содержащему целлюлозное микроволокно, пригодное для бумажных полотенец и салфеток. Лист показывает высокие величины поглощающей способности (SAT), а также характеристики "вытирания насухо" с низким количеством остатка. Таким образом, лист можно использовать в качестве высокоэффективной салфетки или в качестве обычного бумажного полотенца; что устраняет необходимость во множестве продуктов.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к многослойному впитывающему листу, показывающему время вытирания насухо менее 20 секунд, предпочтительно 10 секунд или менее, и способность SAT в диапазоне 9,5-11 г/г. В следующем варианте осуществления впитывающий лист имеет скорость SAT в диапазоне 0,05-0,25 г/с^0,5.

Предпочтительный слой с переменным базовым весом получают способом ленточного крепирования, включающим сдавливающее обезвоживание зарождающегося полотна, содержащего от приблизительно 10 до приблизительно 60% фибриллированного целлюлозного микроволокна, нанесение обезвоженного полотна на передаточную поверхность с очевидно случайным распределением волокон, и ленточное крепирование полотна под давлением с параметрами сжатия, выбранными так, чтобы переупорядочить ориентацию волокон и необязательно обеспечить варьирование локального базового веса. Слои по настоящему изобретению проявляют повторение структуры сводчатых выступающих частей, которые определяют полые зоны на их противоположной стороне. Выступающие сводчатые части или купола имеют относительно высокий локальный базовый вес и связаны с сетью уплотненного волокна. Переходные зоны, связывающие соединяющие области и купола, включают изогнутое вверх и необязательно внутрь консолидированное (скрепленное) волокно. В общем, бумажную массу выбирают и стадии ленточного крепирования, применения вакуума и сушки контролируют так, чтобы образовывалось высушенное полотно, имеющее: множество обогащенных волокнами полых куполообразных областей, выступающих из верхней поверхности листа, причем указанные полые куполообразные области имеют боковую стенку с относительно высоким локальным базовым весом, образованную вдоль по меньшей мере их переднего края; и соединяющие области, образующие сеть, связывающую обогащенные волокнами полые куполообразные области листа; где консолидированные группы волокон распространяются вверх из соединяющих областей в боковые стенки указанных обогащенных волокнами полых куполообразных областей вдоль по меньшей мере их переднего края. Фибриллированное целлюлозное микроволокно, присутствующее на поверхности таких консолидированных групп, формирует жилкование над поверхностью консолидированных групп, в то время как фибриллированное целлюлозное микроволокно, присутствующее в консолидированных группах, по-видимому, усиливает связывание и укрепление в них, оба из которых, по-видимому, участвуют в увеличении количества очень мелких пор в структуре листа. Предпочтительно такие консолидированные группы волокон присутствуют по меньшей мере на переднем и заднем краях куполообразных областей. Во многих случаях консолидированные группы волокон образуют седлообразные области, располагающиеся по меньшей мере частично вокруг куполообразных зон, где жилкование целлюлозных микроволокон распространяется по поверхности консолидированных областей. В других менее консолидированных областях слоя фибриллированные целлюлозные микроволокна присутствуют в качестве периодически связанных волокон, распределенных в менее консолидированных областях слоя и переплетающихся с общепринятыми бумагообразующими волокнами в нем и связанных с ними по большей части в областях пересечения, где волокна контактируют.

Улучшенные характеристики вытирания насухо продуктов по изобретению являются неожиданными ввиду наблюдаемых очень низких скоростей SAT. На фиг. 1A-1H, 1J-1N и IP-IT представлены микрофотографии, иллюстрирующие микроструктуру на поверхности многослойных продуктов по изобретению (фиг. 1G, 1J и 1L) вместе с различными в некоторой степени сходными продуктами. Считается совершенно неожиданным, что такие улучшенные характеристики вытирания насухо можно наблюдать, когда кажущаяся пористость уменьшена до предела, представленного здесь. Без связи с какой-либо теорией, полагают, что жилкование микроволокна, наблюдаемое на поверхностях консолидированных областей в продуктах по изобретению на фиг. 1G, 1J и 1L (полученных путем крепирования из передаточного барабана с использованием перфорированной полимерной ленты) обеспечивает очень медленную наблюдаемую скорость SAT и высокое капиллярное давление вследствие высокого процента очень мелких, легкодоступных пор, как описано в настоящем описании далее, а также большого количества очень мелких пор, распределенных в консолидированных группах. Продукты по изобретению представляют собой удивительно эффективные салфетки для очистки поверхностей, оставляющие мало или совсем не оставляющие остатка; таким образом, обеспечивая очистку без разводов, которая особенно желательна для стеклянных и гладких поверхностей и в значительной степени предпочтительна для целей санации. В кратком изложении, "вытирание насухо" представляет собой время, требуемое для того, чтобы остаточный оригинальный стеклоочиститель Windex® испарялся с пластины после того, как материал для вытирания перемещают по смоченной поверхности. Низкие величины указывают на меньшее количество остаточной жидкости, что приводит к меньшему образованию разводов. Без связи с теорией, полагают, что силы Кэмпбелла обеспечивают довольно прочное сцепление фибриллированных целлюлозных микроволокон с консолидированными волокнистыми областями, так что вместо образования связей только в точках пересечения волокон, в зонах жилкования, можно наблюдать линейное поверхностное сцепление между фибриллированными целлюлозными микроволокнами и нижележащей консолидированной волокнистой областью, создающее многочисленные высокодоступные микропоры между ними, что приводит к превосходным свойствам вытирания насухо. В любом случае, листы по настоящему изобретению, образованные путем крепирования с передаточной поверхности с использованием перфорированных полимерных лент, показывают как удивительную микропористость, так и удивительно быстрое время вытирания насухо при сохранении удовлетворительной способности SAT. В общем, листы, которые являются более высоко консолидированными, показывает более короткое время вытирания насухо, чем более открытые листы.

Продукты по изобретению также показывает растяжимость во влажном состоянии, значительно превышающую растяжимость во влажном состоянии коммерческих продуктов в виде полотенец, однако имеют сходную способность SAT, так что обеспечиваются характеристики вытирания насухо, поскольку продукт впитывает жидкость. На фиг. 2 показаны объединенные признаки вытирания насухо, поглощающей способности и прочности во влажном состоянии, достигаемые в двухслойном продукте по изобретению. Время вытирания насухо достигает 10 секунд или менее при содержании CMF (целлюлозное микроволокно) 40%, по сравнению с 25-30 секундами для общепринятого полотенца.

Имея очень высокую прочность, продукты по изобретению также показывают неожиданно высокий уровень мягкости, как видно из фиг. 3, на которой проиллюстрирована мягкость в зависимости от растяжимости во влажном состоянии и содержания целлюлозного микроволокна (cmf). Из фиг. 3 видно, что увеличенные уровни мягкости достигаются даже при растяжимости во влажном состоянии, более чем в два раза превышающей растяжимость во влажном состоянии общепринятого полотенца. Предпочтительные продукты по настоящему изобретению имеет дифференциальный объем пор диаметром менее 5 микрон, составляющий по меньшей мере приблизительно 75 мм³/г/микрон.

Дальнейшие детали и преимущества станут очевидными из обсуждения, предоставленного в настоящем описании далее.

Краткое описание чертежей

Изобретение описано с отсылкой на чертежи, где:

На фиг. 1A, 1C и 1E проиллюстрированы содержащие CMF салфетки, полученные крепированием зарождающегося полотна с передаточного цилиндра с использованием крепирующей ткани, и они расположены для легкого сравнения их с подобным образом полученными салфетками без CMF на фиг. 1B, 1D и 1F.

На фиг. 1G, 1J и 1L проиллюстрировано жилкование на содержащих CMF салфетках, полученных крепированием зарождающегося полотна с передаточного цилиндра с использованием перфорированной полимерной крепирующей ленты, и они расположены для легкого сравнения их с полученными с помощью TAD салфетками без CMF на фиг. 1H, 1K и 1M.

На фиг. 1N, 1Q и 1S проиллюстрированы содержащие CMF салфетки, полученные общепринятой технологией влажного прессования, и они расположены для легкого сравнения их с подобным образом полученными салфетками без CMF на фиг. 1P, 1R и 1T.

На фиг. 2 проиллюстрировано время вытирания насухо трех коммерчески доступных продуктов в виде рулона кухонных полотенец по сравнению с двухслойными салфетками, содержащими различные количества CMF, полученными ленточным крепированием с передаточного цилиндра с использованием иллюстративной перфорированной ленты, как описано в настоящем описании и проиллюстрировано на фиг. 7.

На фиг. 3 проиллюстрирована взаимосвязь между мягкостью, прочностью на растяжение во влажном состоянии и содержанием фибрилированного целлюлозного микроволокна в салфетках.

На фиг. 4 проиллюстрировано распределение длин волокон в целлюлозном микроволокне, которое является предпочтительным для осуществления на практике настоящего изобретения.

На фиг. 5 проиллюстрирован необычайно высокий процент очень длинных целлюлозных волокон, достижимый с помощью фибриллированного целлюлозного микроволокна.

На фиг. 6 проиллюстрирован узор тиснения, известный как "Fantale", упомянутый в примере 2.

На фиг. 7 проиллюстрирована контактная поверхность листа перфорированной полимерной ленты, упомянутой в примере 1.

На фиг. 8 проиллюстрирована система экструзионной/интрузионной порозиметрии, используемая для измерения объема пор и распределения размера пор.

На фиг. 9 представлена схематическая иллюстрация взаимодействия между нажимной плитой и образцом в устройстве для измерения распределения объема пор.

На фиг. 10 проиллюстрирован необычайно высокий процент очень мелких пор, достигаемый в салфетках, содержащих различные количества фибриллированных целлюлозных микроволокон.

На фиг. 11 проиллюстрирована взаимосвязь между временем вытирания насухо и капиллярным давлением в салфетках.

На фиг. 12 проиллюстрирована взаимосвязь между капиллярным давлением и содержанием фибриллированного целлюлозного микроволокна в салфетках.

На фиг. 13 проиллюстрирована взаимосвязь между прочностью на растяжение во влажном состоянии, временем вытирания насухо и содержанием фибриллированного целлюлозного микроволокна в салфетке.

На фиг. 14 проиллюстрирована мягкость различных салфеток в зависимости от GM прочности на растяжение с содержанием фибриллированного целлюлозного микроволокна, указанным в качестве параметра.

На фиг. 15 проиллюстрирована мягкость различных салфеток в зависимости от CD прочности на растяжение во влажном состоянии с содержанием фибриллированного целлюлозного микроволокна, указанным в качестве параметра.

На фиг. 16 проиллюстрировано время вытирания насухо в зависимости от способности SAT с содержанием фибриллированного целлюлозного микроволокна, указанным в качестве параметра.

На фиг. 17 проиллюстрировано время вытирания насухо в зависимости от водоудерживающей способности с содержанием фибриллированного целлюлозного микроволокна, указанным в качестве параметра.

На фиг. 18 проиллюстрировано время вытирания насухо в зависимости от скорости SAT с содержанием фибриллированного целлюлозного микроволокна, указанным в качестве параметра.

На фиг. 19 проиллюстрировано время вытирания насухо в зависимости от содержания фибриллированного целлюлозного микроволокна с содержанием влажно-прочностных смол, указанным в качестве параметра.

На фиг. 20 проиллюстрировано варьирование полученного влажным извлечением ворса для различных салфеток с указанным содержанием фибриллированного целлюлозного микроволокна; содержанием агента влажной прочности и содержанием разрыхлителя.

На фиг. 21 проиллюстрирована толщина и способность SAT в салфетках в ответ на каландрование.

На фиг. 22 проиллюстрировано варьирование C/D прочности на растяжение во влажном состоянии для различных полотенец в зависимости от базового веса.

На фиг. 23 проиллюстрирована базовая толщина листа в ответ на нагрузку башмачным прессом в различных салфетках.

На фиг. 24 проиллюстрирована базовая толщина листа в зависимости от содержания фибриллированного целлюлозного микроволокна при постоянной нагрузке башмачным прессом.

На фиг. 25 A и B проиллюстрирован узор тиснения, известный как "Little Circles", упомянутый в примере 2.

На фиг. 26 проиллюстрирован узор тиснения, известный как "Patchwork", упомянутый в примере 2.

На фиг. 27 проиллюстрирована CD прочность на растяжение во влажном состоянии различных полотенец в зависимости от базового веса.

На фиг. 28 представлен схематический рисунок, изображающий предпочтительную ленту, пригодную для осуществления на практике настоящего изобретения.

На фиг. 29 проиллюстрирована CD прочность на растяжение во влажном состоянии различных полотенец в зависимости от толщины.

На фиг. 30 проиллюстрирована способность SAT различных полотенец в зависимости от толщины.

На фиг. 31 проиллюстрировано варьирование способности SAT для различных полотенец в зависимости от базового веса.

На фиг. 32 проиллюстрирована взаимосвязь между CD прочностью на растяжение во влажном состоянии и ощущаемой мягкостью для различных полотенец.

На фиг. 33 представлена способность SAT и время вытирания насухо для поверхностей как из черного стекла, так и нержавеющей стали, для салфеток согласно примеру 2.

На фиг. 34 представлена микрофотография, полученная секционной сканирующей электронной микроскопией, иллюстрирующая консолидированную область в листе, образованном ленточным крепированием с использованием перфорированной полимерной ленты.

На фиг. 35 представлено увеличенное изображение части фиг. 34, более детально иллюстрирующее куполообразную область и консолидированную область.

На фиг. 36 представлена микрофотография, полученная секционной сканирующей электронной микроскопией, иллюстрирующая другую консолидированную область в листе, полученном ленточным крепированием с использованием перфорированной полимерной ленты.

На фиг. 37 сравнивается относительное улучшение вытирания насухо для салфеток, изготовленных крепированием с тканым полотном, по сравнению с салфетками, изготовленными ленточным крепированием с использованием перфорированной полимерной ленты.

На фиг. 38 сравнивается вытирание насухо для салфеток, изготовленных крепированием с тканым полотном, по сравнению с салфетками, изготовленными крепированием с использованием перфорированной полимерной ленты.

На фиг. 39 проиллюстрирован эффект избыточного агента, высвобождающего четвертичные соли аммония, на салфетки, изготовленные ленточным крепированием с использованием перфорированной полимерной ленты.

На фиг. 40 представлена изометрическая схема, иллюстрирующая устройство для измерения сжатия рулона для тканевых продуктов.

На фиг. 41 представлен вид в разрезе, проведенном вдоль линии 41-41 фиг. 40.

На фиг. 42 проиллюстрированы размеры маркированного предметного стекла, использованного для оценки устойчивости продуктов по настоящему изобретению к влажному ворсоотделению.

Подробное описание изобретения

Изобретение подробно описано ниже с отсылкой на несколько вариантов осуществления и многочисленные примеры. Такое обсуждение предназначено только для иллюстрации. Модификации конкретных примеров в пределах сущности и объема настоящего изобретения, как указано в прилагаемой формуле изобретения, будут хорошо понятны специалисту в данной области.

Терминология, используемая в настоящем описании, приведена в ее обычном значении, например, милы относятся к тысячным долям дюйма; мг относятся к миллиграммам и м² относятся к квадратным метрам, процент означает процент по массе (в расчете на массу сухого вещества), "тонна" означает короткую тонну (2000 фунтов), если нет иных указаний "стопа" означает 3000 футов², и т.д. "Тонна" представляет собой 2000 фунтов, в то время как "метрическая тонна" представляет собой метрическую тонну, равную 100 кг или 2204,62 фунтов. Если нет иных указаний, сокращение "т" означает "тонну". Если нет иных указаний, версия используемого способа тестирования представляет собой версию, действующую с 1 января 2010 года, и тестируемые образцы получают в стандартных условиях TAPPI; т.е. прекондиционируют в течение 24 часов, а затем кондиционируют в атмосфере 23±1,0°C (73,4±1,8°F) при относительной влажности 50% в течение по меньшей мере приблизительно 2 часов.

Способы тестирования, материалы, оборудование и способы производства и терминология представляют собой те, которые приведены в заявках, упоминаемых выше, в качестве дополнительных к настоящему описанию.

На протяжении настоящего описания и формулы изобретения, когда авторы ссылаются на зарождающееся полотно, имеющее очевидно случайное распределение ориентации волокна (или используют подобную терминологию), авторы имеют в виду распределение ориентации волокна, которое возникает, когда технологии формования используют для осаждения бумажной массы на формирующую ткань. При микроскопическом исследовании волокна имеют внешний вид случайно ориентированных, даже несмотря на то, что в зависимости от скорости струи относительно сетки, они могут иметь существенное отклонение в машинном направлении, делая прочность полотна на растяжение в машинном направлении выше прочности на растяжение в поперечном машинному направлении.

Во многих заявках, родственных патенту США № 7399378, под названием "Fabric Crepe Process for Making Absorbent Sheet", важность различий между крепированием с использованием тканого полотна и крепирующей ленты, изготовленной путем перфорации указанной ленты, была незначительной, так что термин "лента" можно было применять для любого крепирующего материала. Однако в настоящей патентной заявке, также как и в публикации патентной заявки США № 2010/0186913 под названием "Belt-Creped, Variable Local Basis Weight Absorbent Sheet Prepared With Perforated Polymeric Belt", различие между использованием крепирующей ткани и перфорированной полимерной ленты имеет высокую важность, поскольку было обнаружено, что использование перфорированной полимерной ленты дает возможность получить консолидированные области, в частности, консолидированные седлообразные области, в полотне, обеспечивая улучшение его физических свойств относительно полотен, ранее получаемых с использованием способа крепирования с передаточного барабана. Для удобства, авторы называют этот способ формирования листа ленточным крепированием с переориентацией волокна или FRBC. Далее в настоящей заявке продемонстрировано, что содержащие CMF салфетки, изготовленные с использованием перфорированной полимерной ленты, имеют существенные преимущества характеристик над салфетками, изготовленными способом с использованием тканого крепирующего полотна, который авторы настоящего изобретения называют крепированием тканью с переориентацией волокна или FRFC. На протяжении настоящей заявки авторы настоящего изобретения приложили усилия к тому, чтобы сделать эти различия явными; однако, несмотря на формулировки определений в заявках, включенных в качестве ссылок, в настоящей заявке ленты и крепирующие ткани не следует считать синонимами.

Если нет иных указаний, "базовый вес", BWT, bwt, BW и так далее относится к массе стопы продукта размером 3000 квадратных футов (279 м²) (базовый вес также выражается в г/м² или gsm). Аналогично, "стопа" означает стопу размером 3000 квадратных футов (279 м²), если нет иных указаний. Локальные базовые веса и разницы между ними вычисляют путем измерения локального базового веса в 2 или больше типичных площадях с низким базовым весом внутри областей с низким базовым весом и сравнения этого среднего базового веса со средним базовым весом в двух или больше типичных площадях внутри областей с относительно высоким локальным базовым весом. Например, если типичные площади внутри областей с низким базовым весом имеют средний базовый вес 15 фунт/3000 фут² стопа (24,4 г/м²) и средний измеренный локальный базовый вес для типичных площадей внутри областей с относительно высоким локальным базовым весом составляет 20 фунт/3000 фут² стопа (32,5 г/м²), типичные площади внутри областей с высоким локальным базовым весом имеют характерный базовый вес на ((20-15)/15)×100% или 33% выше, чем типичные площади внутри областей с низким базовым весом. Предпочтительно, локальный базовый вес измеряют, используя технологию ослабления бета-частиц, упоминаемую в настоящем описании. В некоторых случаях, могут быть пригодными рентгеновские способы, при условии что рентгеновские лучи являются достаточно "мягкими" - что энергия фотонов является достаточно низкой и разность базовых весов между различными областями листа является относительно высокой, чтобы достигались значительные отличия в ослаблении.

Толщина и/или объем, упоминаемые в настоящем описании, могут быть измерены для 8 или 16 листов, как указано. Листы складывают в пачку, и измерение толщины проводят вблизи центральной части пачки. Предпочтительно, тестируемые образцы кондиционируют в атмосфере при 23°С±1,0°С (73,4±1,8°F) при 50% относительной влажности в течение по меньшей мере приблизительно 2 часов и затем измеряют с помощью Thwing-Albert Model 89-II-JR или электронного измерителя толщины Progage с пятками диаметром 2 дюйма (50,8 мм), с постоянной нагрузкой массой 539±10 граммов и скоростью снижения 0,231 дюйм/сек (5,87 мм/с). Для тестирования конечного продукта каждый лист тестируемого продукта должен иметь такое же число слоев, как продаваемый продукт. Для тестирования обычно выбирают восемь листов и складывают вместе. Для тестирования салфеток, салфетки разворачивают перед складыванием. Для тестирования основного листа из намоточных машин, каждый тестируемый лист должен иметь такое же число слоев, как производится намоточной машиной. Для тестирования основного листа из катушки бумагоделательной машины необходимо использовать одиночные слои. Листы складывают вместе, выровненные в MD. Объем также можно выражать в единицах объем/масса путем деления толщины на базовый вес.

Консолидированные волокнистые структуры представляют собой структуры, которые настолько высоко уплотнены, что волокна в них сжаты в лентоподобные структуры и объем пустот уменьшен до уровней, достигающих или возможно даже являющихся меньшими чем уровни, встречающиеся в плоской бумаге, такой как используют для коммуникационных целей. В предпочтительных структурах волокна настолько плотно упакованы и настолько тщательно спутаны, что расстояние между соседними волокнами, как правило, является меньшим, чем ширина волокна, часто является меньшим, чем половина, или даже меньшим, чем четверть ширины волокна. В наиболее предпочтительных структурах волокна по большей части являются коллинеарными и строго отклонены в направлении MD. Наличие консолидированного волокна или консолидированных волокнистых структур можно подтвердить путем исследования тонких срезов, погруженных в смолу, а затем нарезанных с помощью микротома в соответствии с известными способами. Альтернативно, если SEM обеих поверхностей области настолько сильно спутаны, что напоминают плоскую бумагу, тогда эту область можно считать консолидированной. Срезы, полученные с помощью устройств для полирования поперечного разреза со сфокусированным ионным пучком, таких как устройства, предлагаемые JEOL®, являются особенно пригодными для наблюдения уплотнения на протяжении толщины листа для определения того, являются ли области в тканевых продуктах по настоящему изобретению настолько высоко уплотнены, чтобы стать консолидированными.

"Крепирующая лента" и сходная терминология относится к ленте, которая имеет перфорированную структуру, пригодную для осуществления на практике способа по настоящему изобретению. В дополнение к отверстиям, лента может иметь признаки, такие как выступающие участки и/или углубления между отверстиями, если это является желательным. Предпочтительно, перфорации являются коническими, что, по-видимому, облегчает перенос полотна, особенно с крепирующей ленты на сушилку, например. Как правило, поверхность листа, контактирующая с полотном на стадии крепирования тканью, имеет открытую зону большего размера, чем поверхность, обращенная от полотна. В некоторых вариантах осуществления крепирующая лента может включать декоративные элементы, такие как геометрический узор, цветочный узор и т.д., образованные путем реорганизации, удаления и/или комбинирования отверстий, имеющих различные размеры и формы.

"Купол", "купольный", "куполообразный" и т.д., как используют в описании и формуле изобретения, относятся, главным образом, к полым сводчатым выпячиваниям в листе того класса, который представлен на различных фиг., и не ограничиваются конкретным типом купольной структуры, как проиллюстрировано на фиг. 34-36. Терминология относится к арочным конфигурациям в общем, как к симметричным, так и к асимметричным, относительно плоскости, делящей пополам куполообразную зону. Таким образом, "купол" относится, главным образом, к сферическим куполам, сфероидальным куполам, эллиптическим куполам, эллипсоидальным куполам, овальным куполам, куполам с многоугольными основаниями и родственным структурам, как правило, включающим верхнюю часть и боковые стенки, предпочтительно изогнутые внутрь и вверх; т.е. боковые стенки изогнуты в сторону верхней части вдоль по меньшей мере части их длины.

Некоторые варианты осуществления изобретения

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения фибриллированные регенерированные целлюлозные микроволокна в продукте по изобретению имеют характерную величину CSF менее 175 мл, где величина CSF означает так называемую садкость массы по канадскому стандарту ("Canadian Standard Freeness"). Предпочтительно, более 35% по массе фибриллированных регенерированных целлюлозных микроволокон имеет величину CSF менее 175 мл.

Предпочтительно, обогащенные волокнами полые куполообразные области продукта в виде салфетки или полотенца имеют локальный базовый вес, по меньшей мере на 5% превышающий средний базовый вес, более предпочтительно, по меньшей мере на 10% превышающий средний базовый вес продукта в виде салфетки или полотенца.

В некоторых вариантах осуществления изобретения фибриллированные регенерированные целлюлозные микроволокна имеют средневесовой диаметр менее 1 микрона, средневесовую длину менее 400 микрон и содержание волокна более 2 миллиардов волокон/грамм. Предпочтительно, фибриллированные регенерированные целлюлозные микроволокна имеют средневесовой диаметр менее 0,5 микрон, средневесовую длину менее 300 микрон и количество волокон более 10 миллиардов волокон/грамм.

В других вариантах осуществления изобретения количество волокон в продукте по изобретению может составлять более 20 миллиардов волокон/грамм или даже более 50 миллиардов волокон/грамм. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изобретения количество волокон в продукте по изобретению может составлять более 400 миллионов волокон/грамм.

В некоторых вариантах осуществления изобретения продукт в виде многослойной салфетки или многослойного полотенца согласно изобретению имеет толщину от 7,5 до 12 мил/8 листов/фунт на стопу. Кроме того, в определенных вариантах осуществления изобретения продукт согласно изобретению показывает разрывную длину во влажном состоянии в поперечном машинному направлении (CD) в диапазоне от 300 м до 800 м, в частности от 350 м до 800 м, например в диапазоне от 400 м до 800 м. Также в определенных вариантах осуществления изобретения продукт согласно изобретению показывает соотношение CD-прочности на разрыв во влажном состоянии/в сухом состоянии от 40% до 60%.

В некоторых вариантах осуществления изобретения продукт в виде многослойной салфетки или многослойного полотенца по изобретению имеет объем от приблизительно 9 до приблизительно 19 см³/г.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения заявляемый продукт в виде многослойной салфетки или многослойного полотенца показывает относительное время высыхания насухо, которое составляет менее 50% или даже менее 40% от времени вытирания насухо, которое показывают общепринятые салфетки с тем же составом волокон, но без фибриллированных регенерированных целлюлозных микроволокон.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения заявляемый продукт в виде многослойной салфетки или многослойного полотенца имеет дифференциальный объем пор по меньшей мере приблизительно 10% для пор диаметром менее 5 микрон.

В других предпочтительных вариантах осуществления изобретения обогащенные волокнами полые куполообразные области включают наклонную боковую стенку.

Тест на извлекаемый ворс

Для определения количества ворса, отделенного от полотенца, ткани или родственных продуктов при использовании в сухом состоянии ("извлекаемый ворс"), используют устройство для испытания на истирание Sutherland с тележкой массой 4,0 фунта (1,5 кг) (истирающий блок). Это устройство доступно от: Danilee Company; 27223 Starry Mountain Street; San Antonio, Texas 78260; 830-438-7737; 800-438-7738 (FAX). Истирающий блок массой 4,0 фунта (1,5 кг) в устройстве для испытания на истирания имеет размеры 2" на 4", так что применяемое давление в ходе тестирования составляет 0,5 фунт/кв.дюйм (3,4 кПа).

После прекондиционирования образцов, подлежащих оценке, при 10-35% RH при 22°-40°C в течение 24 часов, а затем кондиционирования при 50,0%±2,0% RH и 23,0±1,0°C в течение 2 часов, все последующие действия проводят в пределах помещения, поддерживаемого при от 48 до 53% RH и температуре от 22°C до 24°C.

Две пачки из четырех тестируемых полосок размером 2,25 дюйма × 4,5 дюйма (57 мм × 114 мм) с длиной 4,5 дюйма (114 мм) в машинном направлении вырезают из образца верхней (внешняя сторона рулона) стороной верх.

Вырезают две полосы черного войлока размером 2,5 дюйма × 6 дюймов (63,5 мм × 152 мм) с длиной 6 дюймов (152 мм) в машинном направлении, и верхнюю сторону обозначают номерами ID образцов.

Исходные данные для войлока определяют путем получения одних данных о светлоте L* на обозначенной стороне каждой полоски черного войлока, используемой для тестирования, в середине того, что будет зоной истирания, с использованием спектрофотометра GretagMacbeth® Ci5 с использованием следующих параметров спектрофотометра: Large area view; Specular component excluded; UV Source C; 2 degree observer; и Illuminant C. Спектрофотометр GretagMacbeth^® модели Ci5 доступен от: GretagMacbeth®; 617 Little Britain Road; New Windsor, NY 12553; 914-565-7660; 914-565-0390 (FAX); www.gretagmacbeth.com. Данные "до тестирования" впоследствии сравнивают с данными "после тестирования" в той же зоне полоски черного войлока на той же стороне, так что особое внимание уделяют тому, чтобы убедиться, что сравнение проводят только между одними и теми же полосками войлока. "L*", как используют в связи с этим, относится к CIE 1976, также известному как величина светлоты CIELAB, и ее не следует путать со светлотой Хантера, обычно обозначаемой как "L". В связи с этим, звездочка "*" не является обозначением, отсылающим читателя к некоторой другой части этого документа, а является частью обычно используемого обозначения для светлоты CIE 1976 "L*".

Для оценки образца его приклеивают липкой лентой к гальванизированной пластине на устройстве для испытания на истирание Sutherland верхней стороной вверх, так чтобы истирание происходило в машинном направлении, причем уделяют внимание тому, чтобы убедиться, что каждый образец приклеен одной и той же областью истирания каждый раз, когда проводят тестирование. Первый образец черного войлока приклеивают, обозначенной стороной наружу, к нижней части истирающего блока массой 4,0 фунта (1,5 кг) устройства для испытания на истирания Sutherland, количество штриховых движений на устройстве для испытания на истирание устанавливают на четыре, и выбирают медленную скорость (положение #2 для модели с 4 скоростями или положение #1 для модели с 2 скоростями), истирающий блок помещают на ручку каретки устройства для испытания на истирание Sutherland и нажимают кнопку "Start" для начала тестирования. После завершения четырех штриховых движений истирающий блок извлекают из устройства для испытания и черный войлок извлекают из нижней части истирающего блока, причем черный войлок сохраняют для считывания данных цвета L* "после тестирования". Образец удаляют с гальванизированной пластины и выбрасывают.

Одни данные цвета L* получают на обозначенной стороне каждой полоски черного войлока, получая данные для той же области, которую использовали для получения величины "до тестирования", в центре подвергнутой истиранию зоны. Данные "после тестирования" объединяют в пары с соответствующими данными "до тестирования" для вычисления разности между данными - "ΔL*".

Для каждого образца регистрируют среднее значение, стандартное отклонение, минимальный и максимальный результаты тестирования, измеряемые с точностью до 0,01 единицы L* для величин как до тестирования, так и после тестирования. Значение разности величины после считывания и величины до считывания указывает на извлечение ворса с помощью стандартизованной методики сухого истирания.

Тест образования ворса при влажном истирании

Два теста используют в рамках настоящего изобретения для оценки влажного образования ворса в образцах ткани: в одном подходе волокно истирают против смоченной свиной кожи в контролируемых условиях, полученное волокно смывают со свиной кожи и количество извлеченных волокон измеряют с использованием анализатора качества волокон OpTest®; во втором ткань истирают против смоченного черного войлока в контролируемых условиях и измеряют площадь оставшегося ворса с использованием сканера планшетного типа, как описано в настоящем описании ниже.

Тестирование площади

Для оценки образца ткани на извлечение ворса путем влажного истирания сначала его подвергают имитированному использованию влажности против образца стандартного черного войлока с помощью устройства для испытания на истирание Crockmeter, модифицированного как описано в настоящем описании, затем измеряют площадь в мм² ворса, оставшегося на войлоке, с помощью сканера планшетного типа Epson Perfection 4490 и программного обеспечения Apogee, SpecScan Software, версии 2.3.6.

Устройство для испытания на истирание Crockmeter доступно от: SDL Atlas, LLC; 3934 Airway Drive; Rock Hill, SC 29732; (803) 329-2110. Для использования в целях измерения влажного ворса, как описано в настоящем описании, устройство Crockmeter модифицируют так, чтобы оно включало рычаг массой 360 граммов и лапку 1" × 2", которая оказывает давление на образец 0,435 фунт/кв.дюйм. Масса истирающего блока составляет 355 г для утяжеленного рычага, закрепленного на одном конце, и 36 г для истирающей лапки. Эти веса применяются к площади 1" × 2" для давления 391 г/12,9 см²= 30,3 г/см₂. Напротив, в способе оценки влажного истирания, о писанном в патенте США № 5958187, Bhat et al., и патенте США № 6059928, Luu et al., используется тележка массой 135 г, помещаемая на образец 2 × 3" (51 мм × 76 мм) для давления 135 г/38,7 см²= 3,5 г/см².

Research Dimensions по адресу 1720 Oakridge Road; Neenah, WI 54956; 920-722-2289; может модифицировать устройства для испытания на истирание Crockmeter для приведения в соответствие этому.

Подходящий черный войлок имеет толщину 3/16 дюйма (4,8 мм), партия# 113308F-24, доступный от: Aetna Felt Corporation; 2401 W. Emaus Avenue; Allentown, PA 18103; 800-526-4451.

Для тестирования образца наружные три слоя ткани удаляют с рулона. Три листа ткани разрезают по отверстиям и располагают в виде пачки с использованием резака для бумаги, обращая внимание на то, чтобы листы ткани были помещены в той же ориентации относительно направления и стороны рулона. Из пачки вырезают образцы размером 2 дюйма на 2,5 дюйма (51 мм × 63,5 мм), причем наибольшим является размер в машинном направлении. Вырезают достаточно образцов для 4 повторений. Короткую (2" (51 мм)) сторону ткани обозначают небольшой точкой, чтобы указать на поверхность ткани, которая была обращена наружу в рулоне. Лапку помещают на рычаг Crockmeter наименьшим размером параллельно ходу Crockmeter и длину хода устанавливают на 4" ± 1/8 дюйма (102 ± 3 мм) и скорость хода устанавливают на 10 ходов в минуту. Черный войлок нарезают на фрагменты размером 3 дюйма на 6 дюймов (76 × 152 мм), причем внутреннюю поверхность маркируют вдоль короткого края. В этом тесте образец ткани, подлежащий тестированию, истирают против внутренней стороны войлока, начиная с метки. Лист размером 12 дюймов на 12 дюймов (304 мм на 304 мм) из черного акрилового волокна, предметное стекло микроскопа размером 2 дюймов на 3 дюйма (51 × 76 мм), обозначенное, как показано на фиг. 42, липкую ленту, пипетку и стакан с дистиллированной водой помещают на любой расположенной поблизости удобной плоской поверхности. Crockmeter включают, затем выключают так, чтобы расположить рычаг в его самом дальнем заднем положении. Под рычаг помещают разделитель, чтобы держать его над поверхностью истирания. Чистый фрагмент черного войлока приклеивают липой лентой к основанию Crockmeter над поверхностью истирания обозначенной поверхностью вверх с обозначенным концом кверху рядом с точкой начала хода лапки. Образец приклеивают липкой лентой вдоль одного короткого край к лапке верхней стороной ткани, обращенной вверх, и длину ткани оборачивают вокруг лапки и прикрепляют к рычагу Crockmeter так, чтобы приклеенная лента сторона и обозначенная область на образце ткани были обращены к оператору в передней части Crockmeter. Тип используемой ленты не имеет значения. Является пригодной офисная лента, обычно называемая целлофановой лентой или продаваемая под торговым названием липкой ленты Scotch®. Разделитель удаляют из-под рычага и рычаг с прикрепленной лапкой опускают на черный войлок так, чтобы длинный размер лапки был перпендикулярен направлению истирания, и лапку фиксируют в этом месте. Предметное стекло микроскопа помещают на войлок впереди лапки и 3 объема дистиллированной воды по 200 мкл каждый распределяют из пипетки на крестообразные метки на предметном стекле. Образец, лапку и рычаг осторожно поднимают, предметное стекло помещают под образец и образец опускают, чтобы позволить воде смачивать образец в течение 5 секунд, после чего рычаг поднимают, предметное стекло извлекают и Crockmeter активируют, чтобы позволить образцу сделать три хода вперед на войлоке, причем рычаг поднимают вручную в начале каждого обратного хода для предупреждения контактирования образца с войлоком во время обратного хода. После трех ходов вперед, Crockmeter инактивируют и разделитель помещают под рычаг, так чтобы черный войлок можно было удалить, не тревожа на нем образованный в результате истирания ворс. Через три минуты войлок удаляют с поверхности истирания, его сканируют в сканере планшетного типа Epson, Perfection 4490 с использованием программного обеспечения Apogee SpecScan Software версии 2.3.36 причем программное обеспечение устанавливают на "lint" в окне "Scanner Settings", устанавливают на "5" в окне "Process Groups of:" на "Defaults panel", "Resolution" устанавливают на "600 dots/inch", "Scanner Mode" устанавливают на "256-Grayscale", "Area Setting" устанавливают на "Special", "Scan Image" устанавливают на "Reverse Image", окно "Upper Limit" на панели "Dirt Histogram" устанавливают на ">= 5000", окно "Lower Limit" этой панели устанавливают на "0,013-0,020" и окно "X Scale:" устанавливают на "25"; и окно "PPM" на панели "Bad Handsheet" устанавливают на "2500,0". На панели "Printout Settings:" отмечают графы "Gray-Summary", "Sheet Summary" и "Gray Histogram", окно "Copies" устанавливают на "1", в то время как графы "Dirt Histogram", "Categories" и "XY Location" на этой панели не отмечают. Обе графы "Enable Display" и "Enable Zoom" отмечают на панели Display Mode. На панели "Scanner Setup" графу "White" устанавливают на "255", в то время как графу "Black" устанавливают на "0", графу "Contrast Filter" устанавливают на "0,000", верхнюю графу "Threshold="устанавливают на 80,0 [% процент от фонового значения плюс] в то время как графу "Threshold =" устанавливают на "0,0" [величина серого цветового пространства]. Отмечают графу "Percent of Background, plus offset" на панели "Scanner Setup", в то время как графы "Manual Threshold Setting" и "Function of StdDev of Background" не отмечают. Если желательно, можно использовать графы "Grade Identification:" и "Reel/Load Number:" для регистрации показателей, связанных с идентификацией тестируемых образцов. На панели "Special Area Definition", отмечают "Inches" в области "Dimensions:", в то время как "Rectangular" отмечают в области "Shape:". В области "Border at top и left:" вводят "0,15" [дюйма] в графе "At the left side: (X)" и "0,625" [дюйма] вводят в графе "At the top: 00". В областях "Area to scan:" вводят "2,7" [дюйма] в графе "Width (X)" и "5,2" [дюймов] вводят в графе "Height 00". После сканирования площадь в мм² образовавшегося в результате истирания ворса, оставшегося на черном войлоке, выводится в таблице "SHEETS" в колонке "Total Area" под заголовком "Sample Sheet(s)" на экране "Sheet & Category Summary". Этот результат иногда обозначают в настоящем описании как "WALA" по Wet Abraded Lint Area, которая указывается в мм².

Тест содержания волокна

В других случаях вместо использования черного войлока его заменяют свиной кожей, сравнимой с кожей человека, извлеченное волокно смывают и раствор подвергают испытанию на анализаторе качестве волокна Optest® для определения количества извлеченных волокон, имеющих длину свыше 40 мкм. Анализатор качества волокна Optest® стал стандартом в бумажной промышленности для определения распределений длин волокон и количества волокон (выше определенной минимальной длины, которая продолжает периодически снижаться, поскольку Optest® постоянно совершенствует их технику). Анализатор качества волокон Optest® доступен от:

OpTest Equipment Inc.

900 Tupper St. - Hawkesbury - ON - K6A 3 S3 - Canada

Phone: 613-632-5169 Fax: 613-632-3744

Fpm относится к количеству футов в минуту; в то время как fps относится к количеству футов в секунду.

MD означает машинное направление и CD означает поперечное машинному направление.

"В основном" означает более 50% указанного компонента по массе, если нет иных указаний.

Тестирование сжатия рулона

Сжатие рулона измеряют путем сжатия рулона 285 под плоской плитой 281 массой 1500 г устройства 283 для тестирования, аналогично тому, как показано на фиг. 40 и 41; а затем измерения разности между высотой несжатого рулона и сжатого рулона, пока он находится в креплении. Рулоны образцов 285 кондиционируют и исследуют в атмосфере 23,0±1,0°C (73,4±1,8°F). Подходящее устройство 283 для тестирования с подвижной плитой 281 массой 1500 г (называемой высотомером) доступно от:

Research Dimensions

1720 Oakridge Road

Neenah, WI 54956

920-722-2289

920-725-6874 (FAX)

Методика тестирования обычно является следующей:

(a) Поднять плиту 281 и поместить рулон 285, подлежащий тестированию, на бок, центрировать под плитой 281, концевой склейкой 287 к передней части высотомера и сердцевиной 289 параллельно задней части высотомера 291.

(b) Медленно опустить плиту 281 до тех пор, пока она не будет опираться на рулон 285.

(c) Снять данные о высоте диаметра сжатого рулона от указателя 293 на высотомере с точностью до 0,01 дюйма (0,254 мм).

(d) Поднять плиту 281 и извлечь рулон 285.

(e) Повторить для каждого исследуемого рулона.

Для вычисления сжатия рулона в процентах используют следующую формулу:

Прочность на растяжение в сухом состоянии (MD и CD), удлинение при растяжении, их соотношения, модуль, модуль разрушающего напряжения при разрыве, напряжение и деформацию измеряют с использованием стандартного устройства для тестирования Instron или другого пригодного прибора для тестирования удлинения при растяжении, которое может иметь разную конфигурацию, как правило, с использованием широких полосок ткани или полотенца, имеющие ширину 3 дюйма (76,2 мм) или 1 дюйм (25,4 мм), кондиционированных в атмосфере 23±1°С (73,4±1°F) при 50% относительной влажности в течение 2 часов. Тест на растяжение проводят при скорости ползуна, составляющей 2 дюйма в минуту (50,8 мм/мин). Модуль разрушающего напряжения при разрыве выражают в граммах/3 дюйма/% растяжение или его эквиваленте SI г/мм/%растяжение. % растяжение является безразмерной величиной и оно не должно обозначаться. Если нет иных указаний, величины представляют собой величины разрушающего напряжения на разрыв. GM относится к квадратному корню из произведения величин MD и CD для конкретного продукта. Поглощение энергии растяжения (T.E.A.), которое определяют как площадь под кривой нагрузка/удлинение (давление/растяжение), также измеряют в этой методике для измерения прочности на растяжение. Поглощение энергии растяжения связано с ощущаемой прочностью используемого продукта. Продукты, имеющие более высокое T.E.A., могут восприниматься пользователями как более прочные, чем сходные продукты, которые имеют более низкие величины T.E.A., даже если истинная прочность на растяжение двух продуктов является одинаковой. В действительности, наличие более высокого поглощения энергии растяжения может обеспечить восприятие продукта как более прочный, чем продукт с более низким T.E.A., даже если прочность на растяжение продукта с высоким T.E.A. является более низкой, чем прочность на растяжения продукта с более низким поглощением энергии растяжения. Когда термин "нормализованный" используют применительно к прочности на растяжение, он просто относится к соответствующей прочности на растяжение, из которой был удален эффект базового веса путем деления этой прочности на растяжение на базовый вес. Во многих случаях сходная информация предоставляется под термином "разрывная длина".

Соотношение растяжимостей представляют собой просто соотношения величин, определенных с помощью указанных выше способов. Если нет иных указаний, свойство растяжимости представляет собой свойство сухого листа.

"Верхний", "вверх" и подобную терминологию используют только для удобства, и она не требует, чтобы лист был помещен в конкретной ориентации, а скорее она относится к расположению или направлению в сторону верхних частей куполообразных структур, т.е. обращенной к ленте стороне полотна, которая обычно противоположно стороне Yankee, если контекст явно не указывает на иное.

"Жилкование" означает структуру, представляющую собой в основном гладкую поверхность, имеющую выступающие, как правило, непрерывные гребни, определяющие ее рельеф, аналогично жилкованию, наблюдаемому на нижней поверхности многих обычных листьев.

Термин "объем пустот" и/или "доля объема пустот", как используют в настоящем описании далее, определяется путем насыщения листа неполярной жидкостью POROFIL® и измерения количества поглощенной жидкости. Объем поглощенной жидкости представляет собой эквивалент объема пустот в пределах структуры листа. Процент прироста массы (PWI) выражают в граммах поглощенной жидкости на грамм волокна в структуре листа, умноженных на 100, как указано далее. Более конкретно, для каждого тестируемого образца однослойного листа выбирают 8 листов и вырезают квадраты размером 1 дюйм на 1 дюйм (25,4 мм на 25,4 мм) (1 дюйм (25,4 мм) в машинном направлении и 1 дюйм (25,4 мм) в поперечном машинному направлении). Для многослойных образцов продукта каждый слой измеряли как отдельный объект. Множественные образцы необходимо было разделить на индивидуальные отдельные слои и 8 листов из каждого положения слоя использовали для тестирования. Сухую массу каждого тестируемого образца определяли и записывали с точностью приблизительно 0,0001 грамма. Образцы помещали в емкость, содержащую жидкость POROFIL^®, имеющую удельную плотность приблизительно 1,93 грамм на кубический сантиметр, доступную от Coulter Electronics Ltd., Northwell Drive, Luton, Beds, England; № 9902458). Через 10 секунд образец зажимали на самом краю (1-2 миллиметра) одного угла пинцетом и извлекали из жидкости. Образец удерживали за верхнюю часть угла и позволяли избытку жидкости скапывать в течение 30 секунд. Нижнего угла образца слегка касались (менее чем 0,5 секунды контакта) фильтровальной бумагой #4 (Whatman Lt., Maidstone, England) для того, чтобы удалить какой-либо избыток последней частичной капли. Немедленно взвешивали образец, в пределах 10 секунд, записывая массу с точностью 0,0001 грамма. PWI для каждого образца, выраженная в граммах жидкости POROFIL® на грамм волокна, вычисляли по следующей формуле:

PWI=[(W₂-W₁)/W₁]×100

где

"W₁" выражает сухую массу образца в граммах; и

"W₂" выражает влажную массу образца в граммах.

PWI для всех восьми индивидуальных кусков определяют, как описано выше, и среднее значение для восьми кусков представляет собой PWI для образца.

Долю объема пустот вычисляют путем деления PWI на 1,9 (плотность жидкости), выражая долю в процентах, тогда как объем пустот (г/г) представляет собой просто долю прироста массы; т.е. PWI, деленный на 100.

Скорость поглощения воды относится ко времени, которое требуется образцу, чтобы поглотить каплю воды массой 0,1 грамм, помещенную на его поверхность с помощью автоматического шприца. Тестируемые образцы предпочтительно кондиционируют при 23±1°С (73,4±1,8°F) при 50% относительной влажности. Для каждого образца готовят 4 тестовых фрагмента 3×3 дюйма (76,2×76,2 мм). Каждый фрагмент помещают в держатель образца так, чтобы высокоинтенсивная лампа была направлена прямо на фрагмент. 0,1 мл воды помещают на поверхность фрагмента и включают секундомер. Когда вода поглощается, на что указывает отсутствие дельнейшего отражения света от капли, секундомер останавливают, и время регистрируют с точностью 0,1 секунды. Данную методику повторяют для каждого фрагмента, и результаты усредняют для образца. Скорость SAT определяют путем нанесения на график массы поглощенной образцом воды (в граммах) против квадратного корня из времени (в секундах). Скорость SAT представляет собой наклон наилучшего соответствия между конечной точкой 10 и 60 процентов (граммы поглощенной воды), и ее выражают в г/с^0,5.

Растяжимость во влажном состоянии салфетки по настоящему изобретению измеряют, главным образом, согласно способу TAPPI T 576 pm-07 с использованием полоски ткани шириной три дюйма (76,2 мм), которую сгибают в петлю, скрепляют специальным зажимом, называемым Finch Cup, затем погружают в воду. Подходящий Finch Cup, 3 дюйма (76,2 мм) с основанием, соответствующим зажиму 3 дюйма (76,2 мм), доступен от:

High-Tech Manufacturing Services, Inc.

3105-B NE 65th Street

Vancouver, WA 98663

360-696-1611

360-696-9887 (FAX)

Для свежего основного листа и готового продукта (выдержанного в течение 30 суток или менее для продукта в виде полотенца; выдержанного в течение 24 часов или менее для тканевого продукта), содержащего влагопрочную добавку, исследуемые образцы помещают в печь с нагнетаемым воздухом, нагретую до 105°C (221°F), на пять минут. Для других образцов не требуется выдерживание в печи. Finch Cup устанавливают на устройство для испытания растяжения, оборудованное ячейкой загрузки массой 2,0 фунта (8,9 Ньютон) с фланцем Finch Cup, зажатым нижним зажимом устройства для испытания, и концы петли ткани зажимают в верхнем зажиме устройства для испытания растяжения. Образец погружают в воду, которая доведена до рН 7,0±0,1, и тестируют растяжение после времени погружения 5 секунд с использованием скорости ползуна 2 дюйма/минута (50,8 мм/минута). Результаты выражают в г/3" (г/мм), деля результаты на два, чтобы учесть петлю надлежащим образом.

Время вытирания насухо оценивают с использованием вращающегося устройства для вытирания насухо с распределяющим устройством для распыления жидкости, каждое из которых является таким, как описано ниже. Для целей настоящей заявки используют две стандартных тестируемых поверхности: нержавеющая сталь и черное стекло. Для оценки образца бумагу сначала предварительно кондиционируют, как описано ниже, исследуемую поверхность очищают с помощью оригинального очистителя для стекол Windex® от S. C. Johnson and Son, Racine Wisconsin, а затем вытирают насухо с помощью не оставляющей ворса салфетки.

Тестируемый образец складывают так, чтобы складка была вытянута в поперечном направлении, и центрируют на стороне черного пенопласта головки для образца, так чтобы машинное направление было перпендикулярно стержню (т.е. машинное направление параллельно направления движения) и приклеивают липкой лентой в положении на его углах, так чтобы передний край образца представлял собой сложенный край, и образец полотенца выравнивают с правым краем головки для образца. Головку для образца помещают на тестируемую поверхность и провисание образца устраняют. Оригинальный очиститель для стекол Windex® распыляют на тестируемую поверхность в количестве 0,75 ± 0,1 грамм в центр зоны, не занятой тестируемой головкой. Стол вращают 3 оборота со скоростью 30 - 32 об/мин. с головкой, находящейся в зацеплении с тестируемой поверхностью при нагрузке 1065 г, распределяемой над рабочей поверхностью размером 23 × 9,5 см. После того, как стол совершает три оборота, зону на тестируемой поверхности, на которую нанесен оригинальный очиститель для стекол Windex®, исследуют и регистрируют время, прошедшее до тех пор, пока оригинальный очиститель для стекол Windex® не испарится. Это время регистрируют в секундах в качестве времени вытирания насухо.

Жидкостная порозиметрия

Жидкостная порозиметрия представляет собой методику для определения распределения объема пор (PVD) в пределах пористой твердой матрицы. Каждая пора имеет размер согласно ее эффективному радиусу, и вклад каждого размера в общий свободный объем представляет собой основную цель анализа. Данные предоставляют полезную информацию о структуре сети пор, включая характеристики материала, касающиеся поглощения и удержания.

Методика в целом требует количественного контроля движения жидкости либо внутрь пористой структуры, либо наружу. Эффективный радиус поры R операционно определяется по уравнению Лапласа:

где γ представляет собой поверхностное натяжение жидкости, θ представляет собой контактный угол опережения или запаздывания жидкости, и ΔP представляет собой перепад давления между жидкостью/воздушным мениском. Для жидкости, вводимой или вытекающей из поры, должно применяться внешнее давление с тем, чтобы только перевесить ΔP Лапласа. Cos θ является отрицательным, когда жидкость должна быть введена; cos θ является положительным, когда она должна быть выведена. Если внешнее давление на матрицу, обладающую диапазоном размера пор, изменяется или постоянно или постадийно, заполнение или опустошение будет начинаться с наибольших пор и проходить, постепенно понижаясь, до наименьшего размера, который соответствует максимуму прилагаемого перепада давления. Порозиметрия включает регистрацию инкремента жидкости, который входит или уходит при каждом изменении давления, и она может быть проведена экструзионным способом, то есть, жидкость выводится из сети пор, а не вводится в нее. Отступающий контактный угол представляет собой соответствующий термин в уравнении Лапласа, и может быть применена любая стабильная жидкость, для которой известно, что она имеет cos θ_r>0. При необходимости, начальное насыщение жидкостью может быть достигнуто путем предварительного вакуумирования сухого вещества. Основное оборудование, применяемое для измерений при экструзионной порозиметрии, представлено на фиг. 8. Предварительно насыщенный образец помещают на микропористую мембрану, которая сама поддерживается жесткой пористой пластиной. Давление газа в пределах камеры увеличивается постадийно, вызывая отток жидкости из некоторых пор, сначала из наибольших пор. Количество удаленной жидкости контролируют с помощью весов с верхней загрузкой с самописцем. Этим способом каждый уровень прилагаемого давления (которое определяет наибольший эффективный размер поры, которая остается заполненной) относится к инкременту массы жидкости. В камере повышают давление с помощью контролируемого компьютером реверсивного, приводимого мотором поршня/цилиндрического устройства, которое может создавать требующиеся изменения в давлении для покрытия диапазона радиуса поры от 1 до 1000 мкм.

Восемь образцов готовых продуктов анализировали для тестирования распределения объема пор.

Измерения проводили на TRI/Autoporosimeter®. Устройство и методология PVD опиасны в статье "Liquid Porosimetry: New Methodology and Applications", Dr. B. Miller и Dr. I. Tyomkin, опубликованной в Journal of Colloid and Interface Science, 162, 163-170, (1994); содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Исследуемая жидкость представляла собой 0,1% раствор TX-100 в воде, поверхностное натяжение 30 мН/м. TX-100 представляет собой поверхностно-активное вещество. Для сравнения, вода при комнатной температуре имеет поверхностное натяжение 72 дин/см. Размер образца составлял 30 см². Тест начинали в режиме движения вперед и завершали в режиме движения назад. Режим движения вперед требует хорошего контакта с мелкопористой мембраной в камере для тестирования. Таким образом, образцы накрывали пластиной с множеством игл, показанной на фиг. 9. Площадь пластины с иголками составляет 30 см². Она имеет 196 игл на 0,9×0,9 мм в квадрате; высота каждой иглы составляет 4 мм, расстояние между иголками составляет 3,2 мм, общая площадь игл составляет 159 мм². Пластина с иглами локально надавливала на образец; общая площадь игл составляет 5% образца.

Данные от 1 микрона до 500 микрон отражают часть кривой, соответствующую движению вперед, и данные от 500 микрон до 1 микрона отражают часть кривой, соответствующую движению назад. В конце тестирования на уровне 1 микрона в образце оставалось некоторое количество жидкости. Эта жидкость представляет собой сумму жидкости в набухших волокнах, жидкости в порах размером менее 1 микрона, и жидкость, удерживаемую в более крупных порах. Количество жидкости в образце в конце эксперимента обычно составляло менее 0,5 мм³/мг.

Водоудерживающую способность определяют согласно способу D-4250-92 отмененного стандарта ASTM, стандартному способу для водоудерживающей способности от Bibulous Fibrous Products. Он считается в высокой степени сравнимым с SAT.

Регенерированное целлюлозное микроволокно

Согласно изобретению, регенерированное целлюлозное волокно получают из раствора целлюлозы, содержащего целлюлозу, растворенную в растворителе, включающем N-оксиды третичных аминов или ионные жидкости. Растворяющая композиция для растворения целлюлозы и получения раствора немодифицированной целлюлозы обычно включает оксиды третичного амина, такие как N-метилморфолин-N-оксид (NMMO), и сходные соединения, перечисленные в патенте США № 4246221, McCorsley, содержание которого включено в настоящее описание в качестве ссылки. Раствор целлюлозы может содержать осадители для целлюлозы, такие как вода, алканолы или другие растворители, как будет понятно из обсуждения, которое следует ниже.

Пригодные растворители целлюлозы перечислены в таблице 1 ниже.

См. также патент США № 3508941, Johnson, содержание которого включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Детали в отношении получения растворов целлюлозы, включающих целлюлозу, растворенную в пригодных ионных жидкостях, и регенерирование целлюлозы из них, приведены в публикации патентной заявки № 2003/0157351; Swatloski et al., под названием "Dissolution and Processing of Cellulose Using Ionic Liquids", содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки. Здесь снова могут быть включены приемлемые уровни осадителей для целлюлозы. В настоящей патентной заявке в общем описан способ для растворения целлюлозы в ионной жидкости без преобразования ее в производные и регенерирования целлюлозы в ряде структурных форм. Было описано, что растворимость целлюлозы и свойства раствора можно контролировать путем выбора компонентов для ионной жидкости с небольшими катионами и галогенидными или псевдогалогенидными анионами, способствующими растворению. Предпочтительные ионные жидкости для растворения целлюлозы включают жидкости с циклическими катионами, такими как следующие катионы: имидазолий; пиридиний; пиридазиний; пиримидиний; пиразиний; пиразолий; оксазолий; 1,2,3-триазолий; 1,2,4-триазолий; тиазолий; пиперидиний; пирролидиний; хинолиний и изохинолиний.

Методики переработки для ионных жидкостей/растворов целлюлозы также обсуждаются в патенте США № 6808557, Holbrey et al., под названием "Cellulose Matrix Encapsulation and Method", содержание которого включено в настоящее описание в ссылки. См. также публикацию патентной заявки США № US 2005/0288484, Holbrey et al., под названием "Polymer Dissolution and Blend Formation in Ionic Liquids", а также публикацию патентной заявки США № US 2004/0038031, Holbrey et al., под названием "Cellulose Matrix Encapsulation and Method", содержание которых включено в настоящее описание в качестве ссылок. В отношении ионных жидкостей следующие документы в общем предоставляют дополнительные детали: публикация патентной заявки США № 2006/0241287, Hecht et al., под названием "Extracting Biopolymers From a Biomass Using Ionic Liquids"; публикация патентной заявки США № 2006/0240727, Price et al., под названием "Ionic Liquid Based Products and Method of Using the Same"; публикация патентной заявки США № 2006/0240728, Price et al., под названием "Ionic Liquid Based Products and Method of Using the Same"; публикация патентной заявки США № 2006/0090271, Price et al., под названием "Processes For Modifying Textiles Using Ionic Liquids"; и публикация патентной заявки США № 2006/0207722, Amano et al., под названием "Pressure Sensitive Adhesive Compositions, Pressure Sensitive Adhesive Sheets and Surface Protecting Films", содержание которых включено в настоящее описание в качестве ссылок. Некоторые ионные жидкости и псевдоионные жидкости, которые могут быть пригодными, описаны Imperato et al., Chemical Communications, 2005, pages 1170-1172, содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Термин "ионная жидкость" относится к расплавленной композиции, включающей ионное соединение, которое предпочтительно представляет собой стабильную жидкость при температурах, меньших чем 100°C, при нормальном давлении. Обычно такие жидкости имеют очень низкое давление пара при 100°C, менее чем 75 мбар (7,5 кПа), или около, и предпочтительно менее чем 50 мбар (5 кПа), или менее чем 25 мбар (2,5 кПа) при 100°C. Наиболее пригодные жидкости будут иметь давление пара менее чем 10 мбар (1 кПа) при 100°C и часто давление пара является таким низким, что оно пренебрежимо мало и не является легкоизмеримым, так как составляет менее чем 1 мбар (0,1 кПа) при 100°C.

Пригодными коммерчески доступными ионными жидкостями являются ионные жидкости Basionic^TM, доступные от BASF (Florham Park, NJ) и перечисленные в таблице 2 ниже.

Растворы целлюлозы, включающие ионные жидкости, имеющие растворенные в них приблизительно 5% по массе немодифицированной целлюлозы, коммерчески доступны от Aldrich. В этих композициях используется ацетат алкилметилимидазолия в качестве растворителя. Было обнаружено, что основанные на холине ионные жидкости не являются особенно пригодными для растворения целлюлозы.

После получения раствора целлюлозы из него формируют волокно, фибриллируют и включают во впитывающий лист, как описано ниже.

Синтетическую целлюлозу, такую как лиоцелл, разделяют на микро- и нановолокна и добавляют к традиционной древесной пульпе. Волокно может быть фибриллировано в незагруженной дисковой мельнице, например, или любым другим подходящим способом, включая использование ударной мельницы PFI. Предпочтительно, применяется относительно короткое волокно, и концентрация поддерживается в процессе фибрилляции. Благоприятные признаки фибриллированного лиоцелла включают: способность к биодеградации, наличие водородных связей, дисперсность, способность к повторному провариванию, и более мелкие микроволокна, чем, например, волокна, которые могут быть получены при формовании из расплава.

Фибриллированный лиоцелл или его эквивалент имеют преимущества по сравнению с расщепляемыми формованными из расплава волокнами. Синтетические волокна с толщиной порядка микроденье образуются в разнообразных формах. Например, волокно нейлон/PET с толщиной 3 денье в так называемой клиновидной конфигурации может быть расщеплено на 16 или 32 сегментов, обычно в способе гидропереплетения. Каждый сегмент волокна из 16 сегментов должен иметь зернистость около 2 мг/100 м по сравнению с эвкалиптовой пульпой, имеющей около 7 мг/100 м. К сожалению, с этим подходом ассоциирован ряд недостатков в традиционных методах мокрой выкладки. Дисперсность является меньшей, чем оптимальная. Формованные из расплава волокна должны быть расщеплены до образования листа, и эффективный способ для этого отсутствует. Наиболее доступные полимеры для этих волокон не являются биодеградируемыми. Зернистость является меньшей, чем у древесной пульпы, но по-прежнему достаточно высокой, так что они должны применяться в значительных количествах и составляют дорогостоящую часть бумажной массы. В конечном итоге, недостаток водородных связей требует других способов удержания волокон в листе.

Фибриллированный лиоцелл имеет волокна, которые могут быть небольшими, порядка 0,1-0,25 микрон (мкм) в диаметре, при пересчете на зернистость 0,0013-0,0079 мг/100 м. При условии, что эти волокна доступны в виде индивидуальных волокон - отделенных из исходного волокна - плотность волокон бумажной массы может быть значительно увеличена при очень низком уровне добавления. Даже волокна, не отделенные от исходного волокна, могут обеспечивать преимущество. Дисперсность, способность к повторному провариванию, образование водородных связей и способность к биодеградации остаются признаками продукта, так как волокна представляют собой целлюлозу.

Волокна из волокна лиоцелл имеют важные отличия от волокон древесной пульпы. Наиболее важное отличие состоит в длине лиоцелльных волокон. Для волокон древесной пульпы возможна только микронная длина, и следовательно, действие непосредственно в области связи волокно-волокно. Фибриллирование древесной пульпы путем размельчения ведет к более прочным, более плотным листам. Однако лиоцелльные волокна потенциально являются такими же длинными, как исходные волокна. Эти волокна могут действовать как независимые волокна и увеличивать объем при сохранении или улучшении прочности. Болотная сосна и смешанная твердая древесина южных сортов (MSHW) представляют собой два примера волокон, которые имеют недостатки относительно высококачественных пульп в отношении мягкости. Термин "высококачественные пульпы", применяемый в настоящем описании, относится к пульпам из мягких древесин северных сортов и эвкалипта, обычно применяемых в тканевой промышленности для получения продуктов наиболее мягкого класса для бани, для лица, и полотенец. Болотная сосна является более грубой, чем небеленая сульфатированная мягкая древесина северных сортов, и смешанная твердая древесина южных сортов является как более грубой, так и в большей степени измельченной, чем имеющийся в продаже эвкалипт. Меньшая зернистость и меньшее содержание мелких частиц в имеющейся на рынке высококачественной пульпе ведет к более высокой плотности волокон, выраженной как количество волокон на грамм (N или N_i>0,2) в таблице 3. Зернистость и величины длины в таблице 3 получали с помощью анализатора качества волокон OpTest. Определение проводили следующим образом:

INCLUDEPICTURE "http://img.findpatent.ru/img_data/982/9824280.gif" \* MERGEFORMATINET

Отбеленная сульфатированная мягкая древесина северных сортов (NBSK) и эвкалипт имеют больше волокон на грамм, чем болотная сосна и твердая древесина. Меньшая зернистость ведет к большей плотности волокон и более гладким листам.

Для сравнения, "первичные" или "исходные" волокна нефибриллированного лиоцелла имеют зернистость 16,6 мг/100 м до фибриллирования и диаметр около 11-12 мкм.

Волокна фибриллированного лиоцелла имеют зернистость порядка 0,001-0,008 мг/100 м. Таким образом, плотность волокон может быть значительно увеличена при относительно низких уровнях добавления. На фиг. 4 иллюстрируется распределение длин волокон, встречающихся в регенерированном целлюлозном микроволокне, которое является предпочтительным для осуществления настоящего изобретения на практике. Длина исходного волокна может быть выбрана, и длина волокна фибрилл может зависеть от исходной длины и величины при отрезании в течение процесса фибрилляции, как можно видеть на фиг. 5.

Размеры волокон, проходящих через сетку с номером сита 200, имеют ширину порядка 0,2 микрон при длине 100 микрон. С использованием этих размеров может быть вычислена плотность волокон как 200 миллиардов волокон на грамм. Для сравнения, мягкая древесина южных сортов может иметь три миллиона волокон на грамм и эвкалипт может иметь двенадцать миллионов волокон на грамм (таблица 3). Очевидно, что эти волокна представляют собой фибриллы, которые отщепились от исходных неразмолотых волокон. Различные формы волокна с лиоцеллом, предназначенные для быстрого фибриллирования, могут приводить в результате к диаметру волокон 0,2 микрона, которые возможно имеют длину 1000 микрон или более, вместо 100 микрон. Как отмечено выше, фибриллированные волокна регенерированной целлюлозы могут быть приготовлены путем получения "исходных" волокон, имеющих диаметр 10-12 микрон, или около того, с последующим фибриллированием первичных волокон. Альтернативно, недавно стали доступны фибриллированные микроволокна лиоцелла от Engineered Fibers Technology (Shelton, Connecticut), которые имеют приемлемые свойства. Особенно предпочтительные материалы содержат более 40% волокна, которое имеет размер меньше номера сита 14 и показывают очень низкую зернистость (низкая степень помола). Для точного сравнения, размеры номера сита приведены в таблице 4 ниже.

Детали в отношении фракционирования с использованием классификатора Bauer-McNett могут быть найдены в Gooding et al., "Fractionation in a Bauer-McNett Classifier", Journal of Pulp and Paper Science; Vol. 27, No. 12, December 2001, содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки. Особенно предпочтительное микроволокно представлено в таблице 4A.

На фиг. 5 представлен график, показывающий длину, измеренную с помощью анализатора FQA для различных образцов регенерированного целлюлозного микроволокна. Из этих данных можно видеть, что большая часть тонкого волокна исключается анализатором FQA и длина перед фибриллированием оказывает эффект на мелкозернистость. Анализатор качества волокна Optest стал стандартом в бумажной промышленности для определения распределений длин волокон и количества волокон (выше определенной минимальной длины, которая продолжает периодически снижаться, поскольку Optest постоянно совершенствует их технику). Анализатор качества волокон Optest® доступен от:

OpTest Equipment Inc.

900 Tupper St. - Hawkesbury - ON - K6A 3 S3 - Canada

Phone: 613-632-5169 Fax: 613-632-3744

Пример 1 (Крепирование с помощью перфорированной полимерной ленты)

Получали серию ленточно-крепированных основных листов с помощью материалов и слоения, описанных в таблице 5, где CMF имеет приблизительное распределение длин волокон, представленное на фиг. 4.

100% NBSK доставляли из первого машинного бассейна. 100% CMF предоставляли из второго машинного бассейна. Волокно мягкой древесины измельчили при в среднем 2,2 HPD/тонна, исходя из общего потока, и требовалось меньше лошадиных сил на измельчения по мере того, как содержание волокна мягкой древесины снижалось. Средняя степень помола волокна мягкой древесины в испытании составила 541 мл CSF.

Amres® HP 100 расщеплялось пропорционально всасывающему давлению насоса каждого машинного бассейна.

Карбоксиметилцеллюлоза (CMC) Amtex Gelycel® расщеплялась пропорционально статическому смесителю или напорному ящику. Титруемая нагрузка составляла в среднем 0,02 мл/10 мл для элементов без CMC и с 12 фунт/тонна Amres®. Титруемая нагрузка в среднем достигала -0,17 мл/10 мл для элементов с 12 фунтов/тонна CMC и 40 фунтов/тонна Amres®.

Средние значения скорости в испытаниях представлены в таблице 6:

Перфорированную полимерную крепирующую ленту использовали, как описано в публикации патентной заявки США № 2010/0186913, под названием "Belt-Creped, Variable Local Basis Weight Absorbent Sheet Prepared With Perforated Polymeric Belt", содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки. Поверхность контакта перфорированной полимерной ленты с листом проиллюстрирована на фиг. 7.

Полученные основные листы имели свойства, указанные в таблице 7. Основные листы преобразовывали в двухслойный лист с использованием узора тиснения Fantale, фиг. 6, с конфигурацией THVS, т.е. тиснение узора происходит только на одном из двух слоев, который соединен со слоем без тиснения с помощью ламинирования клеем в точках внутренней части конфигурации, так что наружная поверхность слоя с тиснением имеет гравировку и неровности, созданные тиснением, прилегающие к слою без тиснения и защищенные им.

В дополнение к общепринятым тестам на прочность и поглощающую способность, описанным выше, проводили тестирование панели мягкости, влажного образования ворса и вытирания насухо. Пористость листов обсуждается несколько подробнее ниже. Результаты этих тестов указаны в таблице 8.

Детали в отношении свойств основного листа и свойства преобразованных двухслойных салфеток представлены в таблицах 7 и 8. Из таблицы 8 можно видеть, что добавление даже 20% CMF значительно улучшает характеристики листов в отношении вытирания насухо. См. строки 15 и 17 по сравнению со строками 1 и 2, в то время как улучшение вытирания насухо начинает выравниваться при добавлении 40% CMF. Сравнить строки 16 с 3, 4 и 7. Однако как показано в строке 14, наилучшие общие результаты для вытирания насухо и мягкости были получены для 60%>CMF.

Ссылаясь на фиг. 2, можно видеть, что двухслойные продукты по изобретению показывают вытирание насухо и растяжимость во влажном состоянии, которые значительно превосходят те, что достигаются с помощью обычного полотенца. Как проиллюстрировано на фиг. 10, 11 и 12, очевидно, что более быстрое время вытирания насухо может быть по меньшей мере частично приписано структуре микропор образовавшегося листа. На фиг. 10 можно видеть, что по мере увеличения CMF, также увеличивается количество пор размером менее 5 микрон, в то время как кривые для продукта с 40 или 60% CMF являются по существу сходными, вновь указывая на то, что за пределами 40% CMF достигается только уменьшение пользы. Эта гипотеза согласуется с фиг. 10 на которой показано, что 20% CMF значительно повышает вытирание насухо, однако этот эффект выравнивается при более чем 40% CMF. Предпочтительные продукты в виде салфетки или полотенца имеет дифференциальный объем пор для пор диаметром менее 5 микрон, составляющий по меньшей мере приблизительно 75 мм³/г/микрон, более предпочтительно более чем приблизительно 100 мм³/г/микрон, еще более предпочтительно более чем приблизительно 150 мм³/г/микрон для пор менее 2,5 микрон.

На фиг. 11 показано, что существует корреляция между вытиранием насухо и капиллярном давлением при насыщении 10%, как в режиме движения вперед, так и в режиме движения назад. На фиг. 12 показано увеличение капиллярного давления при насыщении 10% по мере увеличения CMF.

На фиг. 13 показано вытирание насухо в качестве функции CMF и прочности во влажном состоянии. Целлюлозное микроволокно (CMF) варьировало от 0 до 60%, и влажно-прочностная смола Amres® составляла либо 12 фунтов/тонна (5,4 кг/тонна) или 40 фунтов/тонна (18,1 кг/тонна). Карбоксиметилцеллюлозу (CMC) добавляли в дозировке, обеспечивающей более высокую прочность во влажном состоянии, для балансирования нагрузки. Часть бумажной массы, не являющаяся CMF, представляла собой NBSWK, измельченный при постоянной суммарной удельной мощности в лошадиных силах, так что изменения прочности могут быть, главным образом, отнесены к CMF и смоле, а не к уровню измельчения NBSK. Две кривые при приблизительно постоянной растяжимости на разрыв определяют три плоскости, включающие 3-D-поверхность, на которой время вытирания насухо благоприятным образом снижается по мере увеличения количества CMF в листе, что указывает на то, что для листа может быть достигнуто время вытирания насухо менее 10 секунд при 40% CMF. Поверхность на фиг. 13 может быть описана с помощью уравнения 1:

1) Вытирание насухо = 22,1 - 0,662 CMF + 0,00495 CMF² + 0,00493·растяжимость во влажном состоянии

R² = 0,99

На фиг. 3 показано влияние CMF и растяжимости во влажном состоянии на мягкость. CMF имеет положительное влияние; в то время как увеличение прочности на растяжение во влажном состоянии уменьшает мягкость. Поверхность на фиг. 3 может быть описана с помощью уравнения 2:

2) Мягкость = 7,90 + 0,0348 CMF-0,00223 растяжимость во влажном состоянии

R² = 0,99

На фиг. 2, 14 и 15 проиллюстрированы результаты анализов полотенец и салфеток, полученных согласно примеру 1, и они включают данные выпускаемых в продажу полотенец для сравнения. Неожиданно, продукт по изобретению имеет более высокую растяжимость во влажном состоянии при данном уровне мягкости, чем полотенца Brawny® или Sparkle®.

На фиг. 16 и 17 показано, что салфетки с 40 или 60% CMF имеют очень быстрое время вытирания насухо, одновременно также имея хорошую способность. На фиг. 16 используются данные SAT, в то время как на фиг. 17 используется старый тест водоудерживающей способности (способ отмененного стандарта ASTM D-4250-92, стандартный способ для водоудерживающей способности Bibulous Fibrous Products.). Общий профиль эффективности является сходным для любого теста.

На фиг. 18 проиллюстрирован парадоксальный и неожиданный результат, полученный авторами изобретения, что по мере увеличения CMF, даже несмотря на то, что скорость SAT снижается, время вытирания насухо уменьшается.

На фиг. 19 проиллюстрирован эффект, что CMF влияет на время вытирания насухо при различных уровнях влажно-прочностных смол Amres® и CMC. Очевидно, что увеличение количества смолы в наружных слоях увеличивает время вытирания насухо.

На фиг. 20 показан полученный влажным извлечением ворс для готового продукта. Как правило, CMF уменьшает образование ворса при различных уровнях CMF и влажно-прочностных смол. Можно понять, что образование ворса, главным образом, снижается по мере увеличения количества CMF, за исключением того, что полученный влажным извлечением ворс в основном оставался на уровне от 0,20 до 0,25 в случае содержащих Amres® листов для всех уровней CMF.

На фиг. 21 показано, что любое преимущество мягкости при каландровании достигается в значительной степени за счет уменьшения толщины и поглощающей способности. В одном случае подвергнутый каландрованию слой с тиснением подбирали соответственно слою без тиснения в отношении отсутствия преимущества мягкости и уменьшения толщины на 12 мил. В другом случае продукт с двумя подвергнутыми каландрованию слоями имел увеличение мягкости на 0,4 единицы, при одновременном уменьшении толщины 35 мил и SAT 50 gsm. По опыту авторов настоящего изобретения относительно панелей мягкости для продуктов в виде полотенец, увеличение мягкости на 0,32 единицы является достаточно, чтобы один продукт, имеющий показатель на панели мягкости на 0,32 единицы больший, чем другой, стабильно воспринимался как ощутимо более мягкий со степенью достоверности 90%.

На фиг. 22 проиллюстрирована зависимость CD прочности на растяжение во влажном состоянии от добавления как смолы, так и CMF. Соотношение является более высоким при наличии CMF при данной доле смолы, однако наиболее высокие соотношения достигаются при высоких уровнях CMF и высоких уровнях смолы.

CMF приводит к тому, что лист труднее поддается сдавливающему обезвоживанию, поскольку тенденция листа к экструдированию его из прессующего прижима увеличивается по мере увеличения содержания CMF. Часто, это называют смятием листа. При попытке обезвоживания зарождающегося полотна, содержащего возрастающие количества CMF, давление Visconip необходимо было постепенно уменьшать для предотвращения смятия листа в прижиме по мере увеличения уровня CMF в листе (фиг. 23). Даже несмотря на то, что увеличение доли CMF в листе увеличивает объем, достигаемый при данном базовом весе (фиг. 24), снижение нажимной нагрузки, которую выдерживает лист, приводит к тому, что более влажный лист продвигается вперед, что обычно приводит к значительно более высоким затратам на энергию высушивания.

На фиг. 33 представлена способность SAT и время вытирания насухо в случае поверхностей как из черного стекла, так и нержавеющей стали, для салфеток согласно примеру 2.

На фиг. 34 представлен срез SEM (75X) вдоль машинного направления (MD) крепированного с помощью перфорированной полимерной ленты основного листа 600, демонстрирующий куполообразную зону, соответствующую отверстию на ленте, а также уплотненную шляпочную структуру листа. На фиг. 34 видно, что куполообразные области, такие как область 640, имеют "полую" или куполообразную структуру с изогнутыми и по меньшей мере частично уплотненными зонами боковых стенок, в то время как окружающие зоны 618, 620 являются уплотненными, но в меньшей степени, чем переходные зоны. Зоны боковых стенок 658, 660 изогнуты вверх и внутрь и настолько высоко уплотнены, что становятся консолидированными, особенно у основания купола. Полагают, что эти области обеспечивают очень высокую толщину и наблюдаемую жесткость рулона. Консолидированные зоны боковых стенок образуют переходные зоны от уплотненной волокнистой плоской сети между куполами до куполообразных элементов листа и образуют различные области, которые могут располагаться полностью вокруг и ограничивать купола в их основаниях или могут быть уплотненными в виде подковы или могут иметь изогнутую форму вокруг части оснований куполов. По меньшей мере части переходных зон являются консолидированными и также изогнуты вверх и внутрь.

На фиг. 35 представлен другой срез SEM (120X) вдоль MD основного листа 600, демонстрирующий область 640, а также консолидированные зоны боковых стенок 658 и 660. На этом SEM можно видеть, что верхняя часть 662 обогащена волокнами и имеет относительно высокий базовый вес по сравнению с зонами 618, 620, 658, 660. CD-отклонение ориентации волокна также заметно в боковых стенках и куполе.

На фиг. 36 представлен срез SEM (120X) вдоль машинного направления (MD) основного листа 700, в котором консолидированные зоны боковых стенок 758, 760 уплотнены и изогнуты вверх и внутрь.

Пример 2 (Крепирование тканью)

Основные листы, имеющие свойства, указанные в таблице 9, получали с использованием технологии крепирования тканью, в которой зарождающиеся полотна крепировали с крепирующего цилиндра с использованием тканого крепирующего полотна. Эти основные листы преобразовывали в готовый продукт в виде полотенец тиснением на одном слое узора тиснения, представленного на фиг. 26 (Patches), и ламинированием его клеем со слоем без тиснения, как указано в таблицах 9 и 10.

При тестировании физических свойств получали результаты, указанные в таблице 11. Затем другие рулоны основного листа преобразовывали с использованием узора тиснения, представленного на фиг. 25A (Little Circles) в режиме от точки к точке, т.е. указанная гравировка формировалась на наружной поверхности каждого слоя с глубиной областей гравировки в каждом слое, подвергаемом нажиму с такой силой против областей с гравировкой в другом, что слои тем самым соединялись друг с другом. В некоторых случаях, контактные области между слоями могут быть подвергнуты лощению. Когда используют Little Circles в режиме от точки к точке, обе поверхности демонстрируют рисунок, представленный на фиг. 25 A. В случаях, когда используют гнездовой режим, одна поверхность имеет рисунок, представленный на фиг. 25A, в то время как другая имеет рисунок, представленный на фиг. 25B. Физические свойства рулонов, образованных таким путем, указаны в таблице 11 и предварительная оценка эффективности представлена в таблице 12.

Путем сравнения фиг. 1G, 1 J и 1L, на которых изображены структуры, образовавшиеся путем крепирования с передаточной поверхности с помощью перфорированной полимерной ленты, с микрофотографиями содержащих CMF структур, полученных различными другими способами, включая крепирование с передаточной поверхности с помощью тканого полотна, общепринятое влажное прессование и TAD, можно видеть, что структуры, полученные путем крепирования с передаточной поверхности с помощью перфорированной полимерной ленты, имеют "жилкование" в некоторых областях, в которых фибриллы CMF вплотную прилегают к нижерасположенной консолидированной структуре с линейным контактом между CMF и нижерасположенной консолидированной структурой. Это жилкование напоминает жилки, которые можно видеть на нижней поверхности листа и строго контрастирует со структурой, полученной другими способами, в которой CMF является частью открытой структуры, в большей степени напоминающей плющ, растущий на стене, чем жилки листа. Как упоминалось выше, без связи с теорией полагают, что этот линейный контакт поверхности может создавать микропоры, которые ответственны за примечательные свойства вытирания насухо этих структур, как обсуждается выше. В любом случае, улучшенные свойства вытирания насухо листов, полученных с использованием перфорированной полимерной ленты и проявляющих жилкование, неоспоримы - независимо от объяснения.

На фиг. 37 сравниваются результаты примеров 1 и 2 на нормализованной основе, полученные путем деления времени вытирания насухо для каждого элемента на наилучшее время вытирания насухо, полученное при 0% CMF в каждом из примеров 1 и 2, а затем нанесения этих данных на график против CD-прочности на разрыв во влажном состоянии для салфетки в этом элементе, причем крепированные тканью листы указаны закрашенными символами, а образцы, полученные крепированием с помощью перфорированной полимерной ленты, указаны с помощью незакрашенных символов, в соответствии с легендой. Может быть понятно, что существует довольно существенное различие между салфетками, полученными с использованием ткани и салфеток, полученных с использованием перфорированной полимерной ленты, в частности учитывая, что крепированные тканью образцы, указанные с помощью закрашенного круга, содержат 50% CMF, в то время как многие крепированные ленточным крепированием образцы содержат меньше CMF, незакрашенные ромбы указывают на присутствие 40% CMF и незакрашенные квадраты указывают только на 20%.

На фиг. 38 сравниваются результаты примеров 1 и 2 без нормализации времени вытирания насухо, так что время вытирания насухо сравнивается прямо. Вновь, можно видеть, что салфетки, полученные с помощью перфорированной полимерной ленты, значительно превосходят салфетки, полученные с помощью ткани, в частности, учитывая отличия в содержании CMF.

На фиг. 39 представлено время вытирания насухо из примера 1, нанесенное против соотношения адгезива PAE к агенту, высвобождающему четвертичные соли аммония, в крепирующем пакете. Можно видеть, что время вытирания насухо ухудшается при низких величинах этого соотношения (высокие уровни агента, высвобождающего четвертичные соли аммония), таким образом, в случаях, где, как обычно, наружная поверхность салфетки представляет собой Yankee-сторону, следует уделять внимание на то, чтобы обеспечить достаточно низкий уровень четвертичной соли аммония, остающийся на поверхности полотна, чтобы время вытирания насухо не увеличивалось излишне. В данном случае, это имеет первостепенное значение, поскольку является наиболее вероятной причиной того, почему мало салфеток с 40% CMF показывали аномально высокое время вытирания насухо, как показано на фиг. 37 и 38.

Хотя изобретение подробно описано, модификации в пределах сущности и объема изобретения будут очевидны специалистам в данной области. Ввиду представленного выше обсуждения, соответствующей информации в данной области и ссылок, включающих совместно рассматриваемую заявку(и), обсуждаемые выше в разделах "Уровень техники" и "Подробное описание", содержание каждой из которых включено в настоящее описание в качестве ссылки, дальнейшее описание считается необязательным. Кроме того, следует понимать, что аспекты изобретения и части различных вариантов осуществления можно объединять или взаимно заменять в целом или частично. Более того, специалисту в данной области будет понятно, что представленное выше описание предоставлено только в качестве примера, и не предназначено для ограничения изобретения.

Реферат

Изобретение относится к многослойному впитывающему листу, содержащему целлюлозное волокно, пригодное для бумажных полотенец и салфеток. Продукт в виде многослойной салфетки или многослойного полотенца содержит по меньшей мере одно полученное мокрой выкладкой полотно, изготовленное способом ленточного крепирования, причем по меньшей мере одно полученное мокрой выкладкой полотно содержит от 20 до 60 мас.% фибриллированных регенерированных целлюлозных микроволокон и от 40 до 80 мас.% происходящих из древесной пульпы бумагообразующих волокон, при этом данное по меньшей мере одно полученное мокрой выкладкой полотно имеет сформированные в нем: (i) множество обогащенных волокнами полых куполообразных областей, выступающих из верхней стороны по меньшей мере одного полученного мокрой выкладкой полотна, причем полые куполообразные области имеют боковую стенку, образованную вдоль по меньшей мере их переднего края, при этом боковая стенка имеет локальный базовый вес, который превышает средний базовый вес по меньшей мере одного полученного мокрой выкладкой полотна; (ii) соединяющие области, образующие сеть, соединяющую полые куполообразные области по меньшей мере одного полученного мокрой выкладкой полотна, причем соединяющие области имеют локальный базовый вес, который является более низким, чем локальный базовый вес полых куполообразных областей; и (iii) переходные зоны с консолидированными волокнистыми областями, которые переходят из соединяющих областей в полые куполообразные области, распространяясь вверх и внутрь из соединяющих областей в боковые стенки полых куполообразных областей. Многослойный впитывающий лист включает

Формула