专利名称：处理用于制造薄棉纸的造纸纤维的方法
在制造某些纸张制品中，例如薄棉纸和纸巾，一种在成形和去水后对纸张干燥的方法是将加热的空气穿过湿的纸张，这种方法在造纸业中通称穿透干燥。穿透干燥的优点在于它减小了对卷筒纸的压实，因而与通常的湿压制造法相比能制造出比较疏松的制品，湿压制造法是依靠杨克烘缸和对湿卷筒进行高度挤压使卷筒纸干燥的。然而，穿透干燥也有一些缺点，例如它需要一定数量昂贵的设备和能量来进行干燥。特别是穿透干燥过程的干燥效率很大程度上取决于湿纸材容许热空气从中穿过的空气渗透率。空气渗透率对于由含有二次性(回收的)纤维的纤维配料制成的纸张特别成问题，这种纤维固有的将不良空气渗透率传于与其相结合的湿纸材。为了满足环境保护的要求，力求在纸张制品中利用更多的二次性纤维就有必要改进对二次性造纸纤维的穿透干燥能力。
人们曾惊奇地发现，二次性造纸纤维的干燥能力能够很容易地通过以机械方法对选纸配料中的纤维进行预处理而得到改善，在这种机械方法中，纤维在悬浮在高稠度的水悬浮液中的同时进行着适当的揉搓。预处理的效果表现在纤维的穿透干燥能力指数(下文中简称作“TD”指数)的增加。TD指数的增加对一给定的配料和基本重量而言变成更块的穿透干燥加工速度，从而造成工作效率的改进。本发明的方法可以用于任何造纸纤维，但对于改进TD指数的二次性纤维配料则尤其有利。在某些实例中，二次性纤维配料的TD指数惊奇地可以改进得超过未处理过的初次使用的配料的TD指数。
此外，虽然本发明的纤维处理对于穿透干燥过程及其产品特别有利，但是当用本发明处理过的纤维制成湿压的薄棉纸产品时则其产品同样也获得改善。更为具体地说，已发现，如果将本发明处理过的纤维来替代一部分给定的薄棉纸配料中的纤维，则产生的薄棉纸的柔软性增加了而不损害其强度。这对于硬木材纤维的处理和处理过的硬木材纤维与其它纤维(例如未处理过的软木材纤维)的结合，不论是混合或层叠都是特别有效的。处理过的硬木材纤维改进了制成产品的柔软性，而未处理过的软木材纤维保持了其强度。如果在处理之前或处于之后将一种柔软剂加入到处理的纤维中，则柔软性将更为增大。某些柔软剂除了增加纤维的柔软性之外还意想不到地也增大了疏松度。
因此，一方面，本发明作为一种制造纤维的方法包括下列步骤(a)形成一种具有大约20或更大的稠度(在水悬浮液中干重纤维的百分比)的造纸纤维的水悬浮液;(b)在75°F或更高的温度及至少每吨干纤维大约1马力日的功率输入下将水悬浮液通过一个轴式揉搓机，其中纤维的TD指数可以增加大约百分之25或更大些，最好是大约百分之50或更大些，更好是大约百分之75或更大些;(c)将纤维馈入通过一个制造薄棉纸的料箱以形成一个湿的卷筒纸;和(d)将该卷筒纸干燥，例如通过穿透干燥，以制成干的薄棉纸。
另一方面，本发明作为一种制造薄棉纸的方法包括下列步骤(a)形成一种具有大约20或更大稠度的造纸纤维水悬浮液;(b)在75°F或更高的温度及至少每吨干纤维大约1马力日的功率输入下将水悬浮液通过一个轴式揉搓机，其中纤维的TD指数大约是0.15或更大些，较好是大约0.2或更大些;更好是大约0.3或更大些，而最好是大约0.5或更大些;(c)将纤维馈入通过一个制造薄棉纸的料箱以形成一个湿的卷筒纸;和(d)将该卷筒纸干燥，例如通过穿透干燥，以制成干的薄棉纸。
另一方面，本发明提出的由一种配料制成的经穿透干燥的纸张，包括至少约百分之25的干重量的二次性纤维，所述配料具有大约为0.15或更大的TD指数，较好是大约0.20或更大些，更好是大约0.33或更大些，而最好是大约0.5或更大些。配料中二次性纤维的干重量百分比可以是大约百分之25至大约50，75，或100的范围内。
对本发明的目的有用的造纸纤维包括那些被认为对造纸有用的任何种类的纤维素纤维，特别是那些可用于制造较低密度的薄棉纸(例如面巾纸，卫生纸，餐巾纸，纸巾等等)的纤维。在这里所用的“薄棉纸”一词是一种笼统的说法，它包括所用带皱纹的或不带皱纹的产品。最普通的造纸纤维包括全新的没有用过的软木材和硬木材纤维，以及二次性或回收的纤维素纤维。这里所用的“二次性纤维”一词指的是任何纤维素纤维，它们先前曾通过物理，化学或机械方法从其基体上被分离出来，之后又被形成一个纤维卷筒纸并干燥至含湿量约为重量的百分之10或更低，随后又以物理、化学或机械方法将其从其卷筒纸基体上分离出来。已通过一个轴式揉搓机的纤维在本文中有时被称作“揉搓过的纤维”。
经穿透干燥过的纸张的基本重量可以约为5至50克/平方米，最好是约10至40克/平方米，而更好是从大约20至大约30克/平方米。可以这样认为，即对一种给定的配料，较低基本重量的纸张固有地具有较大的渗透率。因此，较高基本重量的纸张可以从本发明中获得最大的好处，这种纸张的穿透干燥一般是非常困难的。本发明特别适合于制造基本重量大约为25克/平方米的穿透干燥的单层卫生纸。
提供给本发明方法处理的水悬浮液的稠度必须足够的高才能提供有效的纤维与纤维的接触或操作，这种操作可以改变被处理的纤维的表面性能。具体地说，稠度可以至少约为20，更好是从大约20至大约60，而最好是从大约30至大约50的干重量百分比。稠度的大小主要取决于用于处理纤维的机器的种类。例如，对于某些旋转轴式的揉搓机，如果稠度高过于40干重量百分比，则会发生机器堵塞的危险。对于其它类型的揉搓机，例如比维斯机(Bivis machin，由法国Firminy Cedex地方的Clextral公司销售)，稠度高于50仍可以应用而不会造成堵塞。因此，对于所用的特定机器，最好使用尽可能高的稠度。
纤维悬浮液的温度可以高于室温，具体来说是75°F或更高些，或大约100°F或更高些，较好的是大约150°F或更高些，更好的是大约210°F或更高些，而最好是大约220°F或更高些。一般说来，对于增加TD指数而言较高的温度更好。温度的上限决定于所用的设备是否加压，因为设备内在大气压下操作的纤维水悬浮液不可能加热到超过水的沸点。
作用在纤维悬浮液上的功率的大小也同样影响到形成的TD指数。一般来说，增加功率就能增加TD指数。然而，也曾发现在功率输入到达悬浮液中每吨干纤维大约2马力日(HPD/T)时，TD指数的改进(增加)即开始下降。一种较好的功率输入范围是从大约1至大约3HPD/T，更好是大约2HPD/T或更大些。
对纤维的操作，例如以剪切或挤压，除了用温度和功率输入和得出的TD指数之外还没有发现有其它的有意义的计量方法。但是不论怎样，纤维必须经受大量的纤维对纤维的搓擦或剪切以及与所用以处理纤维的机械装置上多个表面的搓擦或剪切接触。一些将纤维压入纤维之中的挤压动作也是可取的，从而增强或加大纤维搓擦或剪切的效果。使用多少份量的搓擦和挤压方为合适则取决于想要得到的结果，也就是TD指数想要达到的数值。要得到所想要的各种程度的结果有许多种造纸业中熟翻的轴式揉搓机或类似的机械设施可以应用。合适的轴式揉搓机没有限制地包括不加压轴式揉搓机和加压轴式揉搓机，例如Bivis机等。
如果要使用软化剂以增加最后的纤维制品的柔软性，则合适的软化剂没有限制地包括有脂肪酸，石腊，季铵盐、二甲基二氢化牛脂氯化铵(dimethyl dihydrogenated tallow ammonium Chloride)，季铵硫酸二甲酯(quaternary ammoniun methyl sulfate)，羧基化聚乙烯(carboxylated polyethylene)，古柯酰胺二乙醇胺(Cocamide diethanol amine)，可可甜菜碱(coco betaine)，月桂酰肌氨酸钠(sodium lauroyl sarcosinate)，部分乙氧基化的季铵盐(partly ethoxylated quaternary ammonium salt)，二硬脂基二甲基氯化铵(distearyl dimethyl ammonlum chloride)等等。市场上可购到的合适化学软化剂的例子没有限制地包括有由EKa Nobel公司生产的Berocell 564和584，由Shearex化学公司生产的Adogen 442，由Quaker化学公司生产的Quasoft 203和由Akzo化学公司生产的Arquad 2HT-75。
下面结合较佳实施例和附图对本发明进行详细的说明，附图中
图1是用于确定TD指数的装置的示意流程图;
图2是图1中装置的试样容器的分解透视图，图中包括用以将试样容器放入干燥装置中的滑动试样托盘。
图3是使用上面图1中所示装置测试一试样时所产生的压降对含水比的典型曲线图。
图4是根据本发明使用一个轴式揉搓机加工纤维的纤维处理方法的示意工艺流程图。
图5是图4中轴式揉搓机的剖视透视图。
图6是根据本发明使用一对相串联的Bivis机的方法的另一种示意工艺流程图。
一般都知道，穿透干燥期间在高含水比时干燥速率是高的和比较稳定的(稳定速率期)。但在纸张中到达某一临界含水比时，干燥速率即开始急速减小(下降速率期)。如果在整个干燥期间维持一个恒定的空气渗透率，则当含水比减小时(也就是说在干燥操作继续进行时)压降也将减小。穿透干燥过程中在恒定的空气渗透率下的压降变动方式对于本发明来说是非常重要的，因为它提供了在纸张被干燥时衡量纸张的空气渗透率的一种计量方法。如果一个人在干燥一个薄棉纸试样后能够精确地测出排出口空气的瞬间绝对湿度，他就能很快地从排出口空气的湿度和薄棉纸试样的初始和最终含水比计算出瞬间含水比，如下式
其中“Xo”＝测试开始时试样的含水比，以每公斤完全干燥的纤维中含水公斤量表示;
“Xend”＝测试终结时试样的含水比，以每公斤完全干燥的纤维中含水的公斤量表示;
“Xm”＝试样的瞬间含水比，以每公斤完全干燥的纤维含水的公斤量表示;
“Yin”＝即将到达试样前的干燥用的空气的湿度，以每公斤干燥空气中含水的公斤量表示;
“Yout”＝刚从试样经过的干燥用的空气的温度，以每公斤干燥空气中含水的公斤量表示;
“t”＝耗用的时间，以秒表示。
从整个干燥期数据的湿度数据计算出含水比Xm就可以以压降作为瞬间含水比的函数绘出曲线。形成的曲线下的面积的倒数在这里被作为TD指数，以“千帕”来表示。这一指数是对湿纸张的空气渗透率的衡量，反应出从某一特定配料制成的纸张能够被穿透干燥的难易程度。高的TD指数意味着穿透干燥非常容易，而低的数值则意味着穿透干燥非常困难。
如下面将要叙述的，TD指数的衡量需要将所涉及的纤维形成一张具有24克/平方米基本重量的手抄片。该手抄片的形成是通过在一个英国纸浆分碎器(British Pulp Disintegralor)中将纤维试样稀释于水中使其达到稠度2.5的重量百分比并使弥散的试样浸渍5分钟。然后试样在室温下捣成浆状，历时10分钟，稀释至百分之0.04的稠度，然后在一个英国手抄片模具(Ohio州Lancaster地方的Hermann制造公司制造)上形成一张手抄片。该抄片可以使用一只吸墨纸具用手将其从模具中脱出而不需施加任何压力。手抄片经使用一个Valley蒸汽热板和一个在其一端具有一根注有铅(4.75磅)的黄铜管以维持均匀张力的标准加重的帆布罩使其干燥2分钟至全干燥。最后形成的干燥手抄片的TD指数由本说明书中所描述的方法确定，而测出的TD指数数值就是由其制出手抄片的纤维或配料的TD指数。
参看图1，确定TD指数的装置将较详细地予以描述。除非另有规定，空气流主流的管道内径为1.5英寸。用于干燥试样的空气由两个“无油的”压缩机1，各自的额定流量在90磅/平方英寸(psi)压力时为每分钟29.9立方英尺(Ohio州Cleveland地方的Atlao Copco公司出口，型号为Model DN1024H-3DF)。压缩机的出口适当地连接到一个冷凝水分离器2(Colorado州Engelwood地方的Wilkerson出品，型号Model WSO-08-000)的进口，分离器用于除去夹带在空气流中的任何液态水。分离器的出口适当地连接到一个分子筛3(Wilkerson出品，型号Model M530)的进口，分子筛用于消除存在于空气中的大于大约0.05微米的颗粒状物。分子筛的出口适当地连接到一个出口流量为每分钟49立方英尺的压缩空气干燥机4(Wilkerson出品，型号Moder DHA-AE-000)。干燥机的出口连接到一个平衡罐5(大约75立方英尺的容量)的进口。平衡罐的出口适当地连接到两个辅助的串连油热交换器6和7(容量5公升/最高温度250℃/最高压力6巴，德国Weisloch地方的Apparatebau Wiesloch GmbH出品)，油热交换器用于进一步将空气加热至所想要的穿透干燥温度。在平衡罐和两个热交换器之间是一个湿度检测器8(德国Blankebach地方的Aquanel，Gerhard GmbH出品)，一个用于控制空气流速的闸门式控制阀9(DIN R65，1.5英寸，PN16，德国汉堡的Henose出品)，一个孔板10(25毫米直径开孔，RST 37-2 PN6 DIN2527-32-5784，德国Karlruhe地方的Karlsruhe大学出品)，和一个测压计11(德国Gottingen地方的Betz出品)，这些部件合在一起用于确定空气流的速度。其它的对本装置的操作并不太重要的阀和管件(未显示)也可能安装在某些地方以便隔离或绕过一些仪表及其它设施。第二热交换器的出口直接连接到一个被设计用于接纳一个滑动试样托盘13(见图2)的试样箱12上，托盘中放置试样容器(见图2)。所有的空气都流经安置在试样容器中的试样。一块能膨胀的衬垫安装在试样箱内，当衬垫起作用时，该衬垫可以保证试样容器和滑动试样托盘之间的可靠密封。一个扩散器14适当地连接到试样箱的出口上，从而使横截面流动面积扩大到11600平方毫米使空气流缓慢下来以便能更精确地衡量含水比。扩散器适当地连接到一个将空气带到一个合适的排气系统中的通气管上。一个温差传感器17(PU1000，0-1000毫巴，110V AC)适当地连接就可以测出横过试样的压降。一个比第二个更为敏感的湿度检测器18(红外线;每秒钟25次检测，德国Paderborn地方的Paderborn大学制造)测出离开试样的空气中的含水量。所有这三个传感器都连接到一个施伦贝格数据获得系统(Schlumberger data acquisition system)19上，这个系统又连接到一个计算机20(RMC 80286处理机)上以便使数据相互联系。
图2说明了试样容器以及试样安装在试样容器内的方式，包括滑动试样托盘13用于容纳试样容器并将其推入试样箱内和从中推出。图2中所示的是试样容器的顶部21(上游部份)和试样容器的底部22(下游部分)。试样容器的底部包括有一个供试样停留在其上的支托织物23(Wisconsin州，Appleton地方的Asten Corporation出品，型号Asten937)。夹在顶部和底部之间的是切成适当大小的手抄片试样24。试样容器顶部的内边缘周圈上涂有一薄条油脂(在本视图内看不到)，当试样被固定时就造成在试样和试样容器顶部之间的密封。试样容器顶部上具有两个对准销钉25准备插入到试样容器底部的对准孔26内，而两个半体则由六只螺钉和与其相称的带螺纹孔予以固定。
认清了确定TD指数的装置后就可以描述确定TD指数的步骤。一般说来，为了确定一个给定试样(25克/平方米手抄片)的TD指数，试样被小心地湿化至一特定的湿度，并在受控制的恒定气团流速率下在上述的装置中进行干燥。试样中的湿度由计算机根据试样被测试前后的湿度检测不断地加以计算。横过试样测得的压降作为试样算出的湿度的函数被绘成曲线，曲线下的面积即是TD指数。
更加具体的是，准备测试的手抄片试样被切成能放入装置中的试样容器的10.25厘米直径圆片，仅略大于试样容器的开口。在测试时，只有试样的10厘米直径的圆是暴露于空气流的。因此，在试样容器开口以外的圆形试样部分在为测试湿化之前被浸透以油脂)密执安州Midlad地方的Dow Corning Corporation出品的Compound 111阀润滑剂和密封剂)以避免从圆形试样外面吸入水份以及使试样和试样容器之间可以有一个更好的密封。这是在试样容器的上半体(上游半体)的内边缘四周围涂和擦上油脂来完成的。然后将试样安放在试样容器的下半体上，下半体上具有一块穿透干燥织物(Asten 937)以支承试样。接着试样容器的上半体被夹住在试样容器的下半体上，从而使试样的外边缘浸透油脂。支承着的试样以细雾喷射而使其湿化直至达到每公斤完全干燥的纤维含有3.0公斤水的湿度时为止。在喷雾时试样容器上面应当放置一块盖板以避免试样容器被喷湿并使所有的喷雾水直接喷到10厘米的圆上。试样中的含水量由湿化前后重量的差异精确地确定。
当试样准备期间，空气流系统即被开动在每秒钟3.0Kg/m2的预定恒定流速上并加热至175℃的温度。当稳态到达时，空气温度将稳定不变，湿度将是零而压降也是零。当基准稳态情况达到后，带有湿化试样的试样容器被放入滑动试样托盘内并被推入装置的试样箱内。湿度和压降不断地受到相应的仪表和计算机的监控，从而提供一个压降对含水比的曲线图。一个典型的曲线图显示在图3中(注意在此图中，时间是从右至左增加的)。如图中所示，压降显示出一个非常快的初始上升，然后很快开始下降，在大约四或五秒之内一般达到一个恒定的水平。于是计算机求出曲线下面积的倒数的积分，并好前面所描述的计算出TD指数。
图4是一个方块流程图，说明根据本发明处理纤维的整个工序。图中显示待处理的纸张配料28被送至一个高稠度碎浆机(马萨诸塞州Mansfield地方的Bird Eschr Wyss出品，型号Model ST6C-W)，加入稀释水30使达到大约百分之15的稠度。在被泵出碎浆机之前纸料被稀释至大约百分之6的稠度。浆化的纤维被送至一个粗粒筛31(Bird Escher Wyss出品的成纤器型号Model FT-E)再加入稀释水以便除去大的杂质。输入至粗粒筛的稠度为大约百分之4。粗粒筛的剔除物被送往废物处理地32。粗粒筛的接受体则被送至一个大密度清洁器33(Bird Escher Wyss出品的旋风分离器，型号Model 7英寸)以便除去粗粒筛中漏网的大的杂质。来自大密度清洁器的剔除物被送往废物处理地。大密度清洁器的接受体被送至一个细粒筛34A(Bird Escher Wyss出品的离心分类器，型号Model 200)以便进一步除去小的杂质。稀释水加入到细粒筛馈料流以获得一个大约百分之二的馈入稠度。来自细粒筛的剔除物被送到一个第二细粒筛34B(Bird Escher Wyss出品的Axiguard，型号Modell)以便除去另外的杂质。接受体被回送至去细粒筛34A的馈料流，而剔除物则被送往废物处理地。从细粒筛的接受体加稀释水至达到大约百分之一稠度后就被送至一系列四个浮选槽35，36，37和38(Bird Escher Wyss出品的充气器，型号Model CF1)以便除去油墨颗粒和粘性物。来自每个浮选槽的剔除物被送往废物处理地。来自最后一个浮选槽的接受体被送至一个洗涤器39(俄亥俄洲Middletown地方的Black Clawson Co出品的双接口增稠器，型号Model 100)，以除去非常小的油墨颗粒并增加其稠度至大约百分之10。来自洗涤器的剔除物被送往废物处理地。来自洗涤器的接受体则被送至一个压带机40(得克萨斯州Arlington地方的Andritz-Ruthner出品的Arus-Andritz带式压滤机，型号Model CPF 20英寸)以便将含水量减小至大约百分之三十。压出物被送往废品处理。然后将所得到的部分脱水的纤维性材料送至一个轴式揉搓机41(意大利Torino地方Ing.S.Maule & C.S.p.A出品，型号GR11)，图5有详细说明，以便根据本发明使纤维揉搓增加其TD指数。蒸汽加入至揉搓机的馈料流以提高馈入材料的温度。所得到的经处理的纤维43即可直接用作造纸的进料，或者根据需要作进一步处理。
图5是图4中所示根据本发明最合适的处理纤维的装置的剖视透视图。这一特定的装置就是由意大利Torino地方的Ing.S.Maule & C.S.P.A.出品的型号为GRII的轴式揉搓机。图中显示的是一个上部圆筒形外壳51和一个下部圆筒形外壳52，当合拢时，里面包封一根具有多个臂状体54的旋转轴53。上部外壳内装有两排滚花指状体55和三个检查孔56。在上部外壳的一端有一个进料口57。在旋转轴的进口端有一个用于转动该轴的驱动电动机58。在旋转轴的出口端处是一个支承旋转轴的轴承箱59。旋转轴的进口端装有一个螺旋加料区段60，该区段直接位于进料口的下面，用于推动进料通过揉搓机。揉搓机的出口61包括一个具有一根杠杆63的铰接闸板62，当揉搓机关合时，该杠杆接合在一个安装在上部外壳上的液压空气袋63上。空气袋对铰接闸板提供可控制的阻力，从而提供一种控制揉搓机内反压力的设施。增加反压力就增加纤维揉搓的程度，因而增加了TD指数。在操作时，滚花指状体与旋转轴的臂状体交叉擦过，对夹在其间的进料进行了揉搓。
图6是本发明使用一对Bivis机的另一种方法的方块流程图。如图中所示，造纸纸浆，最好是二次性纤维纸浆，以大约百分之50的稠度被送入一个螺旋进料器。螺旋进料器按规定的进料量将进料送入至两个相串联的Bivis机中的第一个。每个Bivis机具有三个压缩/膨胀区。水蒸汽被注入第一个Bivis机将温度提高至大约212°F。被加工的纸浆被转送至与第一个Bivis机同样条件操作的第二Bivis机。从第二Bivis机加工出来的纸浆被投入冷水中进行骤冷，然后脱水至适当的稠度。
在描述了TD指数和本发明的实施方法后，下面将参照实施例对本发明作进一步的详细说明实施例1二次性的纤维(办公室废品)用图4中描述的方法予以处理。具体的程序是，二次性纤维重新制成稠度为15%的纸浆，清洗后被压成22.9%的揉搓机前稠度，然后送至一个Maule轴式揉搓机，如图5所示。揉搓机维持在175°F的温度。输入至揉搓机的功率大约为每吨纤维1.39马力日(HPD/T)。揉搓机前和机后各取样，然后根据前述的方法制成24g/m2的干手抄片。如先前叙述的方法测量出TD指数。测试结果表示在表Ⅰ中(TD指数是穿透干燥性指数，以干帕-1表示。“拉伸”即抗拉伸强度以每英寸试样宽度的克数表示。“撕裂”即Elmendorf抗撕裂强度，以每4纸张的克-力表示。“卡厚”即厚度以英寸表示。“TEA”即被吸收的拉伸能量以每平方厘米的克-厘米表示。)表Ⅰ试样 TD 拉伸 撕裂 卡厚 TEA揉搓机前 0.11 1274 18.0 0.0058 8.1揉搓机后 0.30 739 17.2 0.0076 3.8实施例2所处理的纤维为与实施例1中相同的二次性纤维材料，但揉搓机的温度为175°F，揉搓机前稠度为百分之34.7，输入揉搓机的功率为2.12HPD/T。揉搓机前和机后的取样同前，并如前所述制成手抄片。测试结果表示在表Ⅱ中。
表ⅡTD 拉伸 撕裂 卡厚 TEA揉搓机前 0.12 1278 18.0 0.0060 6.6
揉搓机后 0.53 585 14.0 0.0082 2.5实施例3所处理的纤维为与实施例1中相同的二次性纤维材料，但揉搓机的温度为150°F，揉搓机前稠度为百分之34.6，输入揉搓机的功率为2.15HPD/T0，揉搓机前和机后的取样同前，并如前所述制成手抄片。测度结果表示在表Ⅲ中。
表ⅢTD 拉伸 撕裂 卡厚 TEA揉搓机前 0.14 1334 19.2 0.0060 7.9揉搓机后 0.37 884 18.0 0.0070 4.9实施例4所处理的纤维为与实施例1中相同的二次性纤维材料，但揉搓机的温度为81°F，揉搓机前稠度为百分之26.8，输入揉搓机的功率为2.44HPD/T。揉搓机前和机后的取样同前，并如前所述制成手抄片。测试结果表示在表Ⅳ中。
表ⅣTD 拉伸 撕裂 卡厚 TEA揉搓机前 0.10 1409 19.6 0.0055 8.3
揉搓机后 0.17 1125 20.0 0.0062 6.7实施例5所处理的纤维为与实施例1中相同的二次性纤维材料，但揉搓机的温度为79°F，揉搓机前稠度为百分之34.6，输入揉搓机的功率为1.18HPD/T。揉搓机前和机后的取样同前，并如前所述制成手抄片。测试结果表示在表Ⅴ中。
表ⅤTD 拉伸 撕裂 卡厚 TEA揉搓机前 0.10 1322 - 0.0055 5.7揉搓机后 0.14 1189 22.4 0.0060 6.7实施例6所处理的纤维为与实施例1中相同的二次性纤维材料，但揉搓机的温度为78°F，揉搓机前稠度为百分之37.1，输入揉搓机的功率为2.95HPD/T。揉搓机前和机后的取样同前，并如前所述制成手抄片。测试结果表示在表Ⅵ中。
表ⅥTD 拉伸 撕裂 卡厚 TEA
揉搓机前 0.10 1435 20.0 0.0055 8.1揉搓机后 0.19 1155 21.6 0.0064 6.1实施例7充份清洗的二次性纤维以大约50%的稠度一点一点地通过一个螺旋进料器被送入一个Bivis机(法国Firminy Cedex地方的Clextral公司出品)，如图6所示。Bivis匀料机是一对相同的螺旋匀料机构带有一个机械加工出的内室，内室内装有螺旋杆，两根轴上的螺旋片互相靠近。内室内引入水蒸汽以提高纸浆的温度至大约105℃。当纸浆送入Bivis机时，螺旋杆以相同的方向转动，螺旋片是成斜角的以推动纸浆通过该机的长轴线。间歇地沿着螺旋轴，螺旋片的方向被倒过来。螺旋片的这一定向迫使纸浆倒转其运行方向，造成反压力。倒转的螺旋片上有机械加工出的小缝隙，因而形成的压力迫使纸浆挤压穿过缝隙。倒转的螺旋片的压缩/膨胀作用连同由纸浆高稠度及相邻螺旋轴的螺旋片的靠近造成的纤维之间的摩擦形成对纤维的有效揉搓。从第一Bivis装置出来的产品被送至一个以同样条件操作的第二Bivis装置内。从第二Bivis机出来的纸浆又被送至一个10℃的骤冷桶。纸浆经重力脱水后即为成品。这种经处理过的纸浆如前述制成24g/m2的手抄片再如前述确定其TD指数。结果表示在表Ⅶ中。
表ⅦTD 拉伸 撕裂 卡厚 TEA揉搓机前 0.08 1072 18.5 0.0061 5.65揉搓机后 0.71 388 10.5 0.0079 1.28
前面实施例的结果说明了二次性纤维的穿透干燥性指数可以通过使高稠度的纤维在一个揉搓机内经受适当的揉搓力而获得戏剧性的增加(因而纤维的穿透干燥性能也可改善)。此外，使用高稠度揉搓力通过减小抗拉伸和抗撕裂强度而增加了松厚度从而改进了纤维制造薄棉纸的特性。
实施例8Cenibra桉树纤维经15分钟制成10%稠度的纸浆，再脱水至30%的稠度。在纸浆中加进软化剂(Berocell 584)，加入的量为每吨干纤维中加10磅Berocell，纸浆于是被馈入一个如图5中所示的Maule轴式揉搓机。揉搓机以160°F和2.2HPD/T的功率输入操作。
形成的经揉搓过的桉树纤维被制成一张具有两层的薄棉纸，一层是软木材纤维层，另一层是桉树纤维层。在成形之前，北牛皮软木材纤维(northern Kraft softwood fibers，LongLac-19)经60分钟制成4%。稠度的纸浆，而揉搓过的桉树纤维经2分钟制成4%稠度的纸浆。每一层以0.05%稠度及每分钟大约50英尺的速度独立地形成在分别的成形织物上，制成的两张卷筒纸在大约10%稠度时被层合在一起形成一个两层的卷筒纸。制成的层合卷筒纸被转送至一个造纸毡上，随后在一个杨克干燥器的表面上压制，在这里卷筒纸被干燥并以1.3皱纹率使其起皱。层合卷筒纸的干燥器一侧的面完全由软木材纤维组成并具有一个7.25磅/2880平方英尺的基本重量(干燥器基本重量)。层合卷筒纸的空气一侧的面完全由相同定量的揉搓过的桉树纤维组成。在起皱之后，薄棉纸在极小的拉力下被卷绕成卫生纸卷。
制成的薄棉纸具有下列特性抗拉伸强度＝858克/3英寸宽度(机器方向)和488克/3英寸宽度(横向于机器的方向);伸长＝30.4%(机器方向)和5.8%(横向于机器的方向;平板软度(Panel Softness)＝7.70(平板软度是由一个序列敏感平板确定，它将薄棉纸的软度分成从0至大约9.5的标度)。用于作比较，同等强度穿透干燥材料的典型软度值是7.15。
实施例9南硬木材(Southern hadwood)牛皮纸纤维(Coosa River-59)经15分钟制成10%稠度的纸浆，经脱水成28%的稠度。将一种舒解剂(Berocell 584)加入到纸浆中，加入的量为每吨干纤维加入10磅Berocell。然后纸浆被送入到一个Maule轴式揉搓机。揉搓机以160°F的温度和2.2HPD/T的功率输入操作。
形成的经揉搓过的硬木材纤维被制成一张具有两层的薄棉纸，一层是软木材层，另一层是硬木材层。具体地是，北软木材(northern softwood)牛皮纸纤维(Longlac-19)经60分钟制成4%稠度的纸浆，而揉搓过的硬木材纤维经2分钟制成4%稠度的纸浆。每一层以0.05%稠度独立地形成在分别成形的织物上，而制成的两张卷筒纸在大约10%稠度和每分钟50英尺的速度下被层合在一起形成一个单层的卷筒纸。制成的层合卷筒纸被转送至一个造纸毡上，随后在一个杨克干燥器的表面上压制，在这里卷筒纸材被干燥并以1.3皱率使其起皱。层合卷筒纸材的干燥器一侧的面完全由软木材纤维组成并具有一个7.25/磅/2880平方英尺的基本重量(干燥器基本重量)。层合卷筒纸的空气一侧的面完全由相同基本重量的揉搓过的硬木材纤维组成。在起皱之后，薄棉纸在极小的拉力下被卷绕成卫生纸卷。
制成的薄棉纸具有下列特性抗拉伸强度＝689克/3英寸宽度(机器方向)和466克/3英寸宽度(横向于机器的方向);伸长＝32%(机器方向)和5.6%(横向于机器的方向);平板软度＝7.65。用于作比较，同等强度穿透干燥材料的典型软度值是7.30。
实施例8和9都说明了根据本发明方法用一个揉搓机处理全新硬木材纤维以制造湿压薄棉纸对柔软度的好处。
应该理解到，上述用于说明本发明的实施例不限制本发明的范围，本发明的范围是由后面所附的权利要求书限定的。
权利要求
1.一种制造薄棉纸的方法，它包括以下步骤(a)形成一种稠度为大约20或更大些的包括有造纸纤维的水悬浮液；(b)使水悬浮液在75°F或更大些的温度，和每吨干纤维大约1马力日或更大些的功率输入下通过一个轴式揉搓机，其特征在于，纤维的TD指数增加了大约百分之25或更大些，(C)将纤维送经一个制造薄棉纸的料箱以形成一个湿的卷筒纸；和(d)将该卷筒纸干燥以制成干燥的薄棉纸。
2.如权利要求1的方法，其特征在于TD指数增加了大约百分之50或更大些。
3.如权利要求1的方法，其特征在于TD指数增加了大约百分之75或更大些。
4.如权利要求1的方法，其特征在于所述的温度是大约150°F或更大些。
5.如权利要求1的方法，其特征在于所述的温度是大约210°F或更大些。
6.如权利要求1的方法，其特征在于所述的温度是大约220°F或更大些。
7.如权利要求1的方法，其特征在于所述的功率输入是每吨纤维大约2马力日或更大些。
8.如权利要求1的方法，其特征在于所述的稠度是从大约20至大约60重量百分比。
9.如权利要求1的方法，其特征在于所述的稠度是从大约50重量百分比。
10.如权利要求1的方法，其特征在于所述的造纸纤维是二次性纤维。
11.如权利要求1的方法，其特征在于所述的造纸纤维是全新的硬木材纤维。
12.如权利要求1的方法，其特征在于一种软化剂在悬浮液通过轴式揉搓机之前被加入到造纸纤维的水悬浮液中。
13.如权利要求1的方法，其特征在于一种软化剂在悬浮液通过轴式揉搓机之后被加入到水悬浮液中。
14.如权利要求1的方法，其特征在于所述湿的卷筒纸被穿透干燥。
15.一种从一种配料制成穿透干燥的薄棉纸张，它包括至少大约百分之25干重量二次性纤维，所述配料具有大约0.15或更大些的TD指数。
16.如权利要求15的穿透干燥的纸张，其特征在于所述的配料具有大约0.2或更大些的TD指数。
17.如权利要求15的穿透干燥的纸张，其特征在于所述的配料具有大约0.3或更大些的TD指数。
18.如权利要求15的穿透干燥的纸张，其特征在于所述的配料具有大约0.5或更大些的TD指数。
19.如权利要求15的穿透干燥的纸张，其特征在于它是从一种具有至少大约百分之50干重量的二次性纤维的配料制成的。
20.如权利要求15的穿透干燥的纸张，其特征在于它是从一种具有至少大约百分之75干重量的二次性纤维的配料制成的。
21.如权利要求15的穿透干燥的纸张，其特征在于它是从一种具有大约百分之100干重量的二次性纤维的配料制成的。
22.一种制造穿透干燥的薄棉纸的方法，它包括下列步骤(a)形成一种稠度为大约20或更大些的由二次性纤维组成的水悬浮液;(b)使水悬浮液以75°F或更大些的温度，和每吨干纤维至少大约1马力日的功率下输入通过一个轴式揉搓机，其特征在于纤维的TD指数增加至大约0.15或更大些;(c)将纤维送经一个制造薄棉纸的料箱以形成一个湿的卷筒纸;和(d)将该卷筒纸进行穿透干燥以制成穿透干燥的薄棉纸。
23.如权利要求22的方法，其特征在于从步骤(b)获得的纤维具有大约0.2或更大些的TD指数。
24.如权利要求22的方法，其特征在于从步骤(b)获得的纤维具有大约0.3或更大些的TD指数。
25.如权利要求22的方法，其特征在于从步骤(b)获得的纤维具有大约0.5或更大些的TD指数。
26.如权利要求22的方法，其特征在于所述的温度大约为150°F或更大些。
27.如权利要求22的方法，其特征在于所述的温度大约是210°F或更大些。
28.如权利要求22的方法，其特征在于所述的温度大约是220°F或更大些。
29.如权利要求22的方法，其特征在于所述的功率输入为每吨干纤维大约2马力日。
30.如权利要求22的方法，其特征在于所述的稠度为从大约百分之20至大约百分之60。
31.如权利要求22的方法，其特征在于所述的稠度为从大约百分之30至大约百分之50。
32.一种由权利要求1或22中的方法制成的薄棉纸。
33.一种由揉搓的全新硬木材纤维制成的薄棉纸。
34.如权利要求33的薄棉纸，其特征在于它包括混合的软木材纤维和经揉搓的全新硬木材纤维。
35.如权利要求33的薄棉纸，其特征在于它包括一层内软木材纤维和两层外揉搓的全新硬木材纤维。
36.如权利要求35的薄棉纸，其特征在于软木材纤维与硬木材纤维的重量比约为1∶1。
全文摘要
本发明涉及一种处理制造薄棉纸的造纸纤维的方法。由造纸纤维制成的脱水但仍旧湿的纸张的可穿透干燥性可以通过将高稠度的纤维水悬浮液处于高温下使纤维充分揉搓而大大提高。这样一种处理方法对于提高某些产品所用的穿透干燥加工的效率特别有效，这些产品包括例如从具有很大数量的二次性或回收纤维的配料制成的薄棉纸和纸巾等。
文档编号D01B9/00GK1091173SQ93119218
公开日1994年8月24日 申请日期1993年10月16日 优先权日1992年12月18日
发明者M·A·赫尔曼斯, R·J·马科林, K·A·格尔格, 陈芳洲 申请人:金伯利-克拉克公司