具有短效湿强度并含有纤维增柔化合物的薄页纸幅制品的制作方法

专利名称：具有短效湿强度并含有纤维增柔化合物的薄页纸幅制品的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及具有短效湿强度性质的软化薄页纸制品；更具体地讲，本发明涉及一种可被施用到这种薄页纸制品上以提高其柔软性的组合物。
背景技术：
卫生薄页纸制品被广泛使用。这种制品以为多种用途定制的形式，包括面巾纸、卫生纸和吸收纸巾被商业提供。在这种薄页纸和纸巾制品中提供柔软性从而可进行舒适清洁而不以削弱性能为代价是致力于研究改进薄页纸的工程师和科学家长期以来的目标。柔软性是当用产品抚摩皮肤时由产品引起的综合触感。柔软性具有由表面性质(毛茸茸性)以及本体性质(柔韧性)引起的成分。
为改进薄页纸制品的柔软性，已进行了无数尝试。在这方面进行开发的一个领域是最大程度地利用多种可用结构的优点来设计纸的结构。公布于1981年11月17日的美国专利4,300,981讨论了如何将纤维引入适应性纸结构的不同层中，从而使它们具有最高的柔软性递送。尽管这种技术通过表面机理(通过产生从薄页纸表面伸出的更多游离纤维，有时称作“游离纤维末端”或“竖着的绒毛”性质)改进柔软性，但经常不幸地伴随着薄页纸制品从其表面释放纤维(一种在本文称作“棉绒”的性质)的倾向。
另一个引起广泛关注的领域是向薄页纸和纸巾制品添加化学软化剂，或“化学软化剂”。本文所用术语“化学软化剂”是指改进薄页纸幅的柔软性的化学成分，该化学成分被施用到薄页纸幅上。化学软化剂赋予薄页纸光滑感。作为实施例，它们可包括基本的蜡(例如石蜡和蜂蜡)和油(例如矿物油和硅油及凡士林)以及更复杂的润滑剂和润肤剂(例如具有长烷基链的季铵化合物、功能性的硅氧烷、脂肪酸、脂肪醇和脂肪族酯)。
典型地，化学软化剂以少量加入，即少于约5％，并通常少于1％。使用如此少量的原因之一是与其它造纸成分相比，软化剂的成本相对较高。另一个原因是当纸片从Yankee干燥机起绉时，尤其是当其在纸幅干燥前或纸幅干燥期间加入时，化学软化剂可造成纸张强度的降低和纸片粘附力的降低。即使在纸幅形成、干燥(和起绉，如果可应用)后加入(如美国专利6,162,329中所述)，软化剂仍可导致一些不可取的后果，例如强度降低和薄页纸幅表面保持这种添加剂的能力，以及具体的表面强度降低，这反过来会增加前述的“棉绒”问题。
本领域还认识到向薄页纸加入纤维增柔化合物的有益效果。可将纤维增柔化合物分类成(a)“湿润剂”，本文定义为能提高平衡水分含量超过施用湿润剂的基质纸的平衡水分含量的成分，典型地本质上为纤维质的，和(b)“增塑剂”，本文定义为本身具有的湿度不会导致平衡达到特别高的水分含量的化合物，但是它们的内在分子性质仿效类似于水分含量增加时所观察到的对纤维的影响。换句话讲，增塑剂具有使纤维松弛的效果而基本不增加纤维的水分含量。申请者认识到被分类为湿润剂的化合物能够并典型地确实本身在本质上具有增塑剂性质，即由于其能够吸引和/或保持水分在纤维内，具有塑化纤维超过预期含量的能力。
尽管认识到纤维增柔组合物的优点，但它们关于纸张软化的效用已受到限制，主要是由于(a)由于沉积方法要求润湿末端添加或压力部分添加(即所谓“湿网”添加方法)而需要限制组合物的用量；和(b)要求在最需要增柔处理的产品中提供所谓短效湿强度。
对某些薄页纸，尤其是对那些要通过下水道和污水处理系统处理的薄页纸，具有短效湿强度是重要的。短效湿强度在本文被定义为与润湿后立即测量相比，润湿后约30分钟进行测量所观察到的湿拉伸强度减少的百分数。典型地，通过向纤维素纤维提供纤维素内或添加剂内的酮或醛官能团使得发生纤维间的酸催化半缩醛键形成而导致短效湿强度。即使被润湿时，这些化学键最初会对破坏产生抵抗，但慢慢地失去了这种对水中水解的抵抗力，从而湿拉伸强度随时间而衰减。因此，短效湿强度允许具有高的初始湿拉伸强度产品的递送，从而该产品可在潮湿环境下使用，同时允许在污水处理系统或下水道系统内的最终分解。
向相同的薄页纸结构同时添加纤维增柔组合物和短效湿强度是竞争的需要。纤维增柔组合物典型地需要具有水的化学行为特征的含水媒介或化合物，或者需要运输大量的水到纸张结构的化合物。同时，与这种适于纤维增柔组合物的媒介接触时，短效湿强度开始衰减。
因此，需要材料用于经济地软化具有短效湿强度的纸张结构而没有过度降低干强度，包括保持表面完整性，即低的棉绒。
发明概述本发明涉及包含纤维素纤维的薄页纸制品，并具有至少约10％的短效湿强度和至少约3％的纤维增柔组合物。更具体地讲，本发明的薄页纸制品能够具有至少约25％的短效湿强度。可通过加入粘合剂来产生短效湿强度，该粘合剂可促进酸催化半缩醛功能性纤维间交联的形成。纤维增柔组合物可包含湿润剂或增塑剂。湿润剂可选自氯化钙、乳酸及其盐、高果糖玉米糖浆、甘油、甘油三乙酸酯、山梨醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、丙二醇以及它们的任意组合。增塑剂可选自脲、烷氧基化二元醇、右旋糖、蔗糖、碳酸亚乙酯、碳酸异丙烯酯以及它们的任意组合。
薄页纸制品可包括单层结构或多层结构。薄页纸制品可包括缩短的，例如起绉的薄页纸。可供选择地，该制品可为无皱的。薄页纸幅可用本领域已知的任何方法制造，包括，但不限于，常规的造纸方法和通气干燥造纸方法。
薄页纸制品可包括差分密度纸，该纸张包括多个高密度微区和多个低密度微区。在后面的例子中，薄页纸制品的多个高密度微区可包括基本连续的网络、基本半连续的图样或离散区域的图样，而多个低密度微区相应包括被网络区域包围的离散纤维枕座的图样、基本半连续的图样或基本连续的区域。
制备本发明薄页纸制品的一种方法包括以下步骤提供多根包含短效湿强度剂的纤维素纤维；形成纤维素纤维网；加热纤维网到至少约40℃的温度且水分含量少于约5％；并将纤维增柔组合物沉积在纤维网的表面上。
形成纤维素纤维网的步骤包括提供一种成形带；将多根包含短效湿强度剂的纤维素纤维沉积到成形带上，并在成形带上形成纤维素纤维的雏形网；提供流体可渗透的肉眼观察为单平面的造型带，该带具有网面、与网面相对的背面及多个从所述网面延伸至所述背面的偏转管，并被设计成在那里容纳部分纤维素纤维；将雏形网从成形带传送至造型带的网面；将部分雏形网偏转至造型网的偏转管内；对着造型带的网面压印雏形网；并干燥雏形网。将纤维偏转进入造型带的偏转管内的步骤包括施加液体压差至设置在造型带上的多根纤维上。
压印雏形网并干燥雏形网的步骤包括在造型带和干燥转筒表面之间挤压雏形网。将纤维增柔组合物沉积在纤维网表面上的步骤包括喷射纤维增柔组合物到纤维网表面上、印刷纤维增柔组合物到纤维网表面上、挤出纤维增柔组合物到纤维网表面上或它们的任意组合。
附图概述

图1为本发明制品实施方案的标高示意的局部横截面。
图2为图1中所示制品的平面示意图。
图3为本发明制品的另一个实施方案的平面示意图。
图4为本发明方法的一个实施方案的示意的侧视图。
图5为用于生产本发明薄页纸的造型带的一个实施方案的平面示意图，其中该带的树脂部件包括基本连续的框架。
图6为图5所示的沿线6-6截取的造型带的示意横截面。
图7为用于生产本发明薄页纸的造型带的另一个实施方案的平面示意图，其中该带的树脂部件包括基本半连续的图样。
图8为用于生产本发明薄页纸的造型带的另一个实施方案的平面示意图，其中该带的树脂部件包括多个离散的部件。
发明详述简言之，本发明提供了一种薄页纸幅，该薄页纸幅具有短效湿强度和包含施用到其一个或两个表面上的纤维增柔组合物。
另人惊奇的是，现已发现，具有短效湿强度的薄页纸能用吸湿或类似作用物质处理(该物质或者包含水作为它们平衡状态的基本组分，或者需要水作为沉积媒介物)，而没有显著降低薄页纸的短效湿强度特性。重要的是，现已发现，可加入高含量的纤维增柔组合物以得到高水平的薄页纸本体柔软性，同时纸幅保持高额强度，具有短效湿强度，并且棉绒含量惊人的低。
不受理论的约束，申请者认为当将纤维增柔组合物施用到干燥纸幅上时，其被足够快速地吸收到纤维内部从而短效湿强度并没有象预料的那样显著衰减。因此，纸幅在获得干燥纸幅施用纤维增柔组合物的有益效果的同时可保持其短效湿强度。这些优点包括(1)与润湿末端或润湿网施用相比减少的干燥负荷，和(2)降低的棉绒含量。此外，不受理论的约束，申请人认为干燥纸幅施用纤维增柔组合物为添加剂被吸收到纤维内部足够程度以保留湿强度机理的测量创造了机会，而没有因如此吸收而对影响“棉绒”特性的纤维表面性质造成显著影响。
纤维增柔组合物能被有益地施用到热薄页纸幅上。本文所用术语“热薄页纸幅”是指具有相对室温升高了的温度的薄页纸幅。具体地讲，纸幅升高了的温度为至少约43℃，更具体地讲至少约54℃，甚至更具体地讲至少约65℃。所述热纸幅具有低的平衡水分含量，这有助于在需要纸幅的最小再干燥和在一些情况下根本不需再干燥时以最高含量添加组合物。申请者已发现，在造纸机械的干燥末端可将含量高达约30％的一些纤维增柔组合物加到热薄页纸幅上，而不必进行纸幅的再干燥。
薄页纸幅的水分含量与纸幅的温度及周围环境的相对湿度有关。本文所用术语“过干的薄页纸幅”是指在23℃和50％相对湿度的标准测试条件下，将其水分含量干燥至低于其平衡水分含量的薄页纸幅。处于标准测试条件下的薄页纸幅的平衡水分含量为大约7％。通过提高本领域已知的干燥方法(例如Yankee干燥机或通气干燥法)的干燥温度，可将本发明的薄页纸幅过干燥。过干的薄页纸幅可具有的水分含量小于约7％，更具体地讲小于约6％，甚至更具体地讲小于约3％。
本发明薄页纸制品可被缩短(例如起绉)，或可供选择地不被缩短。当薄页纸被干燥并起绉时，纸片中的水分含量通常小于3％。制造后，纸张通常从大气中吸收水分。
在纸幅从干燥部件分离之后不久且在卷绕至母辊之前，将本发明纤维增柔组合物施用到过干的薄页纸幅是有利的。可供选择地或另外地，可将组合物施用到具有稍高水分含量的干燥薄页纸幅，前提条件是该纸幅保持低于约20％的水分，例如当纸幅从母辊解缠绕(例如在离线转换操作期间)时其与环境处于水分平衡。
本发明通常可适用于任何薄页纸，该纸包括但不限于常规的毡压制薄页纸、图样致密薄页纸和高堆积体积未压实薄页纸。薄页纸可为均一或多层结构；且由此制得的薄页纸制品可为单层或多层结构。薄页纸的定量在约10g/m2和约120g/m2之间，且总密度为约0.60g/cc或更低。更具体地讲，定量可低于约35g/m2；并且密度可低于约0.30g/cc。更具体地讲，密度在约0.04g/cc和约0.20g/cc之间。如本文所述密度值可利用95g/cm2负荷下所做的厚度测量来计算。
本发明也设想到使用多种造纸纤维，如合成纤维或任何其它合适的纤维及它们的任意组合。适用于本发明的造纸纤维包括以木浆纤维而为人们所共知的纤维素纤维。可适用的木浆包括化学木浆，例如Kraft(牛皮纸)木浆、亚硫酸盐木浆和硫酸盐木浆，以及机械木浆，包括例如碎木浆、热力学木浆以及化学改性的热力学木浆。然而，化学木浆由于能够赋予由此制造的面巾纸片出众的柔软性触觉而可能是优选的。也可利用衍生自落叶树(在下文中也指“硬木”)和针叶树(在下文中也指“软木”)的木浆。形成纤维的特定的树木种类并不重要。可以将硬木和软木纤维混合，或者可供选择地以层状沉积从而形成层状网毡。为公开层状的硬木和软木纤维，美国专利4,300,981和美国专利3,994,771引入本文以供参考。还可应用于本发明的是来自回收纸的纤维，其可包含任何或所有上述种类，以及其它非纤维物质，如用于促进初始造纸的填充剂和粘合剂。
除了各种木浆纤维以外，其它纤维素纤维，如棉绒、人造丝和甘蔗渣还可用于本发明。也可以使用合成纤维，例如聚合物纤维。可以使用弹性体聚合物，聚丙烯，聚乙烯，聚酯，聚烯烃以及尼龙。可以通过织粘工艺、熔喷工艺和其它本领域内已知的方法来制造这些聚合物纤维。
雏形网典型地可以由造纸纤维的水分散液制得，虽然也可以使用除水以外的液态分散液。将纤维分散在稠度为约0.1％至约0.3％的载体液体中。据信本发明还可适用于潮湿的成形操作。在该操作中，纤维分散在稠度低于约50％的载体液体中。还据信本发明可适用于气流成网结构，其包括包含浆液纤维、合成纤维以及它们的混合物的气流纤网。
常规挤压的薄页纸及制备这种纸的方法是本领域已知的，因此本文不再举例说明。这种纸张典型地通过将造纸配料沉积到输送成形金属丝(如长网造纸机金属丝)上来制备。一旦配料沉积在成形金属丝上，就可将其称为网(或雏形网)。可用真空、机械挤压、高温干燥或它们的任意组合将水从该网上除去。制备该网的详细技术和典型设备是本领域的技术人员所熟知的。在一个典型的工艺中，用加压的高位水箱提供低稠度的浆液配料。高位水箱具有一个开口，用于递送浆液配料薄薄地沉积在成形金属丝上以形成润湿(雏形)网。然后通过真空脱水和进一步的挤压操作干燥，将该网典型脱水至纤维稠度在约7％和约45％之间(基于整个网的重量)，其中该网要受反向机械构件(如圆筒形轧辊)产生的压力。可利用本领域已知的蒸汽转筒装置如Yankee干燥机将脱水后的纤维网进一步挤压和干燥。通过机械部件如反向圆柱体转筒挤压纤维网可在Yankee干燥机上产生压力。可使用多个Yankee干燥机转筒，由此可任选地在转筒间产生附加压力。形成的薄页纸结构在下文中称作常规的薄页纸结构。由于当纤维潮湿并随后在压缩状态下干燥时，纤维网要经受基本全部的机械压力，所以这种纸片被认为是压实的。所得结构强度高并通常为单一密度，但典型地具有非常低的堆积体积、吸收性和柔软性。
未压实的、非图样致密薄页纸结构描述于美国专利3,812,000和美国专利4,208,459中，其公开内容引入本文以供参考。通常，未压实的、非图样致密薄页纸结构通过下列步骤制备将造纸配料沉积于输送成形金属丝如长网造纸机金属丝上以形成润湿网，在无机械压力下使网排水并除去多余水分，直至网具有至少80％的纤维稠度，然后使网起绉。通过真空脱水和热干燥从网中除去水。所得结构为一片柔软但弱高堆积性的相对未压实的纤维纸片。可在起绉前将粘合材料有益地施用到部分网上。
图样致密薄页纸的特征在于，其具有多个相对高密度区和多个相对低密度区的组合，典型地以预定的非随机图样分布于整个纸片。通常，低密度区包括网的相对高堆积体积部分(传统上称为“枕座”)，而高密度区包括网的相对低堆积体积部分(传统上称为“关节”)。高密度区可被离散地间隔在低密度区内，或者可相互连接，可为全部连接(形成所谓的连续网络)或部分连接(形成所谓的半连续图样)。制备图样致密薄页纸幅的方法公开于美国专利3,301,746、3,974,025、4,191,609和4,637,859中，其公开内容引入本文以供参考。
用于生产图样致密薄页纸的通气干燥法的一个示例性实施方案(示意性地示于图4中)包括以下步骤。首先，提供多根包含短效湿强度组合物的纤维501，并将其沉积在本发明的造型带20上。还能够以湿纤维网(未示出)的形式提供多根纤维。来自高位水箱15的纤维质配料501可沉积在成形金属丝16上，如输送长网造纸机金属丝。纤维增柔组合物可作为部分纤维质配料加入高位水箱15中，并与之混合。可供选择地，组合物可被加至在成形金属丝16上形成的雏形网上。将雏形网脱水并传送到流体可渗透的造型带20上，该造型带以环带形式示在图4中，在辊19a、19b、19k、19c、19d、19e和19f周围移动，移动方向用方向箭头“B”示意表示。造型带20肉眼观察为单平面，这意味着当该带被设置在平表面上时，其总体上形成基本单平表面。该造型带在其上具有偏转部分，即，在流体压差和/或机械压力的影响下雏形网的纤维偏转至其上的部分。
包括纤维501的雏形网可通过真空捡拾器仿型滑脚18a从成形金属丝16传送至造型带20。可供选择地或另外地，可将直接(未示出)来自高位水箱或其它部件的多根纤维或纤维浆液沉积在造型带20上。
当在造型带20上时，部分纤维501偏转进入造型带20的偏转部分，从而使得一些偏转纤维或其一部分被设置在造型带20的偏转管25(图5至8)内。图5至8所示的造型带20具有网面21和背面22，并包括加强部件29(典型地由交织纱形成)和以非随机图样连接到其上的树脂部件26。将造纸纤维沉积在造型带20的网面21上。带20的背面22与网面21相对并在加工过程中接触造纸设备。树脂部件26的图样为基本连续(如图5所示)、基本半连续(图7)或基本离散(图8)。因此，偏转管的图样相应地为基本离散(图5)、基本半连续(图7)和基本连续(图8)。包括加强部件和树脂框架通气干燥法造型带和/或利用这些带制备的纤维网是本领域熟知的，并描述于例如下面普通转让的美国专利中，为教给本领域技术人员造型带的各种结构及使用这些带制备的纤维结构，这些专利的公开内容引入本文以供参考。专利有美国专利4,514,345、4,528,239、4,529,480、4,637,859、5,098,522、5,245,025、5,260,171、5,275,700、5,328,565、5,334,289、5,431,786、5,496,624、5,500,277、5,514,523、5,527,428、5,554,467、5,566,724、5,624,790、5,628,876、5,679,222、5,714,041、5,900,122和5,948,210。
取决于方法，可单独或联合利用机械压力以及流体压差将纤维或其一部分偏转进入造型带20的偏转管25内。例如，在图4所示的通气干燥法中，真空装置18b将流体压差施加到设置在造型带20上的雏形网上，从而将纤维或其一部分偏转进入造型带20的偏转管25内。由于另一个真空装置18c施加附加真空压力，偏转过程可被继续以进一步将纤维偏转进入造型带20的偏转管25内。将一部分偏转纤维设置在造型带的偏转管内，该管延伸在带20的网面21与背面22之间。
可通过利用公开于普通转让美国专利5,893,965中的方法来有利地实现将纤维偏转进入造型带20的偏转管内的步骤，其公开内容引入本文以供参考。如本方法所述，用柔韧材料板(未示出)覆盖设置在造型带上的网，从而将网设置在材料板与造型带中间。材料板的空气渗透性比造型带低。在一个实施方案中，该材料板是不能透过空气的。向该材料板上施加流体压差将导致至少一部分材料板向造型带偏转，并且因此使至少一部分网偏转进入该造纸带的导管内。可将与造型带20连在一起的部分形成的纤维结构从该造型带上分开，从而形成本发明的纤维结构500。
该方法还可以包括对着加压表面(如Yankee干燥转筒28的表面)压印其内具有网的造型带20的步骤，从而增加选择的部分网的密度。然后，基于密度，所得纤维结构可包括至少两种多个微区具有相对高密度的第一种多个微区110(图1至3)，和包括纤维枕座的第二种多个微区120(图1至3)，其从第一种多个微区延伸出并具有相对低密度。在一些实施方案中，所得网可具有邻近至少第一种多个微区和第二种多个微区之一的第三种多个微区(未示出)，并相对于第一种多个微区的相对高密度和第二种多个微区的相对低密度而言，具有中间密度。
可将本发明纤维增柔组合物施用到缩短的以及未缩短的薄页纸上。缩短可包括起绉和/或微收缩。本文所用缩短是指网长度的减少，当将能量以减少网长度的方式施加到网上并伴随一些纤维-纤维键的破坏而使网中的纤维重新排列时，就会发生网长度的减少。可通过几种熟知的方法中的任何一种来实现缩短。最普通并优选的方法是起绉。在起绉操作中，将网粘附到表面上然后用刮粉刀从表面上除去。网通常粘附的表面还作为干燥表面起作用，典型地为Yankee干燥机转筒的表面。通常，只将网的第一部分直接粘附到Yankee干燥机转筒的表面上，该部分与干燥带的网面表面相连。网的第一部分的图样及其相对于刮粉刀16的方向将主要决定赋予成品纸幅的起绉程度和特征。还可将网润湿微收缩，如引入本文以供参考的普通转让美国专利4,440,597中所公开。
本文所用术语“无皱薄页纸”是指完全通过非压缩方法干燥的薄页纸。为生产无皱薄页纸幅，可将雏形网从放置该网的输送成形载体传递到缓慢移动的、高纤维支持的传送纤维载体上。然后将该网传送到一种干燥织物上，在其上将网干燥到最终干燥度。
生产无皱薄页纸的技术是已知的。实施例包括批准于2000年9月13日的欧洲专利申请0 677 612 B1，批准于1997年8月13日的欧洲专利申请0 617 164 B1，和美国专利5,656,132。为示出各种代表性的无皱纸结构及制备它们的方法的一些实施例，上述文献的公开内容引入本文以供参考。
本发明适用于具有短效湿强度性质的薄页纸制品，即该湿强度的特征在于当停滞在水中时部分或全部初始强度的衰减。具体地讲，本发明薄页纸制品对于每g/m2的定量具有至少约0.5g/in(19.69g/m)的初始湿拉伸强度，即19.69m湿断裂长度。更具体地讲，初始湿拉伸强度将为至少约40m湿断裂长度，甚至更具体地讲，初始湿拉伸强度将为至少约80m湿断裂长度。本文将短效湿强度定义为处于润湿30分钟所损耗的湿拉伸强度的百分比。本发明薄页纸制品具有至少约10％的短效湿强度，更具体地讲至少约30％，还更具体地讲至少约60％。
赋予短效湿强度的一个方法是提供形成酸催化的半缩醛，其可通过在造纸纤维上或者在用于造纸纤维的粘合添加剂内引入酮或更具体地讲引入醛官能团而形成。已发现尤其适用于赋予这种形式的短效湿强度的一种粘合剂材料是Parez 750，由Cytec of Stamford，CT提供。
还可使用其它添加剂以增加这种湿强度机理。给予短效湿强度的技术是本领域熟知的。为示出给予网短效湿强度的方法，引入本文以供参考的示例性技术包括以下的美国专利5,690,790、5,656,746、5,723,022、4,981,557、5,008,344、5,085,736i、5,760,212、4,605,702、6,228,126、4,079,043、4,035,229、4,079,044和6,127,593。
尽管半缩醛形成机理是产生临时湿强度的一种合适的技术，但还有其它方法，例如提供给纸片一种粘合剂机理，其在干燥或稍微润湿条件下比在抽水马桶中或在随后的下水道系统和污水处理系统中将经历的高度稀释条件下更有活性。这种方法已主要用于在稍微潮湿或润湿条件下递送随后在高度稀释条件下处理的纸幅制品。为示出实现这种功能的示例性体系，将下列参考文献引入本文以供参考，并且本领域的技术人员将容易认识到可将这些体系施用到本发明的网上，该网通常被提供的水分含量比描述于其内的那些更低。参考文献包括美国专利4,537,807、4,419,403、4,309,469和4,362,781。
适于本发明薄页纸制品的纤维增柔组合物选自湿润剂和增塑剂。可施用到本发明薄页纸上的这类湿润剂可用多种机理保持水分。具有可接受的水分保持性质的任何材料都是合适的。这些可包括，但不限于，具有羟基的有机化合物例如甘油、季戊四醇、糖(包括某些单糖、二糖和较高的低聚物如存在于淀粉水解产物内的如高果糖玉米糖浆)、糖醇如山梨醇和甘露糖醇、及溶解性盐如氯化钙和乳酸钠。湿润剂在21℃(70°F)时的蒸气压低于0.1mm Hg。湿润剂的重均分子量小于约1000。
如果我们考虑代表具有相对分子质量(Mi)的分子的重量分数(wi)的一个简单分子量分布，有可能定义几种有用的平均值。在特定尺寸(Mi)的分子数(Ni)基础上进行平均可得到数均分子量M‾n=ΣNiMiΣNi]]>这种定义的结果之一是用克表示的数均分子量包含阿伏伽德罗(Avogadro)常数个分子。分子量的这种定义与单分散性分子种类(即，具有相同分子量的分子)的定义一致。更重要的是认识到如果能用某种方法测定给定质量的多分散聚合物内的分子数，则可容易地计算出Mn。这是依数性测量的基础。
在给定质量(Mi)的分子的重量分数(Wi)基础上平均引出重均分子量的定义。
M‾w=ΣWiMiΣWi=ΣNiMi2ΣNiMi]]>Mw是比Mn更有用的用于表示聚合物分子量的手段，因为其更精确地反映了如溶融液或溶液粘度性质及聚合物的力学性能，因此用于本发明中。
本文所用术语“增塑剂”是指能够被吸收到纤维内部并赋予其更强的柔韧性的物质。增塑剂的以下描述参考具体的标准。可将任何具有键合到氧或氮上的氢原子的低分子量(即重均分子量小于约1000)化合物分类为增塑剂，前提条件是按所述增塑剂的重量计，包括这种氢原子的总质量至少约1％，并且所述增塑剂在21℃(70°F)时的蒸气压低于约13.3Pa(0.1mm Hg)。实施例包括脲及低吸水的单糖、二糖和低聚糖(包括右旋糖和蔗糖)。还可作为增塑剂被包括的有乙氧基化和丙氧基化化合物，前提条件是增塑分子的烷氧基化部分按重量计为至少25％，并且还需满足分子量最高为1000和21℃(70°F)时的蒸气压低于约13.3Pa(0.1mmHg)。实施例为聚乙二醇和聚丙二醇。增塑剂还包括同类碳酸烷基酯，其分子量小于约1000并且21℃(70°F)时的蒸气压低于13.3Pa(0.1mmHg)，尤其包括碳酸亚乙酯和碳酸异丙烯酯。可能的增塑剂的其它实施例包括脲衍生物、某些保持较低水分的糖(如右旋糖和蔗糖)、糖醇的酸酐(如脱水山梨糖醇)、动物蛋白(如明胶)、植物蛋白(如大豆、棉籽和向日葵蛋白)、烷基乙二醇和烷氧基化乙二醇化合物(包括聚乙二醇、聚丙二醇)和共聚物(如具有以下结构的聚氧乙烯/聚氧丙烯)HO-(CH2-CH2-O)x(CHCH3-CH2O)y-(CH2CH2-O)z-OH其中x值的范围为约2至约40，y值的范围为约10至约50，z值的范围为约2至约40，并且更具体地讲x和z具有相同的值。这些共聚物以商品名Pluronic购自BASF Corp.，Parsippany，NJ。
施用到网上的纤维增柔组合物的量大于约3％，更具体地讲大于约5％，甚至更具体地讲大于约10％。纤维增柔组合物的量应小于约50％，更具体地讲小于约30％，甚至更具体地讲小于约20％。
只要与纤维增柔组合物的化学性质相容且不会显著和负面地影响本发明的柔软性或强度性质，其它任选物质也可以添加到含水的造纸配料、雏形纸幅或成品纸幅中，以赋予产品其它所需的特征或改进造纸方法。虽然特别地包括下列物质，但是对其的包括并不是包括一切的。其它物质只要不妨碍或削弱本发明的优点，就也可包括在其中。当含水的造纸配料递送到造纸过程时，通常向造纸过程中添加阳离子电荷偏置剂，以控制其zeta电势。使用这些物质是因为大多数固体在本质上具有负的表面电荷，包括纤维素纤维和细纤维丝及大部分无机填充剂的表面。传统上使用的一种阳离子电荷偏置剂是明矾。另外，可通过使用相对低分子量的阳离子合成聚合物进行电荷偏置，具体地讲为分子量不超过约500,000的那些，更具体地讲不超过约200,000，或者甚至不超过约100,000。这些低分子量的阳离子合成聚合物的电荷密度相对较高。这些电荷密度的范围为约4至约8当量氮阳离子每千克聚合物。一种示例性物质是Alcofix 159，为Ciba Geigy，Inc.(总部设在Basel，Switzerland)的产品。这种物质的使用特别包括在本发明的范围内。
本领域提出了使用高表面积、高阴离子电荷的微粒以达到改善成型、排水、强度以及保持力的目的。美国专利5,221,435的公开内容引入本文以供参考。用于这种目的常见物质包括，但不限于，二氧化硅胶体或膨润土粘土。
如果需要持久湿强度的某个测量，可将包括聚酰胺-环氧氯丙烷、聚丙烯酰胺、苯乙烯-丁二烯晶格、不溶性的聚乙烯醇、脲-甲醛、聚乙烯亚胺、脱乙酰壳多糖聚合物以及它们的混合物的化学物质加入到造纸配料中或雏形网上。此类树脂包括，但不限于，阳离子湿强度树脂，如聚酰胺-环氧氯丙烷树脂。合适类型的此类树脂描述于美国专利3,700,623和3,772,076中，两者的公开内容均特此引入以供参考。适用的聚酰胺-环氧氯丙烷树脂的一个商业来源是Hercules，Inc.，Wilmington，Delaware，该公司以商品名Kymene 557H销售此类树脂。
如果需要增强的吸收性，可使用表面活性剂以处理本发明的薄页纸幅。如果使用表面活性剂，基于薄页纸幅的干纤维重，其含量按重量计为约0.01％至约2.0％。表面活性剂可有利地具有八个或更多个碳原子的烷基链。示例性阴离子表面活性剂包括直链烷基磺酸盐和烷基苯磺酸盐。示例性非离子表面活性剂包括烷基葡萄糖苷，其包括烷基葡萄糖苷酯例如Crodesta SL-40，购自Croda，Inc.(New York，NY)；烷基葡萄糖苷醚如1977年3月8日公布的授予Langdon等人的美国专利4,011,389中所描述；和烷基聚乙氧基化酯例如Pegosperse 200 ML，购自Glyco Chemicals，Inc.(Greenwich，CT)及IGEPAL RC-520，购自Rhone Poulenc Corporation(Cranbury，NJ)。可供选择地，具有高不饱和度(单和/或多)和/或支链烷基的阳离子软化剂活性成分可明显增强吸收性。
本发明还特别包括一些变化，其中化学软化组合物可作为造纸过程的一部分被加入到部分配料制备中或随后的纸幅形成中。例如，化学软化组合物可通过润湿末端添加而包括在内。合适的化学软化组合物包括季铵化合物，其包括，但不限于熟知的二烷基二甲基铵盐(例如，二牛油基二甲基氯化铵、二牛油基二甲基甲酯硫酸铵、二(氢化牛油)二甲基氯化铵等)。这些软化组合物尤其合适的变体包括前面提到的二烷基二甲基铵盐及季铵酯的单酯或二酯变体，该季铵酯是由脂肪酸与甲基二乙醇胺和/或甲基三乙醇胺反应，随后与甲基氯化物或二甲基硫酸盐季铵化制得的。另一类造纸添加的化学软化组合物包含熟知的有机-反应性的聚二甲基硅氧烷成分，包括氨基功能化的聚二甲基硅氧烷。这些可以被润湿末端添加或表面施加。在表面施加化学软化剂领域引入本文以供参考的其它适用技术包括美国专利6,179,961、5,814,188、6,162,329，以及以Vinson等人的名义申请的申请WO0022231A1。填充剂物质也可混入到本发明的薄页纸中。引入本文以供参考的美国专利5,611,890公开了可接受作为本发明底物的填充薄页纸制品。上述任选化学添加剂在本质上规定为仅为示例性的，并不意味是对本发明范围的限制。
如本发明所述，可将纤维增柔组合物施用到处于干燥条件下的纸幅上。术语“干燥状况”是指状态，而“干燥纸幅”是指纸幅本身，两者在本文都定义为具有小于约20％，更具体地讲小于约10％，甚至更具体地讲小于约3％的低水分含量。因此本文所用“干燥薄页纸幅”包括两种纸幅，即被干燥到水分含量小于其平衡水分含量的纸幅(所谓的“过干纸幅”)和具有低水分保持含量(具体地讲高到几乎约20％的水分)的纸幅。
在一个实施方案中，本发明的纤维增柔组合物可在薄页纸幅被干燥和起绉后施用，并且更具体地讲，是指当纸幅仍在升高了的温度下时(图4，参考数字为50)。可在纸幅被卷绕至母辊之前将软化组合物施用到干燥和起绉的纸幅上。因此，在纸幅起绉后且纸幅穿过控制厚度的压光辊(未示出)后，将软化组合物施用到热的、过干的纸幅。尽管可将该组合物施用到薄页纸的一面或两面，但有利地是只将组合物施用到纸幅的不与压光辊和卷纸机之间的任何辊接触的那一面。
可将纤维增柔组合物有利地以均匀的方式施用到纸幅上，使得基本上整个纸幅表面得益于该组合物的效果。施用到热纸幅后，本组合物最少部分的挥发性组分蒸发掉。由于该组合物包括最大含量的非挥发性物质，因此存在于该组合物中的任何水分变成用该组合物处理过的薄页纸的新平衡水分含量的一部分。
宏观上均匀施用软化组合物至纸幅的一种方法是喷雾法。已发现喷雾法是经济的，并且可精确地控制组合物的数量和分布。在纸幅被卷绕至母辊之前，将分散的组合物施用到干燥的、起绉的薄页纸幅上。本领域的技术人员将认识到应对喷雾进行控制以实现最大可能的分配，即小的小滴尺寸，其要受传递效率的限制。一种可接受的喷雾体系是使用ITW DynatecUFD喷嘴，由Illinois Tool Works，Glenview，IL提供。一种合适的喷嘴模型有五个流体孔口，每个尺寸为0.46mm×0.51mm。将5个流体孔口的中心定向直接垂直于薄页纸幅的通道，同时外面的孔口相对于垂直面成15度角，并且两个中间的喷嘴相对于垂直面成7.5度角。每个流体孔口具有位于其任一侧的相连的空气孔口，对总共10个空气孔口，每个大小为0.51mm×0.51mm。流体孔口延伸出喷嘴的下表面0.5cm。喷嘴被间隔开分别约5cm，并且当处理薄页纸幅时喷嘴位于其上约5cm。使用足以产生均匀雾状喷射的空气压力。
下面的实施例举例说明了如本发明所述的薄页纸的制备。该实施例示范了包括如本发明所述的纤维增柔组合物的分层薄页纸幅的制备。组合物施用到纸幅的一面并将纸幅组合成两层卫生纸制品。使用中试规模的长网造纸机制备薄页纸。
使用常规的二次制浆机制成约3％稠度的NSK含水浆液并通过朝向长网造纸机高位水箱的母管。
为了赋予成品临时的湿强度，制备了Parez 750的1％分散体，并以基于NSK纤维干重，足以递送0.3％ Parez 750的速度加至NSK母管。通过将处理过的浆液经过在线搅拌器，短暂湿强度树脂的吸收性得以增强。
使用常规的二次制浆机制成按重量计约3％的桉树纤维含水浆液。运送桉树纤维的母管用阳离子淀粉RediBOND 5320处理，基于淀粉干重及所得起绉薄页纸制品的成品的干重，所述阳离子淀粉以在水中2％的分散体和0.15％的速度递送。通过将所得混合物经过在线搅拌器，阳离子淀粉的吸收性得以改进。为了赋予成品临时的湿强度及减少薄页纸表面的污染度或起棉绒性，制备了Parez 750的1％分散体，并以基于桉树纤维干重，足以递送0.375％ Parez 750的速度加至桉树母管。通过将处理过的浆液经过在线搅拌器，短暂湿强度树脂的吸收性得以增强。
然后在风扇式泵入口，将NSK纤维用白水稀释至基于NSK纤维浆液总重约0.15％的稠度。同样，在风扇式泵入口将桉树纤维用白水稀释至基于桉树纤维浆液总重约0.15％的稠度。桉树浆液与NSK浆液都被引入分层的高位水箱，其能够在浆液沉积于长网造纸机的成形织物前保持浆液为分开的流股。
造纸机具有分层的高位水箱，其具有顶室、中心室和底室。泵送桉树纤维浆液通过高位水箱的顶室和底室，同时泵送NSK纤维浆液通过高位水箱的中心室，并以重叠关系递送至长网造纸机金属丝上以在其上形成三层的雏形网，其中约70％由桉树纤维组成和约30％由NSK纤维组成。在偏转器和真空箱的帮助下，通过长网造纸机金属丝进行脱水。长网造纸机金属丝为5梭口、缎纹编织构型，其每厘米分别具有34个纵向单丝和30个横向单丝(每英寸分别具有87个纵向单丝和76个横向单丝)。
将雏形润湿网从长网造纸机金属丝传送到图样干燥织物上，传送时纤维稠度为约15％。设计干燥织物产生图样致密薄页纸，其不连续的低密度偏离区域排列于高密度(关节)区域的连续网络内。干燥织物是通过将不能透过的树脂表面浇铸在支持织物的纤维网上形成的。支持织物为每厘米双层网18×20根长丝(每英寸双层网45×52根长丝)。树脂铸件的厚度是支持织物之上约10mm。关节区域为约40％，敞开单元保持频率为约14/cm2(90每平方英寸)。
把雏形润湿网从长网造纸机金属丝传送到图样干燥织物上，传送时纤维稠度为约15％。设计干燥织物产生图样致密薄页纸，其不连续的低密度偏离区域排列于高密度(关节)区域的连续网络内。干燥织物是通过将不能透过的树脂表面浇铸在支持织物的纤维网上形成的。支持织物为每厘米双层网18×20根长丝(每英寸双层网45×52根长丝)。树脂铸件的厚度是支持织物之上约10mm。关节区域为约40％，敞开单元保持频率为约12/cm2(78每平方英寸)。
进一步地脱水是通过真空帮助排水直至网具有的纤维稠度为约30％来实现的。
当保持与图样形成织物接触时，通过鼓风经过预干室对图样纸幅预干燥至按重量计纤维稠度为约65％。然后将半干纸幅传送至Yankee干燥机并用包含0.125％聚乙烯醇水溶液的喷射起绉粘合剂将其粘附在Yankee干燥机的表面。起绉粘合剂以基于纸幅干重0.1％粘合剂固体速度递送至Yankee表面。在用刮粉刀使纸幅从Yankee干燥起绉之前，纤维稠度增加至约98％。
刮粉刀的斜角为约25度并且与Yankee干燥机相关放置以提供碰撞角度为约81度。Yankee干燥机的运转在温度为约177℃(350°F)且速度为约244米每分钟(约800fpm(英尺每分钟))条件下进行。利用表面速度为约199.9m/分钟(656英尺每分钟)的表面传动卷纸机转筒将纸张卷绕至辊内。
在刮粉刀与卷纸机(其位置使纸幅基本水平)的自由跨距内，包括间隔开的ITW Dynatec UFD喷嘴(由Illinois Tool Works，Glenview，IL制造)的施用装置被安置在纸幅之上约5cm处终止的点上。每个喷嘴有五个流体孔口，尺寸为0.46mm×0.51mm。将五个流体孔口的中心定向直接垂直于薄页纸幅的通道，同时外面的孔口相对于垂直面成15度角，并且两个中间的喷嘴相对于垂直面成7.5度角。每个流体孔口具有位于其任一侧的相连的空气孔口，对总共十个空气孔口，其每个尺寸为0.51mm×0.51mm。流体孔口延伸出喷嘴的下表面0.5cm。喷嘴被间隔开分别约5cm，并且当处理薄页纸幅时喷嘴位于其上约5cm。将流体引入纸幅以递送按重量计约15％的纤维增柔组合物。约103kPa(15psi)的空气压力足以产生均匀雾状的喷射。
纤维增柔组合物包含列于下表的物质

随后将纸张转化为定量约34g/m2的单层卫生纸。其具有约15.8g/cm的湿拉伸强度和约50％的短效湿强度。其具有约15％的纤维增柔组合物，是一种软的、低棉绒的卫生纸制品。
测试方法湿拉伸强度和短效湿强度本文定义的湿强度是用描述于ASTM D829-97中用于纸和纸制品的湿拉伸断裂强度的方法测定，具体讲是用方法11.2“Test Method B-Finch Procedure”。短效湿强度定义为当按前面提到的方法饱和后立即测量时与记录拉伸量度前在浸泡条件下在Finch Cup中停滞30分钟时测量的相比，湿拉伸强度的损耗。更具体地讲，短效湿强度定义为饱和后立即测量时湿拉伸强度损耗的百分比。
权利要求
1.一种包含纤维素纤维的薄页纸制品，所述薄页纸制品具有至少10％，并优选至少20％的短效湿强度，并包含至少3％的纤维增柔组合物。
2.如权利要求1所述的薄页纸制品，其中所述短效湿强度由半缩醛功能性交联产生。
3.如前述任一项权利要求所述的薄页纸制品，其中所述纤维增柔组合物包含润湿剂，优选选自氯化钙；乳酸及其盐，高果糖玉米糖浆，甘油，甘油三乙酸酯，山梨醇，麦芽糖醇，甘露糖醇，丙二醇以及它们的任意组合。
4.如前述任一项权利要求所述的薄页纸制品，其中所述纤维增柔组合物包含增塑剂，优选选自脲、烷氧基化二元醇、右旋糖、蔗糖、碳酸亚乙酯、碳酸异丙烯酯以及它们的任意组合。
5.如前述任一项权利要求所述的薄页纸制品，其中所述薄页纸制品包括差分密度纸，所述差分密度纸包括多个高密度微区和多个低密度微区，其中所述多个高密度微区的图样选自基本连续网络图样、基本半连续图样和多个离散区域。
6.一种制备如权利要求1所述的薄页纸制品的方法，所述方法包括以下步骤a.提供多根包含短效湿强度剂的纤维素纤维；b.形成所述纤维素纤维的网；c.干燥所述网至水分含量少于约5％；和d.将纤维增柔组合物沉积到所述网的表面上。
7.如权利要求6所述的方法，其中形成所述纤维素纤维的网的步骤包括以下步骤(a)提供成形带；(b)将所述多根包含短效湿强度剂的纤维素纤维沉积到所述成形带上，并在所述成形带上形成所述纤维素纤维的雏形网；(c)提供肉眼观察为单平面的造型带，所述造型带具有网面、与网面相对的背面以及多个在所述网面和所述背面之间延伸的偏转管，并被设计成在那里容纳部分所述纤维素纤维；(d)将所述雏形网从所述成形带传送至所述造型带的网面；(e)将所述部分雏形网偏转进入所述造型带的偏转管内；(f)对着所述造型带的网面压印所述雏形网；和(g)干燥所述雏形网。
8.如权利要求7所述的方法，其中将所述纤维偏转进入所述造型带的偏转管内的步骤包括将流体压差施加到设置在所述造型带上的多根纤维上。
9.如权利要求7所述的方法，其中压印所述雏形网并干燥所述雏形网的步骤包括在所述造型带和干燥转筒表面之间挤压所述雏形网。
10.如权利要求6所述的方法，其中将纤维增柔组合物沉积到所述网表面上的步骤包括喷射所述纤维增柔组合物、印刷所述纤维增柔组合物、挤出所述纤维增柔组合物，或它们的任意组合。
全文摘要
一种包含纤维素纤维并具有至少10％的短效湿强度和至少约3％的纤维增柔组合物的薄页纸制品。可通过加入粘合剂来产生短效湿强度，该粘合剂可促进酸催化半缩醛功能性纤维间交联的形成。纤维增柔组合物可包含湿润剂或增塑剂。湿润剂可选自氯化钙、乳酸及其盐、高果糖玉米糖浆、甘油、甘油三乙酸酯、山梨醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、丙二醇以及它们的任意组合。增塑剂可选自脲、烷氧基化二元醇、右旋糖、蔗糖、碳酸亚乙酯、碳酸异丙烯酯以及它们的任意组合。
文档编号D21H19/44GK1714203SQ200380103707
公开日2005年12月28日 申请日期2003年11月20日 优先权日2002年11月22日
发明者肯尼思·道格拉斯·文森, 保罗·约瑟夫·科法罗 申请人:宝洁公司