专利名称：具有独特物理性质的纸制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及纸制品。更具体地，本发明涉及具有限定的物理参数的多重层片纸制品。
背景技术：
一次性产品如面巾纸、薄页卫生纸、纸巾等通常由一个或多个纸幅制成。如果这些产品要执行它们的预期任务，则构成这些产品的纸幅必须表现出某些物理特性。在这些特性中更为重要的是强度、柔软性和吸收性。强度为纸幅在使用期间保持其物理完整性的能力。柔软性为当使用者在其手中揉绉纸材以及当其身体结构的各种部分与纸幅接触时，使用者所感知到的悦人的触感。柔软性一般随着纸幅硬度的减小而提高。吸收性为纸幅的特性，所述特性允许其吸收并保留流体。通常，纸幅的柔软性和/或吸收性在损害纸幅强度的情况下而增加。因此，已试图开发出一些造纸方法以提供具有期望的强度特性的柔软且具有吸收性的纸幅。用于制造纸制品的工艺一般涉及制备纤维素纤维的含水浆液以及后续地从浆液中排水，同时重新布置纤维以形成胚网。可采用各种类型的机器以有助于该脱水工艺。一种典型的制造工艺采用了前述长网造纸机金属丝造纸机，其中纸材浆液被输送到行进的环状金属丝的表面上(在此处发生初始脱水)。在常规的湿压工艺中，纤维被直接转移到毛细管脱水带(在此处发生附加脱水)。在有结构的幅材工艺中，纤维网随后被转移到造纸带(在此处进行纤维的重新布置)。有结构的工艺中的一种优选的造纸带具有由硬化的感光树脂骨架围绕的多孔织造构件。该树脂骨架可设有多个离散的、分离的被称为偏转管的通道。这种造纸带可被称为偏转构件，因为被偏转到这些管中的造纸纤维在施加差别化流体压力时被重新布置。造纸工艺中带的利用提供了以下可能性产生具有某些期望的强度特性、吸收特性和柔软特性的纸材。一种示例性造纸带公开于美国专利4，529，480中。偏转管可通过以下方式提供用于产生Z方向的纤维方向的装置当从纤维素纤维的含水浆液中除去水时，使得纤维能够沿偏转管的周边偏转。总纤维偏转取决于偏转管相对于纤维长度的尺寸和形状。大管允许更小的纤维累积在管的底部，这继而限制了沉积在其中的后续纤维的偏转。相反，小管允许大纤维桥接横跨管开口，其中极少纤维发生偏转。由形成尖锐拐角或小半径的周边限定的偏转管增加了纤维桥接的可能性，所述桥接最小化纤维偏转。示例性管形状及它们对纤维桥接的影响描述于美国专利5，679，222中。在形成纤维素纤维网时，纤维主要取向在幅材的X-Y平面中，从而提供可忽略的Z方向结构刚度。在湿压工艺中，由于取向在X-Y平面中的纤维被机械压力压实，因此纤维被按压在一起，从而增加了纸幅密度，同时减小了厚度。相比之下，在有结构的工艺中，纤维在幅材Z方向上的取向增强了幅材的Z方向结构刚度及其对应的对机械压力的抵抗。因此，最大化Z方向上的纤维取向最大化了厚度。根据有结构的幅材工艺生产的纸材的特征可在于具有横跨其表面而分布的两个物理上不同的区域。一个区域为连续网络区域，其具有较高密度和高内在强度。另一个区域为包含多个穹顶的区域，所述穹顶被网络区域完全环绕。与网络区域相比，这后一种区域中的穹顶具有较低密度和较低内在强度。在造纸工艺期间，穹顶被生产为造纸带的纤维纬线偏转管。偏转管防止沉积在其中的纤维被压实，因为纸幅在干燥工艺期间被压缩。因此，与幅材的压实区域相比，穹顶为更厚的，具有更低密度和内在强度。因此，纸幅的厚度受穹顶内在强度的限制。一种示例性成型纸材描述于美国专利4，637，859中。在初始形成幅材之后(其随后变成纤维素纤维结构)，造纸机将幅材传送至该机器的干燥端。在常规机器的干燥端中，在最终干燥之前，压毡将幅材压实成具有均匀密度和基重的纤维素纤维结构的单一区域。最终干燥可通过加热筒诸如Yankee干燥筒或通过常规脱水压机来实现。通风干燥可在消费品中产生显著的改善。在通风干燥工艺中，成型网被转移到可透气的通风干燥带。该“湿法转移”通常发生在捡拾器处，在该点幅材可首先被模塑成通风干燥带的外形。换句话讲，在干燥工艺期间，胚网呈现由纤维素纤维的布置方式和偏转所导致的具体图案或形状。通风干燥工艺可生产具有不同密度区域的有结构的纸材。该类型的纸材已用于商业上成功的产品中，诸如Bountyu纸巾和Gharmm I!生纸。传统上常规的毡干燥不生产具有这些优点的有结构的纸材。然而，期望使用常规的干燥以等同于或大于通风干燥工艺的速度来·生产有结构的纸材。一旦完成了造纸工艺的干燥相，就完成了纤维的布置和偏转。然而，取决于成品的类型，纸材可经历附加工艺，诸如压延、软化剂施用和转换加工。这些工艺趋于压实纸材的穹顶区域并减小总体厚度。因此，生产具有两个物理上不同区域的高厚度成品纸制品要求在抵抗机械压力的穹顶中形成纤维素纤维结构。有利的是提供湿压纸幅，其具有增加的强度和芯吸能力。还有利的是提供一种非压花的图案化纸幅，其具有较高密度的连续网络、分散贯穿于连续网络中的多个较低密度穹顶、以及至少部分每个环绕低密度穹顶的减缩厚度的过渡区域。发明概述本公开的一个实施方案提供了一种纸制品，其包括形成在其中的图案。该图案包括多个镶嵌单元格。所述多个单元格中的每个格均包括中心和多个枕区域，其中有至少两个连续平台区域在至少两个方向上从所述中心延伸，所述枕区域被这些连续平台区域中的至少一个围绕。每个枕区域均包括未致密化的纤维结构，并且平台区域中的每一个均包括致密化的纤维结构。这些连续平台区域中的至少一个至少分叉以形成在分叉前具有第一宽度的连续平台区域部分，和在分叉后具有第二宽度的至少两个连续平台区域部分。具有第二宽度的所述至少两个连续平台区域部分中的每一个均与具有第一宽度的连续平台区域部分流体连通。第一宽度大于第二宽度。具有第一宽度的连续平台区域部分中的每一个在该格内具有第一数密度，并且具有第二宽度的所述至少两个连续平台区域部分中的每一个在该格内具有第二数密度。第一数密度小于第二数密度。本公开的另一个实施方案提供了一种纸制品，其包括形成在其中的图案。该图案包括多个镶嵌单元格。所述多个单元格中的每个格均包括中心和多个平台区域，其中有至少两个连续枕区域在至少两个方向上从所述中心延伸，所述多个平台区域被这些连续枕区域中的至少一个围绕。每个枕区域均包括未致密化的纤维结构，并且平台区域中的每一个均包括致密化的纤维结构。这些连续枕区域中的至少一个至少分叉以形成在分叉前具有第一宽度的连续枕区域部分，和在分叉后具有第二宽度的至少两个连续枕区域部分。具有第二宽度的所述至少两个连续枕区域部分中的每一个均与具有第一宽度的连续枕区域部分流体连通。第一宽度大于第二宽度。具有第一宽度的连续枕区域部分中的每一个在该格内具有第一数密度，并且具有第二宽度的所述至少两个连续枕区域部分中的每一个在该格内具有第二数密度。第一数密度小于第二数密度。附图简述
图1为由具有第一幅材接触面的多个单元格形成的示例性多孔压印构件的平面图的示意图，所述接触面包括宏观单平面的图案化连续网络幅材压印表面，所述压印表面在多孔压印构件内限定多个离散的、分离的、非连接的偏转管；图2为由具有第一幅材接触面的多个单元格形成的可供选择的多孔压印构件的平面图的示意图，所述接触面包括偏转管的宏观单平面的图案化连续网络，所述偏转管在多孔构件内限定多个离散的、分离的幅材压印表面；图3为示例性单元格的示意图，其中平台区域表现出以远远更小标度重复的几何图案；图4为使用图1和3的多孔压印构件形成的模塑纸幅的照片，示出了平台区域和枕区域；图5为使用图1的多孔压印构件制造的示例性纸幅的照片，示出了通过起绉而缩短的较低密度穹顶，这些穹顶分散贯穿于较高密度的连续网络区域中；图6为图4的纸幅的相对侧的照片，示出了分散贯穿于较高密度的连续网络区域中的较低密度穹顶；并且图7-11示出了适于用作连续网络幅材压印表面的示例性图案的示例性示意图。图7-8示出了分散贯穿于较高密度的连续网络区域中的较低密度穹顶的示例性图案，所述网络区域具有分形几何图案。图9示出了分散贯穿于较高密度的连续网络区域中的较低密度穹顶的示例性图案，所述网络区域具有构形几何图案。图10示出了分散贯穿于较低密度的连续网络区域中的较高密度区域的示例性图案，所述网络区域具有分形几何图案。图11示出了分散贯穿于较低密度的连续网络区域中的较高密度区域的示例性图案，所述网络区域具有构形几何图案。发明详述如本文所用，术语“纸幅”、“幅材”、“纸片”、“纤维结构”和“纸制品”均可互换使用，其是指适于消费者使用的纸制品片如纸巾、卫生纸和面巾纸。在一个实例中，本发明的纸制品为一次性的。例如，本发明的纤维结构为非纺织品纤维结构。作为本发明主题的幅材产品可用作擦拭工具，以用于泌尿后和肠运动后的清洁(卫生纸)、耳鼻喉排出物(面巾纸)、以及多功能吸收和清洁用途(吸收巾)。本发明的产品能够为可冲洗的，即，诸如卫生纸。在一个优选的实施方案中，纸制品可围绕芯或以无芯方式回旋卷绕以形成卷起的纸制品。这些卷起的产品可包括多个连接的且穿孔的片，这些片可从邻近的片可分离地分配。用于制备纤维结构的工艺的非限制性实例包括已知的湿纺造纸工艺、气纺造纸工艺、以及通常被称为非织造工艺的湿溶液和干长丝纺丝工艺。可对纤维结构进行进一步加工，以使得形成成品纤维结构。例如，在典型的造纸工艺中，成品纤维结构在造纸结束时被卷绕在卷轴上。该完成的纤维结构随后可被转换加工为成品，例如卫生纸制品。仅以非限制性实例的方式，符合本发明的纤维结构可通过包括以下步骤的工艺来制备形成含水造纸配料；将该配料沉积在具有多孔表面的多孔压印构件上；以及从该配料中除去水(例如，通过重力或真空辅助排水系统)，从而形成胚网，将胚网从成型表面转移到转移表面，所述转移表面以低于成型表面的速度行进。然后将该幅材转移到织物上，其在所述织物上被通风干燥至最终干燥，之后被卷绕在卷轴上。如图1所示，示例性多孔压印构件219具有第一幅材接触面220和第二毡接触面240。幅材接触面220具有幅材压印表面222和偏转管部分230。偏转管部分230形成连续通路的至少一部分，所述连续通路从第一面220延伸至第二面240以便承载水使其穿过多孔压印构件219。因此，当沿多孔压印构件219的方向从造纸纤维的幅材中除去水时，所述水可被废弃处理而不必再次接触造纸纤维的幅材。多孔压印构件219可为环形带。多孔压印构件219的第一幅材接触面220可喷涂有乳液，该乳液包括约90重量％的水、约8重量％的石油、约I重量％的鲸蜡醇和约I重量％的表面活性剂诸如Adogen TA-1OO0这种乳液可有利于将幅材从压印构件219转移到干燥筒。当然，应当理解，如果是用于以分批工艺来制备手抄纸，则多孔压印构件219无需包括环形带。在一个实施方案中，多孔压印构件219可包括由织造长丝形成的织物带。多孔压印构件219可包括织造织物。如本领域的技术人员将会认识到的那样，织造织物通常包括经纱长丝和纬纱长丝，其中经纱长丝平行于纵向，并且纬纱长丝平行于横向。交错织造的经纱长丝和纬纱长丝形成不连续的扭节，其中这些长丝连贯地彼此横跨。在造纸工艺期间，这些不连续的扭节提供离散的模塑网120B中的压印区域。如本文所用，术语“长扭节”用来限定以下不连续的扭节，它们被成型为分别横跨两个或更多个经纱长丝或纬纱长丝的经纱长丝和纱长丝。用作多孔压印构件219的合适的织造长丝织物带公开于美国专利3，301，746 ；3，905，863 ;4，191，609 ;和 4，239，065 中。织造织物的扭节压印区域可通过在经纱和纬纱横跨点砂光这些长丝的表面而增大。示例性砂光的织造织物公开于美国专利3，573，164和3，905, 863中。织造织物的绝对空隙体积可通过测量已知面积的织造织物样本的厚度和重量来确定。厚度可通过以下方式来测量将织造织物样本放置在水平平面上，并且将其限制在所述平面和具有水平装载面的加载底脚之间，其中加载底脚装载面具有约3. 14平方英寸的圆形表面积，并且向样本施加约15g/Cm2(0.21psi)的围压。所述厚度为平面和加载底脚装载面之间的所得间隙。此类测量值可在VIR电子测厚仪(型号II，购自Thwing-Albert，Philadelphia, Pa)上获得。可确定长丝的密度，这时假定空隙空间的密度为Ogm/cc。例如，聚酯(PET)长丝具有1. 38g/cm3的密度。称量已知面积的样本的重量，从而得到试验样本的质量。在另一个示例性但非限制性实施方案中，多孔压印构件219的第一幅材接触面220包括宏观单平面的图案化连续网络幅材压印表面222。多孔压印构件219的平面限定其MD/⑶(X-Y)方向。垂直于压印织物的MD/⑶方向和平面的为压印织物的Z方向。连续网络幅材压印表面222在多孔压印构件219内限定多个离散的、分离的非连接的偏转管230。偏转管230具有开口 239，所述开口优选具有均匀形状并且以重复的预选图案分布在第一幅材接触面220上。此类连续网络幅材压印表面222和离散的偏转管230用于形成纸材结构，该纸材结构具有连续的较高密度网络区域1083和分散贯穿于连续的较高密度网络区域1083中的多个较低密度穹顶1084，如图3-5所示。适用于本发明的具有连续网络幅材压印表面222和离散的、分离的偏转管230的示例性多孔压印构件219可根据以下专利的教导来制造美国专利4，514，345 ;4，528，239 ；4，529，480 ;5，098，522 ;5，260，171 ;5，275，700 ;5，328，565 ;5，334，289 ;5，431，786 ；5，496，624 ;5，500，277 ;5，514，523 ;5，554，467 ;5，566，724 ;5，624，790 ;5，714，041 ；和5，628，876。作为另外一种选择，如图2所示，多孔压印构件219a的第一幅材接触面220a包括宏观单平面的图案化连续偏转管230a。多孔压印构件219a的平面限定其MD/CD (X-Y)方向。垂直于压印织物的MD/⑶方向和平面的为压印织物的Z方向。连续偏转管230a在多孔压印构件219a内限定多个离散的、分离的非连接的幅材压印表面222a。偏转管230a具有连续开口 239a，所述连续开口限定幅材压印表面222a的形状。幅材压印表面222a优选以重复的预选图案分布在第一幅材接触面220a上。再次参见图1和图3，连续网络幅材压印表面222(以及作为另外一种选择，图2的连续偏转管230a以及它们的物理和数值上对应的组件)设有几何形状，所述几何形状可分离成以下部分，所述部分中的每一个为(至少大约)整体的减小尺寸的复制品。这被本领域的技术人员称为自相似性特性。这些形状1.具有任意小标度的精细结构；2. —般太不规则而不容易用传统的欧几里德几何语言来描述；3.是自相似的(至少大约或随机地如此)；4.具有大于其拓朴维数的豪斯多夫维数(虽然空间充填曲线诸如Hilbert曲线不满足该要求)；和5.具有简单和递归定义。这些几何形状优选具有精确的自相似性(以不同的标度显现为相同的)或准自相似性(以不同的标度显现为大约相同的)。适用于本发明的并且形成连续网络幅材压印表面222的几何形状的实例包括分形和构形。由于它们在所有放大水平上均显现为类似的，因此分形常常被认为是无限复合形(简明地讲)。适用于本发明的并且能够提供所期望的连续网络幅材压印表面222的分形的图像可使用分形生成软件来产生。由此类软件产生的图像通常被称为分形，即使它们不具有以上特性，诸如当其有可能缩放至不表现出任何分形特性的分形区域时。此外，这些还可包括计算或显示伪影，所述伪影不是真实分形的特性。用于生成分形的示例性但非限制性技术为1.逃逸时间分形(也被称为“轨道”分形，并且由空间中的每个点的式或递归关系限定，例如芒德布罗集、苑利亚集、Burning Ship分形、Nova分形和Lyapunov分形)；
2.叠函数系统(具有固定的几何置换规则，例如Cantor集，Sierpinski地毪，Sierpinski垫，Peano 曲线，Kochsnowflake, Harter-Highway 龙曲线，T-Square, Menger 海绵)；3.无规分形(通过随机过程而不是确定过程生成的，例如，布朗运动轨迹，L6vy飞行，分形景观和布朗树)；和4.奇异吸引子(通过图谱的迭代或表现出混沌的初始值微分方程的解生成的)。一种示例性但非限制性分形，即Mandelbrot集，是基于复数的乘法的。从复数Ztl开始。从zQ定义Z1 = (z0)2+z0o假定这是已知的，zx+1被定义为(zx)2+zx。Mandelbrot集中的这些点为如下的所有那些点，它们保持较靠近点0+0i(在如下意义上当我们重复该过程时，它们总是处在某个固定距离(0+0i)内。因此，如果zx对于某个n曾处在围绕原点的半径为2的圆之外，则其将不处在芒德布罗集中。与现象的分形模型形成对比，构形定律是可预测的并因此可以实验方式来测试。构形理论提出以下观点设计(构型、图案、几何形状)的生成本质上是一种联合所有生命系统和非生命系统的物理现象。例如,在点面积和点体积流中，构形理论预测出树构造,此类流显示出至少两种方案高度抗性的方案和不太抗性的方案。构形理论可以任何标度被应用从宏观系统至微观系统。分配任何系统的不完善性的构形方式为以该系统的最小标度来采用更具抗性的方案。构形定律为生成完善形式的理论，所述完善形式为可能的不完善程度最小的形式。为了数学化构形定律，对于某个热力学系统定义了新的性质，所述性质使该热力学系统区域别于不具有构型的静态(平衡，无物流动)系统。流动系统的性质为(1)整体外部尺寸，例如，沐浴在树形流中的主体的长度标度L ；(2)整体内部尺寸，例如，导管的总体积V ;(3)至少一个整体性能量度，例如，该树的整体流动阻力R ；(4)构型、绘图、构造；和(5)变形自由度，即，改变构型的自由度。整体外部尺寸和内部尺寸(L，V)是指流动系统具有至少两个长度标度L和V1/3。这些形成了一种无量纲比率，纤细度Sv，其为流动构型的一种新的整体性质(Lorente和Bejan,2005)。
权利要求
1.一种纸制品，其特征在于形成在其中的图案，所述图案的特征在于 多个镶嵌单元格； 其特征还在于所述多个单元格中的每个格的特征在于中心；在至少两个方向上从所述中心延伸的至少两个连续枕区域，每个枕区域的特征在于未致密化的纤维结构；以及多个平台区域，所述平台区域中的每一个均被所述连续枕区域中的至少一个围绕，每个平台区域均包括致密化的纤维结构； 其特征还在于所述连续枕区域中的至少一个至少分叉以形成在所述分叉前具有第一宽度的连续枕区域部分和在所述分叉后具有第二宽度的至少两个连续枕区域部分，具有所述第二宽度的所述至少两个连续枕区域部分中的每一个均与具有所述第一宽度的所述连续枕区域部分流体连通；其特征还在于所述第一宽度大于所述第二宽度； 其特征还在于具有所述第一宽度的所述连续枕区域部分中的每一个在所述格内具有第一数密度； 其特征还在于具有所述第二宽度的所述至少两个连续枕区域部分中的每一个在所述格内具有第二数密度；并且 其特征还在于所述第一数密度小于所述第二数密度。
2.如权利要求1所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有小于约0.12g的残余水值Rw。
3.如权利要求2所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约1.SlgzVyI^SST值比率。
4.如权利要求3所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约8.08g/g的VFS值。
5.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有小于约0.1Og的残余水值Rw。
6.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于本文所述纸制品具有小于约0. 08g的残余水值Rw。
7.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有小于约0.04g的残余水值Rw。
8.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约1.31g/s1/2 的 SST 值比率。
9.如权利要求8所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约8.08g/g的VFS值。
10.如前述权利要求中任一项所述的纸制品，其特征还在于所述纸制品具有大于约8.08g/g 的 VFS 值。
全文摘要
本发明公开了一种纸制品，所述制品具有形成图案的多个镶嵌单元格。每个单元格均具有中心和在至少两个方向上从中心延伸的至少两个连续平台区域以及多个枕区域，所述多个枕区域每一个均被连续平台区域中的至少一个围绕。连续平台区域中的每一个至少分叉以形成在分叉前具有第一宽度的连续平台区域部分和在分叉后具有第二宽度的至少两个连续平台区域部分。第一宽度大于第二宽度。具有第一宽度的连续平台区域部分中的每一个具有第一数密度，并且具有第二宽度的所述至少两个连续平台区域部分中的每一个具有第二数密度。第一数密度小于第二数密度。
文档编号D21H27/00GK103069076SQ201180039164
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年8月19日
发明者奥斯曼·波拉特, 保尔·丹尼斯·特罗克汉 申请人:宝洁公司