生产低密度弹性纸的方法

专利名称：生产低密度弹性纸的方法
技术领域：
本发明背景本发明总体上涉及生产纸制品的方法。更具体地讲，本发明涉及在改进的传统湿压机上生产无皱纸的方法。
在造纸技术领域中，通常使用被称为Yankee干燥器的大型蒸汽填充的滚筒来干燥被压在所述干燥器滚筒表面上的、仍然是湿的纸。在传统造纸业中，将湿态纸牢固地压在Yankee干燥器的表面上。将湿的纸压在所述滚筒上，形成了紧密的接触，以便迅速将热量传入该纸。随着所述纸的干燥，在所述Yankee干燥器表面和纸之间所形成的粘接，通常会由于在所述湿态纸和干燥器表面之间接触之前喷洒的粘接剂而得到加强。当用起皱刮刀将平的、干燥纸从所述干燥器表面上刮去时，所述粘接会断开，这样可以在所述纸上形成细小的、柔软的花纹，提高其胀量，并断开很多纤维粘接，以便改善其柔软度，并降低其硬度。
传统的起皱工艺具有若干缺陷。因为所述纸片是平压在Yankee上，随着该纸的干燥，会以扁平、密集的状态在纤维之间形成氢键。尽管起皱工艺可以在所述纸上产生很多扭结和变形，并增加其胀量，但当所述起皱的纸湿润以后，所述扭结和变形会由于纤维的膨胀而松开。其结果是，所述纸倾向于恢复在所述氢键形成时所处的扁平状态。因此，起皱的纸在湿润以后倾向于厚度变薄，并且沿机器方向侧向膨胀，如果所述侧向膨胀的织物的某些部分受到限制的，仍然是干燥的，或者通过表面张力保持在另一个表面上话，通常会在该工艺中起皱。
另外，起皱限制了可以赋予所述纸的花纹和胀量。用Yankee的传统操作生产诸如透干纸的高度起纹的织物可以进行的改进较少，所述纸是在有花纹的透干织物上生产的。所述Yankee上的纸的扁平的、密集的结构大大限制了该制品在离开所述Yankee之后可以获得的结构。
传统起皱工艺的另一个缺陷是，用于在造纸机上实施起皱的刮刀会由于接触所述旋转滚筒的表面而磨损。随着磨损的发展，所述到刀的效果受到破坏，这会导致纸性能的波动性越来越大。通常在一种特别重要的产品性能，如拉伸量、胀量、机器方向的抗拉强度业已偏离预定的目标值之后更换起皱刮刀。更换起皱刮刀需要相当长的停机时间，并会减缓生产。
通过生产无皱的透干纸可以避免上述传统起皱工艺的缺陷。可将所述纸制成膨胀的三维结构，而不是扁平的和密集的结构，从而提供良好的湿润弹性。不过，众所周知，无皱的纸通常倾向于坚硬，并且缺乏起皱制品的柔软度。另外，透干的纸有时会由于为了实现全干而流过所述纸的气流，而在该织物上形成小孔。而且，世界上大多数造纸机使用传统的Yankee干燥器，而且造纸商不情愿接受增加透干技术的高成本或与透干相关的较高的生产成本。
以前在滚筒干燥器或Yankee干燥器上生产无皱纸片的方法业已包括了将纸卷绕在所述干燥器上。例如，滚筒干燥器长期以来一直被用于高质量的纸。在传统滚筒干燥中，所述纸由干燥器织物携带，所述织物卷绕在所述滚筒干燥器上，以便形成良好的接触，并防止纸滑动。遗憾地是，所述卷绕结构不适用于将现代的起皱造纸机转变成无皱的造纸机。典型的起皱造纸机采用具有加热罩的Yankee干燥器，其中，用高速、高温空气以远远高于传统滚筒干燥器可能达到的速度干燥纸。大多数干燥器织物会在干燥器罩的高温下快速破坏，并且它们会干扰热量向所述纸的转移。另外，传统Yankee罩的设计不能用环形织物通过所述干燥器罩卷绕所述纸，除非对该设备进行昂贵的改进。
因此，需要一种用包括Yankee干燥器和干燥罩的传统造纸机生产无皱纸的方法，这种纸具有三维结构并能产生良好的湿润弹性，高柔软度和弹性。更具体地讲，需要一种粘合控制系统，该系统能将所述纸适当地粘接到所述干燥器表面，以便改善导热性，并能承受鼓风力，同时其结合足够疏松，使得该纸能够在无皱状态下剥离所述干燥器表面，而不损害所述纸。
本发明概述根据上述需要，业已发现在湿成网造纸中用传统的Yankee干燥器或滚筒干燥器取代大型的昂贵的透干干燥器可以生产柔软的、高胀量的、有花纹的、湿润弹性的纸。事实上，可以对现有的湿压起皱造纸机进行经济地改进，以便生产具有类似于透干材料的特性的高质量无皱纸。通过一种粘接控制系统可以实现具有良好运行性的所述纸的高速生产，所述控制系统适用于在干燥期间将所述纸固定在所述Yankee干燥器上，同时又能在所述纸干燥之后将其除去。所述粘接控制系统包括一种界面控制混合物，该混合物能够扩展该造纸机的作业速度的上限，而不会造成纸的缺陷。当所述纸在到达所述Yankee干燥器之前脱水到至少30％的稠度时，所述界面控制混合物特别有用。
所述湿态纸在粘接到所述滚筒干燥器表面上之前，具有三维高胀量结构。这一目的优选是通过组合使用特殊处理过的纤维，如卷曲的或分散的造纸纤维，将潮湿的纸快速从较快运动的织物上转移到较慢运动的织物上，和／或将所述纸模制到一种有结构的、花纹织物上而实现的。所述三维结构的特征是具有大体上均匀的密度，因为所述纸是在三维基带上模制的，而不是通过压缩方法形成高密度和低密度的部分。通过在粘接到所述Yankee干燥器上之前对所述纸进行非压缩性脱水，可以改善该结构的三维性。
然后，优选将所述纸粘接到Yankee或其它加热的干燥器表面上，以便保留通过前面的处理所产生的大部分的花纹，特别是通过在三维织物上模造所述的花纹。具体地讲，用一种有孔织物将所述纸粘接到干燥器表面上，这样能改善良好的接触，同时又能保留一定程度的花纹。所述织物优选具有低的织物粗糙度，并且较少分离的突起。用于生产湿压起皱纸的传统方法不适用于三维结构，因为在所述方法中，用一个压力辊对所述纸进行脱水，并且将纸均匀地压成密集的扁平状态。对于本发明来说，所述传统的大体上光滑的压力毛毡被一种有花纹的材料所取代，如有孔的织物，并且优选为透干的织物、有花纹的毛毡、或有花纹的无纺布等所取代。
为了获得最佳结构，可以用明显低于传统造纸工艺的压力。施加在所述纸上的最大负荷部位的压力优选大约400psi或更低，特别是大约150psi或更低，如为大约2-大约50psi，最优选大约30psi或更低，平均通过任何包括最大压力点的1平方英寸的部位。在最大压力点测定的用每线性英寸的磅数(pli)表示的压力优选为大约400pli或更低，特别是大约350pli或更低。将三维纸结构低压施加到滚筒干燥器上，有助于在干燥的纸上保持大体上均匀的密度。
由于有孔织物在加压期间不能像毛毡那样有效地对湿态纸进行脱水，在到达Yankee干燥器之前需要额外的脱水装置，以便在所述纸片粘接到Yankee干燥器表面上之后马上达到大约30％或更高的固体含量，特别是大约35％或更高，如大约35％-大约50％，更优选大约38％或更高。在较低固体含量下作业是可行的，但是，有可能需要放慢造纸机的速度，以便在所述Yankee之后获得预定的干燥度，这样做是不理想的。
用于对初级纸进行脱水的多种有用的技术在本领域中是众所周知的，所述技术优选在快速转移之前进行。脱水到纤维稠度低于大约30％，优选基本上是不加热的。不加热的脱水方法包括由重力、液动态力、离心力、真空或施加气体压力等让水从成型的织物上流出。通过不加热方法进行的部分脱水可以包括通过在长网造纸机上或双长网成型机或上长网改进的长网造纸机上使用箔和真空箱而实现脱水，包括由W．Kufferath等在Das Papier，42(10A)V140(1988)中所披露“声波辊”在内的的振动辊或“抖动”辊，压辊、吸辊、或本领域已知的其它装置，不同的气体压力或施加在所述纸上的毛吸压力还可用于从所述纸中排出液体水，如在下列文献中所披露的空气压力所提供的由M．A．Hermans等在申请日为1996年5月14日的美国专利申请流水号08／647，508中所披露的，题为“用于生产柔软纸的方法和装置”和由F．Hada等于同一天申请的美国专利申请流水号(未知)，题为“用于湿纸脱水的空气压机”；披露于1993年7月27日授予I．A．Andersson等的US5，230，776中的造纸机，披露于1997年2月4日授予US5，598，643和于1985年12月3日授予S．C．Chuang等的US4，556，450中的毛细脱水技术；和由J．D．Lindsay在“排出脱水以便保持胀量”，Paperi ja Puu，74(3)232-242(1992)；以上所有文献均被收作本文参考文献。所述空气压机是特别优选的，因为它可以通过对机器进行比较简单的改造就经济地施加，并产生高效率的和良好的脱水。
在诸如长网造纸机的造纸机上的成型部分开始形成纸之后，通常通过将湿的纸从第一载体织物上快速转移到第一转移织物上对所述湿态纸进行较大的机器方向的拉伸。使用粗糙的三维快速转移织物，使得模制的织物具有弹性、三维结构，具有高的垂直于机器方向的拉伸。可以用多个快速转移操作获得各种形状和设计的织物之间的协合优点，并且在该纸上产生所需的机械性能。
所述快速转移步骤可以用本领域已知的多种方法进行，特别是披露于下列文献中的方法Lindsay等于1997年1月29日申请的美国专利申请流水号08／790，980，题为“改进快速转移的方法，以便产生高胀量而又没有的大的折叠”；由Lindsay等于1996年9月6日申请的美国专利申请流水号08／709，427，题为“用无纺基带制生产高胀量纸的方法”；于1997年7月16日授予Engel等的US 5，667，636；和于1997年3月4日授予T．E．Farrington，Jr．等的US5，607，551，以上文献被收作本文参考文献。为了具有良好的纸性能，所述第一转移织物的织物粗糙度(如下文所定义的)大约为该织物的最大经纱或纬纱的纱线直径的30％至大约300％，更优选大约70％至大约110％，或者对无纺织物来说，在织物的表面上具有最高细长结构的固有宽度之上述百分比。通常，纱线的直径为大约0．005至大约0．05英寸，特别是大约0．005至大约0．035英寸，更优选大约0．010至大约0．020英寸。
对于干燥器表面上的可接受的热转移来说，所述纸可以从第一转移织物转移到第二转移织物上，优选具有低于第一转移织物的粗糙度。所述第二转移织物的粗糙度与第一转移织物的粗糙度的比例优选为大约0．9或更低，特别是大约0．8或更低，更优选大约0．3至大约0．7，更优选大约0．2至大约0．6。类似地，所述第二转移织物的表面厚度优选低于第一转移织物的表面厚度，使得第二转移织物上的表面厚度与第一转移织物上的表面厚度的比例大约为0．95或更低，更优选大约0．85或更低，更优选大约0．3至大约0．75，更优选大约0．15至大约0．65。
尽管纺织物因为其低成本和运行性是最常用的，但已经有无纺材料并在开发成作为传统成型织物和压力毛毡的替代品，并可用于本发明中。其例子包括由J．Lindsay等于1996年9月6日申请的美国专利申请流水号08／709，427，题为“用无纺基带生产高胀量纸的方法”。
所述界面控制混合物适用于将花纹纸粘接到滚筒干燥器上，其粘接程度足于改善导热性，并优选能承受高速空气流，并且能不起皱地将所述花纹纸从滚筒干燥器表面分离。在本文中，术语“界面控制混合物”是指粘性化合物、分离剂和选择性的其它化合物的组合，该混合物沉积在所述湿的纸和所述滚筒干燥器表面之间的界面上。该界面控制混合物的粘性化合物和分离剂可以单独地涂在纤维或纸上，或者首先混合在一起然后再涂在纤维或纸上，其前提是，所述粘性化合物和分离剂同时存在于所述纸和干燥器表面之间的界面上。可以在粘接所述纸之前将所述粘性化合物和分离剂涂在所述滚筒干燥器的表面上；可以在将所述纸粘接到干燥筒上之前或在粘接期间直接或间接涂在所述纤维或纸上；或者用纤维浆体涂在湿的末端上。例如，可以用单一的喷雾系统或多个喷雾系统将所述成分涂在干燥器表面上，如一个用于粘性化合物的喷雾装置，和一个分离剂的喷雾装置。
合适的粘性化合物包括聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、动物胶、高分子量聚合驻留剂、纤维素衍生物、乙二醇二乙酸酯／辛基乙酸酯的共聚物、或本领域已知的其它化合物作为有效的起皱粘接剂。所述粘性化合物可以与热固阳离子型聚酰胺树脂的水溶液混合或含有该溶液，并优选进一步包含聚乙烯醇。合适的热固阳离子型聚酰胺树脂是表卤代醇，优选表氯醇的水溶性聚合反应产物，和具体源于聚亚烃多胺的二级胺基的水溶性聚酰胺和含有大约3-10个碳原子的饱和脂族二价羧酸。所述树脂的一个有用的，但不是必要的特征是它与聚乙烯醇是物相相容性的。合适的市售粘性化合物包括由Delaware的Wilmington的Hercules公司出售的KYMENE和由美国Borden出售的CASCAMID，并更详细地披露于下列文献中1960年2月23日授予G．Keim的US2，926，116；1962年10月16日授予G．Keim的US3，058，873；和1985年7月9日授予D．Soerens的US4，528，316；以上所有文献均被收作本文参考文献。
与传统湿压起皱作业不同，本发明可以不使用诸如KYMENE的胶联粘接剂达到这一目的，该粘接剂通常是建立和保持对Yankee干燥器表面的有效包衣所必须的。所述包衣剂必须是防水的，否则它会被溶解并被在传统湿压作业中来自纸的水破坏。诸如山梨醇和聚乙烯醇的水溶性粘性化合物不添加胶联剂即可用在Yankee干燥器的表面上用于生产起皱运行空气干燥纸，因为压在Yankee干燥器表面上的纸业已足够干燥(通常其稠度高于60％)，以便消除溶解包衣剂和破坏适当的粘接的危险。另人吃惊的是，业已发现在本发明中可将完全水溶性的粘性化合物用在本发明的滚筒干燥器表面上，而不会破坏适当的粘接，即使纸是湿的时也是如此，所述湿的纸在压到滚筒干燥器表面上时的稠度低于60％、50％、45％、或40％。例如，业已发现不含胶联剂的山梨醇和聚乙烯醇的混合物可以在本发明中作为良好的粘性化合物，能够将湿态纸稳定地和适当地粘接到Yankee干燥器表面上，并在与有效量的分离剂结合之后能够不起皱的将纸除去。在本发明中具有潜在价值的其它水溶性粘性化合物包括淀粉、动物胶、和纤维素衍生物等。
所述粘性化合物通常作为含有大约0．1％至大约10％的固体，更优选含有大约0．5％至大约5％固体的溶液使用，其平衡物通常是水。所述粘性化合物(包括湿强化合物)可以含有占所述界面控制混合物重量大约10％-99％的活性固体，特别是占所述界面控制混合物重量大约10％-70％的活性固体，更优选占所述界面控制混合物重量大约30％-60％的活性固体。
当使用上述制备的粘性化合物时，所述粘接剂的添加量优选为以活性粘接成分为基础计算，每吨用于造纸的干燥纤维大约0．01-大约30磅。更具体地讲，所述粘接剂的添加量等于每吨干纤维大约0．01-大约5磅活性粘接剂，如每吨干纤维大约0．05至大约1磅活性粘接剂，更优选每吨干的纤维素纤维大约0．05至大约1磅活性粘接剂。
以有效量添加所述分离剂，以便能够将所述纸从滚筒干燥器表面自由地拉开而不会起皱，并且不会对所述纸造成明显的损害。在本申请中所使用的术语“分离剂”，是指能够减弱由所述粘性化合物产生的所述纸与干燥滚筒表面的粘接程度的任何化学物质或化合物。所述分离剂可以是通过以下方式达到上述目的改变一种混合物的整体化学特性，主要改变表面上的粘性相互作用，通过与所述粘性化合物起反应以便形成具有较低粘接强度的化合物等。
合适的分离剂包括增塑剂和粘性改进剂，如季铵化聚胺基酰胺，化学剥离剂和表面活性剂，如由Union Carbide出售的TRITONX100；水溶性多元醇，如甘油、乙二醇、二甘醇、和三甘醇；硅分离剂包括聚硅氧烷和相关的化合物，特别是以较低的量使用；脱泡沫剂，如由Nalco化学公司出售的Nalco 131DR，最好通过湿润末端添加来添加；疏水性或非极性化合物，如烃油、矿物油、植物油、或这种类型烃材料的任意组合，用常用于该目的的乳化剂将所述油乳化在含水介质中；诸如聚乙二醇的聚多元醇，单独使用或者与所述烃油、矿物油、和植物油混合使用，特别是可以通过将其乳化在水中制备的分离剂，乳化是在有或没有聚乙二醇的条件下进行的，并使用上述烃类油的任意组合等。当使用由Quaker化学公司出售的诸如Quaker 2008的季铵化聚氨基酰胺时，需要使用的量明显高于其它类型的分离剂，以便防止所述纸片缠绕在干燥器上。需要用常规实验来确定与所述粘性化合物和其它化合物组合使用的水溶性多元醇的最佳量，因为并不是所有的水溶性多元醇都能产生相似的结果。不容易溶解在水中的分离剂通常通过添加乳化剂将其制备在水中。合适的分离剂的其它例子披露于下列文献中1996年2月13日授予Chen等的US5，490，903和1993年2月16日授予Furman，Jr．的US5，187，219，以上文献被收作本文参考文献。
所述界面控制混合物中的适量的分离剂可以占固体重量的大约1-90％，优选大约10-90％，更优选大约15-80％，更优选大约25-70％。所述分离剂的加入量可以为每吨所使用的干纤维大约0．1-10磅，如每吨所使用的干纤维大约1-5磅。
本发明可以在Yankee干燥器上干燥高胀量纸，而不必预先进行透干作业，并可以不让纸起皱地将其除去，以便生产具有透干特征的无皱纸。因此，在一个方面，本发明涉及一种用于生产无皱纸的方法，包括以下步骤a)将造纸纤维的含水悬浮液沉积在一种成型织物上，以便形成初级纸；b)将所述纸脱水到大约30％或更高的稠度；c)在三维基带上使所述纸产生花纹；d)将所述纸转移到一个滚筒干燥器的表面上；e)涂上一种界面控制混合物，该混合物含有粘性化合物和分离剂，所述界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上，而不会滑动，并且可以将纸分开而又不会对纸造成明显的损伤；f)在所述滚筒干燥器上干燥所述纸；和g)不起皱地将所述纸从所述干燥器表面上分离。
在另一种实施方案中，一种用于生产无皱纸的方法包括以下步骤a)将造纸纤维的含水悬浮液沉积在一种成型织物上，以便形成初级纸；b)将所述纸脱水到大约30％或更高的稠度；c)在三维花纹基带上使所述纸产生花纹；d)在大约30-45％的稠度下用花纹基带将所述纸转移到一个滚筒干燥器的表面上；e)涂上一种界面控制混合物，该混合物含有粘性化合物和分离剂，所述粘性化合物是水溶性的并且基本上不含胶粘粘接剂，所述界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上，而不会滑动，并且可以将纸分开而又不会对纸造成明显的损伤；f)在所述滚筒干燥器上干燥所述纸；和g)不起皱地将所述纸从所述干燥器表面上分离。
在另一种实施方案中，一种用于生产无皱纸的方法包括以下步骤a)将造纸纤维的含水悬浮液沉积在一种成型织物上，以便形成初级纸；b)对所述纸进行脱水；c)在三维花纹基带上使所述纸产生花纹；d)将所述纸转移到一个滚筒干燥器的表面上；e)涂上一种界面控制混合物，该混合物含有粘性化合物和分离剂，所述界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上，而不会滑动；f)在所述滚筒干燥器上干燥所述纸；g)用起皱刮刀将所述纸从干燥器表面上分离；h)调整所述界面控制混合物，以便该界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上而又不会滑动，并且能够将所述纸分离而又不会对纸造成明显的损伤；和i)不起皱地将所述纸从所述干燥器表面上分离。
在另一种实施方案中，本发明涉及一种对湿压起皱造纸机进行经济地改进的方法，以便生产有花纹的无皱纸。所述造纸机最初包括一个成型部分，该部分包括一个环形成型织物，一个环形光滑的湿压毛毡，一个用于将湿的纸从所述成型织物上转移到湿压毛毡上的转移部分，一个Yankee干燥器，一个用于将停留在所述湿压毛毡上的湿的纸压在Yankee干燥器上的压机，一个用于将起皱粘接剂涂喷到所述Yankee干燥器表面上的喷雾部分，一个用于压迫所述Yankee干燥器让所述纸从干燥器表面上起皱的刮刀，和一个卷筒，不过，湿压起皱造纸机缺少位于Yankee干燥器之前的旋转透干器。
对所述造纸机进行改进的方法包括a)用一种有花纹的造纸织物取代所述光滑的湿压毛毡；b)改进所述转移部分，以便将位于成型织物上的初级纸转移到所述有花纹的造纸织物上；c)提供非压缩型脱水装置；d)提供一个用于将分离剂涂在所述有花纹的造纸织物表面的输送系统，所述分离剂适用于协助所述纸从所述造纸织物上的分离；和e)改进所述喷雾部分，以便提供有效量的一种界面控制混合物的成分，该混合物含有粘性化合物和分离剂，该界面控制混合物适用于所述造纸机的无皱作业，以便在该造纸机上生产的纸保持与所述Yankee的稳定结合，直到它被所述卷筒的张力拉开而不会起皱。
另一方面，本发明涉及不进行透干的经济地生产的但仍然具有类似于透干纸的特征的纸。具体地讲，本发明涉及一种在湿压造纸机上生产并在不进行旋转运行干燥的滚筒干燥器上干燥的无皱纸。所述纸具有三维形状，大体上均匀的密度，在未压延的状态下其胀量至少为10cc／g，其吸收力为每克纤维至少12克水。所述纸还包括可检测量的界面控制混合物，该混合物含有粘性化合物和分离剂。检测可以通过溶剂提取并结合FT-IR、质谱法、或本领域已知的其它分析方法完成。
非压缩脱水，将纸低压涂敷到滚筒干燥器表面上，和使用适当选择的织物或毛毡将所述纸涂在所述滚筒干燥器上，使得所述纸不会由于所述织物或毛毡上的突出部分而被高度密集化的组合，可导致大规模生产具有大体上均匀的密度的干燥纸。有可能存在主要将部分纸保持在干燥器表面上的织物节，不过，所述纸最好不会在所述关节部位被明显的密集化，所述密集化是由于在干燥之前适当地非压缩脱水和由于所述织物所施加的较低的压力。
无论所述纸具有大体上均匀的密度或者具有高和低密度的部位，根据在0．05psi的负荷下在平的压板之间测定的纸的厚度衡量的所述纸的平均胀量(密度的倒数)可以大约为3cc／g或更高，优选大约6cc／g或更高，更优选大约10cc／g或更高，更优选大约12cc／g或更高，最优选大约15cc／g或更高。通常对高胀量的纸进行压延，以便形成最终制品。在对所述纸进行选择性的压延之后，所述成品的胀量优选为大约为4cc／g或更高，更优选大约6cc／g或更高，更优选大约7．5cc／g或更高，最优选大约9cc／g或更高。
很多类型的纤维可用于本发明，包括硬木或软木、稻草、亚麻、乳树种子丝绵纤维、马尼拉麻、大麻、洋麻、甘蔗渣、棉花、和芦苇等。所述已知的造纸纤维都可以使用，包括漂白的和未漂白的纤维，天然纤维(包括木纤维和其它纤维素纤维，纤维素衍生物，和化学硬化或胶联的纤维)或合成纤维(合成的造纸纤维包括由聚丙烯、丙烯酸、芳酰胺、和乙酸酯制成的某种形式的纤维)，天然纤维和回收或再利用的纤维，硬木和软木，和通过机械打浆的纤维(例如，细木浆)，化学成浆(包括，但不限于牛皮纸和亚硫酸盐成浆工艺)，热机械成浆，和化学热机械成浆等。可以使用上述任何类型纤维的混合物或相关的纤维类型。所述纤维可以用本领域已知的优选的多种方法制备。制备纤维的有用方法包括分散，以便产生卷曲和改进的干燥特性，如在1994年9月20日授予M．A．Hermans等的US5，348，620和1996年3月26日授予M．A．Hermans等的US5，501，768中所披露的。
还可以使用化学添加剂，并且可以添加到原纤维、纤维浆体或在生产期间或生产之后添加到纸上。所述添加剂包括遮光剂、色素、湿强剂、干强剂、柔软剂、润肤剂、湿润剂、杀病毒剂、杀细菌剂、缓冲剂、蜡、含氟聚合物、气味控制材料和除臭剂、沸石、染料、荧光染料或增白剂、芳香剂、脱浆剂、植物油和矿物油、湿润剂、上浆剂、超强吸收剂、表面活性剂、湿润剂、紫外线抑制剂、抗生剂、洗液、杀真菌剂、防腐剂、芦芸提取物、或维生素E等。化学添加剂的使用不一定是均匀的，而是可以改变部位，并且从所述纸的一面到另一面。沉积在所述纸的一部分表面上的疏水性材料可用于增强所述纸的性能。
不受起皱所产生的限制，所述无皱纸的化学特性可以改变，以便获得新的效果。例如，在起皱时，大量的脱离剂或纸柔软剂可能干扰与Yankee的粘接，但在无皱模式中，可以使用更高的添加量。现在可以以理想的高含量添加润肤剂、洗液、湿润剂、护肤剂、和诸如聚硅氧烷的硅氧烷化合物等，而少有由起皱所产生的限制。不过，实际上必须加以小心，以便将纸从第二转移织物上可适当地分离，并保持对干燥器表面的最低程度的粘接，以便有效干燥并控制滑动。不过，在不依赖于起皱的前提下，本发明与起皱方法相比在使用新型湿润的最终化合物和其它化学处理方面具有更大的自由度。
可以使用单一的料箱或多个料箱。所述料箱可以是成层的，以便可以用单一的料箱喷头生产多层结构的纸。在具体实施方案中，所述纸是用成层或层状的料箱生产的，以便优选将较短的纤维沉积在所述纸的一面，以获得改进的柔软度，而将较长的纤维沉积在所述纸的另一面或者沉积在具有三层或三层以上的纸的内层。所述纸优选是在环形有孔成型织物上生产，该织物可以使液体流出并对纸进行部分脱水。来自多个料箱的多个初级纸可以潮湿状态多层铺设或机械或化学连接，以形成一种具有多层的单一的纸。
通过以下说明可以了解本发明的各种特征和优点。在本说明书中，结合用于说明本发明优选实施方案的附图。所述实施方案不代表本发明的所有范围。因此，还要参考本发明的权利要求书，以便解释本发明的完整的范围。
附图的简要说明

图1表示可用于生产本发明纸的改进的湿压起皱造纸机的一种实施方案的示意性工艺流程图。
图2表示本发明另一种实施方案的示意性工艺流程图，表示具有额外的纸转移和一定的织物包装的造纸机。
图3表示本发明的一种实施方案的另一种示意性工艺流程图，涉及本发明的改进的双线造纸机。
图4表示可用于生产本发明纸的另一种改进的双长网造纸机的另一种示意性工艺流程图。
术语定义和方法在本文中，纸样品的“MD抗拉强度”是本领域技术人员公知的当对纸进行沿机器方向的拉伸时，在断裂点上每单位宽度的负荷的常规指标。类似地，“CD抗拉强度”是沿垂直于机器方向的方向测定的类似指标。MD和CD抗拉强度是用一台Instron拉力测定仪测定的，使用3英寸的夹爪宽度、4英寸的夹爪跨度、和每分钟10英寸的十字头速度。在测定之前将有关样品保持在TAPPI条件下(73°F，50％的相对湿度)4小时。抗拉强度是以每英寸的克数为单位表示的(在断裂点上，所述Instron克的读数除以3，因为测试宽度是3英寸)。
“MD拉伸”和“CD拉伸”是指所述样品在拉力测试期间在断裂之前拉伸的百分比。根据本发明生产的纸可以具有大约3％或更高的MD拉伸，如大约4％-24％，大约5％或更高，大约8％或更高，大约10％或更高，更优选大约12％或更高。本发明纸的CD拉伸主要是通过将湿态纸模制在高度弯曲的织物上而产生的。CD拉伸可以为大约4％或更高，大约6％或更高，大约8％或更高，大约9％或更高，大约11％或更高，或大约6％-15％。
在本文中，用于造纸机的“高速作业”或“工业上有用的速度”是指机器速度至少与下列值或范围中的任一个相等，以每分钟的英尺数为单位1，000；1，500；2，000；2，500；3，000；3，500；4，000；4，500；5，000；5，500；6，000；6，500；7，000；8，000；9，000；10，000；和具有上述数值中任一个的上限和下限的范围。
在本文中，“工业上有价值的干燥度水平”可以是大约60％或更高，大约70％或更高，大约80％或更高，大约90％或更高，大约60％-95％，或大约75％-95％。对于本发明来说，所述纸应当在滚筒干燥器上干燥到工业上有价值的干燥度水平。
在本文中，“吸收能力”是通过将20张纸制品切成4英寸×4英寸的方形，并将四角钉在一起以便形成一个20层的纸垫而测定的。将所述纸垫放入铁丝网蓝中，将所述钉住的点下垂到水池(30℃)中。当所述纸垫完全湿润时，将其取出，并保持在所述铁丝蓝中排水30秒。30秒之后保留在所述纸垫中的水的重量是吸收量。用该数值除以所述纸垫的重量以便确定其吸收能力，该吸收能力在本发明中用每克纤维吸收的水的克数表示。
“吸收速度”是用与吸收能力相同的方法测定的，所不同的是纸垫的大小为2．5英寸×2．5英寸。所述纸垫在放入水池是之后完全湿透所用的时间是吸收速度，用秒表示。该数值越大，吸水的速度越慢。
在本文中，在95℃下，如果1克的材料的至少95％可以完全溶解在100毫升去离子水中，就认为该材料是“水溶性的”。用于所述界面控制混合物中的粘性化合物优选具有足够的水溶性，以便所述粘性化合物在具有1克固体质量的水溶液中的薄的涂层可以干燥，并在150℃下干燥30分钟，而且在100℃下在100毫升去离子水中至少具有95％的水溶性。
在本文中，“表面厚度”是指有花纹的三维表面的特有的波峰-波谷高度差。它可以表示模制纸结构的特有的厚度或高度。测定表面厚度的特别合适的方法是莫尔条纹干涉仪，该仪器可以进行精确测定而没有表面的变形。为了参考本发明的材料，应当用计算机控制的白光视野偏移莫尔条纹干涉仪测定表面形状，采用大约38毫米的视野。使用该系统的原理披露于Bieman等的“用场偏移莫尔条纹进行的绝对测定”，SPIE光学会议进展，1614卷，259-264页，1991。莫尔条纹干涉仪的一种合适的商用仪器是由Medar公司生产的CADEYES干涉仪(FarmingtonHills，Michigan)制成38毫米的视野(在37-39．5毫米范围内的视野是合适的)。CADEYES系统使用白色光线，该光线通过一个网格投射，将细的黑色线条投射到所述样品表面上。通过一个类似的网格观察所述表面，产生边纹，用一个CCD相机观察所述边缘。用合适的镜头和步进马达调整光学图象，进行视场的移动(如下文所述的技术)。一台影象处理器将捕获的边纹图象发送到一台PC计算机，进行处理，以便根据由摄象机所观察到的边缘图形反推出有关表面高度的细节。使用CADEYES系统分析特有的纸的波峰-波谷高度的原理由J．D．Lindsay和L．Bieman披露，“利用莫尔条纹干涉仪研究纸的有形特性”，Proceedingsof the Non-contact，Three-dimensional Gaging Methods andTechnologies Workshop，制造工程师协会，Dearborn，Michigan，1997年3月4-5日。
本领域技术人员随后可将所述CADEYES形态资料的高度图象用于鉴定特有的单位区间结构(在结构是由织物图案产生的情况下，通常将其像铺地砖一样并列排列，以便覆盖较大的二维面积)，并测定所述结构或其它任何表面的典型的波峰与波谷深度。达到上述目的的一种简单的方法是从画在所述地形高度图上的线条提取二维高度曲线，该曲线通过所述单位区间的最高和最低部位，或者通过一个定期表面的足够数量的代表性部分。所述高度曲线随后可分析波峰与波谷的距离，如果所述曲线是从在测定时处于比较平的状态的纸或纸的一部分获得的话。为了消除偶然的光学干扰和可能的外部干扰的影响，应当将所述曲线的最高的10％和最低的10％排除，并将其余点的高度范围作为其表面厚度。从技术上讲，该方法要求计算我们称之为“P10”的变量，该术语被定义为10％和90％材料基准之间的高度差。有关材料基准的概念在本领域中是众所周知的，如L．Mummery在表面花纹分析手册，HommelwerkeGmbH，Muhlhausen，德国，1990中所披露的。在该方法中，所述表面被视为从空气到材料的一种过渡。对于特定的曲线来说，就平放的纸来说，所述表面开始的最大高度-最高波峰的高度-是“0％参考线”或“0％材料线”的高度，表示在所述高度上0％的水平线条的长度被材料占据。沿着通过所述曲线最低点的水平线，100％的线被材料占据，使得所述线成为“100％的材料线”。在0％-100％的材料线之间(在所述曲线的最大点或最小点之间)，由材料占据的水平线长度的部分将会随着该线高度的降低简单地增加。所述材料比例曲线提供了沿着通过所述曲线的水平线的材料部分和所述线的高度的水平线的关系。所述材料比例曲线也是一种曲线的累积高度分布(更准确的术语应当是“材料部分曲线”)。
一旦建立所述材料比例曲线，即可将其用于限定一种特有的曲线的波峰高度。P10“特有的波峰与波谷高度”参数被定义为10％的材料线和90％的材料线的高度之间的差别。所述参数在所述典型曲线结构的外侧或不正常的边缘部分是较强的，并且对P10高度具有较小的影响。P10的单位是毫米。一种材料的表面厚度是用P10表面厚度值表示的，表示包括所述表面的典型单位区间的高度极限的曲线。“精细的表面厚度”是沿着该表面的平面部位的曲线的P10值，它在相对包括所述单位区间的最大和最小部分的曲线方面在高度方面是均匀的。如果存在两个侧面的话，要测定的是该材料的具有最多花纹的一侧。
表面厚度是用于检查在基带中产生的形状的，特别是在干燥工艺之前和干燥工艺期间在所述纸上产生的特征，不过，同样用于排除在干燥转化作业中所“人工”产生的大型的形状，所述作业如压花、开孔、起皱等。因此，所检查的曲线应当取自没有压花的部位，如果所述纸被压花的话，或者测定未压花的纸。表面厚度测定应当排除大型结构，如不能体现原有基片本身的三维性质的皱和折。业已认识到，通过压延或其它能影响整个基片的作业可以减弱纸的形状。表面厚度测定可以在压延纸上适当地进行。
在本文中，“横向长度尺寸”是指一种有花纹的三维纸的特有尺寸，所述纸具有一种包括重复的单位区间的花纹。环绕所述单位区间的凸出的多边形的最小宽度被视为所述横向长度尺寸。例如，在于具有重复的沿垂直方向间隔大约1毫米，沿机器方向间隔大约2毫米的矩形凹陷的织物上透干的纸上，其横向长度尺寸应当为大约1毫米。在本文中所述的有花纹的织物(转移织物和毛毡)可以具有周期性的结构，该结构具有下列数值中至少一种的横向长度尺寸大约0．5毫米，大约1毫米，大约2毫米，大约3毫米，大约5毫米，和大约7毫米。
在本文中，“MD单位区间长度”是指在织物或纸上特有的单位区间的机器方向的长度(跨度)，其特征是具有重复的结构。在本发明中披露的有花纹的织物(转移织物和毛毡)可以具有周期性的结构，该结构具有下列数值中至少一种的横向长度尺寸大约1毫米、大约2毫米、大约5毫米、大约6毫米、和大约9毫米。
在本文中，“织物粗糙度”是指跨越可接触沉积在它上面的纸的有花纹的织物的上表面的特有的最大垂直距离。
在本发明的一种实施方案中，所述转移织物的一种或两种是按照披露于1995年7月4日授予K．F．Chiu等的US5，429，686中的技术生产的，该文献被收作本文参考文献。披露于本发明的三维织物具有靠近该织物的机器表面的负载层，并在该织物的纸浆表面上具有三维刻纹层。所述承载层和刻纹层之间的连接被称为亚水平面。所述亚水平面是由所述承载层上的最低的CD节的顶部形成的。位于所述织物的纸浆表面的刻纹用于在由该织物携带的纸浆纸上产生反的图象印记。
由所述刻纹层的最高点形成一个上表面，所述刻纹层的上部是由设在MD印记节上的“印记”经纱部分形成的，其上部形成该刻纹层的上平面。该刻纹层的其余部分高于所述亚水平面。所述最高CD节的上部形成一个中间平面，该平面可能与所述亚水平面吻合，但更常见的是略高于所述亚水平面。该中间平面必须低于所述上平面一定的距离，该距离被称为“平面差”。由Chiu等披露的织物或类似的织物的“平面差”可以被视为“织物的粗糙度”。对于其它织物来说，织物的粗糙度通常被视为所述织物的最高部分和该织物的有可能接触纸的最低表面之间的垂直高度差。
与织物粗糙度有关的一种特定指标是“油灰粗糙度因子”，其中，测定所述织物的油灰印记的垂直高度范围。将以SILLY PUTTY为商标出售的Dow CorningDilatant化合物3179加热到73°F，并熔化成一个直径为2．5英寸，厚度为1／4英寸的盘。将所述盘放置在一个黄铜滚筒的一端，使其质量为2046克，并测定2．5英寸的直径和3英寸的高度。将待测定的织物放置在一个干净的固体表面上，并将在其一端有油灰的滚筒颠倒，并轻轻地放上所述织物。由所述滚筒的重量将所述油灰压在所述织物上。让所述重量保持在所述油灰盘上20秒，此时，将所述滚筒轻轻地抬起并通常顺利地将所述油灰带在它上面。现在可以通过光学方法测定与所述织物接触的有花纹的油灰表面，以便获得典型的最大波峰与波谷高度差的估计值，用于所述测定的一种有用的装置是上述CADEYES莫尔条纹干涉仪，具有38毫米的视野。所述测定应当在去掉黄铜滚筒之后2分钟之内进行。
在本文中，术语用在织物、毛毡、或非压延纸的表面前面的“有花纹的”或“三维的”表示该表面基本上不是光滑的和共平面的。具体地讲，它表示所述表面的一种表面厚度、织物粗糙度、或油灰粗糙度值至少为0．1毫米，如大约0．2-大约0．8毫米，优选至少0．3毫米，如大约0．3-1．5毫米，更优选至少0．5毫米，更优选至少0．7毫米。
“经纱密度”被定义为每英寸织物宽度上的总的经纱数量乘以用英寸表示的经纱条的直径，乘以100。
我们所说的“经纱”和“纬纱”是指在一台织机上编织的织物，经纱是沿着该织物通过造纸装置运行的方向(机器方向)分布的纱线，而纬纱是垂直于机器方向(垂直方向)分布的。本领域技术人员可以理解，可以将所述织物制成使经纱沿着垂直于机器的方向分布而使纬纱沿着机器方向分布。所述织物可用于本发明中，将所述纬纱视为MD经纱，而将所述经纱视为CD纬纱。所述经纱和纬纱可以是圆形的、扁平的、或带状的，或为以上形状的组合。
在本文中，“非压缩脱水”和“非压缩干燥”分别是指不涉及会导致所述织物的一部分在干燥或脱水过程中发生明显的密集化或压缩的压力辊或其它步骤的用于从纤维素纸上除去水的脱水或干燥方法。所述方法包括透干；喷气冲击干燥；径向喷射再连接和径向槽再连接干燥，如R．H．Page和J．Seyed-Yagoobi，Tappi J．，73(9)229(1990年9月)所披露的；非接触干燥，如空气浮动干燥，如由E．V．Bowden，E．V．，AppitaJ．44(1)41(1991)所披露的；过热蒸汽的流通或冲击；微波干燥和其它射频或介电干燥方法；由超临界流体进行的水提取；由无水、低表面张力流体进行的水提取；红外线干燥；通过接触熔化的金属薄膜干燥；和其它方法。相信本发明的三维纸可以用上述任何非压缩干燥方法进行干燥或脱水，而不会导致纸的明显密集化或其三维结构以及其湿的弹性特征的明显丧失。标准的干燥起皱技术被视为压缩干燥方法，因为所述纸必须通过机械方法压在干燥表面的一部分上，导致压在加热的Yankee滚筒上的部位明显的密集化。
一种材料的“湿压缩弹性”是对其沿z方向压缩之后在潮湿状态下保持弹性和胀量特性的能力的衡量。在压缩模式下使用一种可编程的强度测定装置，以便对用特殊方法小心地湿润的样品进行特殊系列的压缩循环。
所述测试过程的开始是对所述湿润的样品施加0．025psi的压力，以便获得起始厚度(循环A)，然后重复进行两次施加2psi的压力，接着去掉压力(循环B和C)。最后，再次对所述样品施加0．025psi的压力，以便获得最终厚度(循环D)。(有关所述方法的细节，包括压缩速度将在下文披露)。用细的去离子水的水雾将所述样品均匀地润湿，以便使吸水率(克水／克干纤维)为大约1．1，0．9-1．6范围内的值都是可以接受的。上述目的是通过以调节样品质量为基础施加大约100％的水分而实现的。这会使典型的纤维素材料处在湿润状态，而物理特性对含水量相对不敏感(例如，其敏感性比水分比例低于70％时更低)。然后将湿润的样品放在测试装置中，并重复所述压缩循环。
考虑三次湿弹性的测定，该弹性对于用于纸层叠物中的样品层的数量不敏感。第一种测定是在2psi的压力下测定的，测定湿样品的胀量。该胀量被称为“湿压缩胀量”(WCB)。第二个测定被称为“弹性”，它是指在压缩结束时(循环D)在0．025psi下的湿的样品厚度与在测试开始时(循环A)在0．025psi下测定的湿态样品的厚度的比例。第三个测量是“加载能量比”(LER)，它是指在上述对湿的样品进行测定期间在第二次压缩对2psi(循环C)时的加载能量与第一次压缩到2psi(循环B)时的加载能量的比例。加载能量是所施加的负荷与样品的厚度的曲线图上的曲线从无负荷到最大负荷2psi的下面的面积；加载负荷的单位是英寸-磅。如果在加压以后材料收缩并丧失其胀量，随后的压缩将需要更少的能量，会导致一种低的LER。对于纯弹性材料来说，所述弹性和LER是统一的。这里所述的三种测量相对独立于有关叠层中的层数，并可以作为湿弹性的有用指标。对于纯弹性材料来说，所述弹性也应该是统一的。本发明还涉及对“压缩比”，它被定义为在第一个压缩循环加压到2psi时的最大负荷时湿润样品的厚度与在0．025psi压力下的最初湿厚度的比例。
在进行湿压缩弹性的上述测定时，应当在TAPPI条件(50％RH，73°F)下对样品进行至少24小时的调节。样品是从所述纸上切下来的，以便得到2．5英寸宽的方形。通常将3-5层纸堆叠在一起，以便得到2．5英寸的方形叠层。以10毫克或更高的精度测定所述切成方形的叠层的质量。切割样品的质量优选为接近0．5克，应当为0．4-0．6克；否则的话，应当对所述叠层中纸的数量进行调整(业已证实，每个叠层中3或4层纸在大多数测定中具有典型的纸的基重(湿弹性的结果通常对叠层中的层数不敏感)。在70-73°F下用细的去离子水水雾均匀地施加水分。这一目的可以用传统塑料喷雾瓶实现，用一种容器或其它隔挡装置阻挡大部分的水雾，仅容许大约外面的20％的水雾套-细的水雾-接近所述样品。如果操作适当的话，在喷雾期间不会在样品上出现由大的液滴形成的湿斑，而该样品会被均匀地湿润。在喷雾作业期间所述喷雾源应当保持距离所述样品至少6英寸。
在喷雾期间用一个平的有孔支撑物支撑所述样品，同时防止在所述支撑表面上形成大的水滴，这些水会被吸取到样品的边缘，产生湿的斑点。在进行这项工作时可以使用大体上干燥的纤维素泡沫海绵，不过，也可以使用诸如网状开口蜂窝泡沫的其它材料。
对于有三层纸片的叠层来说，这三层纸片应当分开，并彼此相邻地放在有孔支撑物上。所述水雾应当均匀地施加，用固定数量的喷雾器(对喷雾瓶进行固定次数的泵送)从两个或两个以上方向连续啧雾到所述分离的纸片上，所述次数是通过试错确定的，以便获得目标水分含量。快速将所述样品反转，并再次喷洒固定的喷雾次数，以便降低所述纸的z方向上的水分梯度。按原有顺序并且按所述纸的原有相对取向重新组装所述层叠物。以至少10毫克的精度快速称所述重新组装的层叠物的重量，然后集中在下部的Instron压缩台板上，此后用计算机开始所述Instron测试过程。在样品第一次接触喷雾和开始测试过程之间的时间间隔不超过60秒，通常为45秒。
当在目标范围内每一个层叠物需要4层纸片时，所述纸片倾向于比3层纸片的层叠物薄，并在湿润以后出现处理难度加大的问题。在湿润期间并不是分别处理4层纸中的每一层，而是将所述层叠物分成由2层纸片的叠层，将所述每一叠层并排放置在有孔基带上。按上述方法喷雾，将所述叠层上部的纸片润湿。然后将以上两个叠层反转，并再次喷洒大体上相同数量的水分。在这一过程中，尽管每一张只仅湿润一侧，但与3层只的层叠物相比，由于4层纸片的层叠物上的纸的厚度总体上下降，部分缓和了在每一层纸上z方向产生水分梯度的可能性。用类似方法可以处理每一个层叠物中较大数量的纸片。(用同一种纸的3层和4层的层叠物进行的有限试验没有发现明显的差别，这表明所述纸片上z方向的水分梯度(如果有的话)不大可能是压缩型湿弹性测量的一个主要因素)。在施加水分之后，对所述层叠物进行重新组装、称重、并放置在所述Instron装置上进行测试，如以前针对3层纸片的层叠物所做的说明。
用一台Instron4502通用测试机进行压缩测定，该测试机与一台286PC计算机连接，该计算机采用Instron系列Ⅻ软件(1989年发布)和Version2硬件。标准的“286计算机”是指具有速度为12MHz的80286处理器的计算机。所使用的具体的计算机是一台康柏DeskPro286e，具有一个80287数学共处理器和一个VGA视频接头和一个用于数据收集和计算机控制的IEEE板。使用具有2．25英寸直径的圆形台板的1kN测力仪进行样品压缩。所述下部台板具有一个滚珠轴承组件，以便能够使所述台板对齐。在由上部台板施加负荷(30-100磅力)的条件下固定所述下部台板，以便确保其表面平行。必须用标准的环状螺母固定所述上部台板，以便消除在施加负荷时上部台板的摇动。应当在自由悬挂状态下将所述测力仪调零。在进行测定之前，应当让所述Instron和测力仪升温1小时。
在开始升温之后至少1小时，用所述仪器控制板将伸长量设定为0长度，同时保持所述台板接触(负荷为10-30磅)，由此确保所述伸长或厚度读数是两个台板之间的距离。没有加载的测力仪也被调零(“平衡”)，并将上部台板提升到大约0．2英寸的高度，以便将样品插入两个压缩台板之间。然后将所述Instron的控制移交给计算机。应当定期检查测力仪的伸长量，以避免基准的偏移(零点的改变)。测定必须是在根据TAPPI说明的控制湿度和温度环境下进行(50％±2％RH和73°F)。
使用Instron系列XII循环测试软件(1．11版)，建立一个仪器程序。将所述编程的程序作为参数文件保存。所述参数文件具有7个包括“3个循环模块”(指令组)的下列“标记”(独立的事件)标记1模块1标记2模块2标记3模块3标记4模块2标记5模块3标记6模块1标记7模块3。
模块1指示十字头以0．75英寸／分的速度下降，直到产生0．1lb的负荷(Instron设置为-0．1磅，因为压力被定义为负力)。通过移动进行控制。在达到目标负荷之后，将所施加的负荷降低为0。
模块2指示所述十字头以0．2英寸／分的速度将所施加的0．05磅的负荷增加到最大负荷8磅，然后再返回到0．05磅。使用所述Instron软件，对控制模式进行移动，有限的类型是负荷，第一个负荷水平为-0．05磅，第二个负荷水平为-8磅，驻留时间为0秒，转变次数为2(压缩然后放松)；规定所述模块最终为“无作用”。
模块3用转移控制和所述转移限制类型，将所述十字头以4英寸／分的速度简单地增加到0．15英寸，驻留时间为0。其它Instron软件设置为第一高度为0英寸，第二高度为0．15英寸，一次转变，以及在所述模块结束时为“无作用”。如果一种样品具有大于0．15英寸的非压缩厚度，应当对模块3进行修改，以便将十字头高度增加到适当的高度，并记录和注明改变了的高度。
在按照上述顺序执行时(标记1-7)，所述Instron程序压缩样品到0．025psi(0．1磅力)，放松，然后压缩到2 psi(8磅力)，接着是去掉压力，并将十字头增加到0．15英寸，然后再次压缩所述样品到2psi，放松，将十字头提升到0．15英寸，再次压缩到0．025psi(0．1磅力)，然后抬起十字头。对于模块2来说，数据记录应当以不超过每0．004英寸或0．03磅力的间隔进行(首先进行任一项)，对于模块1来说，其间隔不超过0．003磅力。一旦开始测试，持续时间略少于2分钟，直到所述Instron程序结束。
设置所述系列Ⅻ的软件的输出，以便提供标记1、2、4、和6在最大负荷下的伸长量(厚度)(各自在0．025和2．0psi最大负荷下)，标记2和4的负荷能量(两次压缩到2．0psi)，两个负荷能的比例(第二个2psi循环／第一个2psi循环)，最终厚度与最初厚度的比例(最终厚度与第一次0．025psi压缩厚度的比)。在执行模块1和2期间，在屏幕上对负荷与厚度结果进行作图。
在所述Instron测试之后，将样品放置在105℃的对流烘箱中干燥。当该样品完全干燥时(至少20分钟之后)，记录其干重量。(如果不使用加热的天平的话，样品的重量必须在从烘箱中取出之后几秒钟之内称出，因为该样品会马上吸收水分)。
具有高的湿压缩胀量(WCB)值的纸或吸收结构的用途是显而易见的，对于在加压情况下能保持高的胀量的湿的材料来说，可以保持较大的流体容量，并且在受到压力时不太容易将流体挤出。
高回弹值是特别理想的，因为在压缩之后能够反弹的湿的材料可以保持高的空隙体积，以便有效吸收和分配随后进入的流体，而且所述材料在其膨胀期间可以收回在压缩期间被排除的流体。例如，在尿布中，潮湿的部位会由于身体的运动或身体姿势的改变而受到暂时的压缩。如果所述材料在压力解除之后不能恢复其胀量，其控制流体的效率会受到削弱。
一种材料的高的负荷能量比例值也很有用，因为这种材料低于2psi的最大负荷的压力下能够连续承受压缩(LER是根据对压缩一种样品所需能量的测定)，即使在其受到一次重压之后也是如此。据信，保持所述湿的弹性特征在该材料被用于吸收制品时可以产生该材料的手感，并有助于保持该吸收制品与使用者身体的配合，除了所述一般优点之外，当一种结构在湿润之后可以保持其孔隙体积还有额外的优点。
就上述三种参数中任一项而言，本发明的纸可能具有高的湿弹性值。更具体地讲，本发明的非压延的或压延的纸可能具有大约5立方厘米／克或更高的湿压缩胀量，更优选大约6立方厘米／克或更高，更优选大约8立方厘米／克或更高，更优选大约8-15立方厘米／克或更高。所述压缩比可以大约为0．7或更低，如大约0．4-大约0．7，更优选大约0．6或更低，更优选大约0．5或更低。另外，本发明的纸的湿弹性比大约为0．5或更高，如大约0．5-大约0．8，更优选大约0．6或更高，更优选大约0．7或更高。所述负荷能量比可以为大约0．45或更高，大约0．5或更高，更优选大约0．55-大约0．8，更优选大约0．6或更高。
附图的详细说明下面将结合附图对本发明作更详细的说明。为了简便起见，示意性地示出了用于形成若干织物运行带的各种张力辊，但不编号，而且，在不同附图中的相似的元件具有相同的参考编号。针对原料制备、料箱、成型织物、纸的转移和干燥可以使用各种常规的造纸装置和作业。不过，示出了具体的常规元件，以便提供可以使用本发明的各种实施方案的场合。
本发明的方法可以在图1所示装置上完成。将造纸纤维浆体形式的初级纸10从料箱12沉积到环形有孔成型织物14上。所述箱体中的稠度和流速决定了其干纸的基重，所述基重优选为每平方米大约5-80克(gsm)，更优选大约10-40gsm。
在携带在所述成型织物14上的条件下，用本领域已知的箔片、吸箱、和其它装置(未示出)对所述初级纸10进行部分脱水。对于本发明的高速作业来说，在干燥器滚筒之前的常规纸脱水方法可能产生不适当地脱水，所以需要额外的脱水装置。在所述实施方案中，使用一个空气压机16对纸10进行非压缩性脱水。所述空气压机16包括一个组件，该组件包括一个位于纸10上方的加压空气室18，一个位于所述成型织物14下面与所述加压空气室呈可操作的关系的真空箱20，以及一个支撑织物22。在通过所述空气压机16时，所述湿的纸10被压在成型织物14和支撑织物22之间，以利于所述纸的密封而不会对纸造成损坏。所述压机可以除去大量的水，使得纸在连接到Yankee上之前达到超过30％以上的干燥度，最好不需要进行大量的压缩脱水。合适的空气压机披露于下列文献中由M．A．Hermans等于1996年5月14日申请的美国专利申请流水号08／747，508，题为“用于生产软纸的方法和装置”，和由F．Hada等于以与本申请同一天申请的美国专利申请流水号(未知)，题为“对湿纸进行脱水的空气压机”。
在所述空气压机16之后，纸10与织物14一起继续运动，直到它在转移装置上的一个真空转移靴26的帮助下转移到有花纹的有孔织物24上为止。所述转移优选以快速转移的方式进行，使用适当设计的靴、织物定位、和真空度，如在1997年9月16授予S．A．Engel等的US5，667，636和1997年3月4日授予T．E．Farrington，Jr．等的US5，607，551中所披露的。在快速转移作业中，有花纹的织物24的运行速度明显慢于成型织物14，其速度差至少为10％，优选至少20％，更优选大约15％-60％。所述快速转移优选产生微小的收缩，并增加机器方向的拉伸量，而没有不可接受的强度的减弱。
所述有花纹的织物24可以包括诸如披露于1995年7月4日授予K．F．Chiu等的US5，429，686中的三维透干织物，或者可以包括其它纺织的、有花纹的织物或无纺织物。所述有花纹的织物24可以用诸如硅氧烷或烃的混合物的织物分离剂处理，以利于湿态纸随后从该织物上分离。可以在有花纹的织物24收集纸之前将所述织物分离剂喷在它上面。一旦收集到所述有花纹的织物上，纸10可以通过施加真空压力或轻微的加压(未示出)进一步模制到所述织物上，不过，在收集期间由于转移靴26上的真空力所产生的模压可能足于对所述纸进行模制。
然后用压力辊32将位于有花纹的织物24上的湿的纸10压到滚筒干燥器30上。滚筒干燥器30将有一个罩34。所述罩通常采用温度高于300°F的加热空气射流，优选高于400°F，更优选高于500°F，最优选高于700°F，所述气流从喷头或其它流动装置上射在所述纸上，所述罩上的空气射流具有下列值中至少一种的最大或局部平均速度10m／s，50m／s，100m／s，250m／s(米／秒)。
可以将非传统外罩和冲击系统用作Yankee干燥器罩34的替代品或补充，以便增强纸的干燥。具体地讲，可以用径向喷射再附接技术或径向狭缝再连接技术降低将纸10稳定保持在Yankee干燥器30上所需要的连接程度。径向喷射和径向狭缝再粘接是指高效率的热转移机构，其中，气体射流大体上平行地射在被加热的表面上，在该表面上形成强化循环区，这有利于热量和质量的转移，而不会产生传统干燥技术的高的张力或冲击力。径向喷射再连接的技术的例子披露于下列文献中E．W．Thiele等，“在现有造纸机上用RJR鼓风箱增强干燥速度、水分分布和纸的稳定性”，1985造纸商大会，Tappi出版社，亚特兰大，佐治亚，1985，223-228页；和R．H．Page等，Tappi杂志，73(9)229(1990年9月)；以上文献被收作本文参考文献。在所述第一个滚筒干燥器之后可以使用另外的滚筒干燥器或其它干燥方法，特别是非压缩干燥。
尽管图中没有示出，纸10还可以由织物24裹在干燥器表面上一个预定的长度，以便改善干燥和连接。所述织物优选缠绕所述干燥器的长度少于所述纸与干燥器接触的完整长度，特别是所述织物在所述纸进入干燥器罩34之前与纸分离。
湿纸10在固定到干燥器30上之前的纤维稠度以大约30％或更高为宜，优选大约35％或更高，如大约35％-大约50％，更优选大约38％或更高。所述纸开始与滚筒干燥器接触时的稠度可以低于60％、50％、或40％。所述纸在离开干燥器30时的干燥度增加到大约60％或更高，特别是大约70％或更高，更优选大约80％或更高，更优选大约90％或更高，最优选90％-98％。
将所得到的干燥的纸36从所述干燥器上不起皱地拉开或输出及移去，然后将其卷绕到卷筒38上。术语“不起皱”包括无皱，此时所述纸根本不接触起皱刮刀；和基本上无皱，此时所述纸仅与起皱刮刀有很小或微弱的接触，这意味着所述纸接近可以仅通过张力从干燥器表面上分离，而不需要任何起皱。位于干燥器表面上的纸接近不需要任何起皱就可以从干燥器表面上分离的点，此时操作条件的微小的变化就能够仅通过张力将纸从干燥器表面上除去，而不会对纸造成明显的损伤，例如，下列任何条件都可以仅通过张力成功地分离a)将用于把纸从干燥器表面上拉下来的张力提高不超过10％，更优选不超过5％；b)将用在每磅纤维上的分离剂的量增加不超过10％，更优选增加不超过5％；c)将用于该方法的粘性化合物的量降低不超过10％，更优选不超过5％；或d)将所述纸与干燥器表面的粘接强度降低不超过10％，更优选不超过5％。本发明的大体上无皱的纸通常具有大体上无大于20微米高度的皱折的形状(通过在干燥器表面上起皱而产生的折)和／或通常由于微弱的起皱作用所造成的胀量恢复不大于大约10％，更优选大约5％。将纸从干燥器表面上拉掉的角度以大约80至大约100度为宜，该角度是在分离点与干燥器表面的切线处测定的，不过该角度在不同的作业速度下可以改变。
纸的卷绕可以用本领域已知的任何方法进行，包括披露于1996年9月17日授予Henseler的US5，556，053中所披露的皮带驱动卷绕器或皮带协助的卷绕器，该文献被收作本文参考文献。然后可以在后续作业中对纸卷进行压延、切割、用湿润剂或柔软剂进行表面处理，或压花，以便生产出最终的成品。
为了灵活应用并为了开始作业，应当有一个起皱刮刀以便将纸从滚筒干燥器上起皱分离。一旦适当平衡地使用了粘性化合物和分离剂，向无皱作业的过渡可以通过用卷筒或其它装置重复地拉所述纸而实现，使所述纸在接触起皱刮刀之前与滚筒干燥器表面分开，而不会对纸造成明显损伤。向无皱作业的过渡包括增加界面控制混合物中的分离和／或减少粘性化合物到足于进行纸的无皱分离的程度，但不至于达到使纸在干燥器罩中变得不稳定的程度。应当监测并控制诸如基重和pH的影响粘接的其它因素，以便优化该方法。
如果需要，所述起皱刮刀可以保持在原位，以便清理滚筒干燥器的表面，不过，可以在切换到非起皱模式之后完全取出或施加较小的压力。用于起皱作业的典型的刮刀负载为15-30pii(每线性英寸的力的磅数)；较小的压力适用于清理干燥器滚筒，而在非起皱模式作业时可以低于15pli，优选低于10pli，更优选大约1-大约10pli，最更优选大约1-大约6pli。
显示了在湿纸10接触干燥器表面之前以喷雾形式将界面控制混合物40从喷杆42中喷到旋转滚筒干燥器30的表面上。也可以不直接喷到干燥器表面上，而是通过凹板印花将所述界面控制混合物直接施加在湿的纸上或干燥器表面上或在造纸机的潮湿末端将其掺入含水的纤维浆体中。作为另一种方案，可将所述界面控制混合物的粘性化合物和分离剂单独喷在干燥器表面上或者在不同时期喷洒。例如，在一种具体实施方案中，在铺设湿纸之前将粘性化合物喷在干燥器表面上，并在所述纤维浆体的潮湿末端添加分离剂。而在所述干燥器表面上，可以用化合物对纸10做进一步的处理，通过印制或直接将溶液啧在干燥中的纸上，包括添加促进纸从干燥器表面上分离的试剂。
在图2中示出了另一种实施方案，其中，通过环绕真空靴52的一个转移辊隙将湿的纸10从成型织物14上转移到第一转移织物50上。纸10优选快速转移到第一转移织物50上，第一转移织物50的粗糙度大于、小于、或相当于成型织物14的粗糙度。为了改进纸的花纹，第一转移织物50的织物粗糙度优选至少比成型织物高30％，更优选至少高60％。
然后通过转移辊隙将湿纸10转移到第二转移织物54上，该转移选择性地包括一个真空箱56和一个鼓风箱或加压箱58，以便有利于所述转移并对纸进行脱水。第二转移织物54优选有至少0．3毫米的表面厚度，并且其织物粗糙度比成型织物的粗糙度至少高50％，更优选至少高100％，更优选至少高200％，以便赋予所述纸花纹和胀量。所述第二个转移辊隙还可以涉及快速转移。
还可以用一个空气压机16对纸10做进一步的脱水，该压机包括一个压力室18和一个真空箱20，以便迫使空气流过所述纸而没有明显的密集化。一种上部支撑织物22有助于夹住所述纸，并防止纸和所述空气压机表面之间的摩擦，因此具有很小的间隙，以防空气从所述空气压机的侧面泄露，以便进行节能脱水。可将室温下的空气、加热的空气、过热的蒸汽、或蒸汽或空气的混合物用作所述空气压机中的气体介质。
第二转移织物54的粗糙度优选低于第一转移织物50的粗糙度，以便第一转移织物能提供所纸的模制，而第二转移织物由于具有更光滑的外形可以在干燥期间加强热量转移。如果仅有一小部分纸10与干燥器表面密切接触，热转移会受到妨碍。可将第二转移织物54缠绕在Yankee干燥器30上一定长度，该长度优选至少大约6英寸，如大约12-大约40英寸，更优选大约18英寸，沿机器方向缠绕在滚筒干燥器表面上。所述织物缠绕的长度可能取决于该织物的粗糙度。辊60和62中的任一个、两个或者一个也没有，可以对所述滚筒干燥器表面进行施压，以便增强干燥、纸的模制、并形成粘接。在将无皱纸36从滚筒干燥器表面上退绕之前该粘接必须足于承受Yankee罩34中的吹风力。
在即将接附纸10之前，由一个喷杆42将界面控制混合物40喷在滚筒干燥器30的表面上。将所得到的干纸36不起皱地从干燥器30上移去，并卷绕到辊38上。
在图3中示出了本发明的一种实施方案，其中，从位于双长网成型机的上长网70和下长网71之间的料箱12中将造纸纤维的浆体排出。所述双长网在形状和材料方面可以相同或不同，用一个吸辊72转移所述纸。然后通过诸如一系列的真空箱74，箔、和／或其它装置的机械装置对所述初级纸进行脱水。优选用一个包括压力箱18和真空箱20的空气压力头16对所述纸进行非压缩性脱水到大于30％的稠度。然后在转移点借助于真空收集靴26将脱水的纸转移，特别是快速转移到有花纹的有孔织物24上。在一种具体实施方案中，所述有花纹的织物包括一种三维织物，如Lindsay Wire T-116-3设计(Lindsay Wire分部，Appleton Mills，Appleton，威斯康星)，织物的粗糙度至少为0．3毫米，该粗糙度优选大于成型织物的粗糙度。
由有花纹的织物24将纸10携带到辊32和滚筒干燥器30之间的辊隙中，在这里，所述纸被连接到该滚筒干燥器表面上。所述有花纹的织物24可以将所述湿纸卷绕到滚筒干燥器30上一段短的长度，该长度优选沿机器方向少于6英尺，更优选少于4英尺，包括压力辊32和第二辊76之间的跨度，所述辊可能接触或者不接触所述滚筒干燥器表面。在接触湿的纸之前，用喷雾器42或其它喷雾装置将一种界面控制混合物40的粘性化合物和／或分离剂处理所述滚筒干燥器表面。在连接到干燥器表面上之前，可以用喷头78将粘性化合物、分离剂或其混合物额外地喷在所述纸的表面。在接收所述纸之前还可以用一个额外的喷杆或喷淋杆79将稀释的分离剂喷在织物24与纸接触的一面。
在所述纸接附到干燥器表面上之后，可以用高温空气冲击罩34或其它干燥和冲击装置对所述纸做进一步干燥。然后不起皱地将所述部分干燥的纸从干燥器30表面上取出，如果需要的话，对分离的纸36做进一步的干燥处理(未示出)，或者在卷绕之前做其它处理。
在图4中示出了另一种实施方案，其中，将初级纸10加在一对长网70和71之间，以便通过具有一个压力室18和一个低真空室20的空气压机16进行脱水。在固体含量大约为30％或更高的稠度下，在第一转移点用一个真空转移靴52将纸10转移到第一转移织物50上。所述第一转移织物50的空隙体积明显高于下长网71的空隙体积，并优选具有一种三维形状，其特征是增加机器方向的节，该节高出最大的垂直方向节至少0．2毫米，优选至少0．5毫米，如大约0．8-大约3毫米，更优选至少1．0毫米。
通过一个真空收集靴56以及选择性地包括一个压力鼓风箱或喷头58将纸10从第一转移织物50转移到第二转移织物54上。纸向第一转移织物50和第二转移织物54的转移或者这两种转移可以用10％或更高的快速转移进行。用压力辊32将位于第二转移织物54上的纸压在滚筒干燥器30的表面上。在旋转辊82之间的一段较短的接触织物80可以将所述纸压在所述滚筒干燥器表面上，以便产生额外的花纹或改进的热转移。然后，除了通过滚筒干燥器30的表面导热之外，在干燥器罩34中通过对流方式将所述纸干燥。可以用喷杆42将一种界面控制混合物40或其成分喷在干燥器表面上。然后将干燥的纸36不起皱地分离。
可能需要将织物卷绕到滚筒干燥器表面上一定程度，以利于热转移并减轻纸的控制问题。如果所述织物过早地分离，所述纸有可能粘在所述织物上，而不是粘在滚筒干燥器表面上，除了用高压将纸压在该干燥器表面上，当需要通过基本上非压缩的处理来获得最佳胀量和湿弹性时这种方案是不理想的。所述织物优选保持与位于干燥器表面上的纸接触，直到所述纸达到大约40％或更高的干燥度，优选大约45％或更高，如大约45％-65％，更优选大约50％或更高，更优选大约55％或更高。施加在纸上的压力优选为0．5-5psi，更优选0．5-4psi，更优选大约0．5-3psi，不过，更高和更低的值仍然属于本发明的范围。对于涉及大量织物卷绕的实施方案来说，织物的卷绕程度应当不超过所述滚筒干燥器的机器方向周长的60％，优选大约40％或更低，更优选大约30％或更低，最优选为所述滚筒干燥器周长的大约5-20％或更低。
实施例下面的实施例用于说明与本发明有关的可能的方案。具体的用量、比例、组成和参数是用于示意性的，而不是要具体限定本发明的范围。
例1用一台实验造纸机生产本发明的公称基重为12磅／2880英尺2的纸，纸的宽度为22英寸，Yankee干燥器的工业上有用的速度为每分钟1000英尺。配料包括漂白牛皮纸由加利树纤维和漂白的牛皮纸南方软木纤维的未精练过的50∶50的混合物(LL19购自亚拉巴马的Coosa River纸浆厂)。让所述纤维浆体通过一个层叠的3层料箱，每一层含有相同的浆体，以便产生混合的纸。以1000毫升／分钟的速度和6％的固体量加入Parez631NV强化助剂加入所述浆体中。用一种控制系统将浆体的pH保持在6．5，该系统采用添加硫酸和碳酸的方法。
所述料箱用一个吸辊将浆体喷射到双长网成型部分的两个成型织物之间。每一种织物是Lindsay Wire2064成型织物。当位于所述两个织物之间的初级纸从5个真空箱上通过时对其进行脱水，所述真空箱的相应的工作真空压力为10．8、13．4、0、和19．2Hg。在离开真空箱之后，所述初级纸仍然保持在两个成型织物之间，通过一个空气压机，该压机具有一个压力为15psig的室，和一个压力为9英寸Hg真空度的真空箱。所述空气压力头的速度为1000fpm，它能将所述纸在进入空气压力头之前的27．8％的稠度提高到离开空气压机时的39．1％，进行了明显程度的脱水。
然后，将脱水的纸转移到一种通常用于模压透干纸的三维织物上，该织物为Lindsay Wire216-3TAD织物。向TAD织物上的转移涉及能够有效进行快速转移的真空收集靴，并且用三种不同的快速转移速度进行10％，20％，和30％。所述TAD织物然后接近Yankee干燥器，并且用一个常规压力辊压在干燥器表面上。到第二个压力辊的位置能够将大约24英寸的织物卷绕在Yankee干燥器表面上，所述第二压力辊不施加压力，并且略微与Yankee干燥器分离，类似于图4所示结构。在接收纸之前，用硅氧烷分离剂对TAD织物进行喷雾，该硅氧烷分离剂是具有大约1％活性固体的Dow Corning2-1437硅氧烷乳液，以大约400毫升／分钟的流量喷施该乳液，以便使用大致为20-25毫升／平方米的硅氧烷剂量。使用硅氧烷以防所述纸粘接在TAD织物上而不粘接到Yankee干燥器表面上。所述硅氧烷似乎能够在该方法的下列情况下使用当硅氧烷流中断时，由于纸粘在TAD织物上而使得所述纸从TAD织物向Yankee干燥器的转移出现问题。
在启动时，所述纸以10％的快速转移速度运行，在Yankee干燥器上起皱，在大约70psig的蒸汽压力下工作，该压力随后增加到大约100psig的最大值。在开始阶段，所述外罩在大约650-750°F的温度下工作，随后温度超过750°F，并以大约35％45％的空气循环值运行，由此产生的空气冲击速度为大约65米／秒。在大约95％的稠度下对所述纸进行干起皱。所述Yankee的涂层包括用由啧雾系统公司提供的4个#6501喷头喷洒聚乙烯醇AIRVOL523(由Air Products and Chemicai Inc．生产)和溶解在水中的山梨醇，所述喷头的工作压力为大约psig，流量大约为0．4加仑／分(gpm)。所述喷雾剂的固体浓度为大约0．5％的重量比。无须除去或分离所述起皱刮刀，通过提高涂在所述纸上的分离剂的含量即可转变成无皱作业，将所述分离剂的含量一直提高到使所述纸在达到起皱刮刀之前通过来自卷筒的张力离开Yankee干燥器。业已发现，如果将过量的分离剂涂在Yankee表面上，所述纸将不根本能够附着或者会提前分离，并进入所述外罩中。不过，通过适当平衡粘性化合物和分离剂的浓度，可以实现成功的和稳定的作业。
该实验的连续的界面控制混合物包括以活性固体的百分比为基础计算大约26％的聚乙烯醇、46％的山梨醇，和28％的Hercules M1336聚乙二醇，使用的剂量为50-75毫克／平方米。将所述化合物制备在水溶液中，其固体的重量百分比低于5％。在所述纸的起皱生产期间，将HerculesM1336的用量逐渐增加到大约28％的最佳水平，以便减弱起皱的程度，并最终使得不起皱地将纸从Yankee干燥器上拉下来。所述纸是通过卷筒下来的，所述卷筒以大体上与Yankee相同的速度工作。
然后，进一步加强快速转移的程度。在将冲击速度增加到2％时，然后再增加到3％时之后，必须对工作条件进行若干调整，以便成功地获得无皱产品。将速度从1000fpm略微降到900fpm，有助于提高可以成功地采用的快速转移的量。将纸的基重从12磅／2880英尺2提高到13磅／2880英尺2，也有助于获得较高程度的快速转移。
不希望受理论的约束，相信快速转移的差别会导致直接影响纸连接在Yankee干燥器表面上的性质的纸的形状的差别。结果快速转移的加强以及同时出现的表面厚度和花纹的增强，预计能产生与Yankee干燥器有较少接触的表面。结果，为了在所述滚筒干燥器表面上干燥期间保持足够的粘接力防止纸的提前分离或滑动，快速转移的增强可能需要诸如较高程度的粘接、较低的机器速度、较高的压力、在所述罩中较低的空气循环以便减弱空气动力、或较高的基重以便提供更大质量和对鼓风力的更大抗性的补充措施。
为了有利于所述纸从TAD织物上分离，在纸收集之前以400毫升／分的速度将硅氧烷试剂喷洒在TAD织物上，所述分离剂溶液具有大约1％的硅氧烷固体。
将以20％的快速转移速度制成的制品转换成卫生纸卷，并测定其物理特性。以20％的量快速转移的无皱纸在机器方向上的拉伸为13％，与不进行快速转移的相似的起皱纸相比，其机器方向的拉伸为14％。这两种类型的纸无水干基重为19gsm。对于无皱纸来说在2kPa压力下侧得的8层纸的厚度为2．4毫米，而对于起皱纸来说为1．6毫米。结果，具有180层纸的无皱纸的纸卷与具有253层纸的起皱纸的纸卷具有相同的直径。起皱纸的吸收能力为每克纤维11．8克水，与此对应，无皱制品的吸收能力为每克纤维14．1克水。
表面形状的测定是用38毫米CADEYES莫尔条纹干涉仪进行的。使用从在高度图的垂直于机器方向的10个曲线中提取的曲线获得所述纸的空气一侧表面厚度的中间P10值为0．22毫米。所述纸的Yankee干燥器一侧具有略微低一些的表面厚度值0．19毫米，是用相同方法获得的。所述纸上的花纹图案的特征性单元与机器方向的单元长度主要呈线性关系，在机器方向上为大约5．4毫米，而垂直于机器方向的宽度为大约2．6毫米(在这种情况下是侧向长度尺寸)。在外观上，所述无皱纸更接近用相同的TAD织物和配料制成的无皱透干纸。
在所述生产期间，发现所述罩中的空气循环速度对需要施加在Yankee上的化合物有影响，较大的循环速度会导致在所述纸上产生较高的空气动力，并需要更强的粘接。对于适于在Yankee干燥器上生产无皱纸的控制系统来说，所述界面控制混合物中制剂的平衡必须相应于所述罩中的循环速度和其它空气动力学因素，另外还必须相应于基重、湿的最终化合物、快速转移程度、和其它诸如此类的因素。
非压延Yankee干燥的无皱纸，在通过标准方法转变成2层浴室的纸卷之后，与类似的无皱透干纸相比具有较大的胀量和吸收能力(所述无皱透干纸在2kPa的压力下8层纸的厚度为1．5毫米，每克纤维的吸水量为12．5克)，但手感不柔软。可以用进一步的压延或其它机械处理(轻擦、微拉伸、或起皱等)以便提高所述纸的柔软度，同时有可能损失某些胀量或吸收力；还可以使用化学柔软剂，正如本领域众所周知的。使用卷曲或分散的纤维还可以进一步提高纸的柔软度，以便使所述纸除了具有突出的机械特征之外还具有理想的触觉特征。
用本实施例无皱制品制成的转化手纸在机器方向上的强度为1919克／3英寸，而CD强度为1408克／3英寸，湿的垂直方向的强度为105克／3英寸。所述转化的无皱纸具有下列湿的弹性参数0．640回弹，LER为0．591，湿压缩胀量为6．440，根据5个样品的平均值计算，每一个样品包括3层双层纸部分的叠层。以上三种湿的弹性参数的相应的标准误差为0．013，0．014，和0．131。所述湿润样品在0．025psi的第一种压力下的起始胀量为20．1cc／g。当把相同的三维纸用常规粘接剂粘接到Yankee表面上并通过常规起皱分离时，所得到的湿的弹性参数相对较低。这种起皱纸的弹力为0．513回弹，LER为0．568，湿压缩胀量为4．670(根据6个样品的平均值计算，每一个样品包括3层双层纸部分的叠层。以上三种湿的弹性参数的相应的标准误差为0．022，0．020，和0．111。无皱样品的平均烘箱干燥基重为37．3gsm，而对于起皱样品来说为36．0gsm。
例2大体上按例1所述方法制备具有高柔软度纤维和永久性湿强剂的无皱纸，不同的是，用花纹较少的Asten 44GST织物取代Lindsay Wire TAD织物作为转移织物。配料包括以100 BCTMP软木(云杉)纤维，在所述纤维浆体中以每吨纤维20磅KYMENE 557 LX(由Hercules生产，Wilmington，Delaware)湿强树脂。然后以大约34％的稠度将所述纸接附到Yankee干燥器上，然后干燥到结束。同样使用由聚乙烯醇、山梨醇、和Hercules M1336聚乙二醇的界面控制混合物，将所述制剂的用量和比例进行调整，以便进行有效干燥和分离。将无皱纸从Yankee上分离，并卷绕不再进行进一步处理。烘箱干燥的基重为30．7gsm。
所述无皱纸的回弹率为0．783，LER为0．743，湿压缩胀量为8．115根据4个样品的平均值计算，每一个样品包括具有4个单层纸部分的叠层。以上三种湿的弹性参数的相应的标准误差为0．008，0．019，和0．110。湿润的样品在0．025psi的压力下的起始胀量为17．4cc／g。
以上的详细说明是用于说明目的的。因此，在不脱离本发明构思和范围的前提下可以进行多种改进和改变。例如，可以用作为一种实施方案的组合部分披露的替代性或选择性特征形成另一种实施方案。另外，有两个名称的元件可以代表同一种结构的部分。此外，可以采用各种替代方法和设备结构，特别是针对原料制备、料箱、成型织物、纸转移和干燥进行的改进，或者如下列文献中所披露的于与本申请同一天由M．Hermans等申请的美国专利申请流水号(未知)，题为“用于在改进的传统湿压机上生产纸的方法”；于与本申请同一天由M．Hermans等申请的美国专利申请流水号(未知)，题为“用减少的能量投入生产低密度纸的方法”；和于与本申请同一天由S．Chen等申请的美国专利申请流水号(未知)，题为“低密度弹性纸和生产这种纸的方法”；以上文献被收作本文参考文献。因此，本发明不是由所披露的具体实施方案限制的，而是由权利要求书及其等同物限定的。
权利要求
1．一种生产无皱纸的方法，包括a)将造纸纤维的含水悬浮液沉积在一种成型织物上，以便形成初级；b)将所述纸脱水到大约30％或更高的稠度；c)在三维基质上使所述纸产生花纹；d)将所述纸转移到一个滚筒干燥器的表面上；e)加上一种界面控制混合物，该混合物含有粘性化合物和分离剂，所述界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上，而不会滑动，并且可以将纸分开而又不会对纸造成明显的损伤；f)在所述滚筒干燥器上干燥所述纸；和g)不起皱地将所述纸从所述干燥器表面上分离。
2．如权利要求1的方法，其中，将所述纸压在滚筒干燥器上，同时保持该纸与有花纹的基质的接触。
3．如权利要求1的方法，其中，在大约30％至大约45％的稠度下将所述纸压在所述滚筒干燥器的表面上，同时保持该纸与有花纹的基质的接触。
4．如权利要求1的方法，其中，将所述粘性化合物涂在所滚筒干燥器表面上，而将分离剂涂在造纸纤维的水悬浮液中。
5．如权利要求1的方法，其中，将所述粘性化合物和分离剂都加在所述滚筒干燥器表面上。
6．如权利要求1的方法，其中，所述粘性化合物是水溶性的。
7．如权利要求6的方法，其中，所述粘性化合物是以水溶液形式薄层涂敷并在干燥和加热到150℃保持30分钟之后仍然是水溶性的。
8．如权利要求6的方法，其中，所述界面控制混合物中的粘性化合物在干燥并加热到250°F保持30分钟之后至少有90％是水溶性的。
9．如权利要求1的方法，其中，所述界面控制混合物基本上不含交联剂。
10．如权利要求1的方法，其中，所述界面控制混合物以每平方米涂敷面积大约0．02-0．15克固体的用量使用。
11．如权利要求1的方法，其中，所述界面控制混合物包括有效量的多元醇。
12．如权利要求9的方法，其中，所述分离剂含有烃乳液。
13．如权利要求1的方法，其中，所述界面控制混合物以干固体为基础计算含有高于0-80％的山梨醇。
14．如权利要求1的方法，其中，所述界面控制混合物含有乙烯醇。
15．如权利要求1的方法，还包括当所述纸与所述滚筒干燥器表面接触时在它上面包覆一种织物的步骤，其中，织物缠绕的长度低于滚筒干燥器周长的60％。
16．如权利要求1的方法，其中，所述纸转移到干燥器表面上时施加在纸上的最大压力低于400psi，该压力是在通过包括最大压力点的1英寸的方形面积上测定的。
17．如权利要求1的方法，还包括将所述纸快速转移到一种转移织物上的步骤，所述转移织物的运行速度比所述纸在快速转移之前的速度至少慢10％。
18．如权利要求17的方法，其中，所述转移织物的织物粗糙度至少为0．3毫米。
19．如权利要求1的方法，还包括在将所述纸在所述基质上形成花纹之前将一种织物分离剂喷在所述三维基质上。
20．如权利要求1的方法，其中，用非热脱水方法将所述纸脱水大约30％或更高的稠度。
21．如权利要求1的方法，其中，仅用非压缩脱水方法将所述纸脱水到大约30％或更高的稠度。
22．如权利要求21的方法，其中，用一个空气压机将所述纸脱水到大约30％或更高的稠度，所述压机包括一个与一个真空箱可操作地结合的加压空气室。
23．如权利要求1的方法，其中，所述纸的所有脱水和干燥都是在使用非旋转透干干燥器的条件下完成的。
24．如权利要求1的方法，其中，所述纸在滚筒干燥器上的干燥包括在一个罩中进行加热空气冲击干燥。
25．如权利要求24的方法，其中，所述空气冲击干燥包括以至少1Om／s的速度射在所述纸上的空气射流。
26．以工业上有用的速度生产无皱纸的方法，包括a)将造纸纤维的含水悬浮液沉积在一种成型织物上，以便形成初级纸；b)将所述纸脱水到大约30％或更高的稠度；c)将所述纸转移到第一转移织物上；d)将所述纸转移到第二转移织物上；e)将所述纸转移到一个滚筒干燥器的表面上；f)加上一种有效量的界面控制混合物，该混合物含有粘性化合物和分离剂，所述界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上，而不会滑动，并且可以将纸分开而又不会对纸造成明显的损伤；g)在所述滚筒干燥器表面上干燥所述纸；和h)不起皱地将所述纸从所述干燥器表面上分离。
27．如权利要求26的方法，其中，在所述纸被转移到所述转移织物之一上之后将所述湿态纸脱水到大约30％或更高的稠度。
28．如权利要求27的方法，其中，在将所述纸从干燥器表面上分离之前的所有脱水和干燥都是在不使用旋转透干干燥器的条件下完成的。
29．如权利要求26的方法，其中，将所述纸从所述转移织物中的至少一种上转走的步骤是用至少10％的快速转移完成的。
30．如权利要求29的方法，其中，所述第一种转移织物的织物粗糙度至少比所述成型织物的粗糙度高30％。
31．一种生产无皱纸的方法，包括a)将造纸纤维的含水悬浮液沉积在一种成型织物上，以便形成初级纸；b)将所述纸脱水到大约30％或更高的稠度；c)在三维花纹基质上使所述纸产生花纹；d)在大约30-45％的稠度下用花纹基带将所述纸转移到一个滚筒干燥器的表面上；e)加上一种界面控制混合物，该混合物含有粘性化合物和分离剂，所述粘性化合物是水溶性的并且基本上不含交联粘接剂，所述界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上，而不会滑动，并且可以将纸分开而又不会对纸造成明显的损伤；f)在所述滚筒干燥器上干燥所述纸；和g)不起皱地将所述纸从所述干燥器表面上分离。
32．如权利要求31的方法，其中，所述粘性化合物包括山梨醇和聚乙烯醇。
33．如权利要求31的方法，其中，所述粘性化合物是在以干固体质量为1克水溶液形式薄层涂敷并在干燥及加热到150℃保持30分钟之后仍然是水溶性的。
34．如权利要求31的方法，其中，所述界面控制混合物中的粘性化合物在干燥并加热到250°F保持30分钟之后至少有90％是水溶性的。
35．一种生产无皱纸的方法，包括a)将造纸纤维的含水悬浮液沉积在一种成型织物上，以便形成初级纸；b)对所述纸进行脱水；c)在三维花纹基带上使所述纸产生花纹；d)将所述纸转移到一个滚筒干燥器的表面上；e)涂上一种界面控制混合物，该混合物含有粘性化合物和分离剂，所述界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上，而不会滑动；f)在所述滚筒干燥器上干燥所述纸；g)用起皱刮刀将所述纸从干燥器表面上分离；h)调整所述界面控制混合物，以便该界面控制混合物适用于将所述纸粘接到干燥器表面上而又不会滑动，并且能够将所述纸分离而又不会对纸造成明显的损伤；和i)不起皱地将所述纸从所述干燥器表面上分离。
36．如权利要求35的方法，其中，对所述界面控制混合物的调整包括相对分离剂的量而言减少粘性化合物的量。
37．如权利要求35的方法，其中，以大约30％-45％的稠度将所述纸压在所述干燥器表面上，同时保持所述纸与有花纹的基带的接触。
38．如权利要求35的方法，其中，所述不起皱地将所述纸从干燥器表面上分离包括提高卷筒的速度。
39．一种对湿压起皱造纸机进行经济地改进的方法，以便生产有花纹的无皱纸，所述造纸机包括一个成型部分，该部分包括一个环形成型织物，一个环形光滑的湿压毛毡，一个用于将湿的纸从所述成型织物上转移到湿压毛毡上的转移部分，一个Yankee干燥器，一个用于将停留在所述湿压毛毡上的湿态纸压在Yankee干燥器上的压机，一个用于将起皱粘接剂涂喷到所述Yankee干燥器表面上的喷雾部分，一个用于压迫所述Yankee干燥器让所述纸从干燥器表面上起皱的刮刀，和一个卷筒，所述湿压起皱造纸机缺少位于Yankee干燥器之前的旋转透干干燥器，该方法包括以下步骤a)用一种有花纹的造纸织物取代所述光滑的湿压毛毡；b)改进所述转移部分，以便将位于成型织物上的初级纸转移到所述有花纹的造纸织物上；c)提供非压缩型脱水装置；d)提供一个用于将分离剂涂在所述有花纹的造纸织物表面的输送系统，所述分离剂适用于协助所述纸从所述造纸织物上的分离；和e)改进所述喷雾部分，以便提供有效量的一种界面控制混合物的成分，该混合物含有粘性化合物和分离剂，该界面控制混合物适用于所述造纸机的无皱作业，以便在该造纸机上生产的纸保持与所述Yankee的稳定结合，直到它被所述卷筒的张力拉开而不会起皱。
40．如权利要求39的方法，其中，改进所述转移部分的步骤还包括增加用于将所述纸从所述成型织物上快速转移到所述造纸织物上的装置，所使用的不同的速度至少为10％。
41．如权利要求39的方法，还包括在生产无皱纸期间将刮刀在Yankee干燥器上的负荷调整到低于15pli的步骤。
42．如权利要求39的改进的湿压造纸机。
43．一种用权利要求1的方法生产的表面厚度为至少为0．2毫米的无皱纸。
44．如权利要求43的无皱纸，其机器方向的拉伸量至少为6％，垂直方向的拉伸量至少为6％。
45．如权利要求43的无皱纸，其胀量为至少为15cc／g，机器方向的拉伸至少为6％。
46．如权利要求43的无皱纸，其回弹值至少为0．6。
47．如权利要求43的无皱纸，其湿压胀量值至少为5cc／g。
48．一种在湿压造纸机上生产的并且在非进行旋转透干的滚筒干燥器上干燥的无皱纸，所述纸具有三维形状，大体上均匀的密度，在非压延状态下的胀量至少为10cc／g，每克纤维的吸水量至少为12克，所述纸包括可测量的界面控制混合物，该混合物包括粘性化合物和分离剂。
49．如权利要求48的无皱纸，其中，所述界面控制混合物包括多元醇。
50．如权利要求48的无皱纸，其中，所述界面控制混合物基本上不含交联剂。
51．如权利要求48的无皱纸，其中，所述纸包括卷曲的造纸纤维。
52．如权利要求48的无皱纸，其中，所述纸包括交联的纤维。
53．如权利要求48的无皱纸，其中，所述纸包括化学脱离剂。
54．如权利要求48的无皱纸，其中，所述纸包括多个独立的层，至少有一个向外的层的平均纤维长度小于所述纸中的至少一种其它层的纤维长度。
55．如权利要求48的无皱纸，其在非压延状态下的湿压胀量至少为5cc／g。
56．如权利要求48的无皱纸，其回弹值至少为0．5。
57．如权利要求48的无皱纸，其LER值至少为0．45。
58．如权利要求1的方法，其中，将所述分离剂涂在所述纸的表面上，而将所述粘性化合物加在造纸纤维的水悬浮液上。
59．如权利要求1的方法，其中，将所述分离剂涂在所述纸的表面上，而将所述粘性化合物涂在所述滚筒干燥器表面上。
60．如权利要求1的方法，其中，在将所述纸转移到所述滚筒干燥器表面上之前至少将所述粘性化合物和分离剂中的一种涂在所述纸的接触滚筒干燥器的表面上。
全文摘要
一种用传统湿压起皱造纸机生产花纹纸的方法,在传统圆柱形滚筒干燥器上干燥所述纸,以便产生具有运行干燥样特性的无皱制品。对机器的改进和粘性化合物和分离剂的适当平衡,使得花纹纸可以在Yankee干燥器上干燥,然后在不使用起皱刮刀的条件下将其剥离。
文档编号D21F11/00GK1283242SQ98812687
公开日2001年2月7日 申请日期1998年10月30日 优先权日1997年10月31日
发明者F·G·德吕克, 陈善梁, M·A·赫尔曼斯, 胡盛新, R·J·坎普斯 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司