高松密度纸的制作方法

专利名称：高松密度纸的制作方法
背景技术：
在制造和生产成卷的纸巾，例如厨用纸巾，起绉的原纸通常在造纸巾机上制造，并卷绕成母卷。然后，在转换操作中，使母卷退绕并压花，以增加纸巾的松密度。压花图案的设计可显著变化，但是通常它们是基本上覆盖整张纸并可以称为总体图案的压花图案。然而，与压花纸巾原纸有关的共同问题是，在卷绕成最终卷形的产品时，纸张轧花导致纸卷有点软和“疏松”。通过测量卷的坚实度使之量化的，这种效应变得更显著，因为通过在原纸张上进行压花，使该原纸张具有较大的Z向尺寸，因此，纸卷的松密度增加。与此同时，原纸张的松密度增加通常还降低纸张的强度。
因此，需要制造压花起绉的纸巾卷的装置，该纸巾具有高的卷松密度和高的卷坚实度，以及适当的强度。
发明概要现已发现，通过在压花期间保持更大的原纸强度的方式，来对起绉的原纸压花，这样起绉纸巾的卷可具有高的松密度、坚实度和强度。
因此，在一方面，本发明涉及一种制造高松密度纸张的方法，该方法包括在干燥起绉纸张上喷射蒸气，然后迅速在相匹配的钢压花辊之间对气蒸过的纸张压花。已经发现(与未气蒸过的压花纸张相比)刚好在压花之前气蒸可使卷坚实度增加15％或更多，具体是从约20％至约50％，更具体是从约20％至约35％。如下所述，卷坚实度的“增加”导致卷坚实度值的降低，该坚实度值由测试期间穿入卷一定程度的探测器测量。而且，根据本发明的气蒸可增加纸张的强度，该强度是在横向(CD)上测量的抗张强度，约为10％或更多，更具体的是从约10％至约30％，更具体的是从约10％至约20％(与未气蒸的压花纸张相比)。
在另一方面，本发明涉及起绉纸的卷，例如厨用纸巾的卷，它具有约13立方厘米/克(cc/g)或更大的卷松密度，10毫米(mm)或更小的卷坚实度，和每3英寸样品宽度(克)约2000或更大克力的CD抗张强度。
关于卷松密度，更具体来说，卷松密度可以是约15cc/g或更大，更具体的是约16cc/g或更大，再具体的是从约14cc/g至约20cc/g，更具体的是从约15cc/g至约17cc/g。
特别是关于卷坚实度，卷坚实度可以是约9mm或更小，更具体是从约6至约10，最好是从约7至约9。
特别是关于CD抗张强度，CD抗张强度可以是约2500克或更大，较好的是从约2200至3500克，更好的是从约2300至约3200克。
附图的简要描述

图1表示适合本发明的压花方法的制造起绉原纸的方法的示意性流程图；图2A表示本发明的脱机气蒸和压花方面的示意性流程图；图2B表示在图2A中所示蒸气喷施构架的示意图；图3是说明卷松密度计算的织物或纸巾卷的透视图；图4是用来确定卷坚实度的设备的示意图；图5是用于若干商业纸巾产品和根据本发明制造的产品的例子的卷松密度和卷坚实度的图表。
优选实施例的详细描述参见图1，本发明公开了一种制造起绉的原纸的方法的一个例子，该原纸适合随后的气蒸和压花。图中所示是本发明的优选实施例的示意图，其中流料箱20将配料21输送到成形织物带22上，该成形织物带22包绕一真空胸辊23。配料最好是纤维稠度为从约0.08％至约0.6％，较好的是，纤维稠度从约0.1％至约0.5％，最好是纤维稠度从约0.1％至约0.2％。紧接着在真空胸辊23之后，成形织物带22经过真空箱26，以便使幅面料24进一步脱水。
应该注意到，使用的流料箱的类型对于实施本发明的方法不是唯一的。还可采用能输送形成良好的纸张的任何流料箱。而且，尽管如上所述和图1所示的实施例利用了真空胸辊，这对于实施本发明的方法也不是唯一的。该方法可使用胸辊成形机、双长网成形机和长网造纸机，以及其变型。
然后，幅面料和成形织物带穿过转移区，在该转移区内，幅面料24被转移到毛毡30上。利用拾取装置32例如真空采集辊或转移靴型件进行转移。毛毡30将幅面料载送到在真空压辊34和扬基式干燥器36之间形成的辊隙处，在此，真空压辊用来使毛毡压靠住扬基式干燥器，在其之间限定幅面料。压辊抵靠扬基式干燥器施压的量可在200-500磅/线英寸(Pli)的范围内。在辊隙内，幅面料24从毛毡30上脱离并粘附到扬基式干燥器上。刚好在真空压辊之前，起绉粘合剂和松脱化合物可喷洒到扬基式干燥器上，以控制幅面料粘合到扬基式干燥器上的粘合量。当该幅面料离开真空压辊/扬基式干燥器的辊隙时，该幅面料具有约30％或更大的稠度，较好的是大于35％，最佳的是在38％至43％之间。该幅面料至少部分在扬基式干燥器上干燥，并可利用燃气高温罩盖37进行干燥。如Anderson等人于1991年2月12日授权的题为“用于使纸幅面料及由其制造的产品起绉的方法”的美国No.4992140专利中所示，它公开了给幅面料的空气侧润湿喷射，该专利在此作为参考。在起绉印花刮刀38之前的织物应具有从约40％至约99％，更好的是从约45％至约65％的干燥度。
在离开扬基式干燥器之后，部分干燥的幅面料24随后转移到罐干燥组件40，该罐干燥组件40特别构造成保持或增加幅面料的松密度并去除潮气，和使该幅面料干燥。罐干燥组件40包括若干罐干燥器。罐干燥组件的确切数量可随该幅面料24的干燥度、机械速度、重量和类似因素的理想的增加而变化。
幅面料24横穿由起绉刮刀38引出的开口输送到罐干燥组件，并夹置在纸张承载织物(毛毡)42和43之间。该幅面料24在罐干燥组件内干燥到约94％或更大的最终稠度，然后输送到卷筒50和卷筒卷轴51，在此，该幅面料卷绕到该卷筒卷轴上，以形成纸卷52，以便随后转换成最终的产品形式。在卷绕到该卷筒卷轴上之前，该幅面料24载送穿过一个或多个可选择的固定间隙的压花或轧光辊隙54。
特别强调的是，原纸制造的方式对实施本申请人的发明不太重要。可使用任何起绉的幅面料或纸张。上述工艺的描述仅仅是为了解释一种适当的方法。
图2A表示本发明的脱机气蒸和压花的方法。图中所示的是在匹配的钢压花辊61和62之间压花之前，起绉原纸的母卷52退绕，并通过蒸气构架60。然后，形成的压花纸张63根据需要卷绕成卷，以便随后转换成最终的成卷的制品。
图2B表示蒸气喷施构架的特殊设计。尽管未表示，蒸气系统供应管道设计成给蒸气喷施构架提供高质量的蒸气。在构架处的目标蒸气压力最好在5和10psi之间。在集气管和蒸气喷施构架之间的阀的数量和尺寸、吸尘罩和过滤器控制着管道系统内的压降。理想地，供给压力足够高，以致喷施构架处的压力可被控制在包含目标压力的范围内。
在一个特定的实施例中，蒸气供给应使集气管具有30至50磅的蒸气压力。压力计布置在集气管的下降段上，以允许集气管压力校验。在压力计之后，设有闸阀或球形阀，它允许将蒸气流关断，以便系统工作。接着，设有从蒸气中去除灰尘的蒸气过滤器。该过滤器向通向排出系统的管道或管供水。经过过滤器，设有电磁阀、凝气阀和闸阀。当转换设备启动和停止时，电磁阀开和关。当设备向下时，该冷凝物增加，凝气阀设置就位以便使冷凝物从蒸气中去除。闸阀布置就位以允许蒸气流过系统至排出系统，以便在延伸的关闭之后冷凝去除。在电磁阀之外，管道通向蒸气喷施构架。如果需要，可使压力调节阀布置在喷施构架和电磁阀之间。压力调节器阻抑集气管压力的任何变动，并在喷施构架处提供蒸气压力的控制按纽。如果没有安装压力调节阀，可使用截止阀，以便在蒸气喷施构架处进行压力调节。在管道和喷施构架之间的软管允许喷施构架的旋转和位置调节。一个管道离开喷施构架，并引入排出系统，以便从喷施构架管道去除冷凝物。
蒸气喷施构架由尺寸在一英寸和两英寸直径(ID)之间的不锈钢管构成。根据在蒸气送进管内的位置，该管的一端或两端被覆盖。蒸气可从最便利的中间或端部供送进管内。压力平衡管可与构架的一端的底侧连接，并经过构架的长度，以便如在图2B所示的构架的相对端连接。该构造允许沿喷施构架的长度的压力大致相等。蒸气喷施构架的一端配装有蒸气压力计，以测量构架内的压力。来自构架的蒸气流取决于喷嘴71的开口区域和构架处的蒸气压力。一个优选实施例是沿喷施构架的长度每隔三英寸布置喷嘴。它使用了来自喷射系统公司Wheaton，Illinois的排出喷嘴的规格Q、R、U或V。确定喷嘴的风扇朝向以导致纸张的最大覆盖率。应选择喷嘴的数量和喷嘴喷头尺寸的适当结合，以便在构架内获得足够的蒸气压力，从而以从约0.3至约2.0磅蒸气/3000平方英尺纸张的速率，较好的是，以从约0.8至约1.5磅蒸气/3000平方英尺纸张的速率，更好的是以约1磅蒸气/3000平方英尺的纸张的速率喷施蒸气。
蒸气喷施构架应布置在纸张之下，因此任何冷凝物不会滴落到移动的纸张上而使之破损。蒸气在压花辊的上游距离从约6至约18英寸喷施在纸张上。在与转换线有关的速度下，这使得压花在气蒸后不到1秒或两秒内进行。最好，纸张在蒸气喷射喷嘴上方跨过从约一至约两英寸。喷施构架应旋转以便垂直于或略朝向纸张移动进入压花辊隙的方向进行蒸气喷施。
在气蒸之后的纸张的湿度含量可增加4％。实际上，在气蒸和压花后的纸张迅速达到平衡湿度，以便最终产品的湿度取决于环境相对湿度。
关于压花步骤，压花辊是相匹配的辊，例如相匹配的钢压花辊。一个适当的例子在Burgess等人的1990年5月1授权的题为“具有交替的高和低应变区域的压花纸张”的美国专利4921034中表示，该专利在此提供作为参考。术语“相匹配”用来广义上表示压花辊相互啮合的凹和凸元件。凹和凸元件不一定是彼此相同的镜像元件，虽然它们可以是这样的。压花元件的高度可以是通常用于刻蚀相匹配的钢辊的任何尺寸。元件高度的优选尺寸可从约0.030至约0.080英寸，较好的是从约0.045至约0.070英寸的范围内。
现在参见图3，它解释了卷松密度的计算。图3表示具有芯的典型的成卷制品，绕该芯卷绕有纸制品。成卷产品的半径用“R”表示，而芯的半径用“r”表示。纸卷的宽度或长度用“L”表示。所有单位为“厘米”。以立方厘米(cc)表示的产品卷体积“RV”是产品体积减去芯的体积，即RV=(πR2L)-(πr2L)。产品卷重量“W”是纸卷的重量减去芯的重量，单位为克。“卷松密度”，以cc/g表示，是RV除以“W”。
图4表示用于确定卷坚实度的设备。该设备从Kershaw仪器公司Swedesboro，NJ获得的，并以型号RDT-101卷密度测试仪为人所知。图中所示是被测的纸巾卷80，它支承在芯轴81上。当开始测试时，横向台82开始向纸卷移动。传感探针83安装在横向台上。横向台的运动导致传感探针与纸巾纸卷接触。传感探针迅速与卷接触，作用在加载元件上的力将超出低调定点6克，位移显示为零，并开始指示探针的贯穿。当作用在传感探针上的力超过高调定点687克时，横向台停止，且位移显示以毫米表示贯穿度。测试仪将记录该读数。接着，测试仪在芯轴上使纸巾卷旋转90度，并重复测试。卷坚实度值是两个读数的平均值。需要在控制环境为73.4±1.8°F和50±2％相对湿度的情况下进行测试。在测试前，待测试的卷需要引入该环境中至少4小时。
例子1，如图1和2所述制造纸巾卷。具体是，制造不分层的单层纸巾，其中配料包括经漂白过的化学热机械制浆(BCTMP)的40％的软木(SW)和60％的北方软木亚硫酸盐(NSWS)浆液。幅面料在45和55％之间的干燥度下起绉，并如上面Anderson等人的专利中所述喷射加湿。然后，幅面料是在罐中干燥，并卷绕成图1所示的母卷内。
然后在转换过程中，母卷如图2所示经退绕、气蒸和压花。蒸气喷施喷嘴间隔开6英寸，并采用喷射系统的V尺寸喷嘴。喷嘴与纸张距离1.75英寸，且蒸气压力为1.75psi。喷嘴在垂直于纸张移动的方向上喷施蒸气。蒸气速度为121英尺/分，且蒸气喷施速率为8500平方英尺纸张/磅蒸气。
压花辊采用如Burgess等人的上述专利中所述。具体是，压花辊是如Burgess等人的专利中第5栏，第10-35行所述。
最终产品具有13.2cc/gm的卷松密度，6.88的卷坚实度和3100克的CD抗张强度。
例子2除了配料包括经过化学热机械制浆(CTMP)的30％的SW和70％的北方软木亚硫酸盐(NSWS)浆液之外，如例子1所述制造纸巾卷。纸张在48％和53％之间的干燥度下由扬基式干燥器起绉，并采用如Anderson等人的专利中所述的喷射加湿。在转换过程中，蒸气喷施喷嘴间隔开6英寸，并采用喷射系统的U尺寸喷嘴。喷嘴与纸张距离1.5英寸，且蒸气压力为4.5psi。喷嘴在垂直于纸张移动的方向上喷施蒸气。蒸气速度为366英尺/分，且蒸气喷施速率为3371平方英尺纸张/磅蒸气。最终产品具有15.6cc/gm的卷松密度，7.7的卷坚实度和2217克的CD抗张强度。
例子3除了配料包括30％的SW CTMP和70％的南方软木包装牛皮纸(SSWK)浆液之外，如例子1所述制造纸巾卷。纸张在58％和63％之间的起绉干燥度下由扬基式干燥器起绉，并且不使用喷射加湿。在转换过程中，蒸气喷施喷嘴间隔开6英寸，并采用喷射系统的V尺寸喷嘴。喷嘴与纸张距离1.75英寸，且蒸气压力为1.75psi。喷嘴在垂直于纸张移动的方向上喷施蒸气。蒸气速度为121英尺/分，且蒸气喷施速率为8500平方英尺纸张/磅蒸气。最终产品具有16.1cc/gm的卷松密度，6.2的卷坚实度和2348克的CD抗张强度。
例子4除了配料为100％的SSWK浆液之外，如例子1所述制造纸巾卷。纸张在60％和65％之间的干燥度下由扬基式干燥器起绉，并采用如Anderson等人的专利中所述的喷射加湿。在转换过程中，蒸气喷施喷嘴间隔开3英寸，并采用喷射系统的Q尺寸喷嘴。喷嘴与纸张距离2.0英寸，且蒸气压力为6.0psi。喷嘴在垂直于纸张移动的方向上喷施蒸气。蒸气速度为113英尺/分，且蒸气喷施速率为3500平方英尺纸张/磅蒸气。最终产品具有15.76cc/gm的卷松密度，7.0的卷坚实度和2565克的CD抗张强度。
例子5除了配料包括20％的SW CTMP，15％的南方硬木牛皮纸(SHWK)浆液和65％的SSWK浆液之外，如例子1所述制造纸巾卷。纸张干燥度在55％和65％之间，并且不采用喷射加湿。在转换过程中，蒸气喷施喷嘴间隔开6英寸，并采用喷射系统的V尺寸喷嘴。喷嘴与纸张距离1.75英寸，且蒸气压力为1.75psi。喷嘴在垂直于纸张移动的方向上喷施蒸气。蒸气速度为121英尺/分，且蒸气喷施速率为8500平方英尺纸张/磅蒸气。最终产品具有15.1cc/gm的卷松密度，7.4的卷坚实度和3179克的CD抗张强度。
例子6除了配料包括15％的SHWK浆液和85％的SSWK浆液之外，如例子1所述制造纸巾卷。纸张干燥度在55％和65％之间，并且不采用喷射加湿。在转换过程中，蒸气喷施喷嘴间隔开6英寸，并采用喷射系统的V尺寸喷嘴。喷嘴与纸张距离1.75英寸，且蒸气压力为1.75psi。喷嘴在垂直于纸张移动的方向上喷施蒸气。蒸气速度为121英尺/分，且蒸气喷施速率为8500平方英尺纸张/磅蒸气。最终产品具有15.5cc/gm的卷松密度，6.5的卷坚实度和2827克的CD抗张强度。
例子7除了配料包括经过30％的SW CTMP，15％SSWK包装浆粕，和55％的SSWK湿皱浆之外，如例子1所述制造纸巾卷。纸张干燥度在58％和65％之间，并且不采用喷射加湿。在转换过程中，蒸气喷施喷嘴间隔开6英寸，并采用喷射系统的U尺寸喷嘴。喷嘴与纸张距离1.5英寸，且蒸气压力为6.5psi。喷嘴在垂直于纸张移动的方向上喷施蒸气。蒸气速度为470英尺/分，且蒸气喷施速率为2460平方英尺纸张/磅蒸气。最终产品具有16.2cc/gm的卷松密度，7.7的卷坚实度和2041克的CD抗张强度。
例子8-13六个不同品牌的市售橱用纸巾产品的卷松密度，卷坚实度和CD抗张强度经测量。其结果在下表中表示表(市售产品)产品 卷松密度卷坚实度CD张力Brawny12.39 10.08 2425Mardi Gras12.666.67 2185Scott纸巾 13.04 13.58 982Sparkle 13.44 10.15 2325Bounty16.07 11.62 2208Hi-Dri18.16 13.63 1123参见图5，在例子(标记为“I”)中所述的本发明的产品和上述指示的市售产品的卷坚实度和卷松密度在图上标出位置。如图所示，本发明的产品在其性能上独一无二的，它具有高的松密度和高的卷坚实度。
显然，为了说明，上述例子不是为了限定本发明的范围，该范围由下述权利要求书及其等效范围限定。
权利要求
1．一种起绉纸张的纸卷，它具有13立方厘米/克(cc/g)或更大的卷松密度，10毫米(mm)或更小的卷坚实度和约2000克或2000克以上/3英寸宽度(克)的机器横向(CD)上的抗张强度。
2．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有15cc/g或更大的卷松密度。
3．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有16cc/g或更大的卷松密度。
4．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有从约14至约20cc/g的卷松密度。
5．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有从约15至约17cc/g的卷松密度。
6．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有约9mm或更小的卷坚实度。
7．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有从约6至约10mm的卷坚实度。
8．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有从约7至约9mm的卷坚实度。
9．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有约2500克或更大的CD抗张强度。
10．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有从约2200至约3500克的CD抗张强度。
11．如权利要求1所述的纸卷，其特征在于，它具有从约2300至约3200克的CD抗张强度。
12．一种制造高松密度纸张的方法，其步骤包括向干燥起绉的纸张喷射蒸气，然后迅速在相匹配的钢压花辊之间对气蒸过的纸张压花，并将气蒸过/压花过的纸张卷绕成卷。
13．如权利要求12所述的方法，其特征在于，与用未经过气蒸的压花过的纸张卷绕成的相同的卷相比，卷的坚实度增加约15％或更大。
14．如权利要求12所述的方法，其特征在于，与用未经过气蒸的压花过的纸张卷绕成的相同的卷相比，卷的坚实度增加从约20％至约50％。
15．如权利要求12所述的方法，其特征在于，与用未经过气蒸的压花过的纸张卷绕成的相同的卷相比，卷的坚实度增加从约20％至约35％。
16．如权利要求12所述的方法，其特征在于，与用未经过气蒸的压花过的纸张卷绕成的相同的卷相比，卷绕成卷的纸张的CD抗张强度增加约10％或更大。
17．如权利要求12所述的方法，其特征在于，与用未经过气蒸的压花过的纸张卷绕成的相同的卷相比，卷绕成卷的纸张的CD抗张强度增加从约10％至约30％。
18．如权利要求12所述的方法，其特征在于，与用未经过气蒸的压花过的纸张卷绕成的相同的卷相比，卷绕成卷的纸张的CD抗张强度增加从约10％至约20％。
全文摘要
一种通过刚好在相匹配的钢压花辊之间将纸压花之前,对干燥起绉的纸张进行气蒸的成卷的起绉纸产品,例如橱用纸巾,其可具有高的卷松密度和高的卷坚实度。通过气蒸对纸进行预处理,以便产生的纸张压花保持其形状和结构强度,因此使卷绕的产品卷具有较大的松密度和坚实度。另外,由于压花,纸张表现出较低的机器横向强度的降低。
文档编号B31F1/00GK1297502SQ99805087
公开日2001年5月30日 申请日期1999年4月8日 优先权日1998年4月15日
发明者S·L·阿彻尔, E·J·德拉海姆, 小·T·G·尼尔, J·S·维斯, M·M·兹林斯基 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司