АБСОРБИРУЮЩЕЕ ПОЛОТНО, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ РЕГЕНЕРИРОВАННОЕ ЦЕЛЛЮЛОЗНОЕ МИКРОВОЛОКНО

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение в целом относится к абсорбирующему полотну и, в частности, к абсорбирующему полотну, произведенному из бумагообразующего волокна, такого как целлюлозные пульпы из мягкой древесины и из твердой древесины, содержащие регенерированное целлюлозное микроволокно.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Регенерированное целлюлозное волокно лиоцелл хорошо известно. Обычно волокно лиоцелл производится из переосажденной целлюлозы, сформованной из водного раствора оксида амина. Обычный способ состоит в формовании волокна лиоцелл из раствора целлюлозы в водном N-оксиде третичного амина, например из раствора в N-метилморфолин N-оксиде (NMMO). Раствор обычно экструдируется через приемлемую фильеру в водную коагулирующую баню для получения готовых волокон. Эти волокна широко используются в текстильных изделиях. Ввиду того что волокно лиоцелл включает в себя высоко кристаллическую альфа-целлюлозу, оно имеет тенденцию к фибрилляции, которая является нежелательной в большинстве текстильных изделий и считается недостатком. В этом отношении патент US 6235392 и публикация патентной заявки US 2001/0028955, Luo et al., описывают различные способы получения волокна лиоцелл с уменьшенной тенденцией к фибрилляции.

С другой стороны, фибрилляция целлюлозных волокон желательна в некоторых применениях, таких как фильтрование. Например, патент US 6042769, Gannon et al., описывает способ приготовления волокон лиоцелл, которые легко фибриллировать. Волокна, полученные таким образом, могут быть обработаны дезинтегратором, как отмечено в колонке 5 патента '769 (см. строки 30, и далее. См. также патент US 5725821, Gannon et al). Высоко фибриллированные волокна лиоцелл, как было обнаружено, могут быть применены для фильтрующих сред, имеющих очень высокую степень продуктивности. В этом отношении следует отметить патентную заявку US 2003/0168401 и публикацию заявки US 2003/0177909, Koslow.

Как известно, в производстве абсорбирующего полотна применяются волокна лиоцелл, имеющие диаметры и длины волокон, аналогичные бумагообразующим волокнам. В этом отношении патент US 6841038, Horenziak et al., описывает способ и аппарат для приготовления абсорбирующего полотна, включающего волокна лиоцелл (см. фиг.2 патента '038, в котором описан традиционный способ высушивания на воздухе (TAD-процесс) для приготовления абсорбирующего полотна). Патент US 5935880, Wang et al., также описывает нетканые волоконные сетки, включающие волокна лиоцелл (см. также публикацию патентной заявки US 2006/0019571). Такие волокна имеют тенденцию выпадать хлопьями и являются, таким образом, чрезвычайно неудобными для употребления в традиционном способе мокрого формования при производстве абсорбирующих рулонов.

В то время как применение волокон лиоцелл в абсорбирующих материалах известно, ранее не было оценено по достоинству, что очень тонкие волокна лиоцелл или другие регенерированные целлюлозные волокна с чрезвычайно низкой зернистостью могут предоставлять уникальные сочетания свойств, такие как прочность в мокром состоянии, впитывающая способность и мягкость, даже при применении в композиции бумагообразующей массы в ограниченных количествах. Более того, полотно согласно изобретению является особенно применимым в качестве чистящих салфеток, так как оно является в высшей степени эффективным при удалении загрязнений с поверхности. Согласно настоящему изобретению было обнаружено, что регенерированное целлюлозное микроволокно может быть легко включено в бумагообразующую волоконную матрицу из твердой древесины и мягкой древесины для усиления сетевых характеристик и обеспечения характеристик высшего уровня качества даже при использовании бумагообразующих волокон качества более низкого, чем высшее.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Абсорбирующее бумажное полотно включает в себя целлюлозное полученное через пульпу бумагообразующее волокно и до приблизительно 75 мас.% фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего CSF-величину менее чем 175 мл. Фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно присутствует в количествах от 40 мас.% и в некоторых случаях более, считая на массу волокна; обычно присутствует более чем приблизительно 35%, считая на массу волокна в полотне. Возможность применения более 37,5% и еще более будет очевидна для специалистов в данной области. В различных продуктах на основе полотна может быть применено любое фибриллированное целлюлозное микроволокно, описанное здесь, с содержанием более 25%, более 30% или более 35%, 40% или более по массе, в зависимости от желаемых свойств при предполагаемом применении. В некоторых вариантах осуществления регенерированное целлюлозное микроволокно может присутствовать с содержанием в диапазоне 10-75%, как указано ниже; будет понятно, что диапазоны по массе, описанные здесь, могут быть заменены в любом варианте осуществления полотна согласно изобретению полотна, если это необходимо.

Бумагообразующее волокно организовано в волокнистую матрицу, и микроволокно лиоцелл дозируется и распределяется в волоконной матрице с образованием микроволоконной сети в ней, как это можно видеть из Фиг.1, которая представляет собой микрофотографию крепированной ткани с 20% целлюлозного микроволокна. Фибрилляция регенерированного целлюлозного микроволокна контролируется таким образом, что волокно имеет уменьшенную зернистость и уменьшенную степень помола по сравнению с нефибриллированным регенерированным целлюлозным волокном, из которого оно приготовляется, так что микроволокно обеспечивает повышенную впитывающую способность, прочность или мягкость, типично предоставляя одну или несколько из следующих характеристик: (a) абсорбирующее полотно имеет повышенную величину SAT и повышенную величину растяжимости во влажном состоянии по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна; (b) абсорбирующее полотно имеет повышенное соотношение растяжимостей во влажном/сухом состоянии по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна; (c) абсорбирующее полотно имеет меньший геометрический средний (GM) модуль разрыва, чем аналогичное полотно, имеющее подобные величины растяжимости, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна; или (d) абсорбирующее полотно имеет повышенный объем по сравнению с аналогичным полотном, имеющим подобные величины растяжимости, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна. Особенно пригодные волокна получаются из раствора целлюлозы с растворенной целлюлозой, включающего в себя растворитель, выбранный из ионных жидкостей и N-оксидов третичных аминов.

Настоящее изобретение также предоставляет продукты с необычно высоким соотношением растяжимостей во влажном/сухом состоянии, что делает возможным производство более мягких продуктов вследствие того, что прочность на разрыв в сухом состоянии конечного полотенца, например, часто определяется требованиями к прочности на разрыв во влажном состоянии. Один вариант осуществления изобретения включает в себя полотно, приготовленное с волокном, которое предварительно обрабатывали разрыхлителем в высокой концентрации.

Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут очевидны из последующего обсуждения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение подробно описано ниже со ссылкой на Фигуры, на которых:

Фиг.1 представляет собой микрофотографию, показывающую крепированную ткань с 20% регенерированного целлюлозного микроволокна;

Фиг.2 представляет собой гистограмму, показывающую размер волокна или “мелкозернистость” фибриллированных волокон лиоцелла;

Фиг.3 представляет собой график зависимости измеренной методом FDA длина волокна для различных образцов фибриллированного волокна лиоцелл;

Фиг.4 представляет собой микрофотографию неразмолотого регенерированного целлюлозного волокна с толщиной 1,5 денье, имеющего зернистость 16,7 мг/100 м;

Фиг.5 представляет собой микрофотографию размолотого регенерированного целлюлозного волокна с номером сита 14;

Фиг.6 представляет собой микрофотографию размолотого регенерированного целлюлозного волокна с номером сита 200;

Фиг.7-11 представляют собой микрофотографии при возрастающем увеличении фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, которое пропущено через сетку с номером сита 200 по классификатору Байера-МасНетта (Bauer-McNett);

Фиг.12-17 представляют собой графики зависимостей физических свойств полотен для рук, включающих в себя регенерированное целлюлозное микроволокно, где Фиг.12 представляет собой график зависимости объема полотна для рук от растяжимости (разрывной длины), Фиг.13 представляет собой график зависимости шероховатости от растяжимости, Фиг.14 представляет собой график зависимости непрозрачности от растяжимости, Фиг.15 представляет собой график зависимости модуля от растяжимости, Фиг.16 представляет собой график зависимости разрыва полотна для рук от растяжимости, и Фиг.17 представляет собой график зависимости объема полотна для рук от ZDT-связывания;

Фиг.18 представляет собой микрофотографию при увеличении 250 мягкодревесного полотна для рук без фибриллированного регенерированного целлюлозного волокна;

Фиг.19 представляет собой микрофотографию при увеличении 250 мягкодревесного полотна для рук, включающего в себя 20% фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна;

Фиг.20 представляет собой принципиальную схему бумагоделательной машины с мокрым прессованием, которая может быть применена при использовании настоящего изобретения;

Фиг.21 представляет собой график зависимости мягкости (по панели) от двуслойной GM-растяжимости для тканевого основания полотна 12 фунт/стопу листов (20 г/м²) с бумажной массой южных сортов и регенерированным целлюлозным микроволокном, полученного CWP-способом;

Фиг.22 представляет собой график зависимости мягкости по панели от растяжимости для различных тканевых полотен;

Фиг.23 представляет собой график зависимости объема от растяжимости для крепированного CWP-основания полотна.

Фиг.24 представляет собой график зависимости MD-удлинения от CD-удлинения для CWP-тканевого основания полотна;

Фиг.25 представляет собой график зависимости GM-модуля разрыва от GM-растяжимости для тканевого основания полотна;

Фиг.26 представляет собой график зависимости изменения растяжимости от % микроволокна для ткани и основания полотна полотенца;

Фиг.27 представляет собой график зависимости плотности бумаги от растяжимости для тканевого основания полотна;

Фиг.28 представляет собой график зависимости плотности бумаги от растяжимости для CWP-основания полотна;

Фиг.29 представляет собой график зависимости двуслойной SAT от CD-растяжимости во влажном состоянии;

Фиг.30 представляет собой график зависимости CD-растяжимости во влажном состоянии от CD-растяжимости в сухом состоянии для CWP-основания полотна;

Фиг.31 представляет собой микрофотографию, полученную на сканирующем электронном микроскопе (SEM) крепированной ткани без микроволокна;

Фиг.32 представляет собой микрофотографию крепированной ткани с 20% микроволокна;

Фиг.33 представляет собой график зависимости разрывной длины во влажном состоянии от разрывной длины в сухом состоянии для различных продуктов, показывающий влияние регенерированного целлюлозного микроволокна и разрыхлителя на растяжимости продуктов;

Фиг.34 представляет собой график зависимости GM-модуля разрыва от разрывной длины, показывающий влияние регенерированного целлюлозного микроволокна и разрыхлителя на прочность продукта;

Фиг.35 представляет собой график зависимости объема от разрывной длины, показывающий влияние регенерированного целлюлозного микроволокна и разрыхлителя на объем продукта;

Фиг.36 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую предварительную обработку волокна перед подводом бумажной массы в бумагоделательную машину;

Фиг.37 представляет собой график зависимости непрозрачности по TAPPI от плотности бумаги, показывающий, что регенерированное целлюлозное микроволокно значительно увеличивает непрозрачность тканевого основания полотна, полученного с использованием возвращенной в оборот бумажной массы; и

Фиг.38 представляет собой график зависимости мягкости по панели (произвольная шкала) от разрывной длины в метрах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение описано в деталях ниже со ссылкой на несколько вариантов осуществления и многочисленные примеры. Такое обсуждение предназначено только для целей иллюстрации. Модификации и частные примеры в пределах объема настоящего изобретения, заявленного в прилагаемой формуле изобретения, будут легко очевидны для специалиста в данной области.

Используемые здесь термины предоставлены в их обычном значении, согласующемся с типичными определениями, приведенными ниже; милы обозначают тысячные доли дюйма; мг обозначают миллиграммы, и м² обозначает квадратные метры, процент обозначает массовый процент (по сухому веществу), "тонна" обозначает короткую тонну (2000 фунтов) и так далее. Пока явно не указано иное, вариант применяемого способа тестирования эквивалентен тому, который действовал по состоянию на 1 января 2007, и тестируемые образцы приготовлены в условиях стандарта Технической ассоциации в целлюлозно-бумажной промышленности (TAPPI); то есть выдержаны в атмосфере 23°±1,0°С (73,4°±1,8°F) при 50% относительной влажности в течение по меньшей мере около 2 часов.

Впитывающую способность продуктов по изобретению измеряли простым измерителем впитывающей способности. Простой измеритель впитывающей способности является аппаратом, применимым, в частности, для измерения гидрофильности и характеристик впитывающей способности образцов ткани, салфеток или полотенца. В этом тесте образец ткани, салфетки или полотенца размером 2,0 дюйма (5,1 см) в диаметре помещали между верхней плоской пластиковой крышкой и рифленым дном планшета для образца. Диск образца ткани, салфетки или полотенца удерживается на месте 1/8-дюймовой (0,32 см) широкой областью окружности фланца. Образец не сжимали в держателе. К образцу добавляли деионизированную воду при 73°F (23°C) в центре дна планшета для образца через канал с диаметром 1 мм. Эта вода находилась на высоте гидростатического давления минус 5 мм. Растекание инициировали импульсным введением, вводимым в начале измерения механизмом прибора. Вода, таким образом, впитывалась образцом ткани, салфетки или полотенца из этой центральной точки ввода, радиально распределяясь под действием капиллярных сил. Когда скорость впитывания воды уменьшалась ниже 0,005 г воды за 5 секунд, тест завершали. Количество воды, изъятое из резервуара, и абсорбированное образцом, взвешивали и приводили в виде граммов воды на квадратный метр образца или граммов воды на грамм полотна. Практически применялась Gravimetric Absorbency Testing System от M/K Systems Inc. Это коммерческая система, которая может быть получена от M/K Systems Inc., 12 Garden Street, Danvers, Mass., 01923. Абсорбционная емкость по воде (WAC), которая также обозначается как SAT, в действительности определяется самим прибором. WAC определяется как точка на графике, где кривая время-масса имеет "нулевой" наклон, то есть образец прекращает абсорбцию. Критерий завершения для теста определяется как максимум изменения в массе воды, абсорбированной в течение фиксированного периода времени. По существу, это оценивается как нулевой наклон на графике время-масса. Программа использует изменение 0,005 г в течение 5 секундного интервала времени как критерий завершения, пока не указан “медленный SAT”, в этом случае критерием завершения является увеличение 1 мг за 20 секунд.

Пока явно не указано иное, термины “плотность бумаги”, BWT, bwt и так далее относятся к массе стопы листов 3000 квадратных футов (278,7 м²) продукта. Концентрация относится к процентам твердых веществ в возникающей структуре полотна, например, вычисленных на совершенно сухую массу. “Высушивание на воздухе” обозначает включение остаточной влаги, обычно до приблизительно 10% влаги для пульпы и до приблизительно 6% для бумаги. Структура полотна, находящаяся в стадии образования, содержащая 50% воды и 50% совершенно сухой пульпы, имеет концентрацию 50%.

Термины “целлюлозный”, “целлюлозное полотно” и подобные предназначены обозначать любой продукт, включающий в себя бумагообразующее волокно, содержащее целлюлозу в качестве основного компонента. “Бумагообразующие волокна” включают в себя исходные древесные массы или возвращенные в оборот (вторичные) целлюлозные волокна или смеси волокон, содержащие целлюлозные волокна. Волокна, пригодные для изготовления структур полотна по данному изобретению, включают в себя: недревесные волокна, такие как волокна хлопка или производные хлопка, манильской пеньки, кенафа, травы сабай, льна, травы эспарто, соломы, джутовой конопли, багассы, нитевидные волокна молочая, волокна ананасовой листвы; и древесные волокна, например, получаемые из лиственных и хвойных деревьев, включая мягкодревесные волокна, такие как мягкодревесные небеленые сульфатированные волокна северных сортов и южных сортов; твердодревесные волокна, такие как эвкалипт, клен, береза, тополь, или подобные. Бумагообразующие волокна, применяемые в связи с изобретением, обычно представляют собой встречающиеся в природе полученные через пульпу волокна (в противоположность выделенным из раствора волокнам, таким как лиоцелл или вискоза), которые выделяются из их исходных источников любым из ряда способов гидроразбивания, близких к способу, известному в уровне техники, включая сульфатный, сульфитный, полисульфидный, натронной варки и т.д. Пульпа может быть отбелена, при необходимости, химическими способами, включая использование хлора, диоксида хлора, кислорода, щелочного пероксида и так далее. Встречающиеся в природе полученные через пульпу волокна обозначаются здесь просто как “полученные через пульпу” бумагообразующие волокна. Продукты по настоящему изобретению включают в себя смесь традиционных волокон (или произведенные из первичной пульпы или вторичных источников) и высокозернистых обогащенных лигнином трубчатых волокон, таких как отбеленная химическая термомеханическая пульпа (BCTMP). Полученные через пульпу волокна, таким образом, также включают в себя высокодисперсные волокна, такие как BCTMP, а также термомеханическую пульпу (TMP), химико-термомеханическую пульпу (CTMP) и щелочно-пероксидную механическую пульпу (APMP). “Бумажные массы” и аналогичные термины относятся к водным композициям, включая бумагообразующие волокна, опционально смолы, повышающие прочность в мокром состоянии, разрыхлители и подобное, для изготовления бумажных продуктов. С целью вычисления относительных процентных составов бумагообразующих волокон содержание фибриллированного лиоцелла исключали, как описано ниже.

Небеленое сульфатированное мягкодревесное волокно представляет собой низкодисперсное волокно, произведенное хорошо известным способом сульфатирующего (сульфат) гидроразбивания из хвойного материала и включает в себя мягкодревесное небеленое сульфатированное волокно северных сортов и южных сортов, небеленое сульфатированное волокно дугласовой пихты и так далее. Небеленые сульфатированные мягкодревесные волокна в целом имеют содержание лигнина менее чем 5 мас.%, средневзвешенную длину волокна более чем 2 мм, также как среднеарифметическую длину волокна более чем 0,6 мм.

Небеленое сульфатированное твердодревесное волокно производится способом сульфатной варки из твердодревесных источников, то есть эвкалипта, и также обычно имеет содержание лигнина менее чем 5 мас.%. Небеленые сульфатированные твердодревесные волокна являются более короткими, чем мягкодревесные волокна, обычно имеют средневзвешенную длину волокна менее чем 1 мм и арифметическую среднюю длину менее чем 0,5 мм или менее чем 0,4 мм.

Возвращенное в оборот волокно может быть добавлено к бумажной массе в любых количествах. В то время как может быть применено любое пригодное возвращенное в оборот волокно, возвращенное в оборот волокно с относительно низкими уровнями древесного волокна является предпочтительным во многих случаях, например возвращенное в оборот волокно с меньшим чем 15 мас.% содержанием лигнина или меньшим чем 10 мас.% содержанием лигнина может быть предпочтительно в зависимости от состава смеси используемой бумажной массы и применения.

Толщины тканей по кронциркулю и/или объем, приводимый здесь, могут быть измерены как толщина по кронциркулю на 8 или 16 полотен, как указано. Толщина по кронциркулю и объем полотна для рук основаны на толщине 5 полотен. Полотна располагали друг над другом и измерение толщины по кронциркулю производили около центральной части стопки. Предпочтительно тестируемые образцы выдерживались в атмосфере при 23° ± 1,0°C (73,4° ± 1,8°F) при 50% относительной влажности в течение по меньшей мере около 2 часов и затем измерялись на модели Thwing-Albert 89-II-JR или измерителе толщины Progage Electronic с неподвижными частями 2-дюймового (50,8 мм) диаметра, нагрузкой постоянного веса 539 ± 10 граммов и скоростью спуска 0,231 дюйм/с (0,587 см/с). Для тестирования конечного продукта каждое тестируемое полотно продукта должно иметь то же число слоев, как продажный продукт. Для предварительного тестирования восемь полотен выбираются и складываются в стопку совместно. При тестировании салфеток салфетки разворачивали перед укладкой в стопку. Для тестирования основания полотна без устройств для сматывания ленты в рулон каждое тестируемое полотно должно иметь то же число слоев, как получается без устройства для сматывания ленты в рулон. Для тестирования основания полотна без бобины бумагоделательной машины должны применяться отдельные слои. Полотна укладывали в стопки, совместно выравнивали в линию в продольном направлении. На заказной рельефной или печатной продукции необходимо стараться избежать измерений в этих областях, если это возможно. Объем также может быть выражен в единицах объем/масса (удельный объем) путем деления толщины по кронциркулю на плотность бумаги.

Термин «обезвоживание путем уплотнения структуры полотна или бумажной массы» относится к механическому обезвоживанию действием мокрого прессования на обезвоживающем сукне, например, в некоторых вариантах осуществления путем применения механического давления, постоянно к поверхности структуры полотна, как в зазоре между нажимным роликом и прессующим башмаком, где структура полотна находится в контакте с бумагоделательным сукном. Термин “уплотняющее обезвоживание” применяется для разграничения со способами, в которых начальное обезвоживание структуры полотна проводили главным образом термическими методами, как в случае, например, патента US 4529480, Trokhan, и патента US 5607551, Farrington et al. Обезвоживание путем уплотнения структуры полотна, таким образом, относится к, например, удалению воды из структуры полотна, находящегося в стадии образования, имеющего концентрацию менее чем 30% или около, путем прикладывания к нему давления и/или увеличения концентрации в структуре полотна приблизительно на 15% или более путем прикладывания к нему давления.

Крепирование может быть выражено как процентный состав, вычисленный по формуле:

Процент крепирования = [скорость 1-й бобины/скорость американского сушильного аппарата] × 100%

Структура полотна, крепированная со скоростью поверхности 100 fpm (футов в минуту) (30,5 метров в минуту) из высушивающего цилиндра в бобину со скоростью 80 fpm (24,4 метров в минуту) имеет крепирование бобины 20%.

Крепирующий клей, применяемый для закрепления структуры полотна на высушивающем цилиндре американского сушильного аппарата, предпочтительно является гигроскопичным, повторно смачиваемым, по существу не сшитым поперечно клеем. Примерами предпочтительных клеев являются те, которые содержат поли(виниловый спирт) общего типа, описанного в патенте US 4528316, Soerens et al. Другие приемлемые клеи описаны в находящийся одновременно патентной заявке US с порядковым номером 10/409042 (патентная публикация US 2005-0006040 A1), поданной 9 апреля 2003, озаглавленной “Improved Creping Adhesive Modifier and Process for Producing Paper Products”. Раскрытия патента '316 и заявки '042 включены в данное описание в качестве справочного материала. Пригодные клеи опционально снабжали модификаторами и так далее. Предпочтительно применение кросс-сшивающего агента и/или модификатора в рассчитанных количествах или не на все количество клея.

“Разрыхлитель”, “композиция разрыхлителя”, “пластификатор” и подобные термины относятся к композициям, применяемым для уменьшения растяжимостей или смягчения абсорбирующих бумажных продуктов. Обычно эти композиции включают в себя поверхностно-активные вещества в качестве активного компонента и далее обсуждаются ниже.

“Степень помола” (CSF) определяли согласно стандарту TAPPI T227 OM-94 (канадский стандартный способ). Любой пригодный способ приготовления регенерированного целлюлозного микроволокна для проверки степени помола может быть использован, если волокно хорошо диспергировано. Например, если волокно проходит гидроразбивание при концентрации 5% в течение нескольких минут или более, то есть 5-20 минут до тестирования, волокно хорошо диспергируется для тестирования. Аналогично, частично высушенное фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно может быть обработано в течение 5 минут в английской дробилке при концентрации 1,2% с тем, чтобы гарантировать надлежащую дисперсию волокон. Как приготовление, так и тестирование проводятся при комнатной температуре и при этом применяется или перегнанная, или деионизированная вода.

Термин «полотно, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна» и подобные относятся к полотну, произведенному по существу тем же способом, имеющим по существу тот же состав, как и полотно, произведенное с регенерированным целлюлозным микроволокном, за исключением того, что бумажная масса не включает в себя регенерированное целлюлозное микроволокно, которое замещает бумагообразующее волокно, имеющее по существу тот же состав, как другое бумагообразующее волокно в полотне. Таким образом, в отношении полотна, имеющего 60 мас.% мягкодревесного волокна северных сортов, 20 мас.% твердодревесного волокна северных сортов и 20 мас.% регенерированного целлюлозного микроволокна, которое произведено по CWP-способу, аналогичное полотно без регенерированного целлюлозного микроволокна производится тем же CWP-способом с 75 мас.% мягкодревесного волокна северных сортов и 25 мас.% твердодревесного волокна северных сортов.

Волокна лиоцелл представляют собой формованные из растворителя целлюлозные волокна, полученные путем экструдирования раствора целлюлозы в коагулирующую баню. Волокно лиоцелл является более тонким по сравнению с целлюлозным волокном, произведенным другими известными способами, которые основаны на образовании растворимых химических производных целлюлозы и их последующем разложении для регенерирования целлюлозы, например, в вискозном процессе. Лиоцелл является общим термином для волокон, сформованных прямо из раствора целлюлозы в содержащей амин среде, обычно в N-оксиде третичного амина. Получение волокна лиоцелл представляет собой предмет многочисленных патентов. Примеры способов формования из растворителя для получения волокна лиоцелл описаны в патенте US 6235392, Luo et al.; патентах US 6042769 и 5725821, Gannon et al., которые включены в данное описание в качестве справочного материала.

“MD” обозначает продольное направление и “CD” обозначает поперечное направление относительно оси движения машины.

Непрозрачность измеряли по методике теста TAPPI, T425-OM-91 или эквивалентной.

Термин “преобладающий” и аналогичная терминология обозначают содержание большее чем 50 мас.%. Содержание фибриллированного лиоцелла в полотне вычисляли, основываясь на общей массе волокна в полотне; где относительное количество других бумагообразующих волокон вычисляли, исключая содержание фибриллированного лиоцелла. Так, если полотно, которое состоит из 20% фибриллированного лиоцелла, 35 мас.% мягкодревесного волокна и 45 мас.% твердодревесного волокна содержит твердодревесное волокно в качестве преобладающего бумагообразующего волокна ввиду того, что 45/80 бумагообразующего волокна (исключая фибриллированный лиоцелл) представляет собой твердодревесное волокно.

Пределы прочности на разрыв в сухом состоянии (MD- и CD-), удлинения, их отношения (модули), модуль разрыва, нагрузку и растяжение измеряли с использованием стандартного тестирующего устройства Instron или другого приемлемого измерителя растяжения при удлинении, который может быть конфигурирован различными способами, обычно на полосках шириной 3 дюйма или 15 мм ткани, или полотенца, или полотна для рук, выдержанных в атмосфере при 23° ± 1°C (73,4° ± 1°F) при 50% относительной влажности в течение 2 часов. Тест на растяжимость проводится при скорости ползуна 2 дюйма/мин (5 см/мин). Предел прочности на разрыв иногда обозначается просто как “растяжимость” и приводится в разрывной длине (км), г/3 дюйма (г/7,62 см) или г/дюйм (г/см).

Геометрически усредненный (GM) модуль разрыва выражается в граммах/3 дюйма/% напряжения(граммов/7,62 см/% напряжения), пока не указаны другие единицы. Процент натяжения является безразмерным, и нет необходимости определять единицы измерения. Величины растяжимости относятся к разрывным величинам, пока явно не указано иное. Пределы прочности на разрыв приводили в г/3 дюйма или г/см (граммов/7,62 см) при разрыве.

GM-модуль разрыва рассчитывается по следующей формуле:

[(MD-растяжимость/MD-удлинение при разрыве) × (CD-растяжимость/CD-удлинение при разрыве)]^1/2

Модуль разрыва для полотен для рук альтернативно может быть при необходимости измерен на 15 мм образце и выражен в кг/мм² (см. Фиг.15).

Отношения растяжимостей представляют собой просто отношения величин, определенные посредством вышеупомянутых способов. Пока явно не указано иное, свойство растяжимости является свойством сухого полотна.

TEA представляет собой меру прочности и приводятся CD-TEA, MD-TEA или GM-TEA. Общая поглощенная энергия (TEA) вычисляется как площадь под кривой нагрузка-удлинение с использованием измерителя растяжимости, как ранее было описано выше. Площадь основана на величине удлинения, достигаемого, когда полотно удлиняется до разрыва и нагрузка, приложенная к полотну, падает до 65% пиковой нагрузки на растяжимость. Так как толщина бумажного полотна обычно неизвестна и варьирует в течение теста, обычная практика состоит в игнорировании поперечной ширины полотна и сообщается "нагрузка" на полотно как нагрузка на единицу длины или обычно в единицах граммов на 3 дюйма ширины (7,62 см). Для вычисления TEA нагрузку конвертировали в граммы на миллиметр и площадь вычисляли путем интеграции. Единицы удлинения представляют собой миллиметры на миллиметр, так что конечные единицы TEA становятся г-мм/мм².

Растяжимость во влажном состоянии ткани согласно настоящему изобретению измеряли с применением трехдюймовой (7,62 см) широкий ленты ткани, которую складывали в петлю, зажимали в специальном креплении, называемом Finch Cup, затем погружали в воду. Finch Cup, который доступен от Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, Pa., закрепляли на измерителе растяжимости, снабженном клеткой с нагрузкой 2,0 фунта (0,91 кг) с фланцем Finch Cup, зафиксированном между нижним кулачком измерителя и концами петли ткани, зажатыми в верхнем кулачке измерителя растяжимости. Образец погружали в воду, которую приводили к pH 7,0 ± 0,1 и растяжимость тестировали через 5 секунд после погружения. Величины делили на два, как требуется для вычисления для петли.

Соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии выражали в процентах путем умножения отношения на 100. Для продуктов типа полотенца соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии является наиболее существенным. Повсюду в данном описании и формуле изобретения термин “отношение в мокром/сухом состоянии” или подобные термины относятся к соотношению CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии, пока иное не указано явно. В случае полотен для рук MD- и CD-величины приблизительно эквивалентны.

Пластификатор или дополнительный разрыхлитель вычисляли как массу “в состоянии непосредственно после поставки” коммерческой композиции с разрыхлителем на тонну совершенно сухого волокна, при применении коммерчески доступной композиции с разрыхлителем, без учета добавочных разбавителей или дисперсантов, которые могут быть добавлены к композиции после поступления от продавца.

Композиции с разрыхлителем обычно включают в себя катионные или анионные амфифильные соединения или их смеси (здесь и далее обозначаемые как поверхностно-активные вещества), объединенные с другими разбавителями и неионными амфифильными соединениями, где обычное содержание поверхностно-активного вещества в композиции с разрыхлителем варьирует от около 10 мас.% до приблизительно 90 мас.%. Разбавители включают в себя пропиленгликоль, этанол, пропанол, воду, полиэтиленгликоли и неионные амфифильные соединения. Разбавители часто добавляются к композиции поверхностно-активного вещества с тем, чтобы сделать последнюю более легко обрабатываемой (то есть со сниженной вязкостью и точкой плавления). Некоторые разбавители представляют собой артефакты синтеза поверхностно-активного вещества в упаковке (например, пропиленгликоль). Неионные амфифильные соединения, дополнительно к контролю свойств композиции, могут быть добавлены для усиления смачиваемости разрыхлителя, где как разрыхление и сохранение характеристик впитывающей способности являются необходимыми для субстрата, к которому применяется разрыхлитель. Неионные амфифильные соединения могут быть добавлены к композициям с разрыхлителем для диспергирования несмешивающихся с водой пакетов поверхностно-активного вещества в потоках воды, таких как имеющие место в бумажном производстве. Альтернативно, неионное амфифильное соединение, или смеси различных неионных амфифильных соединений, как показано в патенте US 6969443, Kokko, могут быть аккуратно выбраны для предсказуемого регулирования разрыхляющих свойств конечной композиции с разрыхлителем.

При рецептурировании композиции с разрыхлителем непосредственно из поверхностно-активных веществ дополнительный разрыхлитель включает в себя амфифильные добавки, такие как неионое поверхностно-активное вещество, то есть жирные эфиры полиэтиленгликолей и разбавители, такие как пропиленгликоль, соответственно, до приблизительно 90 мас.% применяемой композиции с разрыхлителем; однако, за исключением того, что содержание разбавителя составляет более чем около 30 мас.%; неамфифильный разбавитель исключается с целью вычисления композиции с добавляемым разрыхлителем на тонну волокна. Аналогично, содержание воды исключается при калькуляции дополнительного разрыхлителя.

Термин кват “типа C” относится к поверхностно-активному веществу на основе имидазолия, в то время как термин композиция “типа C” с разрыхлителем относится к композиции с разрыхлителем, которая включает в себя кват типа C. Предпочтительная композиция типа C с разрыхлителем включает в себя кват типа C и анионное поверхностно-активное вещество, как описано в патенте US 6245197, смешанное с неионными амфифильными компонентами и другими разбавителями, как описано в патенте US 6969443. Раскрытия патентов '197 и '443 включены в данное описание в качестве справочного материала.

Было обнаружено, что согласно настоящему изобретению повышенные соотношения CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии обнаруживаются, когда бумагообразующие волокна предварительно обрабатываются разрыхляющей композицией или композицией-пластификатором перед их включением в структуру полотна. В этом отношении настоящее изобретение может применять разрыхлители, включая амидоаминные соли, произведенные из аминов, частично нейтрализованных кислотой. Такие вещества описаны в патенте US 4720383 и в работе, Evans, Chemistry and Industry, 5 Июля 1969, стр. 893-903; Egan, J.Am. Oil Chemist's Soc Vol. 55 (1978), стр. 118-121; и Trivedi et al., J.Am. Oil Chemist's Soc, Июнь 1981, стр. 754-756, которые включены в данное описание в качестве справочного материала; как показано, пластификаторы часто доступны коммерчески в виде комплексных смесей более часто, чем в виде индивидуальных соединений. В то время как следующее обсуждение будет сфокусировано на преобладающих частицах поверхностно-активного вещества, должно быть понятно, что обычно на практике должны применяться коммерчески доступные смеси и композиции.

Quasoft 202-JR представляет собой приемлемое вещество, которое включает в себя поверхностно-активное вещество, полученное путем алкилирования продукта конденсации олеиновой кислоты и диэтилентриамина. Условия синтеза с недостатком алкилирующего агента (например, диэтил сульфата) и только одной стадией алкилирования, с последующей регулировкой pH для протонирования неэтилированных частиц, приводит к смеси, состоящей из катионных этилированных и катионных неэтилированных частиц. Меньшая доля (например, около 10%) полученного амидоамина циклизуется до имидазолиновых соединений. Так как только имидазолиновые части этих веществ представляют собой четвертичные аммониевые соединения, композиции в целом являются pH-чувствительными. Следовательно, в практическом осуществлении настоящего изобретения с этим классом химических реактивов pH в напорном ящике должно составлять приблизительно 6-8, более предпочтительно 6-7 и наиболее предпочтительно 6,5-7.

Четвертичные аммониевые соединения, такие как диалкилдиметилчетвертичные аммониевые соли, также являются приемлемыми, особенно когда алкильные группы содержат от около 10 до 24 атомов углерода. Эти соединения имеют преимущество относительной нечувствительности к величине pH.

Могут быть применены поддающиеся биологическому разложению пластификаторы. Репрезентативные поддающиеся биологическому разложению катионные пластификаторы/разрыхлители описаны в патентах US 5312522; 5415737; 5262007; 5264082 и 5223096, которые включены в данное описание в качестве справочного материала. Соединения представляют собой поддающиеся биологическому разложению диэфиры соединений четвертичного аммония, кватернизованные аминоэфиры и эфиры, основанные на поддающемся биологическому разложению растительном масле, функционализованном хлоридом четвертичного аммония и хлоридом диэфира диэруцилдиметиламмония, и представляют собой репрезентативные поддающиеся биологическому разложению пластификаторы.

Композиции с разрыхлителем могут включать в себя диалкилдиметиламмониевые соли формулы:

бис-диалкиламидоаммониевые соли формулы:

А также диалкилметилимидазолиевые соли (кваты типа C) формулы:

,

где каждый R может быть тем же или различным и каждый R обозначает углеводородную цепь, имеющую длину цепи от около 12 до приблизительно 22 атомов углерода, и может являться насыщенным или ненасыщенным; и где упомянутые соединения ассоциированы с приемлемым анионом. Одна приемлемая соль представляет собой соединение диалкилимидазолия, и ассоциированный анион представляет собой метилсульфат. Типичные поверхностно-активные вещества на основе четвертичного аммония включают в себя бромид гексаметония, бромид тетраэтиламмония, хлорид лаурилтриметиламмония, метилсульфат дигидрированного жирноалифатического диметиламмония, олеилимидазолий и так далее.

Может быть применен также компонент неионого поверхностно-активного вещества, такой как PEG-диолы, и PEG-моно или диэфиры жирных кислот, и PEG-моно или диэфиры жирных спиртов, или по отдельности, или в сочетании с поверхностно-активным веществом на основе четвертичного аммония. Пригодные соединения включают в себя продукт реакции жирной кислоты или жирного спирта с этиленоксидом, например полиэтиленгликолевым диэфиром жирной кислоты (PEG-диолы или PEG-диэфиры). Примерами неионых поверхностно-активных веществ, которые могут быть применены, являются диолеат полиэтиленгликоля, дилаурат полиэтиленгликоля, диолеат полипропиленгликоля, дилаурат полипропиленгликоля, моноолеат полиэтиленгликоля, монолаурат полиэтиленгликоля, моноолеат полипропиленгликоля и монолаурат полипропиленгликоля и так далее. Дополнительные детали могут быть найдены в патенте US 6969443, Bruce Kokko, озаглавленном “Method of Making Absorbent Sheet from Recycle Furnish”.

После обработки разрыхлителем пульпа смешивается с реагентами, регулирующими прочность, такими как устойчивый агент для повышения прочностей в мокром состоянии (WSR), опционально агентами для повышения прочности в сухом состоянии и так далее, пока образуется полотно. Пригодные устойчивые агенты для повышения прочности в мокром состоянии известны для специалистов в данной области. Полный, но не исключающий перечень применимых вспомогательных средств, повышающих прочность, включает в себя мочевин-формальдегидные смолы, меламин-формальдегидные смолы, глиоксилированные полиакриламидные смолы, полиамидамин-эпигалогидриновые смолы и подобное. Термоусадочные полиакриламиды получают путем реакции акриламида с хлоридом диаллилдиметиламмония (DADMAC) для образования катионного полиакриламидного сополимера, который в конечном итоге вводится в реакцию с глиоксалем для образования катионной поперечносшитой смолы, повышающей прочность в мокром состоянии, глиоксилированного полиакриламида. Эти материалы в общем описаны в патентах US 3556932, Coscia et al. и US 3556933, Williams et al., которые включены в данное описание в качестве справочного материала. Смолы этого типа являются коммерчески доступными под торговой маркой PAREZ. Различные мольные отношения акриламид/-DADMAC/глиоксаль могут быть применены для получения поперечно-сшитых смол, которые являются применимыми в качестве реагентов для повышения прочности в мокром состоянии. Кроме того, другие диальдегиды могут замещать глиоксаль для получения характеристик термоусадочной прочности в мокром состоянии. Особенно применимыми являются устойчивые полиамидамин-эпихлоргидриновые смолы, повышающие прочность в мокром состоянии, которые, например, продаются под торговыми марками Kymene 557LX и Kymene 557H компанией Hercules Inc., Wilmington, Delaware и Amres® от Georgia-Pacific Resins, Inc. Эти смолы и способ приготовления смол описаны в патенте US 3700623 и патенте US 3772076, каждый из которых включен в данное описание в качестве справочного материала. Подробное описание полимерных эпигалогидриновых смол приведено в главе работы 2: «Alkaline-Curing Polymeric Amine-Epichlorohydrin», Espy в «Wet Strength Resins and Their Application» (L. Chan, Editor, 1994), которая включена в данное описание в качестве справочного материала. Приемлемо достаточный перечень смол, повышающих прочность в мокром состоянии, описан в работе Вестфельда (Westfelt) в Cellulose Chemistry and Technology том 13, стр. 813, 1979, которая включена в данное описание в качестве справочного материала.

Пригодные агенты для повышения прочности в сухом состоянии включают в себя крахмал, гуаровую смолу, полиакриламиды, карбоксиметилцеллюлозу (CMC) и подобное. Карбоксиметилцеллюлоза является особенно применимой, пример которой продается под торговой маркой Hercules CMC, компанией Hercules Inc., Wilmington, Delaware.

Согласно изобретению регенерированное целлюлозное волокно получено из раствора целлюлозы, включающего в себя целлюлозу, растворенную в растворителе, включающем в себя N-оксиды третичных аминов или ионные жидкости. Растворяющая композиция для растворения целлюлозы и получения растворов немодифицированной целлюлозы обычно включает в себя оксиды третичного амина, такие как N-метилморфолин-N-оксид (NMMO) и подобные соединения, перечисленные в патенте US 4246221, McCorsley, который включен в данное описание в качестве справочного материала. Растворы целлюлозы могут содержать плохие растворители для целлюлозы, такие как вода, алканолы или другие растворители, что будет очевидно из обсуждения, которое следует ниже.

Пригодные растворители целлюлозы перечислены в таблице 1 ниже.

См. также патент US 3508945, Johnson, который включен в данное описание в качестве справочного материала.

Детали в отношении получения растворов целлюлозы, включающих в себя целлюлозу, растворенную в пригодных ионных жидкостях, и регенерирование целлюлозы из них, приведены в патенте US 6824599, Swatloski et al, озаглавленном “Dissolution and Processing of Cellulose Using Ionic Liquids”, который включен в данное описание в качестве справочного материала. Здесь снова могут быть включены приемлемые уровни растворителей, не растворяющих целлюлозу. В данном патенте в общем описан способ для растворения целлюлозы в ионной жидкости без получения производных и регенерирования целлюлозы в различных структурных формах. Было описано, что растворимость целлюлозы и свойства раствора могут контролироваться выбором компонентов для ионной жидкости с небольшими катионами и галогенидными или псевдогалогенидными анионами, благоприятствующими растворению. Предпочтительные ионные жидкости для растворения целлюлозы включают в себя жидкости с циклическими катионами, такие как следующие: имидазолий; пиридиний; пиридазиний; пиримидиний; пиразиний; пиразолий; оксазолий; 1,2,3-триазолий; 1,2,4-триазолий; тиазолий; пиперидиний; пирролидиний; хинолиний и изохинолиний.

Методики переработки для ионных жидкостей/растворов целлюлозы также обсуждаются в патенте US 6808557, Holbrey et al., озаглавленном “Cellulose Matrix Encapsulation and Method”, который включен в данное описание в качестве справочного материала (см. также патентную заявку US 11/087,496; патентную публикацию патента US 2005/0288484, Holbrey et al., озаглавленную “Polymer Dissolution and Blend Formation in Ionic Liquids”, а также патент US 6808557, Holbrey et al., озаглавленный “Cellulose Matrix Encapsulation and Method”, которые включены в данное описание в качестве справочного материала). В отношении ионных жидкостей следующие документы в общем предоставляют дополнительные детали: патентная заявка US 11/406,620, (патентная публикация US 2006/0241287, Hecht et al., озаглавленная “Extracting Biopolymers From a Biomass Using Ionic Liquids”); патентная заявка US 11/472,724, (патентная публикация US 2006/0240727, Price et al., озаглавленная “Ionic Liquid Based Products and Method of Using the Same”); патентная заявка US 11/472,729; (патентная публикация US 2006/0240728, Price et al., озаглавленная “Ionic Liquid Based Products and Method of Using the Same”); патентная заявка US 11/263,391, (патентная публикация US 2006/0090271, Price et al., озаглавленная “Processes For Modifying Textiles Using Ionic Liquids”); и патентная заявка US 11/375963 Amano et al. (публикация US 2006/0207722), которые включены в данное описание в качестве справочного материала. Некоторые ионные жидкости и псевдоионные жидкости, которые могут быть применены, впервые описаны в работе Konig et al., Chem. Commun. 2005, 1170-1172, которая включена в данное описание в качестве справочного материала.

Термин “ионная жидкость” относится к расплавленной композиции, включающей ионное соединение, которое предпочтительно представляет собой стабильную жидкость при температурах, меньших чем 100°C, при нормальном давлении. Обычно такие жидкости имеют очень низкое давление пара при 100°C, менее чем 75 мБар (7,5 кПа) или около и предпочтительно менее чем 50 мБар (5,0 кПа) или менее чем 25 мБар (2,5 кПа) при 100°C. Наиболее пригодные жидкости будут иметь давление пара менее чем 10 мБар (1,0 кПа) при 100°C и часто давление пара является таким низким, что оно пренебрежимо мало и не является легко измеримым, так как составляет менее чем 1 мБар (0,1 кПа) при 100°C.

Пригодными коммерчески доступными ионными жидкостями являются ионные жидкости Basionic^TM, доступные от BASF (Florham Park, NJ) и перечисленные в таблице 2 ниже.

Растворы целлюлозы, включающие ионные жидкости, имеющие здесь содержание растворенного вещества около 5 мас.% немодифицированной целлюлозы, коммерчески доступны от Aldrich. Эти композиции используют ацетат алкил-метилимидазолия в качестве растворителя. Было обнаружено, что основанные на холине ионные жидкости не являются особенно пригодными для растворения целлюлозы.

После получения раствора целлюлозы она формуется в волокно, фибриллируется и включается в абсорбирующее полотно, как описано ниже.

Синтетическая целлюлоза, такая как лиоцелл, расщеплена в микро- и нановолокна и добавляется к традиционной древесной пульпе. Волокно может быть фибриллировано в дисковой мельнице, например, или с применением любой другой подходящей методики, использующей PFI мельницу. Предпочтительно применяется относительно короткое волокно, и густота сохраняется в процессе фибрилляции. Благоприятные свойства фибриллированного лиоцелла включают в себя: биоразлагаемость, наличие водородных связей, дисперсность, способность к повторному провариванию и более мелкие микроволокна, чем, например, волокна, которые могут быть получены при формовании из растворителя.

Фибриллированный лиоцелл или его эквивалент имеют преимущества по сравнению с расщепляемыми формованными из расплава волокнами. Синтетические волокна с толщиной порядка микроденье образуются в разнообразных формах. Например, волокно нейлон/PET с толщиной 3 денье в так называемой клиновидной конфигурации может быть расщеплено в 16 или 32 сегментов, обычно в способе гидропереплетения. Каждый сегмент 16-сегментного волокна должен иметь зернистость около 2 мг/100 м по сравнению с эвкалиптовой пульпой, имеющей около 7 мг/100 м. К сожалению, с этим подходом ассоциированы ряд недостатков в традиционных методах мокрого нанесения. Дисперсность является меньшей, чем оптимальная. Формованные из расплава волокна должны быть расщеплены до образования полотна, и эффективный способ для этого отсутствует. Наиболее доступные полимеры для этих волокон не являются биоразлагаемыми. Зернистость является меньшей, чем у древесной пульпы, но по-прежнему достаточно высокой, так что они должны применяться в значительных количествах и составляют дорогостоящую часть бумажной массы. В конечном итоге недостаток водородных связей требует других способов удержания волокон в полотне.

Фибриллированный лиоцелл имеет волокна, которые могут быть небольшими, порядка 0,1-0,25 микрон (мкм) в диаметре, при пересчете на зернистость 0,0013-0,0079 мг/100 м. При условии, что эти волокна доступны в виде индивидуальных волоконец, отделенных из исходного волокна, плотность волокон бумажной массы может быть впечатляюще увеличена при очень низком уровне добавления. Даже волокна, не отделенные от исходного волокна, могут предоставлять преимущество бумажной массе. Свойства продукта, такие как дисперсность, способность к повторному провариванию, водородные связи и биоразложимость, сохраняются, так как волокна представляют собой целлюлозу.

Волокна из волокна лиоцелл имеют важные отличия от волокон древесной пульпы. Наиболее важное отличие состоит в длине лиоцелльных волокон. Для волокон древесной пульпы возможна только микронная длина и, следовательно, действие в области непосредственной связи волокно-волокно. Фибрилляция древесной пульпы путем размельчения массы ведет к более прочным, плотным полотнам. Лиоцелльные волокна, однако, потенциально являются такими же длинными, как исходные волокна. Эти волокна могут действовать как независимые волокна и увеличивать объем при сохранении или улучшении прочности. Болотная сосна и смешанная твердая древесина южных сортов (MSHW) представляют собой два примера волокон, которые имеют более низкое качество относительно пульп высшего уровня качества по мягкости. Термин “пульпы высшего уровня качества”, применяемый здесь, относится к пульпам из мягких древесин северных сортов и эвкалипта, обычно применяемых в легкой промышленности для получения продуктов наиболее мягкого класса для бани, для лица и полотенец. Болотная сосна является более грубой, чем небеленая сульфатированная мягкая древесина северных сортов, и смешанная твердая древесина южных сортов является более грубой и более сильно измельченной, чем имеющийся в продаже эвкалипт. Меньшая зернистость и меньшее содержание мелких частиц в имеющейся на рынке пульпе высшего уровня качества ведет к более высокой плотности волокон, выраженной как количество волокон на грамм (N или N_i>0,2) в таблице 1. Зернистость и величины длины в таблице 1 получали с помощью анализатора качества волокон OpTest. Результаты получали по формулам, приведенным ниже:

Отбеленная сульфатированная мягкая древесина северных сортов (NBSK) и эвкалипт имеют больше волокон на грамм, чем болотная сосна и твердая древесина. Меньшая зернистость ведет к более высокой плотности волокон и более гладким полотнам.

Для сравнения, “немодифицированое” или “исходное” волокна лиоцелл имеют зернистость 16,6 мг/100 м до фибрилляции и диаметр около 11-12 мкм. Волокна имеют зернистость порядка 0,001-0,008 мг/100 м. Таким образом, плотность волокон может быть впечатляюще увеличена при относительно низких уровнях добавления. Длина волокна исходного волокна может быть выбрана, и длина волокна фибрилл может зависеть от исходной длины и величины при отрезании в течение процесса фибрилляции.

Фибриллы фибриллированного лиоцелла имеют зернистость порядка 0,001-0,008 мг/100 м. Таким образом, плотность волокон может быть впечатляюще увеличена при относительно низких уровнях добавления. Длина волокна исходного волокна может быть выбрана, и длина волокна фибрилл может зависеть от исходной длины и степени отрезания во время процесса фибрилляции, как можно видеть из фиг.2 и 3.

Размеры волокон, проходящих сетку с номером сита 200, имеют порядок величин 0,2 микрона на 100 микрон. С использованием этих размеров может быть вычислена плотность волокон как 200 миллиардов волокон на грамм. Для сравнения, древесина южных сортов может иметь три миллиона волокон на грамм и эвкалипт может иметь двенадцать миллионов волокон на грамм (Таблица 3). Очевидно, что эти волокна представляют собой фибриллы, которые получаются расщеплением из исходных неразмолотых волокон. Различные виды волокна с лиоцеллом, предназначенные для легкого фибриллирования, могут приводить к волокнам с диаметром 0,2 микрона, которые возможно имеют длину 1000 микрон или более, вместо 100. Как указано выше, фибриллированные волокна регенерированной целлюлозы могут быть получены путем получением “исходных” волокон, имеющих диаметр 10-12 микрон или около этого, с последующим фибриллированием исходных волокон. Альтернативно, фибриллированные микроволокна лиоцелла недавно стали доступны от Engineered Fibers Technology (Shelton, Connecticut), которые имеют приемлемые свойства. Как можно видеть из фиг.2, анализы серий по классификатору Байера-МасНетта(Bauer-McNett) образцов фибриллированного лиоцелла показывают различные степени “мелкозернистости”. Особенно предпочтительные материалы имеют более чем 40% волокна, которое является более тонким, чем 14 номер сита, и имеют очень низкую зернистость (низкую степень помола). Для очевидности, размеры номера сита представлены в таблице 4 ниже.

Подробности по разделению на фракции с применением классификатора Байера-МасНетта(Bauer-McNett) можно найти в работе Gooding et al., “Fractionation in a Bauer-McNett Classifier”, Journal of Pulp and Paper Science; Vol. 27, No. 12, 12 декабря 2001, которая включена в данное описание в качестве справочного материала.

Фиг.3 представляет собой график зависимости, показывающий длину волокна по измерениям на анализаторе FQA для различных образцов, включая образцы 17-20, показанные на Фиг.2. Из этих данных можно видеть, что большая часть тонкого волокна исключается при FQA анализе и длина перед фибрилляцией оказывает влияние на мелкозернистость.

В зависимости от предполагаемых желаемых свойств могут быть применены в различных продуктах полотна с более чем 35%, более чем 40% или более чем 45%, 50% или более, содержанием по массе любого фибриллированного целлюлозного микроволокна, определенного здесь. Обычно применяется до приблизительно 75 мас.% регенерированного целлюлозного микроволокна; хотя в некоторых случаях может, например, применяться до 90 или 95 мас.% регенерированного целлюлозного микроволокна. Минимальное количество регенерированного целлюлозного микроволокна, которое применяется, может быть более 35% или 40% в любом количестве до приемлемого максимума, то есть 35 + X(%), где X представляет собой любое положительное число до 50 или до 70, при необходимости. Следующие типичные диапазоны композиции могут быть применены для абсорбирующего полотна:

В некоторых вариантах осуществления регенерированное целлюлозное микроволокно может присутствовать в диапазоне 10-75%, как указано ниже; понятно, что вышеупомянутые диапазоны по массе могут быть заменены в любом варианте осуществления по изобретению, если это желательно для полотна.

В его различных аспектах настоящее изобретение относится, частично, к абсорбирующему бумажному полотну, включающему в себя от около 90 мас.% или менее, например менее чем 65 мас.% до приблизительно 25 мас.% целлюлозного полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 10 мас.% до приблизительно 75 мас.% фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего CSF-величину менее чем 175 мл, где бумагообразующее волокно организуется в волоконную матрицу и микроволокно лиоцелл дозируется и распределяется в волоконной матрице для образования в ней микроволоконной сети. Фибрилляция микроволокна контролируется таким образом, что оно имеет уменьшенную зернистость и уменьшенную степень помола по сравнению с регенерированным целлюлозным микроволокном, из которого оно производится, так что микроволоконная сеть сообщает по меньшей мере одно из следующих свойств абсорбирующему полотну:

(a) абсорбирующее полотно имеет повышенную величину SAT и повышенную величину растяжимости во влажном состоянии по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна;

(b) абсорбирующее полотно имеет повышенное соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии по сравнению с аналогичным полотном, полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна;

(c) абсорбирующее полотно имеет меньший GM-модуль разрыва, чем аналогичное полотно, имеющее подобные величины растяжимости, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна; или

(d) абсорбирующее полотно имеет повышенный объем по сравнению с аналогичным полотном, имеющим подобные величины растяжимости и полученным без регенерированного целлюлозного микроволокна. Обычно абсорбирующее полотно имеет соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии, по меньшей мере на 25% более высокое, чем соотношение для аналогичного полотна, полученного без регенерированного целлюлозного микроволокна; обычно абсорбирующее полотно имеет соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии, по меньшей мере на 50% более высокое, чем соотношение для аналогичного полотна, полученного без регенерированного целлюлозного микроволокна. В некоторых случаях абсорбирующее полотно имеет соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии, по меньшей мере на 100% более высокое, чем соотношение для аналогичного полотна, полученного без регенерированного целлюлозного микроволокна.

В некоторых вариантах осуществления абсорбирующее полотно согласно изобретению имеет GM-модуль разрыва, по меньшей мере на 20% меньший, чем аналогичное полотно, имеющее подобные величины растяжимости, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна, и абсорбирующее полотно имеет удельный объем, по меньшей мере на 5% более высокий, чем аналогичное полотно, имеющее подобные величины растяжимости, полученное без регенерированного целлюлозного микроволокна. Легко достигается удельный объем, по меньшей мере на 10% более высокий, чем у аналогичного полотна, имеющего подобные величины растяжимости, полученного без регенерированного целлюлозного микроволокна.

Одна из серий предпочтительных вариантов осуществления содержит от около 5 мас.% до приблизительно 75 мас.% регенерированного целлюлозного микроволокна, где регенерированное целлюлозное микроволокно имеет CSF-величину менее чем 150 мл. Более обычно регенерированное целлюлозное микроволокно имеет CSF-величину менее чем 100 мл; но CSF-величина менее чем 50 мл или 25 мл являются предпочтительными во многих случаях. Аналогично применяется регенерированное целлюлозное микроволокно, имеющее CSF-величину 0 мл. В то время как может быть применен любой приемлемый размер микроволокна, регенерированное целлюлозное микроволокно обычно имеет значение среднего диаметра менее чем около 2,0 микрон, например от около 0,1 до приблизительно 2 микрон. Регенерированное целлюлозное микроволокно может иметь величину зернистости, меньшую чем около 0,5 мг/100 м; от около 0,001 мг/100 м до приблизительно 0,2 мг/100 м во многих случаях. Фибриллированная регенерированая целлюлоза может иметь плотность волокон более 50 миллионов волокон/грамм. В одном варианте осуществления фибриллированная регенерированная целлюлоза имеет средневзвешенный диаметр менее чем 2 микрона, средневзвешенную длину менее чем 500 микрон и плотность волокон более 400 миллионов волокон/грамм. В другом варианте осуществления фибриллированная регенерированная целлюлоза имеет средневзвешенный диаметр менее чем 1 микрон, средневзвешенную длину менее чем 400 микрон и плотность волокон более чем 2 миллиарда волокон/грамм. В следующем варианте осуществления фибриллированная регенерированная целлюлоза имеет средневзвешенный диаметр менее чем 0,5 микрон, средневзвешенную длину менее чем 300 микрон и плотность волокон более 10 миллиардов волокон/грамм. Кроме того, фибриллированная регенерированная целлюлоза может иметь средневзвешенный диаметр менее 0,25 микрона, средневзвешенную длину менее чем 200 микрон и плотность волокон более 50 миллиардов волокон/грамм. В некоторых случаях применяется плотность волокон более 200 миллиардов волокон/грамм.

В частности, как можно видеть из Фиг.2, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70% или по меньшей мере 80% микроволокна может быть более тонким, чем номер сита 14.

Продукт обычно имеет плотность бумаги от около 5 фунтов (2,3 кг) на стопу листов в 3000 квадратных (278,7 м²) футов (8 г/м²) до приблизительно 40 фунтов (18 кг) на стопу листов (278,7 м²) в 3000 квадратных футов (65 г/м²). Для полотенца основание полотна может иметь плотность бумаги от около 15 фунтов (6,8 кг) на стопу листов (278,7 м²) в 3000 квадратных футов (24 г/м²) до приблизительно 35 фунтов (16 кг) на стопу листов (278,7 м²) в 3000 квадратных футов (57 г/м²), и полученное через пульпу бумагообразующее волокно включает в себя преимущественно мягкодревесное волокно, обычно преимущественно небеленое сульфатированное мягкодревесное волокно южных сортов и по меньшей мере 20 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна из твердодревесного волокна.

В другом аспекте изобретения предоставлено абсорбирующее бумажное полотно для ткани или полотенца, включающее в себя от около 90% до приблизительно 25 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 10 мас.% до приблизительно 75 мас.% регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего CSF-величину менее чем 100 мл, где абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность по меньшей мере около 4 г/г. Впитывающая способность по меньшей мере около 4,5 г/г, по меньшей мере около 5 г/г; или по меньшей мере около 7,5 г/г иногда является предпочтительной. В многочисленных случаях абсорбирующее полотно имеет впитывающую способность от около 6 г/г до приблизительно 9,5 г/г. В некоторых случаях полотно включает в себя от около 80-30% полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 20% до приблизительно 70% фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна. От около 70-35% бумагообразующего волокна может быть примерно вместе с от около 30 мас.% до приблизительно 65 мас.% регенерированного целлюлозного микроволокна. В полотне может быть применено от около 60-40% полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 40 мас.% до приблизительно 60 мас.% фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна, особенно если желательна высокая эффективность салфетки.

Другой продукт по изобретению представляет собой абсорбирующее бумажное полотно для ткани или полотенца, включающее в себя от около 90 мас.% до приблизительно 25 мас.% полученного через пульпу бумагообразующего волокна и от около 10 мас.% до приблизительно 75 мас.% регенерированного целлюлозного микроволокна, имеющего CSF-величину менее, чем 100 мл, где регенерированное целлюлозное микроволокно имеет плотность волокон большую, чем 50 миллионов волокон/грамм. Регенерированное целлюлозное микроволокно может иметь средневзвешенный диаметр менее, чем 2 микрон, средневзвешенную длину менее, чем 500 микрон и плотность волокон более, чем 400 миллионов волокон/грамм; или регенерированное целлюлозное микроволокно имеет средневзвешенный диаметр менее, чем 1 микрон, средневзвешенную длину менее, чем 400 микрон и плотность волокон более, чем 2 миллиарда волокон/грамм. В одном варианте осуществления, регенерированное целлюлозное микроволокно имеет средневзвешенный диаметр менее, чем 0,5 микрон, средневзвешенную длину менее, чем 300 микрон и плотность волокон более, чем 10 миллиардов волокон/грамм, и в другом варианте осуществления, регенерированное целлюлозное микроволокно имеет средневзвешенный диаметр менее, чем 0,25 микрон, средневзвешенную длину менее, чем 200 микрон и плотность волокон более, чем 50 миллиардов волокон/грамм. Плотность волокон, большая, чем 200 миллиардов волокон/грамм, является доступной, если необходимо.

Полотно может включать в себя смолу, повышающую прочность в сухом состоянии, такую как карбоксиметилцеллюлоза и смолу, повышающую прочность в мокром состоянии, такую как полиамидин-эпигалогидринная смола. Соотношения CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии могут находиться в диапазоне от около 35% и приблизительно 60%, например, по меньшей мере приблизительно 40% или по меньшей мере приблизительно 45%.

Следующий аспект изобретения предоставляет абсорбирующее целлюлозное полотно, содержащее:

(a) целлюлозные полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 25 масс.% до приблизительно 90 масс.%; и

(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 75 масс.% до приблизительно 10 масс.%, где упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют среднее значение ширины волокна менее, чем приблизительно 4 мкм. Среднее значение ширины волокна может быть менее, чем приблизительно 2 мкм; менее, чем приблизительно 1 мкм; или менее, чем приблизительно 0,5 мкм. Среднее значение длины волокна регенерированных целлюлозных волокон может быть менее, чем приблизительно 500 микрометров; менее, чем приблизительно 250 микрометров; менее, чем приблизительно 150 микрометров; менее, чем приблизительно 100 микрометров; или среднее значение длины волокна лиоцелл составляет менее, чем приблизительно 75 микрометров, если необходимо.

Другой продукт по изобретению представляет собой абсорбирующее целлюлозное полотно, включающее в себя:

(a) целлюлозные полученные через пульпу бумагообразующие волокна в количестве от около 25 мас.% до приблизительно 90 мас.%; и

(b) фибриллированные регенерированные целлюлозные волокна в количестве от около 75 мас.% до приблизительно 10 мас.%, где упомянутые регенерированные целлюлозные волокна имеют среднее значение длины волокна менее, чем приблизительно 500 мкм.

Среднее значение длины волокон фибриллированного регенерированного целлюлозного волокна может быть менее чем около 250 микрон, менее чем около 150 или 100 микрон или менее чем около 75 микрон, если необходимо.

В некоторых вариантах осуществления полотно имеет плотность бумаги, меньшую чем 8 фунтов/стопу листов в 3000 квадратных футов (13,0 г/м²), и нормализованную непрозрачность по TAPPI, большую чем 6 единиц непрозрачности по TAPPI на фунт плотности бумаги (2,7 единицы непрозрачности по TAPPI на кг). В других случаях такое полотно имеет нормализованную плотность бумаги, большую чем 6,5 единиц непрозрачности по TAPPI на фунт плотности бумаги (2,9 единицы непрозрачности по TAPPI на кг). Выигрыш в непрозрачности является особенно полезным в связи с возвращенным в оборот волокном, например, где полотно в основном представляет собой возвращенное в оборот волокно. Тканевые основания полотна, которые имеют плотность бумаги от около 9 фунтов до приблизительно 11 фунтов/стопу листов (от приблизительно 15 до приблизительно 18 г/м²), произведенные из возвращенного в оборот волокна, обычно имеют нормализованную непрозрачность, большую чем 5 единиц непрозрачности по TAPPI на фунт плотности бумаги (2,3 единицы непрозрачности по TAPPI на кг). Продукты, указанные ниже, опционально имеют вышеупомянутые характеристики непрозрачности.

Было обнаружено, что продукты согласно изобретению проявляют необычно высокие соотношения CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии, когда полученные через пульпу бумагообразующие волокна предварительно обрабатываются композицией с разрыхлителем. Отношения в мокром/сухом состоянии более чем 30%, то есть около 35% или большие, легко достигаются; обычно в диапазоне приблизительно от 35% до 60%. Отношения по меньшей мере около 40% или по меньшей мере около 45% можно видеть в примерах, которые приведены ниже. Пульпа предпочтительно обрабатывается при высокой концентрации, то есть большей чем 2%, предпочтительно большей чем 3% или 4% и обычно между 3-8% во входящем потоке машинного бассейна, в гидроразбивателе, например. Полученные через пульпу бумагообразующие волокна, или по меньшей мере часть полученных через пульпу бумагообразующих волокон, могут быть, например, предварительно обработаны разрыхлителем во время гидроразбивания. Все или некоторые из волокон могут быть предварительно обработаны; 50 мас.%, 75 мас.%, и до 100 мас.% полученного через пульпу волокна может быть предварительно обработано, включая или исключая содержание регенерированной целлюлозы, где предварительная обработка может не являться критичной. Затем волокно может быть размолото, как известно, в дисковой мельнице. Таким образом, также может применяться смола, повышающая прочность в сухом состоянии, и/или смола, повышающая прочность в мокром состоянии. Обработка полученного через пульпу волокна может быть проведена от около 1 до приблизительно 50 фунтов композиции с разрыхлителем на тонну полученного через пульпу волокна (сухое основание) (от 0,5 до 23 кг). От около 5-30 или 10-20 фунтов разрыхлителя на тонну полученного через пульпу волокна (приблизительно 2,0-12 или 4,1-8,2 кг на метрическую тонну) является пригодным в большинстве случаев.

Предварительная обработка может быть проведена в течение любой приемлемой продолжительности времени, например по меньшей мере 20 минут, по меньшей мере 45 минут или по меньшей мере 2 часов. В целом, предварительная обработка будет находится в диапазоне времени от 20 минут до 48 часов. Время предварительной обработки вычисляется как количество времени, в течение которого водное полученное через пульпу бумагообразующее волокно находится в контакте с водным разрыхлителем перед образованием структуры полотна, находящейся в стадии образования. В приемлемых количествах добавляли смолу, повышающую прочность в мокром состоянии, и смолу, повышающую прочность в сухом состоянии; например, или одна или обе могут быть добавлены в полотно в количествах от 2,5 до 40 фунтов на тонну полученного через пульпу бумагообразующего волокна (от 1,0 до 16 кг на метрическую тонну).

Настоящее изобретение также включает в себя способы получения, такие как способ получения абсорбирующего целлюлозного полотна, включающий в себя:

(a) получение водной бумажной массы с волоконной смесью, содержащей от около 90% до приблизительно 25% полученного через пульпу бумагообразующего волокна, где волоконная смесь также включает от около 10 мас.% до 75 мас.% регенерированных целлюлозных микроволокон, имеющих CSF-величину менее чем 175 мл; (b) помещение водной бумажной массы на перфорированную основу для образования структуры полотна, находящегося в стадии образования и по меньшей мере частичное обезвоживание возникающей структуры полотна; и

(c) высушивание структуры полотна для получения абсорбирующего полотна. Обычно водная бумажная масса имеет концентрацию 2% или менее; даже более обычно водная бумажная масса имеет концентрацию 1% или менее. В некоторых случаях водная бумажная масса имеет концентрацию 5% или менее и в других случаях концентрация составляет 3% или менее. Возникающая структура полотна может быть обезвожена путем уплотнения действием бумажнообразующего сукна и перенесена в американский сушильный аппарат и на нем крепирована. Альтернативно, обезвоженная путем уплотнения структура полотна наносится на вращающийся цилиндр и крепированную на нем ткань, или структура полотна, находящаяся в стадии образования, по меньшей мере частично обезвоживается путем высушивания на воздухе, или структура полотна, находящаяся в стадии образования, по меньшей мере частично обезвоживается путем принудительного высушивания на воздухе. В многих случаях волоконная смесь включает в себя небеленую сульфатированную мягкую древесину и небеленую сульфатированную твердую древесину. Соотношения различных компонентов волокна могут быть изменены, как указано выше.

Другой способ получения основания полотна для ткани по изобретению включает в себя:

(a) приготовление водной бумажной массы, включающей в себя твердодревесное волокно или и мягкодревесное волокно, и фибриллированное регенерированное целлюлозное микроволокно, имеющее CSF-величину менее чем 100 мл и плотность волокон более чем 400 миллионов волокон на грамм;

(b) помещение водной бумажной массы на перфорированную основу для образования возникающей структуры полотна и по меньшей мере частичное обезвоживание возникающей структуры полотна; и

(c) высушивание структуры полотна для получения абсорбирующего полотна. Фибриллированное регенерированное целлюлозное волокно может иметь плотность волокон более 1 миллиарда волокон на грамм, или фибриллированное регенерированное целлюлозное волокно имеет плотность волокон, большую чем 100 миллиардов волокон на грамм, при необходимости.

Изобретение далее проиллюстрировано в следующих Примерах.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Исследование полотна для рук проводили с мягкой древесиной южных сортов и фибриллированным волокном лиоцелл. Исходное волокно лиоцелл имело толщину 1,5 денье (16,6 мг/100 м) с длиной 4 мм (см. Фиг.4), которое затем фибриллировали до достижения степени помола <50 CSF. Как можно видеть из фиг.5 и 6, фибриллированное волокно имеет гораздо меньшую зернистость, чем исходное волокно. На фиг.7-11 представлены микрофотографии материала фибриллированного лиоцелла, который пропускали через сетку с номером сита 200 меш по классификатору Бауера-МакНетта (Bauer McNett). Этот материал стандартно называется "мелкодисперсные включения". В древесной пульпе мелкодисперсные включения представляют собой главным образом частицы, а не волокна. Волокнистая природа этого материала должна позволять ему переплетаться среди множества волокон и, следовательно, увеличивать прочность сети. Этот материал составляет значительное количество (16-29%) от фибриллированного лиоцелла с CSF-величиной 40.

Размеры волокон, проходящих через сетку с номером сита 200, имеют размер порядка 0,2 микрон при длине 100 микрон. Используя эти размеры, может быть вычислена плотность волокон как 200 миллиардов волокон на грамм. Для сравнения, болотная сосна может иметь три миллиона волокон на грамм и эвкалипт может иметь двадцать миллионов волокон на грамм (Таблица 1). Сравнивая мелкодисперсую фракцию с изображениями номера сита 14, очевидно, что эти волокна представляют собой волокна, которые расщеплены из исходных неразмолотых волокон. Различные формы волокна с лиоцеллом, предназначенные для быстрой фибрилляции, могут приводить к волокнам с диаметром 0,2 микрона, которые, возможно, имеют длину 1000 микрон или более вместо 100 микрон.

Один аспект изобретения состоит в улучшении характеристик бумажной массы южных сортов, но другие применения являются очевидными: еще большее повышение мягкости ткани высшего качества при данной прочности, усиление мягкости вторичного волокна, улучшение ощущения рук от полотенца, увеличение прочности полотенца в мокром состоянии и увеличение величины SAT.

Фиг.12-17 показывают сильное влияние фибриллированного лиоцелла на свойства полотна для рук. Объем, непрозрачность, гладкость, модуль и разрыв улучшаются при данном уровне растяжимости. Результаты сравнивали как функцию растяжимости, так как прочность всегда представляет собой важную переменную в тканевых продуктах. Кроме того, небеленая сульфатированная древесная пульпа имеет тенденцию попадать на подобные кривые для данной переменной, так что желательно сдвинуть к новой кривой для сильного изменения свойств конечного продукта. Фибриллированный лиоцелл благоприятно изменяет кривую объем/прочность (Фиг.12). Некоторые из микроволокон могут включаться в поры между гораздо большими мягкодревесными волоконами, но общий результат состоит в том, что лиоцелл рассеивается между мягкодревесными волокнами с увеличением объема сети.

Фибриллированный лиоцелл содействует гладкости, которая измеряется как шероховатость по Бендтсену (Bendtsen) (Фиг.13). Шероховатость по Бендтсену получается путем измерения потока воздуха между утяжеленной пластиной и образцом бумаги. Более гладкие полотна допускают меньший поток воздуха. Небольшие волокна могут заполнять некоторые поверхностные поры, что должно в других обстоятельствах иметь место на полотне из 100% мягкой древесины. Сильное влияние гладкости на некрепированное полотно для рук должно сохраняться даже после процесса крепирования.

Непрозрачность представляет собой другую переменную, улучшаемую лиоцеллом (Фиг.14). Большое количество микроволокон создает огромную площадь поверхности для рассеяния света. Ниже 80 единиц непрозрачности эквивалентно полотнам с содержанием эвкалипта до 100%, таким образом, достижение этой непрозрачности в случае 80% мягкой древесины южных сортов является значительным.

Модуль полотна для рук является более низким при данной растяжимости с лиоцеллом (Фиг.15). В результате должна улучшаться “драпируемость”. Большое число волокон попадает в сеть лучше и допускает более равномерное распределение нагрузки. Один из недостатков мягкой древесины южных сортов состоит в ее тенденции достижения меньшего удлинения в крепированной ткани, чем мягкой древесины северных сортов. Очевидно, что лиоцелл может содействовать преодолению это недостатка. Фибриллированный лиоцелл улучшает характеристики разрыва полотна для рук (Фиг.16). Мягкая древесина южных сортов часто обращает на себя внимание в связи с ее прочностью на разрыв относительно других небеленых сульфатированных пульп, таким образом, заметно, что фибриллированный лиоцелл увеличивает характеристики разрыва мягкодревесных полотен для рук. Разрыв обычно считается важным свойством для ткани, но он показывает другой путь, которым лиоцелл может усиливать сетевые свойства.

Роль мягкодревесных волокон может быть в целом описана как обеспечение прочности сети, в то время как твердодревесные волокна обеспечивают гладкость и непрозрачность. Фибриллированный лиоцелл имеет длину, достаточную для улучшения сетевых свойств, в то время как его низкая зернистость предоставляет преимущества твердой древесины.

Из вышеупомянутого очевидно, что волокна лиоцелла являются более различными, чем волокна древесной пульпы. Волокно древесной пульпы является сложной структурой, включающей в себя несколько слоев (P, S1, S2, S3), каждый с одиночными жилами из целлюлозы, организованными в спирали вокруг оси волокна. При проведении механического размельчения массы части слоев P и S1 отделяются в форме тонкоизмельченного продукта и волокон. Эти волокна в целом являются очень короткими, возможно не длиннее чем 20 микрон. Волокна имеют тенденцию действовать в непосредственной близости волокна при перекрещиваниях с другими волокнами. Таким образом, волокна древесной пульпы имеют тенденцию увеличивать прочность связи, прочность полотна, плотность полотна и растяжимость полотна. Многослойная структура стенки волокна со спирализованными волокнами делает невозможным расщеплять древесное волокно вдоль его оси с использованием коммерческих способов. В противоположность этому волокно лиоцелл имеет гораздо более простую структуру, что позволяет волокнам расщепляться вдоль его оси. Полученные волокна являются небольшими, около 0,1-0,25 микрон в диаметре, и такими длинными, как исходное волокно. Длина волокон, вероятно, является меньшей, чем “исходного” волокна, и распад многочисленных волокон может быть недостаточным. Тем не менее, если достаточное число волокон могут работать как индивидуальные волокна, свойства бумаги могут иметь существенное влияние при относительно низком уровне добавления.

Можно обсудить относительные зернистости волокна древесной пульпы бумажных масс и лиоцелла. Мягкая древесина северных сортов (NBSK) имеет зернистость около 14 мг/100 м по сравнению с болотной сосной, 20 мг/100 м. Смешанная твердая древесина южных сортов (MSHW) имеет зернистость 10 мг/100 м по сравнению с зернистостью эвкалипта 6,5 мг/100 м. Волокна лиоцелла с диаметрами в диапазоне 0,1-0,25 микрон должны иметь величины зернистости в диапазоне 0,0013-0,0079 мг/100 м. Один способ охарактеризовать различие между бумажной массой высшего уровня качества и бумажной массой южных сортов заключается в плотности волокон, выраженной как число волокон на грамм бумажной массы (N). N обратно пропорционально зернистости, таким образом, бумажная масса высшего уровня качества имеет большую плотность волокон, чем бумажная масса южных сортов. Плотность волокон бумажной массы южных сортов может быть увеличена до равной или превосходящей плотности волокон бумажной массы высшего уровня качества путем добавления фибриллированного лиоцелла.

Микроволокна лиоцелл имеют много привлекательных признаков, включая биоразложимость, дисперсность, способность к повторному провариванию, низкую зернистость и чрезвычайно низкое соотношение зернистости к длине (C/L). Низкое C/L соотношение обозначает, что прочность полотна может быть получена при меньшем уровне связывания, что делает полотно более сгибаемым (меньший модуль, как показано на Фиг.15).

Таблица 5 обобщает эффекты, которые являются значительными при 99% уровне достоверности (исключая, где отмечено). Цель различных обработок состояла в измерении относительных влияний на прочность. Мягкая древесина южных сортов является менее эффективной в увеличении прочности сети, чем мягкая древесина северных сортов, таким образом, один предмет интереса состоит в исследовании того, может ли лиоцелл усиливать мягкую древесину южных сортов. Бумажная масса с 20% лиоцелла и 80% мягкой древесины южных сортов является значительно более лучшей, чем 100% мягкая древесина южных сортов. Объем, непрозрачность и разрыв являются более высокими при данной растяжимости, в то время как шероховатость и модуль являются меньшими. Эти тенденции направленно благоприятны для свойств ткани.

Полотна для рук для таблицы 5 получали согласно TAPPI способу T-205. Объемная толщина в кубических сантиметрах на грамм получается путем деления толщины по кронциркулю на плотность бумаги. Шероховатость по Бендтсену получается путем измерения потока воздуха между массивной пластиной и образцом бумаги. “L” обозначает меченую сторону полотна для рук, которая прилегает к металлическому планшету в течение высушивания, в то время как “U” относится к немеченой стороне. ZDT относится к боковой растяжимости полотна для рук.

Таблица 5 повторяет преимущества фибриллированного лиоцелла, изображенные графически на фиг.12-17: более высокий объем, лучшая гладкость, более высокий разрыв, лучшая непрозрачность и меньший модуль.

Таблица 6 сравнивает морфологию лиоцелла и мягкодревесных волокон, по измерениям оптического анализатора качества волокна (FQA) OpTest. “Исходные” волокна лиоцелл (Фиг.4) имеют зернистость 16,7 мг/100 м, аналогично зернистости южных сортов мягкой древесины (20 мг/100 м). После фибрилляции измеренная с помощью FQA зернистость падала до 11,9, аналогично мягкой древесине северных сортов. Вероятно, разрешение прибора FQA неспособно точно измерить или длину и ширину, или зернистость очень тонких волокон. Наименьшая “мелкодисперсная” частица, измеряемая FQA, составляет 41 микрон. Наиболее узкая ширина, измеряемая FQA, составляет 7 микрон. Таким образом, величина зернистости 11,9 мг/100 м не является репрезентативной для фибриллированного лиоцелла. Основываясь на вычислениях, волокно с диаметром один микрон имеет зернистость 0,17 мг/100 м, и 0,1 микрон волокно имеет зернистость 0,0017 мг/100 м. Средняя зернистость лиоцелла очевидно составляет менее чем 11,9 мг/100 м по измерениям FQA. Различия в размере волокна более очевидны при сравнении Фиг.18 и 19. Фиг.18 представляет собой микрофотографию, произведенную с только небеленой сульфатированной мягкой древесиной южных сортов, размолотой посредством 1000 обращений в PFI-мельнице, в то время как Фиг.19 представляет собой полотно для рук, произведенное с 80% той же мягкой древесиной южных сортов и 20% размолотого волокна лиоцелл. Исключительно низкая зернистость фибриллированного лиоцелла относительно традиционной древесной пульпы является очевидной.

Объединенная мягкая древесина и твердая древесина южных сортов имеют меньшую цену, чем пульпа высшего уровня качества, однако способность бумажной массы южных сортов к получению мягкой ткани меньше, чем желательная для некоторых применений. Мельницы, создающие продукты высшего уровня качества, могут требовать закупки волокон высшего уровня качества, подобных мягкой древесине северных сортов и эвкалипту для высшего качества мягкости, что увеличивает цену и оказывает отрицательное влияние на баланс размолотого волокна. Согласно настоящему изобретению размолотые волокна лиоцелл добавляли для улучшения качества бумажной массы.

При высоких уровнях размельчения массы волокна могут быть отделены от исходного волокна и работать как независимые микро- или, возможно, даже нано-волокна. Степень фибрилляции измеряли по Канадскому Стандарту степени помола (CSF). Неразмолотый лиоцелл имеет степень помола около 800 мл, тестируемые количества приготовляли при приблизительно 400, 200 и 40 мл. Гипотетически предполагали, что высокий уровень размельчения массы будет создавать наибольшее влияние при наименьшей скорости добавления. Большее размельчение создает более высокое содержание очень низкозернистых волокон, но также может уменьшать среднюю длину волокна. Предпочтительно максимально увеличивать продукцию тонкозернистых волокон при минимизировании разрезания волокон. В описываемом исследовании полотна для рук 4 мм лиоцелл размалывали до степени помола 22 мл со средней длиной волокна (Lw) 1,6 мм. Как обсуждалось ранее, величина 1,6 мм, по измерениям FQA, не считается истинной средней величиной, но только предназначена показывать направление уменьшения длины при размельчении массы. Фибриллированный лиоцелл, полученный для последних примеров, начинается от 6 мм волокон с зернистостью 16,7 мг/100 м перед размельчением массы. Идеальные волокна существенно менее крупны, чем эвкалиптовые, при сохранении достаточной длины. Фактически, размельчение массы значительно уменьшает длину волокна, однако они имеют длину, достаточную для упрочения сетки волокна.

Микроволокно лиоцелл делает возможным значительное увеличение количества волокон/грамм бумажной массы при добавлении только умеренных количеств микроволокна. Можно обсудить результаты расчетов в таблице 7, из которых можно видеть, что фибриллированный лиоцелл легко достигает плотности волокон, большей чем миллиард волокон на грамм.

Для сравнения, волокно эвкалипта, которое имеет относительно большое число волокон, имеет только приблизительно до 20 миллионов волокон на грамм.

Пример 2

Этот пример полотна для рук демонстрирует, что преимущество фибриллированного лиоцелла возникает преимущественно от коротких, низкозернистых волокон в большей степени, чем от частично размолотых исходных волокон, непреднамеренно уцелевших после процесса размельчение массы. Лиоцелл с размерами 6 мм на 1,5 денье размалывали до степени помола 40 и разделяли на фракции в классификаторе по Бауеру МакНетту (Bauer McNett) с применением сетки с номерами сит 14, 28, 48, 100 и 200. Длина волокна является первичным фактором, который определяет прохождение волокон через каждую сетку. Фракции с номерами сит 14 и 28 объединяли для создания одной фракции, впоследствии обозначаемой как “длинные волокна”. Фракции с номерами сит 48, 100, 200 и часть, проходившую через номер сита 200, объединяли для образования второй фракции, впоследствии обозначаемой как “короткие волокна”. Мягкую древесину южных сортов получали путем размельчения ее массы посредством 1000 оборотов в PFI-мельнице. Полотна для рук изготовлялись при плотности бумаги 15 фунтов/стопу листов (24 г/м²), прессовали при 15 psi (100 кПа) в течение пяти минут и высушивали на нагреваемом паром барабане. Таблица 8 сравнивает полотна для рук, произведенные с различными сочетаниями мягкой древесины и фибриллированного лиоцелла. Мягкая древесина отдельно (Образец 1) имеет низкую непрозрачность, низкое удлинение и низкую растяжимость. 20% длинных волокон (Образец 2) умеренно улучшают непрозрачность и удлинение, но не растяжимость. 20% коротких волокон (Образец 3) значительно увеличивают непрозрачность, удлинение и растяжимость, более значительно, чем неразмолотый лиоцелл (Образец 4). Образец 5 использует повторно объединенные длинные волокна и короткие волокна для приблизительного представления исходного фибриллированного лиоцелла. Из этого примера может быть очевидно, что вклад коротких волокон в настоящее изобретение является преобладающим.

Фиг.20 иллюстрирует один путь осуществления настоящего изобретения, в котором машинный бассейн 50, который может быть разделен на секции, применяется для приготовления бумажных масс, которые обрабатываются химическими реактивами, имеющими различное назначение в зависимости от характера различных используемых волокон. В этом варианте осуществления показан разделенный напорный ящик, таким образом, допуская возможность получения слоистого продукта. Продукт по настоящему изобретению может быть получен из одного или нескольких напорных ящиков 20, 20', и, безотносительно к числу напорных ящиков, они могут быть слоистыми или неслоистыми. Обработанная бумажная масса транспортируется через различные каналы 40 и 41, через которые она поступает в напорный ящик серповидной формующей машины 10, что хорошо известно, хотя может быть применена любая приемлемая конфигурация.

Фиг.20 показывает часть, образующую структуру полотна, или мокрую часть, с проницаемым для жидкости элементом перфорированной основы 11, который может быть любой приемлемой конфигурации. Элемент перфорированной основы 11 может быть изготовлен из любых из нескольких известных материалов, включая фотополимерную ткань, сукно, ткань или плетеное из синтетического волокна сетчатое основание с очень тонким изолирующим ковриком из синтетического волокна, присоединенным к сетчатому основанию. Элемент перфорированной основы 11 поддерживается стандартным способом на вальцах, включая выносной валик 15 и прессующий валик 16.

Образующаяся ткань 12 поддерживается на вальцах 18 и 19, которые устанавливаются относительно выносного валика 15 для направления образующей проволоки 12 до схождения на элемент перфорированной основы 11 на цилиндрическом выносном валике 15 под острым углом относительно элемента перфорированной основы 11. Элемент перфорированной основы 11 и проволока 12 двигаются с той же скоростью и в том же направлении, которое представляет собой направление вращения выносного валика 15. Формующая проволока 12 и элемент перфорированной основы 11 сходятся на верхней поверхности формующего вальца 15 для образования клинообразного пространства или зазора, в которых одна или несколько струй воды или вспененной жидкой дисперсии волокна могут быть инжектированы и захвачены между формующей проволокой 12 и элементом перфорированной основы 11 для усиления потока через проволоку 12 в поддон 22, где она собирается для повторного использования в процессе (возвращается в оборот через линию 24).

Образуемая в процессе структура полотна W, находящегося в стадии образования, проводится вдоль продольного направления 30 действием элемента перфорированной основы 11 до прессующего валика 16, где мокрая структура полотна W, находящегося в стадии образования, перемещается в американский сушильный аппарат 26. Жидкость удаляется прессованием из мокрой структуры полотна W прессующим валиком 16, тогда как структура полотна перемещается в американский сушильный аппарат 26, где она высушивается и крепируется посредством крепирующего ножа 27. Конечная структура полотна собирается на натяжном валике 28.

Емкость 44 предусмотрена для сбора воды, выжатой из бумажной массы прессующим валиком 16, также как собранной воды, удаленной из ткани сукномойкой Уле 29. Вода, собранная в емкости 44, может быть собрана в поточной линии 45 для отдельной переработки с целью удаления поверхностно-активного вещества и волокон из воды и возвращения рециклизованной воды обратно в бумагоделательную машину 10.

С применением CWP-аппарата типа, показанного на фиг.20, получали серии абсорбирующих полотен с бумажными массами, смешанными из твердой древесины/мягкой древесины и бумажными массами, включающими размолотое волокно лиоцелл. Общий подход состоял в размельчении мягкой древесины до требующегося уровня и получении мягкодревесной/твердодревесной смеси в смесительном баке. После изготовления контрольного образца из 100% древесной пульпы бумажной массы дополнительные образцы получали путем отмеривания микроволокна в смесь. Растяжимость опционально корректировали или действием разрыхлителя, или крахмала. Применяемые пульпы южных сортов являются мягкодревесными и твердодревесными. Бумажную массу “высшего уровня качества” получали из северных сортов мягкой древесины и эвкалипта. Крепирование ткани сохраняли на постоянном уровне для уменьшения числа переменных. Применяли 1,8 фунт/T (0,9 кг/тонну) 1145 PAE и использовали 15 градусные ножи, за исключением случая образцов полотенца, для которых использовали 8-градусные ножи. Температура сушильного аппарата являлась постоянной, 248°F (120°C). Плотность бумаги, MDDT, CDDT и толщину по кронциркулю измеряли на всех вальцах. CDWT и двуслойный SAT измеряли для некоторых испытуемых образцов и мягкость исследовали посредством панели подготовленных тестеров с использованием двуслойных образцов, 4 дюйм × 28 дюйм (10,2 см × 71,1 см), полученных из основания полотна на наружной боковой поверхности американского сушильного аппарата. Подробности и результаты приведены в таблицах 9-10 и Фиг.21-32.

Банная ткань, произведенная с бумажной массой южных сортов и 10% микроволокна, являлась на 21% прочнее, чем контрольный образец при той же мягкости (Фиг.21). Основываясь на последнем результате, полотно с микроволокном должно быть более мягким, чем контрольный образец, если растяжимость уменьшается путем более жесткого крепирования, каландрирования, чеканки и так далее. Из Фиг.22 можно видеть, что микроволокно лиоцелл имеет исключительную способность к достижению низкой плотности бумаги при приемлемых уровнях растяжимости и мягкости.

Из Фиг.23 можно видеть, что добавление микроволокна лиоцелл в CWP-способе увеличивает объем при различных плотностях бумаги и пределы прочности на разрыв. Это является неожиданным результатом ввиду того, что специалист не может ожидать от мелкодисперсных включений увеличения объема. Этот результат не наблюдается в других способах, например способе крепирования ткани, где структура полотна формуется в вакууме перед нанесением на высушивающий цилиндр американского сушильного аппарата.

Микроволокно предоставляет преимущества как бумажной массе южных сортов, так и бумажной массе высшего уровня качества (мягкая древесина северных сортов и эвкалипт), но бумажной массе южных сортов в большей степени.

Микроволокно существенно увеличивает прочность и удлинение у ткани с низкой плотностью бумаги. Высокая плотность волокон, обеспечиваемая микроволокном, создает очень единообразную сеть. Хотя большинство тенденций, характерных для микроволокна и наблюдаемых в исследовании полотна для рук, были подтверждены для крепированной ткани, большое влияние микроволокна на растяжимость и модуль являлось неожиданным (см.Фиг.24-28).

Объем, прочность и непрозрачность, обеспечиваемая микроволокном, делает возможным уменьшение плотности бумаги, не достигаемое в случае древесной пульпы. Растяжимость увеличивается от 250 г/3 дюйма (250г/7,62 см) при 10 фунтов/стопу листов (16 г/м²) до 400 г/3 дюйма (400г/7,62 см) при 8 фунтах/стопу листов (13,0 г/м²) путем добавления 20% микроволокна и CMC/WSR-состава. Полотно с плотностью 5,2 фунта/стопу листов (8,5 г/м²) получали при той же растяжимости, как контрольное полотно с плотностью 10 фунтов/стопу листов (16 г/м²) с тем же сочетанием 20% микроволокна и CMC/WSR, и обеспечивается более прочная древесная пульпа.

Микроволокно в полотенце увеличивало растяжимость во влажном состоянии, отношение в мокром/сухом состоянии и абсорбционную емкость SAT. Это имело последствия в виде более высокого уровня мягкости полотенца или тряпки для вытирания. Отношение в мокром/сухом состоянии для одного образца увеличивалось от около 20% до 39% при добавлении 20% микроволокна. Микроволокно изменяло кривую SAT/прочность в мокром состоянии.

Лиоцелл 217 CSF имел неприемлемый уровень флоккулянтов и ядрышек. Следовательно, 400 CSF волокно не применялось, и в остальных испытаниях использовали 40 CSF микроволокно. 40 CSF микроволокно диспергировали единообразно, и было обнаружено, что микроволокно 217 CSF может быть диспергировано после повторного пропускания через коническую мельницу, незагруженную в течение 20 мин. В процессе 217 CSF микроволокно уменьшалось до 20 CSF.

Микрофотографии фракций Бауера МакНетта (Bauer McNett) (см. Фиг.5, 6 и 7-11) позволяют считать, что половина волокон в 40 CSF лиоцелл не дезинтегрированы. Следствием этого наблюдения является то, что результаты, полученные в этом испытании, возможно, могут быть получены с половинными уровнями добавления, если способ продолжается до фибрилляции 100% волокон.

Адгезия американского сушильного аппарата слегка меньше в случае бумажной массы с микроволокном. Высота запруды в напорном ящике увеличивается благодаря меньшей возможности для стока, но поддается управлению действием повышенного вакуума.

Сильное влияние на растяжимость/модуль.

Фиг.24, 25 и 26 показывают заметные эффекты микроволокна. Микроволокно увеличивает растяжимость и удлинение полотна. Например, тканевое основание банного полотна с плотностью 12 фунтов/стопу листов (20 г/м²), произведенное с 100% древесной пульпой, включает в себя 40% мягкой древесины южных сортов и 60% твердой древесины южных сортов. Если добавляется 20% микроволокна, растяжимость увеличивается на 48%, но модуль увеличивается только на 13%. Небольшое увеличение модуля возникает из значительного увеличения в удлинении полотна. MD-удлинение увеличивается от 24,2% до 30,5%, и CD-удлинение увеличивается от 4,2% до 6,0%. Микроволокна предоставляют преимущество бумажной массе южных сортов и бумажной массе высшего уровня качества (мягкая древесина северных сортов и эвкалипт), но большее преимущество предоставляется бумажной массе южных сортов. Это было продемонстрировано путем сравнения “теоретического” удлинения, определяемого как (скорость американского сушильного аппарата/скорость бобины - 1) * 100. Теоретическое MD-удлинение в этом исследовании составило (100/80 -1)*100=25%. Здесь определение представляет собой величину напряжения, требующуюся для легкого выхода крепированного полотна. Возможно получить фактическое удлинение, более высокое, чем теоретическое удлинение, так как некрепированное полотно также имеет небольшую величину удлинения. Бумажная масса южных сортов в этом примере имеет удлинение 24,2%, слегка ниже теоретического. В бумажных массах южных сортов или бумажных массах высшего уровня качества MD-удлинение имеет высокое значение, 31-32%. Предоставляемые бумажной массе южных сортов преимущества больше, так как ее исходные характеристики имеют значительно более низкий уровень.

Фиг.26 показывает изменение растяжимости, полученное благодаря микроволокну. Микроволокно увеличивает растяжимость в слегка размолотых тканевых бумажных массах, но растяжимость уменьшается в бумажной массе для полотенца, где больший процент бумажной массы является размолотым. Последний результат согласуется с полотнами для рук, но большое увеличение растяжимости в ткани с низкой плотностью является неожиданным и не наблюдается в полотнах для рук. Заметим, что 20% микроволокна в полотнах для рук с неразмолотой мягкой древесиной южных сортов не приводит к более высокой растяжимости.

Уменьшение плотности бумаги

Микроволокно имеет потенциал для существенного уменьшения плотности бумаги. Фиг.27 и 28 показывают два примера, в которых плотность бумаги уменьшается на 25% и 40-50% соответственно. В первом случае основание полотна с плотностью 10 фунтов/стопу листов (16 г/м²) при 255 г/3 дюйма (33,5 г/см) GM-растяжимости уменьшалось до плотности 8 фунтов/стопу листов (13 г/м²) при 403 г/3 дюйма (52,9 г/см) GM-растяжимости при введении 20% микроволокна и смеси CMC/добавка, повышающая прочность в мокром состоянии. Отношение в мокром/сухом состоянии составило 32%. Образец с плотностью 8 фунтов/стопу листов (13 г/м²) и 403 г/3 дюйма (52,9 г/м²) был на 58% более прочным, чем контрольный образец с плотностью 10 фунтов/стопу листов (16 г/м²), однако модуль разрыва увеличивался только на 23%. Непрозрачность и формование являлись хорошими. Во втором случае основание полотна с плотностью 10 фунтов/стопу листов (16 г/м²) при приблизительно 400 г/3 дюйма (52,5 г/см) уменьшали до уровня 5,2 фунтов/стопу листов (8,5 г/м²) при той же растяжимости, с применением того же способа, как в первом случае. Полотна с плотностью 8 фунт/стопу листов (13 г/м²) имеют хорошую однородность. Полотно с плотностью 5,2 фунтов/стопу листов (8,5 г/м²) имело некоторые отверстия, но отверстия были вызваны ограничениями наклонного шаблона на PM 1, чем способностью волокна достигать хорошего распределения волокна. Полотно с плотностью 6 фунтов/стопу листов (9,8 г/м²) с хорошей однородностью и растяжимостью является значительным достижением на имеющемся в настоящее время опытном образце машины. Серповидный фасонный резец может быть пригоден к даже меньшим плотностям, которые не могут достигаться с 100% древесной пульпой. В то время как такие низкие плотности в конечном счете могут не применяться, это демонстрирует степень, до которой микроволокно сильно влияет на целостность структуры полотна ткани.

Свойства полотенца.

Микроволокно может улучшать прочность полотенца в мокром состоянии, отношение в мокром/сухом состояниях и абсорбционную емкость SAT. Основание полотна с плотностью 15 фунтов/стопу листов (24 г/м²) получили из 100% древесной пульпы бумажной массы, включающей в себя 70% мягкой древесины южных сортов и 30% твердой древесины южных сортов. Применяли традиционный набор для прочности в мокром состоянии в количестве 4 фунта/тонну (2 кг/тонну) CMC и 20 фунтов/тонну(10 кг/тонну) Amres 25HP. Два контрольных рулона имели растяжимости в сухом состоянии 2374 и 2400 г/3 дюйма (311,5 и 315,0 г/см) GM-растяжимости и отношения CD-растяжимости во влажном состоянии 303/1705 = 18% и 378/1664 = 23%. Состав бумажной массы изменяли до 80% древесной пульпы и 20% целлюлозных микроволокон и плотность бумаги продукта сохраняли на уровне 15 фунтов/стопу листов (24 г/м²). Объем увеличивался, непрозрачность увеличивалась, модуль разрыва уменьшался 19%, и растяжимости в сухом состоянии уменьшались до 2013 и 2171 г/3 дюйма (264,2 и 284,9 г/см). Мокрое/сухое CD-соотношение на этих двух рулонах увеличивалось до 506/1305=39% и 443/1545=29%. Абсорбционная емкость SAT увеличивалась на 15%. Абсорбционная емкость SAT и прочность в мокром состоянии обычно соотносятся обратно пропорционально, так что тот факт, что микроволокно увеличивает обе величины, обозначает, что кривая SAT/прочность в мокром состоянии сдвигается положительно. Выбранные результаты представлены графически на фигурах 29 и 30.

Без намерения быть связанными с любой теорией предполагается, что вышеупомянутые результаты являются следствием микроволоконной сети, образуемой микроволокном. Фиг.31 представляет собой микрофотографию крепированного полотна без микроволокна, Фиг.32 представляет собой микрофотографию соответствующего полотна с 20% размолотого лиоцелла. Из Фиг.32 можно видеть, что микроволокно значительно усиливает образование волоконной сети в полотне даже при низких массах благодаря его чрезвычайно высокий плотности волокон.

Таблица 11 представляет данные измерений FQA на различных лиоцелльных пульпах. Даже хотя вероятно, что многие микроволокона не видны, некоторые тенденции могут быть замечены на тех волокнах, которые наблюдаются. Неразмолотый лиоцелл имеет очень единообразную длину, очень малое количество тонкозернистых частиц и является весьма линейным. Размельчение массы уменьшает длину волокна, генерирует “тонкозернистые частицы” (которые отличны от тонкозернистых частиц традиционной древесной пульпы) и делает волокна вьющимися. Сравнение размолотого до 4 мм с размолотым до 6 мм наводит на мысль, что начальная длина волокна в пределах определенного диапазона может не являться существенной для конечной длины волокна, так как большинство исходных волокон будут расщепляться на более короткие волокна. Длина 6 мм является предпочтительной по сравнению с 4 мм, так как волокно должно избегать дополнительной стадии переработки отрезанных коротких волокон из пакли. Для фибриллированного лиоцелла типичными условиями являются низкая концентрация (0,5%-1%), низкая интенсивность (которая определяется традиционной технологией размельчения массы) и высокая энергия (возможно, 20 HPday/тонну (1400 МДж/тонну)). Высокая энергия желательна, если фибриллируется регенерированная целлюлоза, так как она может требовать продолжительного времени при низкой энергии. Может опционально применяться концентрация до 6% или большая, и может применяться высокий подвод энергии, возможно, 20 HPD/тонну(1400 МДж/тонну) или более.

Другой результат таблицы 11 состоит в том, лиоцелл 217 CSF легко разрушается до 20 CSF после повторного пропускания через коническую мельницу, незагруженную в течение 20 мин. Пульпа 20 CSF единообразно диспергируется в отличие от пульпы 217 CSF.

Механизм

Без намерения быть связанными с любой теорией, механизмом работы микроволокна, как кажется, является его способность к значительному улучшению однородности сети при чрезвычайно высокой площади поверхности. Несколько наблюдений могут быть связаны совместно для поддержки этой гипотезы: слабость лиоцелла, отличная прочность, приводящая к полотнам для рук и ткани, и взаимодействия с неразмолотой и размолотой древесной пульпой.

Неразмолотый лиоцелл является очень слабым сам по себе, и даже высоко размолотый лиоцелл приближается близко к потенциалу прочности древесной пульпы (8-10 км). Альфа-целлюлоза в лиоцелле и морфология волокон, как кажется, увеличивает прочность через очень высокое число слабых связей. Высокая концентрация волокон предоставляет больше связей между древесными волокнами, при добавлении к ткани. Бумажная масса южных сортов, в общем, и сосны, в частности, имеет низкую плотность волокон, что требует более высокой прочности связи, чем бумажная масса высшего уровня качества для данной прочности. Мягкая древесина южных сортов также может являться трудной для хорошего формования, что ведет к островкам несвязанных флоккулянтов. Микроволокно может переплетать флоккулянты для улучшения однородности сети. Эта способность микроволокна становится более четко выраженной по мере того, как плотность бумаги понижается. Сильное влияние на прочность не наблюдается в полотнах для рук с высокой плотностью бумаги, так как присутствует достаточное количество древесных волокон для заполнения полотна.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Фибриллированный лиоцелл является дорогостоящим относительно бумажной массы южных сортов, но он предоставляет потенциальные возможности, которые не могут быть получены другим методом. Фибриллированные волокна лиоцелл при относительно низких уровнях добавления могут усиливать бумажную массу южных сортов при конкурентоспособной цене относительно бумажной массы высшего уровня качества.

Дополнительные примеры

Добавочные типичные конфигурации включают в себя трехслойный продукт для лица, включающий в себя два внешних слоя с исключительной мягкостью, и внутренний слой с прочностью в мокром состоянии и, возможно, с более высоким уровнем прочности в сухом состоянии, чем у внешних слоев. Продукт производится путем сочетания целлюлозных микроволокон и соответствующих реактивов для придания желаемых свойств. Может быть возможным достигать исключительно низких плотностей бумаги при получении продукта с хорошей прочностью.

Микроволокна обеспечивают огромную площадь поверхности и однородность сети благодаря исключительно высокой плотности волокон. Качество сети ведет к более высоким растяжимостям в мокром/сухом состоянии.

Характеристики впитывающей способности (скорость и емкость) приписываются структуре с меньшими порами, создаваемой микроволокнами. Может существовать более оптимальная скорость добавления, где емкость и другие преимущества реализованы без уменьшения скорости.

Банная ткань с бумажной массой из южных сортов

Производили тканевое основание банного полотна с плотностью 12 фунтов/стопу листов (20 г/м²) с 100% древесной пульпой, включающей в себя 40% мягкой древесины южных сортов и 60% твердой древесины южных сортов. Производили два рулона с растяжимостями 384 и 385 г/3 дюйма GM-растяжимости (50,4 и 50,5 г/см) и модулями разрыва 37,2 и 38,2 г/%. Состав бумажной массы изменяли до 80% древесной пульпы и 20% целлюлозных микроволокон. Производили два рулона с растяжимостями 584 и 551 г/3 дюйма GM-растяжимости (76,6 и 72,3 г/см) и модулями разрыва 42,7 и 42,9 г/%. Растяжимость возрастала на 48%, но модуль возрастал только на 13%. Низкий прирост модуля возникал из значительного прироста в удлинении полотна. MD-удлинение увеличивалось от 24,2% до 30,5%, и CD-удлинение увеличивалось от 4,2% до 6,0%. Бумажная масса южных сортов в этом примере имела 24,2% удлинение, несколько ниже теоретического. Бумажная масса высшего уровня качества в Примере 1 давала около 27% MD-удлинения. В бумажных массах южных сортов или бумажных массах высшего уровня качества MD-удлинение является высоким, 31-32%. Преимущества, предоставляемые бумажной массой южных сортов, являются большими, так как ее исходные характеристики имеют значительно более низкий уровень.

Микроволокна могут быть более благоприятными в способах с крепированием тканью, чем в традиционных способах высушивания на воздухе, которые требуют высокой проницаемости. Причина состоит в том, что микроволокна могут иметь тенденцию закрывать структуру пор полотна, так что поток воздуха должен быть уменьшен в традиционном TAD-способе высушивания на воздухе, но это не является проблемой при способах мокрого прессования/крепирования тканью, в которых полотно обезвоживается уплотнением. Один путь для усиления преимущества микроволокна состоит в уменьшении плотности бумаги, но объем затем может становиться проблемой для определенных продуктов. Микроволокно в сочетании со способами бумажного производства, которые формуют полотно, может являться особенно благоприятным для получения продуктов с низкой плотностью бумаги с адекватным объемом. Необходимо отметить, что микроволокна благоприятно изменяют взаимоотношение объем/прочность для CWP полотна. Целлюлозный субстрат может быть получен традиционными способами (включая TAD, CWP и их варианты), известными для специалистов в данной области. Во многих случаях методики крепирования тканью, описанные в следующих, находящихся одновременно на рассмотрении, заявках, будут особенно пригодными: патентная заявка US с порядковым номером № 11/804246 (патентная публикация US 2008-0029235), поданная 16 мая 2007, озаглавленная “Fabric Creped Absorbent Sheet with Variable Local Basis Weight”, патентная заявка US с порядковым номером 11/678669 (патентная публикация US 2007-0204966), озаглавленная “Method of Controlling Adhesive Build-Up on a Yankee Dryer”; патентная заявка US с порядковым номером 11/451112 (патентная публикация US 2006-0289133), поданная 12 июня 2006, озаглавленная “Fabric-Creped Sheet for Dispensers”; патентная заявка US с порядковым номером 11/451111, поданная 12 июня 2006 (патентная публикация US 2006-0289134), озаглавленная “Method of Making Fabric-creped Sheet for Dispensers”; патентная заявка US с порядковым номером 11/402609 (патентная публикация US 2006-0237154), поданная 12 апреля 2006, озаглавленная “Multi-Ply Paper Towel With Absorbent Core”; патентная заявка US с порядковым номером 11/151761, поданная 14 июня 2005 (патентная публикация US 2005/0279471), озаглавленная “High Solids Fabric-crepe Process for Producing Absorbent Sheet with In-Fabric Drying”; патентная заявка US с порядковым номером 11/108458, поданная 18 апреля 2005 (патентная публикация US 2005-0241787), озаглавленная “Fabric-Crepe and In Fabric Drying Process for Producing Absorbent Sheet”; патентная заявка US с порядковым номером 11/108375, поданная 18 апреля 2005 (патентная публикация US 2005-0217814), озаглавленная “Fabric-crepe/Draw Process for Producing Absorbent Sheet”; патентная заявка US с порядковым номером 11/104014, поданная 12 апреля 2005 (патентная публикация US 2005-0241786), озаглавленная “Wet-Pressed Tissue and Towel Products With Elevated CD Stretch and Low Tensile Ratios Made With a High Solids Fabric-Crepe Process”; (см. также патент US 7399378, выданный 15 июля 2008, озаглавленный “Fabric-crepe Process for Making Absorbent Sheet”; патентная заявка US с порядковым номером 12/033207, поданная 19 февраля 2008, озаглавленная “Fabric Crepe Process With Prolonged Production Cycle”. Заявки и патенты, указанные непосредственно выше, являются особенно существенными для выбора оборудования, материалов, условий обработки и так далее, для продуктов, крепированных тканью по настоящему изобретению; и указанные заявки включены в данное описание в качестве справочного материала.

Мокрая структура полотна также может быть высушена или в начале обезвоживания термическим способом, высушиванием на воздухе или принудительным высушиванием на воздухе. Приемлемое роторное оборудование для принудительного высушивания на воздухе описано в патенте US 6432267, Watson, и патенте US 6447640, Watson et al.

Примеры 78-89 для полотенца.

Полотна для рук типа полотенца получали из бумажной массы из мягкой древесины/лиоцелл и тестировали на физические свойства и для определения эффекта добавок на соотношение CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии. Также было найдено, что предварительная обработка пульпы композицией с разрыхлителем неожиданно эффективна для увеличения соотношения CD-растяжимостей в мокром/сухом состоянии продукта, делая возможным еще более мягкие продукты. Подробности приведены ниже и представлены в таблице 12.

Древесная пульпа, применяемая в Примерах 78-89, представляла собой мягкодревесную небеленую сульфатированную целлюлозу южных сортов. CMC представляет собой аббревиатуру для карбоксиметилцеллюлозы, смолы, повышающей прочность в сухом состоянии, которую добавляли 5 фунтов/тонну (2,5 кг/короткую тонну) волокна. Также в этих примерах добавляли смолу, повышающую прочность в мокром состоянии (WSR); Amres 25 HP (Georgia Pacific) добавляли 20 фунтов/тонну (10 кг/короткую тонну) волокна (включая содержание лиоцелла в массе волокна). Применяемая композиция с разрыхлителем (Db) имела тип C; ион-парную композицию с разрыхлителем, как описано выше, применяли в виде 10% активной и добавляли, основываясь на массе полученного через пульпу бумагообразующего волокна, исключая содержание лиоцелла.

Применяемый CMF представлял собой волокно лиоцелл, с размерами 6 мм × 1,5 денье, которое размалывали до 40 мл CSF перед добавлением его к бумажной массе.

Далее проводили методику, как описано ниже:

1. Пульпу предварительно замачивали в воде перед дезинтеграцией.

2. Пульпу для образцов 79, 81, 83, 85 и 86-89 получали путем добавления разрыхлителя в количествах, указанных для дезинтегратора British, и затем добавления предварительно замоченной сухой заготовки до приблизительно 3% концентрации и дезинтегрирования.

3. Если в таблице 11 указано размельчение массы, пульпу разделяли пополам; половину пульпы сгущали для размельчения массы, размывали за 1000 оборотов и повторно разбавляли до 3% фильтратом.

4. Половины пульпы повторно объединяли в химическом стакане и при интенсивном перемешивании добавляли смолу AMRES, повышающую прочность в мокром состоянии. Через 5 мин добавляли CMC. Затем, через еще 5 мин, пульпу разбавляли и получали полотна для рук; 0,5 г полотно для рук, прессовали при 15 psi/5 мин (10кПа), высушивали на барабанном сушильном аппарате и отверждали в воздушной печи с принудительным высушиванием при 105°C/5 мин.

5. Пульпу для образцов 78, 80, 82, 84 получали через стадии, указанные выше, пропуская разрыхлитель и иногда не размельчая массу, как указано в таблице 12.

6. Для примеров, содержащих 20% CMF, CMF добавляли к мягкой древесине перед добавлением WSR/CMC.

Эффект предварительной обработки мягкодревесной пульпы разрыхлителем можно видеть на Фиг.33. Соотношение растяжимостей в мокром/сухом состоянии значительно увеличивается как добавлением CMF, так и предварительной обработкой разрыхлителем. В некоторых случаях прочность в мокром состоянии остается по существу постоянной, тогда как прочность в сухом состоянии уменьшается. Прочность в сухом состоянии полотенца часто определяется требующейся прочностью в мокром состоянии, что ведет к продуктам, которые являются относительно негибкими. Например, полотенце с 25% соотношением растяжимостей в мокром/сухом состоянии может иметь прочность в сухом состоянии, существенно большую, чем желательная для того, чтобы удовлетворять потребности прочности в мокром состоянии. Размельчение массы обычно требуется для увеличения прочности, которая уменьшает объем и впитывающую способность. Увеличение соотношения растяжимостей в мокром/сухом состоянии от 24 до 47% позволяет урезать растяжимость в сухом состоянии почти наполовину. Меньший модуль при данной растяжимости, обеспечиваемый CMF, также вносит вклад в более хорошее ощущение для руки (Фиг.34). Разрыхлитель до некоторой степени уменьшает объем в тестированных образцах (Фиг.35).

В промышленных способах предпочтительно предварительно обрабатывать входящий поток полученных через пульпу бумагообразующих волокон машинного бассейна с целью повышения работоспособности, как отмечено в находящейся одновременно на рассмотрении патентной заявке US 11/867113 (патентная публикация US 2008-0083519), поданной 4 октября 2007, озаглавленной “Method of Producing Absorbent Sheet with Increased Wet/Dry CD Tensile Ratio”, которая включена в данное описание выше; что можно видеть на фиг.36. В обычном применении по настоящему изобретению разрыхлитель добавляли к бумажной массе в гидроразбивателе 60, как показано на фиг.36, которая представляет собой блок-схему, схематически иллюстрирующую подвод пульпы в бумагоделательную машину. Разрыхлитель добавляли в гидроразбиватель 60, в то время как волокно при любой концентрации от около 3% до приблизительно 10%. Затем смесь превращали в пульпу после добавления разрыхлителя в течение 10 минут или более перед добавлением смолы, повышающей прочность в мокром состоянии, или смолы, повышающей прочность в сухом состоянии. Волокно в пульпе разбавляли обычно до концентрации 1 процент или около и подводили далее в машинный бассейн 50, где могут быть добавлены другие добавки, включая устойчивую смолу, повышающую прочность в мокром состоянии, и смолу, повышающую прочность в сухом состоянии. Если необходимо, могут быть добавлены смола, повышающая прочность в мокром состоянии, и смола, повышающая прочность в сухом состоянии, в гидроразбивателе, или входящем потоке, или исходящем потоке машинного бассейна, то есть в 64 или 66; однако, они должны быть добавлены после разрыхлителя, как отмечено выше; и смола, повышающая прочность в сухом состоянии, предпочтительно добавляется после смолы, повышающей прочность в мокром состоянии. Бумажная масса может быть размолота и/или обогащена до или после ее попадания в машинный бассейн, как это известно в технике.

Из машинного бассейна 50 бумажную массу далее разбавляли до концентрации 0,1% или около и подводили далее в напорный ящик, такой как напорный ящик 20, через смесительный насос 68.

Непрозрачность тканевого основания полотна

С использованием бумагоделательной машины типа представленной на фиг.20 получали основания тканевого полотна различных плотностей бумаги с применением фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна и возвращенного в оборот полученного через пульпу бумагообразующего волокна. Измеряли непрозрачность по TAPPI и коррелировали с плотностью бумаги, как представлено на фиг.37, которая представляет собой график непрозрачности по TAPPI относительно плотности бумаги для 7 и 10-фунтовых тканевых оснований полотна (3 и 5 кг), имеющих составы, представленные на фигуре.

Из Фиг.37 можно видеть, что большие увеличения непрозрачности, обычно в диапазоне около 30%-40% и более, легко достигаются при применении фибриллированного регенерированного целлюлозного микроволокна. В паре с приростом прочности, наблюдаемым по настоящему изобретению, таким образом, возможно, согласно изобретению, обеспечивать высокое качество тканевых продуктов с применением гораздо меньшего количества волокна, чем в случае традиционных продуктов.

Дополнительные примеры CWP-образцов.

С применением CWP-аппарата класса, представленного на Фиг.20, были приготовлены серии адсорбирующих полотен с мягкодревесными пульпами, включая размолотое волокно лиоцеллс высшим содержанием микроволокна. Общий способ состоял в получении смеси небеленой сульфатированной мягкой древесины и микроволокна в смешивающем баке и разбавлении бумажной массы до концентрации менее чем 1% в напорном ящике. Растяжимость изменяли с помощью смолы, повышающей прочность во влажном состоянии, и смолы, повышающей прочность в сухом состоянии.

Подробности и результаты приведены в таблице 13.

Фиг.38 показывает результаты по мягкости на двуслойных CWP-образцах. Контрольные образцы приготовляли из смеси 40% древесины южных сортов и 60% жесткой древесины южных сортов из Нахеолы (Naheola). Контрольные образцы включали в себя отбеленную мягкую древесину серверных сортов и эвкалипт. Cmf добавляли в количествах в диапазоне от 2% до 20% бумажной массы, компоненты древесной пульпы сохраняли то же 40/60 соотношение мягкой древесины и жесткой древесины. Для сравнения приготовляли образцы с мягкой древесиной северных сортов и эвкалиптом. Кроме того, образцы, приготовленные с мягкой древесиной северных сортов и жесткой древесиной южных сортов, показывали относительное улучшение относительно 100% бумажной массы южных сортов. Как можно видеть из фиг.38, cmf-содержащий материал имел повышенные мягкость и растяжимости.

В то время как изобретение подробно описано, модификации в пределах объема изобретения будут легко очевидны для специалистов в данной области. Ввиду вышеупомянутого обсуждения релевантного уровня техники и ссылок, включая обсуждавшиеся выше в связи с уровнем техники и подробным описанием находящихся одновременно на рассмотрении заявок, которые все включены посредством цитирования во всей полноте, дальнейшее описание считается излишним.