CN1371440A - 在机器横向上具有增强拉伸强度的纸张 - Google Patents

在机器横向上具有增强拉伸强度的纸张 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种方法和制品以得到具有提高机器横向拉伸强度的纸张。该方法包括采用机器横向可拉伸的织物,其上置有湿纸张。该方法使产品具有提高的机器横向拉伸强度。

Description

在机器横向上具有增强拉伸强度的纸张
发明领域
本发明涉及纸张制造技术，特别涉及具有增强的机器横向拉伸强度的纸张和制造这种纸张的方法。
发明背景
纸张的机器横向(CD)拉伸强度是重要的特性或特征。根据纸张的用途，这一特性可能是非常重要的。同样地，这一特性对于转换操作中纸张的可控制性也具有很明显的影响，因此对于这些操作也是极为重要的。纸巾产品，例如面巾和浴巾以及纸巾制品都是那种CD拉伸强度是很重要特性的类型的纸张。因此，很希望通过传统方法以外以及传统纸张采用的方法以外的方法提高CD拉伸强度值。例如，褶皱的两层纸张可以达到4-5％的CD拉伸强度。这些CD拉伸强度值是通过用通风气体干燥非褶皱的纸张来提高的，例如对于基层纸张，以共同转让的美国专利第5,607,551号公开的CD拉伸强度大约为14％。
发明概述
本发明提供了一种改进的造纸方法和产品，即通过提供一种纸张和方法来得到具有改善的CD拉伸强度的纸张。这样，例如纸巾、方巾、平面纸、标签纸、纸袋纸、中间纸、衬纸和水泥袋等纸制品可以从本发明得益。本发明的上述产品的一种特别有用的例子是一种用于可挤压包装的、具有高CD拉伸强度的可拉伸标签，例如用于番茄酱瓶子。该方法包括：在织物相互完全粘结或固定之前，采用造纸纤维或毛毡的在CD方向上可拉伸的纸张向在CD方向上造纸纤维的湿纸张施加拉伸强度。该方法使纸张具有增强的CD拉伸强度，可能增大约10％，或增大约12％，或增大约15％，或增大更多。通过降低纸张在机器方向上的撕裂趋势，CD拉伸强度的增大形成了新的优点。
因此，在本发明的一个实施例中，提供了一种褶皱的纸张，它包括一层造纸纤维的纸张并且具有从大约5lbs/2880ft2到120lbs/2880ft2的基本重量，厚度从大约0.004”到0.040”并且机器横向拉伸强度大于10％。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种软性纸制品，包括一个或多个纸巾叠儿并具有每克大约9立方厘米的体积或者更大，MD最大倾斜度大约为10或更小，机器横向拉伸强度大于大约15％、18％、20％或更大。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种纸张，它包括一层造纸纤维的纸张并且具有从大约5lbs/2880ft2到28lbs/2880ft2的基本重量，厚度从大约0.004”到0.040”并且机器横向拉伸强度大于大约15％。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种纸张，它具有至少一层包括造纸纤维的纸张并且具有与其机器方向拉伸强度相等或更大的机器横向拉伸强度。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种制造纸张的方法，包括以下步骤：形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；将水溶液脱水以形成湿纸张；和在机器横向上机械压缩湿纸张。一种制造纸巾产品的方法包括以下步骤：形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；将水溶液浸在成形织物上；将水溶液脱水以形成具有湿纸张，所述湿纸张具有重量占大约20％到40％的固体颗粒的湿度值；在机器横向上拉伸那一在机器横向可拉伸的织物；将湿纸张置于拉伸后的机器横向可拉伸的织物上；在机器横向上放松所述机器横向可拉伸的织物和湿纸张；和干燥湿纸张以形成纸巾纸。一种制造方巾制品的方法包括以下步骤：形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；将水溶液浸在成形织物上；将水溶液脱水以形成具有湿纸张，所述湿纸张具有重量占大约小于50％的固体颗粒的湿度值；在机器横向上减小湿纸张的宽度；和最终干燥湿纸张以形成纸巾纸。
为了更好地理解本发明，现在直接针对附图对本发明的优选实施例进行详细描述。
附图简要说明
图1和1A是表示造纸机和工艺流程的示意图；
图2是表示具有一杨琪(Yankee)干燥器的造纸机和工艺流程的示意图；
图3是表示用于通过空气干燥纸张来制造非皱纹纸  的造纸机和工艺流程的示意图；
图4是薄纸的负载/延伸长度曲线的概括图，表示了MD最大倾斜度的确定方法。
本发明优选实施例详细描述
参见图1，它是表示了造纸机和工艺流程的示意图。为了简化起见，图中表示了用于确定多段织物运行轨迹的多个拉紧辊，但是这些拉紧辊的数目没有计算。应该理解到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对图示的装置和工艺可以作出多种变形。这种形式的造纸机可用于制造任何类型的纸或纸制品，从轻质薄纸到书写纸到标签纸到较重的纸张，例如中间衬板和水泥袋。
造纸纤维的纸浆，可以称为原料溶液或原料，通过一个风扇式泵(未表示)被压入料箱1。料箱可以是单一或多层型的。当从刀片传出时，纸浆被涂覆在位于下侧辊4处或其附近的成形织物或细线3上，接着，在辊子4处，从纸浆中去除水以形成造纸纤维的湿纸张2。湿纸张2和成形织物3沿箭头5的方向一起移动。接着湿纸张2传递到CD可拉伸的织物7和CD可拉伸的织物8处，在那里，湿纸张2沿CD方向被拉紧装置6拉伸。当在CD方向拉伸湿纸张后，它可以达到具有低于大约40％的固体颗粒。拉伸后，湿纸张被传送到干燥器部分，例如，筒式干燥器9处，在该处湿纸张被干燥至其最终的干燥度，再卷绕在卷轴10上。也可以采用其他形式的干燥装置。也可以在拉紧装置6之前或之后采用湿压机。另外，也可以省略其中一个CD拉伸织物。
图1A表示了图1所示的工艺和机器的另一种优选结构。在图1A中，CD拉伸装置位于湿纸张传送给CD可拉伸织物的地方或者位于其之前。这样，在湿纸张放置在织物上之前，织物在CD方向上被拉伸。一旦湿纸张放置在拉紧了的CD可拉伸织物上，则织物在CD方向上放松，从而在CD方向上压缩湿纸张。
拉紧装置可以采用任何已知技术来提高移动薄纸或纸张的宽度，即在与移动方向垂直的方向上拉伸织物。例如，这种装置可以包括一个染色架、一个安装承载辊或一个弯曲辊。拉伸装置最好刚刚位于湿纸张传送器之前或湿纸张传送器的位置上。CD可拉伸织物可以是在机器方向上从PET或PEEK细丝纺织成的，也可以是在机器横向上从例如Lycra弹性细丝纺织成的。在温纸张置于织物上之前，拉紧装置在CD方向上拉紧所述CD可拉伸织物。织物可以从大约1％拉伸到大约15％或更大，最好从大约5％拉伸到大约10％。在湿纸张置于CD可拉伸织物上的同时，织物处于拉紧状态。接着，拉紧的织物最好迅速放松，使得织物和湿纸张随之在CD方向上收缩。根据拉紧操作发生时的状况，可以采用更大或更小的拉紧量，上述状况包括纸张类型、机器速度和湿纸张的湿度，结果可以从工艺过程中获得。当湿纸张在CD方向上压缩时，湿纸张可以具有大约20％到40％的固体颗粒。但是根据纸张类型和采用的设备，湿纸张也可以具有50％或更多的固体颗粒。另外，也可以在拉紧装置处或其附近采用除水装置，例如吸收箱或吹风干燥器，以在薄纸的实际拉伸操作和传送期间之前或之后，更精确地调整和控制湿纸张的湿度。
现在参见图2，其中表示了具有一个杨琪干燥器12的双线造纸机的示意图。为了简化起见，图中仅表示了多个用于确定多条织物运行路径的示意性拉紧辊，但没有计算其数目。应该理解到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对图示的装置和工艺可以作出多种变形。这种形式的造纸机特另用于制造面巾纸、浴巾纸和手巾。纸浆被一个叶片泵(未表示)压入料箱1。料箱可以是单一或多层型的。当从刀片传出时，纸浆被涂覆在或者喷射到位于下侧辊4附近的成形织物11和细线3之间，接着，在辊子4处，从纸浆中去除水以形成造纸纤维的湿纸张2。湿纸张2和成形织物3沿箭头5的方向一起移动。
接着可拉伸的织物7沿CD方向被拉紧装置6拉伸。然后湿纸张2被传送给拉紧的CD可拉伸织物7。这一传送操作还可以由任何已知的传送装置辅助完成。例如，传送装置可以是一个真空辅助传送靴14。可以在成形织物3和CD可拉伸织物7之间采用传送织物或者可能的敞口牵引物，以使湿纸张在拉伸操作期间位于顶部并且与可拉伸织物的底部相对(如图2所示)。在传递给CD可拉伸织物后，让织物在CD方向上放松，使湿纸张在CD方向上压缩或收缩。
当在CD方向压缩湿纸张时，湿纸张最好具有低于大约40％的固体颗粒，对于纸巾型产品，最好具有大约25％到大约30％的固体颗粒。然后，纸张传送到杨琪干燥器12，在那里被干燥。接着，纸张在医用刀片13作用下从杨琪干燥器12上褶皱并卷绕在卷轴10上。尽管图中示意性地表示出了位于CD可拉伸织物和杨琪干燥器之间的敞口牵引物，如果需要的话，也可以在那里采用一传送织物。
现在参见图3，其中表示了具有一个通气干燥器12的双线造纸机的示意图。为了简化起见，图中仅示意性地表示了多个用于确定多条织物运行路径的拉紧辊，但没有计算其数目。应该理解到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对图示的装置和工艺可以作出多种变形，例如采用附加的传送织物或者采用敞口牵引件。这种形式的造纸机特别用于制造类似于美国专利第5,607,551号公开的纸巾，该专利公开的内容作为参考文献包含在本文中。
纸浆被一个叶片泵(未表示)压入料箱1。料箱可以是单一或多层型的。当从刀片传出时，纸浆喷射到位于下侧辊4附近的成形织物11和细线3之间，接着，在辊子4处，从纸浆中去除水以形成造纸纤维的湿纸张2。湿纸张2和成形织物3沿箭头5的方向一起移动。
接着可拉伸的织物7沿CD方向被拉紧装置6拉伸。然后湿纸张2从成形织物3处被传送给以比成形织物更低的速度运行的拉紧的CD可拉伸织物7，以向薄纸施加增大了的拉伸力。这一传送操作还可以在一个真空传送靴14以及位于成形织物和CD可拉伸织物之间的固定空隙或空间的帮助下进行。然后，CD可拉伸织物在CD方向上放松。
当在CD方向压缩湿纸张时，湿纸张最好具有低于大约50％的固体颗粒，对于纸巾型产品来说，压缩后最好具有大约25％到大约30％的固体颗粒。湿纸张传送到通风干燥器织物16，该织物16绕着通风干燥器15来承载薄纸，在干燥器15处去除多余的水分。接着纸张卷绕在卷轴10上。
在图3所示的实施例中，CD可拉伸的织物具有双重作用，既通过两织物的速度差增强了两个机器方向的拉伸强度，又通过CD拉伸增强了横向机器拉伸强度。
通常，在不脱离本发明的精神的情况下，图中所示的织物运行位置和工艺装置和机器的位置可以变化，以满足特定造纸机和造纸工艺的独特需求。这是为了能够改造已经存在的造纸机而实施本发明。
从卷轴将基层纸张制成最终的纸张或产品的转换操作会频繁地减小与基层纸张相比时的最终产品的CD拉伸强度。这种转换操作可以包括例如卷绕、重复卷绕、滚压、往复摆动、折叠、对齐、剪切、印刷、压制凸纹或者装箱。这样，由本发明所得到的增加的CD拉伸强度为最终的纸制品提供了以前只有基层纸张才能具有的CD拉伸强度。例如，最终的纸巾制品的CD拉伸强度可以达到大于大约4％，或者大于大约5％，或者大于大约7％，或者大于大约9％或者更大。
MD最大倾斜度是用于纸巾的机器方向负载/延伸长度曲线的最大倾斜度。MD最大倾斜度的单位是千克每3英寸(7.62厘米)。图4是纸巾薄纸的负载/延伸长度曲线的概括图，表示了MD最大倾斜度的确定方法。如图所示，沿负载/延伸长度曲线选择了两点P1和P2，为了显示清楚，其间的距离被放大了。拉伸试验装置被编程(GAP[通用应用程序]，版本2.5，系统集成技术公司，Stoughton，MA；MTS系统集团公司的一个部门，Research Triangle Park，NC)，使之能计算从P1到P2的选样点的线性回归值。通过沿曲线以通常的方式调整点P1和P2(后述)，这一计算过程重复进行。这些计算结果的最高值就是最大倾斜度，并且当在样本的机器方向(machine direction)上实施这种操作时，就叫做MD最大倾斜度。
拉伸试验装置程序可以设置为五百个点，例如P1和P2的距离占2.5英寸(63.5mm)。这就能提供足够多的点以基本上超过样本的任何实际延伸长度。在十英寸每分钟(254mm/min)的横向速度下，这可转换为每0.030秒一个点。通过将最初的点(例如P1)设置为第10点，计算出到第40点(例如P2)的三十个点，并算出这三十个点的线性回归值，该程序就能计算出这些点中的倾斜度。该程序将这些通过回归值所计算出的倾斜度储存在矩阵中。然后，该程序计算到达第20点(该点变为了P1)的十个点并再次重复这一过程(计算三十个点，到该点将是第50点(该点变为了P2)，计算那一倾斜度并也存储到矩阵中)。对于纸张的整个延伸长度都连续进行这一过程。然后从该矩阵中选择出最高值作为最大倾斜度。最大倾斜度的单位是千克每3英尺的样本宽度。(当然，拉紧度是无法计算的，因为延伸长度被分成了齿距长度。这一计算结果被检测机器程序所考虑了。)
尽管结合了一些优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解到，在不脱离本发明原理的情况下，可以对能够实际应用于本发明的结构、装置、部件、元件、材料和零件进行改进。
按照条约第19条的修改
1.一种褶皱纸张，它包括一层造纸纤维的纸张并且具有从大约5到120lbs/2880ft2的基本重量，并且机器横向上的拉伸强度大于10％。
2.如权利要求1所述的纸张，包括至少两层。
3.如权利要求2所述的纸张，其中一层具有占主要部分的长的造纸纤维，另一层具有占主要部分的短的造纸纤维。
4.如权利要求1、2或3所述的纸张，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约12％。
5.如权利要求1、2或3所述的纸张，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约15％。
6.一种最终的纸制品，它包括一层造纸纤维，并具有大于大约5％的机器横向上的拉伸强度。
7.一种软性纸制品，包括一个或多个纸巾叠层并具有每克大约9立方厘米的体积或者更大，MD最大倾斜度大约为10或更小，机器横向拉伸强度大于15％，并且至少所述叠层中的一个包括一张褶皱纸巾。
8.如权利要求7所述的纸制品，其特征在于，至少纸巾叠层之一包括至少两层。
9.如权利要求8所述的纸制品，其中一层具有占主要部分的长的造纸纤维，另一层具有占主要部分的短的造纸纤维。
11.如权利要求7、8或9所述的纸制品，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约18％。
12.如权利要求7、8或9所述的纸制品，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约20％。
13.一种未干透的纸巾纸张，它包括一层造纸纤维的纸张并且具有从大约5到28lbs/2880ft2的基本重量，并且机器横向拉伸强度大于15％。
14.如权利要求13所述的纸张，包括至少两层。
15.如权利要求14所述的纸张，其中一层具有占主要部分的长的造纸纤维，另一层具有占主要部分的短的造纸纤维。
16.如权利要求13、14或15所述的纸张，其特征在于，纸张是褶皱纸。
17.如权利要求13、14或15所述的纸张，其特征在于，纸巾纸张是非褶皱纸。
18.如权利要求16所述的纸张，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约12％。
19.如权利要求16所述的纸张，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约15％。
20.一种纸张，它具有至少一层包括造纸纤维的纸张，并且具有与其机器方向上拉伸强度相等或更大的机器横向上的拉伸强度。
21.一种制造纸张的方法，包括以下步骤：
(d)形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；
(a)将水溶液脱水以形成湿纸张；和
(b)在机器横向上压缩湿纸张。
22.一种制造纸巾产品的方法包括以下步骤：
(a)形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；
(b)将水溶液浸在成形织物上；
(c)将水溶液脱水以形成具有湿纸张，所述湿纸张具有重量占大约20％到50％的固体颗粒的湿度值；
(d)在机器横向上拉伸在机器横向可拉伸的织物；
(e)将湿纸张置于拉伸后的机器横向可拉伸的织物上；
(f)在机器横向上放松所述机器横向可拉伸的织物；和
(g)干燥湿纸张以形成纸巾纸张。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，机器横向可拉伸的织物拉伸至少大约5％。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，机器横向可拉伸的织物拉伸至少大约10％。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，机器横向可拉伸的织物拉伸至少大约15％。
26.如权利要求22、23、24或25的方法，其特征在于，纸巾纸张是非褶皱的。
27.一种制造方巾制品的方法包括以下步骤：
(f)形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；
(g)将水溶液浸在成形织物上；
(h)将水溶液脱水以形成具有湿纸张，所述湿纸张具有重量占大约小于50％的固体颗粒的湿度值；
(i)在机器横向上减小湿纸张的宽度；和
(j)最终干燥湿纸张以形成纸巾纸张。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，湿纸张的机器横向宽度减小至少大约5％。
29.如权利要求27所述的方法，其特征在于，湿纸张的机器横向宽度减小至少大约10％。
30.如权利要求27所述的方法，其特征在于，湿纸张的机器横向宽度减小至少大约15％。
31.如权利要求27的方法，其特征在于，纸巾纸张是非褶皱的。

Claims (31)

1.一种褶皱纸张，它包括一层造纸纤维的纸张并且具有从大约5到120lbs/2880ft2的基本重量，并且机器横向上的拉伸强度大于10％。
2.如权利要求1所述的纸张，包括至少两层。
3.如权利要求2所述的纸张，其中一层具有占主要部分的长的造纸纤维，另一层具有占主要部分的短的造纸纤维。
4.如权利要求1、2或3所述的纸张，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约12％。
5.如权利要求1、2或3所述的纸张，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约15％。
6.一种最终的纸制品，它包括一层造纸纤维，并具有大于大约5％的机器横向上的拉伸强度。
7.一种软性纸制品，包括一个或多个纸巾叠层并具有每克大约9立方厘米的体积或者更大，MD最大倾斜度大约为10或更小，机器横向拉伸强度大于15％。
8.如权利要求7所述的纸制品，其特征在于，至少一纸巾叠层包括至少两层。
9.如权利要求8所述的纸制品，其中一层具有占主要部分的长的造纸纤维，另一层具有占主要部分的短的造纸纤维。
10.如权利要求7、8或9所述的纸制品，其特征在于，该产品是非褶皱纸。
11.如权利要求7、8、9或11所述的纸制品，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约18％。
12.如权利要求7、8、9或10所述的纸制品，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约20％。
13.一种纸巾纸张，它包括一层造纸纤维的纸张并且具有从大约5到28lbs/2880ft2的基本重量，并且机器横向上的拉伸强度大于15％。
14.如权利要求13所述的纸张，包括至少两层。
15.如权利要求14所述的纸张，其中一层具有占主要部分的长的造纸纤维，另一层具有占主要部分的短的造纸纤维。
16.如权利要求13、14或15所述的纸张，其特征在于，纸张是褶皱纸。
17.如权利要求13、14或15所述的纸张，其特征在于，纸巾纸张是非褶皱纸。
18.如权利要求16所述的纸张，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约12％。
19.如权利要求16所述的纸张，其特征在于，机器横向上的拉伸强度大于大约15％。
20.一种纸张，它具有至少一层包括造纸纤维的纸张，并且具有与其机器方向上拉伸强度相等或更大的机器横向上的拉伸强度。
21.一种制造纸张的方法，包括以下步骤：
(a)形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；
(b)将水溶液脱水以形成湿纸张；和
(c)在机器横向上压缩湿纸张。
22.一种制造纸巾产品的方法包括以下步骤：
(a)形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；
(b)将水溶液浸在成形织物上；
(c)将水溶液脱水以形成具有湿纸张，所述湿纸张具有重量占大约20％到50％的固体颗粒的湿度值；
(d)在机器横向上拉伸在机器横向可拉伸的织物；
(e)将湿纸张置于拉伸后的机器横向可拉伸的织物上；
(f)在机器横向上放松所述机器横向可拉伸的织物；和
(g)干燥湿纸张以形成纸巾纸张。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，机器横向可拉伸的织物拉伸至少大约5％。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，机器横向可拉伸的织物拉伸至少大约10％。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，机器横向可拉伸的织物拉伸至少大约15％。
26.如权利要求22、23、24或25的方法，其特征在于，纸巾纸张是非褶皱的。
27.一种制造方巾制品的方法包括以下步骤：
(a)形成包括造纸纤维的纸张的水溶液；
(b)将水溶液浸在成形织物上；
(c)将水溶液脱水以形成具有湿纸张，所述湿纸张具有重量占大约小于50％的固体颗粒的湿度值；
(d)在机器横向上减小湿纸张的宽度；和
(e)最终干燥湿纸张以形成纸巾纸张。
31.如权利要求27所述的方法，其特征在于，湿纸张的机器横向宽度减小至少大约5％。
32.如权利要求27所述的方法，其特征在于，湿纸张的机器横向宽度减小至少大约10％。
33.如权利要求27所述的方法，其特征在于，湿纸张的机器横向宽度减小至少大约15％。
34.如权利要求27的方法，其特征在于，纸巾纸张是非褶皱的。
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