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Dokumentenidentifikation DE69834201T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001019579
Titel PAPIER MIT UNTERSCHIEDLICHEN WERTEN FÜR FLÄCHENGEWICHT UND DICHTE
Anmelder The Procter & Gamble Company, Cincinnati, Ohio, US
Erfinder PHAN, Van, Dean, West Chester, OH 45069, US;
TROKHAN, Dennis, Paul, Hamilton, OH 45013, US
Vertreter Patentanwälte Rau, Schneck & Hübner, 90402 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 69834201
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.08.1998
EP-Aktenzeichen 989365929
WO-Anmeldetag 14.08.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/IB98/01234
WO-Veröffentlichungsnummer 1999010597
WO-Veröffentlichungsdatum 04.03.1999
EP-Offenlegungsdatum 19.07.2000
EP date of grant 12.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse D21F 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Cellulosefaserstoffstrukturen mit unterschiedlichen Flächengewichten und Dichten, und genauer nichtdurchluftgetrocknetes Papier mit unterschiedlichen Flächengewichten und Dichten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Cellulosefaserstoffstrukturen, wie Papier, sind in der Technik bekannt. Häufig ist es erwünscht, Regionen mit unterschiedlichen Flächengewichten in dem gleichen Cellulosefaserstoffprodukt zu haben. Die beiden Regionen dienen verschiedenen Zwecken. Die Regionen mit höherem Flächengewicht verleihen der Faserstoffstruktur eine höhere Zugfestigkeit. Die Regionen mit niedrigerem Flächengewicht können für die Einsparung von Rohstoff genutzt werden, insbesondere von den Fasern, die im Papierherstellungsverfahren verwendet werden, und um die Faserstoffstruktur absorptionsfähig zu machen. Im Extremfall können die Regionen mit niedrigem Flächengewicht Öffnungen oder Löcher in der Faserstoffstruktur darstellen. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Regionen mit niedrigem Flächengewicht Öffnungen aufweisen.

Die Absorptions- und Festigkeitseigenschaften und ferner die Weichheitseigenschaft werden wichtig, wenn die Faserstoffstruktur für ihren beabsichtigten Zweck verwendet wird. Insbesondere kann die hierin beschriebene Faserstoffstruktur für Gesichtstücher, Toilettenpapier, Papierhandtücher, Lätzchen und Servietten verwendet werden, die heutzutage alle in großem Umfang verwendet werden. Falls diese Produkte ihren beabsichtigten Zweck erfüllen und in großem Umfang auf Akzeptanz stoßen sollen, muss die Faserstoffstruktur die oben erörterten physikalischen Eigenschaften zeigen und maximieren. Die Nass- und Trockenzugfestigkeiten sind Maße für die Fähigkeit der Faserstoffstruktur, ihre physikalische Integrität während der Verwendung zu behalten. Absorptionsfähigkeit ist die Eigenschaft der Faserstoffstruktur, die es ihr ermöglicht, Flüssigkeiten, die mit ihr in Berührung kommen, zu speichern. Sowohl die absolute Menge an Flüssigkeit als auch die Rate, mit der die Faserstoffstruktur diese Flüssigkeit absorbiert, müssen berücksichtigt werden, wenn eines der genannten Verbrauchsgüter bewertet wird. Ferner werden solche Papierprodukte in Einwegabsorptionsartikeln, wie Damenbinden und Windeln, verwendet.

Es wurden Versuche in der Technik vorgenommen, um Papier mit zwei unterschiedlichen Flächengewichten herzustellen oder um die Fasern anderweitig umzuordnen. Beispiele schließen das US-Patent 795 719, erteilt am 25. Juli 1905 an Motz; das US-Patent 3 025 585, erteilt am 20. März 1962 an Griswold; das US-Patent 3 034 180, erteilt am 15. Mai 1962 an Greiner et al.; das US-Patent 3 159 530, erteilt am 1. Dezember 1964 an Heller et al.; das US-Patent 3 549 742, erteilt am 22. Dezember 1970 an Benz, und das US-Patent 3 322 617, erteilt am 30. Mai 1967 an Osborne, und auch das US-Patent 5 245 025, erteilt am 14. September 1993 an Trokhan et al., ein.

Abgesehen davon besteht der Wunsch, Tissue-Produkte mit sowohl Flauschigkeit als auch Flexibilität bereitzustellen, wie anhand von Durchströmungstrocknung (TAD). Verbesserte Flauschigkeit und Flexibilität können durch zweiseitig versetzt angeordnete komprimierte und unkomprimierte Zonen bereitgestellt werden, wie im US-Patent 4 191 609, erteilt am 4. März 1980 an Trokhan, gezeigt.

Es sind mehrere Versuche bekannt, um ein verbessertes Siebelement zur Herstellung solcher Cellulosefaserstoffstrukturen bereitzustellen, von denen eines der bedeutendsten im US-Patent 4 514 345, erteilt am 30. April 1985 an Johnson et al., dargestellt ist. Johnson et al. lehren hexagonale Elemente, die in einem diskontinuierlichen Flüssigbeschichtungsverfahren an einer Trägerstruktur befestigt werden.

Ein weiterer Ansatz für die Herstellung von Tissue-Produkten, die Verbraucher stärker bevorzugen, ist eine Trocknung der Papierstruktur, die den Tissue-Produkten eine größere Flauschigkeit, Zugfestigkeit und Berstfestigkeit verleiht. Beispiele für Papierstrukturen, die auf diese Weise hergestellt werden, sind im US-Patent 4 637 859, erteilt am 20. Januar 1987 an Trokhan, dargestellt. Das US-Patent 4 637 859 zeigt einzelne bzw. diskrete noppenförmige Erhebungen, die über ein kontinuierliches Netzwerk verteilt sind, und ist hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen. Das kontinuierliche Netzwerk kann für Festigkeit sorgen, während die relativ dickeren Noppen für Weichheit und Absorptionsfähigkeit sorgen können.

Ein Nachteil der im US-Patent 4 637 859 offenbarten Bahn ist, dass die Trocknung solch einer Bahn relativ energieintensiv und teuer sein kann und in der Regel die Verwendung einer Durchströmungstrocknungsausrüstung erfordert. Darüber hinaus kann das in US 4 637 859 offenbarte Papierherstellungsverfahren in Bezug auf die Geschwindigkeit, mit der die Bahn schließlich auf der Yankeetrocknertrommel getrocknet werden kann, eingeschränkt sein. Man nimmt an, dass diese Einschränkung zumindest teilweise auf das Muster zurückgeht, das der Bahn mitgeteilt wird, bevor die Bahn auf die Yankeetrommel überführt wird. Genauer können die in US 4 637 859 beschriebenen Noppen auf der Yankeeoberfläche nicht so effizient getrocknet werden wie das kontinuierliche Netzwerk, das in US 4 637 859 beschrieben ist. Somit ist bei einem bestimmten Konsistenzgrad und Flächengewicht die Geschwindigkeit, mit der die Yankeetrommel betrieben werden kann, begrenzt.

Herkömmliches Tissue-Papier, das durch Pressen einer Bahn mit einem oder mehreren Pressfilzen in einem Kompressionsspalt hergestellt wird, kann mit relativ hohen Geschwindigkeiten hergestellt werden. Das herkömmlich gepresste Papier kann dann, sobald es getrocknet ist, beprägt werden, um die Bahn zu mustern und um die Makrodicke der Bahn zu erhöhen. Beispielsweise sind eingeprägte Muster, die in Tissue-Papierprodukten gebildet werden, nachdem die Tissue-Papierprodukte getrocknet wurden, üblich.

Jedoch verleihen Prägeverfahren der Papierstruktur in der Regel ein besonders attraktives Aussehen, das zu Lasten anderer Eigenschaften der Struktur geht. Insbesondere zerreißt das Beprägen einer getrockneten Papierbahn die Bindungen zwischen den Fasern in der Cellulosestruktur. Dieses Reißen findet statt, weil die Bindungen nach dem Trocknen der embryonischen Faseraufschlämmung ausgebildet und verfestigt werden. Nach dem Trockenen der Papierstruktur zerbricht ein Bewegen der Fasern senkrecht zur Ebene der Faserstruktur durch das Prägen die Zwischenfaserbindungen. Das Zerbrechen der Bindungen hat eine verringerte Zugfestigkeit der getrockneten Papierbahn zur Folge. Darüber hinaus wird das Prägen in der Regel nach dem Kreppen der getrockneten Papierbahn von der Trocknungstrommel durchgeführt. Das Prägen nach dem Kreppen kann das Kreppmuster, das der Bahn mitgeteilt wurde, zerreißen. Beispielsweise kann das Prägen das Kreppmuster in einigen Teilen der Bahn durch Verdichten oder Strecken des Kreppmusters verschwinden lassen. Ein solches Ergebnis ist nicht erwünscht, da das Kreppmuster die Weichheit und Flexibilität der getrockneten Bahn verbessert.

In US 5 637 194 wird ein Verfahren zum Formen und Entwässern einer Papierbahn beschrieben, in dem die Bahn und ein Prägeelement zwischen einem ersten und einem zweiten Entwässerungsfilz in einem Kompressionsspalt gepresst werden.

WO 93/00475 beschreibt ein Verfahren zur Ausbildung einer Cellulosefaserstoffstruktur mit Regionen unterschiedlichen Flächengewichts, welches einen Schritt des Anlegens eines Differentialdrucks an die Faserstoffstruktur für die selektive Verdichtung von Regionen der Faserstoffstruktur umfasst.

Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Papier und ein Verfahren zur Ausbildung einer Mehrregionen-Papierbahn bereitzustellen, in dem die Bahn ein vorgegebenes Muster mit Regionen relativ hoher und relativ niedriger Dichte aufweist, aber mit relativ niedrigem Energie- und Kostenaufwand getrocknet werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Mehrregionen-Papiers mit mindestens zwei und vorzugsweise mindestens drei unterschiedlichen Flächengewichten.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer nichtdurchluftgetrockneten Papierbahn mit unterschiedlichen Flächengewichten und unterschiedlichen Dichten.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Papierbahn mit einem visuell unterschiedlichen Muster, das durch eine Kombination und/oder die Überschneidung von zwei unterschiedlichen, sich wiederholenden, nicht zufälligen Mustern bereitgestellt wird.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt nach Anspruch 1 eine nichtdurchluftgetrocknete Papierbahn bereit, die mindestens zwei Regionen unterschiedlicher Dichte und mindestens zwei Regionen unterschiedlicher Flächengewichte umfasst.

Die Papierbahn schließt eine im Wesentlichen kontinuierliche Netzwerkregion mit relativ hoher Dichte und eine Vielzahl von diskreten, voneinander beabstandeten Regionen relativ geringer Dichte ein, die über die kontinuierliche Netzwerkregion relativ hoher Dichte verteilt sind.

Die Papierbahn umfasst auch eine im Wesentlichen kontinuierliche Netzwerkregion mit relativ hohem Flächengewicht. Das Papier umfasst eine Vielzahl von diskreten Regionen mit relativ niedrigem Flächengewicht, die über das kontinuierliche Netzwerk mit relativ hohem Flächengewicht verteilt sind, und kann ferner eine Vielzahl von diskreten Regionen mit mittlerem Flächengewicht umfassen, wobei die Regionen mit mittlerem Flächengewicht im Allgemeinen von den Regionen mit relativ geringem Flächengewicht umgeben sind.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Papierbahn mindestens zwei Regionen mit unterschiedlichem Flächengewicht auf, die in einem ersten, nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind, und mindestens zwei Regionen mit unterschiedlicher Dichte, die in einem zweiten, nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind; wobei die ersten und zweiten Muster kombiniert werden, um ein drittes, visuell unterscheidbares Muster bereitzustellen, wobei sich das dritte Muster von den ersten und zweiten Mustern unterscheidet.

Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung einer nichtdurchluftgetrockneten Papierbahn nach Anspruch 1 ein.

Der Schritt der selektiven Verdichtung eines Teils der Bahn umfasst die Bereitstellung einer kontinuierlichen Netzwerkregion relativ hoher Dichte und einer Vielzahl diskreter Regionen relativ niedriger Dichte, die über die kontinuierliche Netzwerkregion relativ hoher Dichte verteilt sind. Der Schritt des Ablaufenlassens des flüssigen Trägers durch das Formungselement hindurch kann die Ausbildung einer Bahn aus einem kontinuierlichen Netzwerk mit relativ hohem Flächengewicht und einer Vielzahl von diskreten Regionen mit relativ niedrigem Flächengewicht, die über das kontinuierliche Netzwerk mit relativ hohem Flächengewicht verteilt sind, einschließen. In einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Ablaufenlassens des flüssigen Trägers durch das Formungselement hindurch die Ausbildung einer Bahn mit einer kontinuierlichen Netzwerkregion mit relativ hohem Flächengewicht; einer Vielzahl von diskreten Regionen mit relativ niedrigem Flächengewicht, die durch über kontinuierliche Netzwerkregion mit relativ hohem Flächengewicht verteilt sind, und einer Vielzahl von diskreten Regionen mit mittlerem Flächengewicht, die von den Regionen mit relativ niedrigem Flächengewicht umgeben sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Obwohl die Patentschrift mit Ansprüchen schließt, die die vorliegende Erfindung speziell herausstellen und deutlich beanspruchen, wird angenommen, dass die Erfindung durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser verstanden wird, wobei gleiche Elemente mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet sind, und worin:

1 eine Photographie einer Papierbahn ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, wobei ein Teil der Papierbahn über einem schwarzen Hintergrund positioniert ist und wobei ein anderer Teil der Papierbahn über einem weißen Hintergrund positioniert ist. Die Skala in 1 weist Teilungen von 0,25 mm (1/100 Zoll) auf.

2 ist eine schematische Darstellung einer Papierbahn der in 1 dargestellten Art.

3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Papierbahn der in 2 dargestellten Art.

4 ist eine schematische Darstellung einer Papiermaschine, die verwendet werden kann, um die Papierbahn der vorliegenden Erfindung herzustellen.

5 ist eine fragmentarische Draufsicht auf ein Formungselement mit diskreten Erhebungen und Öffnungen, die durch die Erhebungen hindurch gehen.

6 ist eine Querschnittsdarstellung des in 5 dargestellten Formungselements.

7 ist eine fragmentarische Draufsicht auf einen Teil der Flächengebildeseite einer Bahnträgereinrichtung.

8 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Papierbahn, die auf die Bahnträgereinrichtung der in 7 dargestellten Art überführt wird, um eine Papierbahn bereitzustellen, die eine erste Oberfläche, die der Vorrichtung nachgeformt ist, und eine zweite, im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweist.

9 ist eine schematische Darstellung einer Papierbahn, die von der Bahnträgereinrichtung von 7 auf einen Yankeetrockner überführt wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

1 ist eine Photographie einer Papierbahn 20, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. 2 ist eine schematische Darstellung des Bilds von 1. 3 ist eine Querschnittsdarstellung einer Papierbahn 20 der in 1 dargestellten Art.

Die Papierbahn 20 ist nassgelegt und ist im Wesentlichen frei von Trockenprägungen. Die Papierbahn 20, wie in 1 dargestellt, ist eine nichtdurchluftgetrocknete Bahn. „Nichtdurchluftgetrocknet" bedeutet, dass die Bahn nicht auf einem Trocknungsgewebe bzw. -stoff durch Lenken von erwärmter Luft durch ausgewählte Teile der Bahn und des Trocknungsstoffs vorgetrocknet wurde.

Wie in den 1-3 dargestellt, weist die Papierbahn 20 erste und zweite, entgegengesetzt ausgerichtete Oberflächen 22 bzw. 24 auf. Die Papierbahn 20 umfasst mindestens zwei Regionen mit unterschiedlichen Dichten, die in einem nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind. Die Papierbahn 20 umfasst auch mindestens zwei Regionen mit unterschiedlichen Flächengewichten, die in einem nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind.

Die Liniendichte über der Bahnendicke in 3 wird verwendet, um schematisch die relativen Flächengewichte unterschiedlicher Teile der Bahn darzustellen. Die Teile der Bahn, die mit 5 Linien über der Bahnendicke dargestellt sind, stellen Regionen mit relativ hohem Flächengewicht dar, die Teile der Bahn, die mit 3 Linien über der Bahnendicke dargestellt sind, stellen Regionen relativ niedrigen Flächengewichts dar, und die Teile der Bahn, die mit 4 Linien über der Bahnendicke dargestellt sind, stellen Regionen mittleren Flächengewichts dar.

In der in den 1-3 dargestellten Ausführungsform ist die Papierbahn 20 so ausgebildet, dass sie ein im Wesentlichen kontinuierliches Netzwerk 40 mit relativ hohem Flächengewicht und eine Vielzahl von diskreten, voneinander beabstandeten Regionen 60 mit relativ niedrigem Flächengewicht, die über das Netzwerk 40 verteilt sind, aufweist. In 1 sind die Regionen mit unterschiedlichem Flächengewicht in einem Teil der Bahn, der über einem schwarzen Hintergrund angeordnet ist, sichtbar.

In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Papierbahn 20 ferner eine Vielzahl von diskreten Regionen 80 mit mittlerem Flächengewicht. Jede Region 80 mit mittlerem Flächengewicht ist im Allgemeinen von einer Region 60 mit relativ niedrigem Flächengewicht umgeben. Jede Region 80 mit mittlerem Flächengewicht ist mit einer Region 60 mit relativ niedrigem Flächengewicht gepaart und ist von dem kontinuierlichen Netzwerk 40 mit relativ hohem Flächengewicht durch die zu ihr gehörende Region 60 mit relativ niedrigem Flächengewicht getrennt.

Die Regionen 60 mit relativ niedrigem Flächengewicht können die Eigenschaft aufweisen, dass die Regionen 60 radial ausgerichtete Fasern umfassen, die von den Regionen 80 mit mittlerem Flächengewicht zu dem im Wesentlichen kontinuierlichen Netzwerk 40 mit relativ hohem Flächengewicht verlaufen. Alternativ dazu kann die Region 60 Fasern umfassen, die nicht-radial ausgerichtet sind. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Papierbahn 20 keine Region 80 mit mittlerem Flächengewicht auf, sondern weist statt dessen nur zwei Flächengewichtregionen auf, die den Regionen 40 und 60 entsprechen.

Die Papierbahn 20 der vorliegenden Erfindung ist selektiv verdichtet, um mindestens zwei Regionen unterschiedlicher Dichte bereitzustellen. In der in den 1-3 dargestellten Ausführungsform wird die Papierbahn 20 selektiv verdichtet, um eine im Wesentlichen kontinuierliche Netzwerkregion 110 mit relativ hoher Dichte und eine Vielzahl von diskreten Regionen 130 relativ niedriger Dichte bereitzustellen, die über die kontinuierliche Netzwerkregion 110 verteilt sind. Die Regionen 130 sind relativ dicker als die Region 110. In 1 sind die Netzwerkregion 110 und die Regionen 130 relativ niedriger Dichte in dem Teil der Bahn, der über einem weißen Hintergrund positioniert ist, sichtbar.

In der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist die Zahl der Regionen 60 mit relativ niedrigem Flächengewicht pro Flächeneinheit der Bahn größer als die Zahl der Regionen 130 mit relativ niedriger Dichte pro Flächeneinheit der Bahn.

Die Zahl der Regionen 60 pro Flächeneinheit kann um mindestens 25 Prozent über der Zahl der Regionen 130 pro Flächeneinheit liegen. Die Papierbahn umfasst zwischen etwa 10 und etwa 400 der Regionen 60 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll), und die Papierbahn 20 kann zwischen etwa 8 und etwa 350 der Regionen 130 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die Papierbahn zwischen etwa 90 und etwa 110 der Regionen 60 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) und zwischen etwa 60 und etwa 80 der Regionen 130 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll).

In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Form, die vom Umriss der Regionen 130 definiert ist, im Allgemeinen gleich der Form, die vom Umriss der Regionen 60 definiert ist. Die Regionen 60 und 130 weisen jeweils einen Umriss auf, der eine Form definiert, die in Laufrichtung verlängert ist. Alternativ dazu könnten die Regionen 60 und 130 unterschiedliche Formen aufweisen.

Die in den 1 und 2 dargestellte Papierbahn 20 weist die Eigenschaft auf, dass die Regionen mit dem unterschiedlichen Flächengewicht in einem ersten, nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind und die Regionen mit unterschiedlicher Dichte in einem zweiten, nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind. Diese ersten und zweiten Muster werden kombiniert, um ein drittes, visuell unterscheidbares Muster bereitzustellen, das sich von den ersten und zweiten Mustern unterscheidet.

Dieses dritte Muster ist in 1 zu sehen, und es ist in 2 gestrichelt umrissen. Das dritte Muster umfasst eine Vielzahl von ersten Streifen 210 und eine Vielzahl von zweiten Streifen 220. In den 1 und 2 schneiden die ersten Streifen die zweiten Streifen 220, und die ersten und zweiten Streifen 210 und 220 verlaufen diagonal in Bezug auf die Lauf- und die Querrichtungen des Papiers. Das dritte Muster liefert eine Vielzahl von in der Regel rautenförmigen Zellen 250.

Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass das dritte optisch unterscheidbare Muster durch Überlagerung von Dichte und Flächengewicht zwischen den Mustern bereitgestellt wird. Insbesondere wird angenommen, dass das dritte Muster mit einer Moire- oder Moire-artigen Überlagerung der sich wiederholenden Muster von Dichte und Flächengewicht zusammenhängt.

Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass eines oder mehrere von den ersten und zweiten Mustern variiert werden kann bzw. können, um ein anderes drittes Muster bereitzustellen. Beispielsweise kann die Größe oder die Form einer oder beider Regionen 60 und 130, oder kann der Abstand zwischen den beiden Regionen 60 und 130 variiert werden, um ein anderes drittes Muster bereitzustellen. Alternativ dazu kann die relative Ausrichtung der ersten und zweiten Muster variiert werden, um ein anderes drittes Muster bereitzustellen. Beispielsweise kann das erste Muster relativ zum zweiten Muster gedreht werden, um ein anderes drittes Muster bereitzustellen.

Wie in den 1 und 2 dargestellt, umschließt jede Zelle 250 eine Anzahl von Regionen 60 und 80 mit diskreten Flächengewichten. Jede Zelle 250 umschließt auch eine Anzahl Regionen 130 mit diskreter Dichte. Die Zellen 250 des dritten Musters weisen ein viel größeres Wiederholungsmuster als das Wiederholungsmuster der Regionen mit unterschiedlicher Dichte und das Wiederholungsmuster der Regionen mit unterschiedlichem Flächengewicht auf. Somit weisen Papierbahnen gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil auf, dass sie ein hochgradiges, unterscheidbares Muster bereitstellen, ohne dafür eine Prägung zu benötigen und ohne größere Veränderungen am Flächengewicht oder an der Dichte der Papierbahn vornehmen zu müssen.

Die nichtdurchluftgetrocknete Papierbahn 20, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann einen Glattheitswert von unter etwa 1000 an mindestens einer der entgegengesetzt zueinander angeordneten Oberflächen der Bahn aufweisen. In 3 ist der Glattheitswert der Oberfläche 24 kleiner als der Glattheitswert der Oberfläche 22. Der Glattheitswert der Oberfläche 24 ist vorzugsweise kleiner als etwa 1000. Der Glattheitswert der Oberfläche 22 kann über 1100 liegen. Genauer weist die Papierbahn 20 ein Oberflächenglattheitsverhältnis von über etwa 1,10 auf, wobei das Oberflächenglattheitsverhältnis der Wert der Oberflächenglattheit der Oberfläche 22 geteilt durch den Wert des Glattheitswerts der Oberfläche 24 ist.

In einer Ausführungsform kann die Oberfläche 24 der Bahn 20 einen Oberflächenglattheitswert von unter etwa 960 aufweisen, und die entgegengesetzt angeordnete Oberfläche 22 kann einen Oberflächenglattheitswert von mindestens etwa 1 150 aufweisen.

Das Verfahren zum Messen des Werts der Oberflächenglattheit einer Oberfläche ist nachstehend unter „Oberflächenglattheit" beschrieben. Der Wert der Oberflächenglattheit einer Oberfläche nimmt zu, wenn die Oberfläche stärker texturiert und weniger glatt wird. Somit zeigt ein relativ geringer Wert der Oberflächenglattheit eine relativ glatte Oberfläche an.

Die Flächengewichte der Regionen 40, 60 und 80 können anhand des Verfahrens zum Messen der Flächengewichte von Regionen in einer Papierbahn gemessen werden, das im US-Patent 5 503 715, erteilt am 2. April 1996 an Trokhan et al., dargestellt ist.

Das Flächengewicht der Region 40 ist vorzugsweise um mindestens etwa 25 Prozent höher als das Flächengewicht der Region 80, und das Flächengewicht der Region 80 ist vorzugsweise um mindestens etwa 25 Prozent höher als das Flächengewicht der Region 60.

Die kontinuierliche Netzwerkregion 110 und die diskreten Regionen 130 können beide verkürzt werden, wie durch Kreppen oder Nassmikrokontraktion. In den 2 sind die Krepprücken der kontinuierlichen Netzwerkregion 110 mit der Bezugszahl 115 bezeichnet und verlaufen im Allgemeinen in Querrichtung. Ebenso können die diskreten, relativ dickeren Regionen 130 mit relativ niedrigerer Dichte verkürzt sein, so dass sie Krepprücken 135 aufweisen. Die Krepprücken 115 und 135 sind in der 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur auf einem Teil der Papierbahn 20 dargestellt. Das US-Patent 4 440 597, erteilt am 3. April 1984 an Wells et al., offenbart eine Nassmikrokontraktion.

Die kontinuierliche Netzwerkregion 110 kann eine makroskopisch monoplane, kontinuierliche Netzwerkregion relativ hoher Dichte der im US-Patent 4 637 859 offenbarten Art sein. Die relativ dickeren Regionen 130 mit relativ niedrigerer Dichte können bilateral versetzt sein, wie im US-Patent 4 637 859 offenbart. Die Regionen 130 sind jedoch vorzugsweise keine Noppen der Art, wie sie im US-Patent 4 637 859 dargestellt sind. Die Regionen 130 sind in der Ebene der kontinuierlichen Netzwerkregion 110 angeordnet, wie in der US-Patentanmeldung, Seriennr. 08/748 871, „Paper Web Having A Relatively Thinner Continuous Network Region & Discrete Relatively Thicker Regions In the Plane of the Continuous Network Region", eingereicht am 14. November 1996 im Namen von Phan, offenbart.

Die Papierbahn 20 mit der relativ glatten Oberfläche 24 kann geeignet sein, um ein Mehrlagen-Tissue mit glatten nach außen zeigenden Oberflächen herzustellen. Beispielsweise können zwei oder mehr Bahnen 20 kombiniert werden, um ein Mehrlagen-Tissue zu bilden, so dass die beiden nach außen zeigenden Oberflächen des Mehrlagen-Tissues die Oberflächen 24 der Bahnen 20 umfassen und die Oberflächen 22 der äußeren Lagen nach innen gerichtet sind. Alternativ dazu kann eine Zweilagen-Papierstruktur durch Verbinden einer Bahn 20 der vorliegenden Erfindung mit einer herkömmlich ausgebildeten und getrockneten Papierbahn hergestellt werden. Die Bahn 20 kann so mit der herkömmlichen Papierbahn verbunden werden, dass die Oberfläche 24 nach außen gerichtet ist.

Die Papierbahn 20 kann ein Blattflächengewicht (makroskopisch im Unterschied zu den Flächengewichten der einzelnen Regionen 40, 60, 80) von etwa 10 bis etwa 70 Gramm pro Quadratmeter aufweisen.

Beschreibung des Papierherstellungsverfahrens

Eine Papierstruktur 20 gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit der in den 4 dargestellten Papierherstellungsvorrichtung hergestellt werden. Das Verfahren zur Herstellung der Papierstruktur 20 der vorliegenden Erfindung wird durch Bereitstellen einer Vielzahl von Fasern, die in einem flüssigen Träger suspendiert sind, wie einer wässrigen Dispersion aus Fasern für die Papierherstellung in Form einer Aufschlämmung, und durch Auftragen der Papierfaser-Aufschlämmung von einem Stoffauflauf 1500 auf ein die Fasern zurückhaltendes Formungselement 1600 initiiert. Das Formungselement 1600 weist dann die Form eines Endlosbandes in 4 auf. Die Aufschlämmung aus Papierfasern wird auf das Formungselement 1600 aufgebracht, und Wasser wird aus der Aufschlämmung durch das Formungselement 1600 hindurch ablaufen gelassen, um eine embryonische Bahn aus Papierfasern 543 zu bilden, die von dem Formungselement 1600 getragen wird. Die Aufschlämmung aus Papierfasern kann relativ lange Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von mindestens 2,0 mm und relativ kurze Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von unter 2,0 mm einschließen. Beispielsweise können die relativ langen Fasern Weichholzfasern umfassen, und die relativ kurzen Fasern können Hartholzfasern umfassen. Hartholz- und Weichholzfasern sind nachstehend ausführlicher erörtert.

Die 5 und 6 zeigen das Formungselement 1600. Das Formungselement 1600 weist zwei einander entgegengesetzt angeordnete Flächen, eine erste Fläche 1653 und eine zweite Fläche 1655, auf. Die erste Fläche 1653 ist die Oberfläche des Formungselements 1600, die die Fasern der entstehenden Bahn berührt. Die erste Fläche 1653 weist zwei unterschiedliche Regionen 1653a und 1653b auf.

Das Formungselement 1600 weist Strömungsbeschränkungselemente in Form von Erhebungen 1659 auf, die die Regionen 60 mit niedrigem Flächengewicht ausbilden. Die Erhebungen 1659 sind voneinander beabstandet, um Zwischenströmungskreise 1665 zu bilden. Die Zwischenströmungsabschnitte 1165 bilden die Regionen 40 mit hohem Flächengewicht aus.

Die Erhebungen 1659 können jeweils eine Öffnung 1663 aufweisen, die durch die Erhebung 1659 verläuft. Die Öffnungen 1663 stellen die Regionen 80 mit mittlerem Flächengewicht bereit.

Das dargestellte Formungselement 1600 umfasst eine gemusterte Anordnung von Erhebungen 1659, die mit einer Verstärkungsstruktur 1657 verbunden sind, die ein Siebelement, wie ein Gittergewebe oder eine andere mit Öffnungen versehene Trägerstruktur umfassen kann. Die Verstärkungsstruktur 1657 ist im Wesentlichen fluiddurchlässig.

Der Strömungswiderstand der Öffnung 1163 unterscheidet sich vom Strömungswiderstand der Zwischenströmungskreise 1165 zwischen benachbarten Erhebungen 1659 und ist in der Regel höher als dieser. Daher läuft in der Regel mehr flüssiger Träger durch die Kreise 1165 ab als durch die Öffnungen 1163. Die Zwischenströmungskreise 1665 und die Öffnungen 1163 definieren jeweils Zonen mit hoher Strömungsrate bzw. niedriger Strömungsrate in dem Formungselement 1600.

Der Unterschied der Strömungsraten durch die Zonen wird als „gestufter Ablauf" bezeichnet. Der gestufte Ablauf, der durch das Formungselement 1600 bereitgestellt wird, kann genutzt werden, um unterschiedliche Fasermengen in vorher ausgewählten Abschnitten der Papierbahn 20 abzulegen. Genauer erscheint die Region 40 mit dem hohen Flächengewicht in einem nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster, das im Wesentlichen den Zonen mit der relativ hohen Strömungsrate (den Kreisen 1665) entspricht. Die Regionen 80 mit dem mittleren Flächengewicht erscheinen in einem nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster, das im Wesentlichen den Zonen mit relativ niedrigerer Strömungsrate (den Öffnungen 1663) entspricht, und die Regionen 60 mit dem relativ niedrigen Flächengewicht erscheinen in einem nichtzufälligen, sich wiederholenden Muster, das im Wesentlichen der Zone mit null Strömungsrate, die von den Erhebungen 1659 bereitgestellt wird, entspricht.

Geeignete Konstruktionen für das Formungselement 1600 sind im US-Patent 5 534 326, erteilt am 9. Juli 1996 an Trokhan et al., und im US-Patent 5 245 025, erteilt am 14. September 1993, offenbart.

Das Formungselement 1600 weist zwischen etwa 10 und etwa 400 Erhebungen pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) auf. In einer Ausführungsform kann das Formungselement zwischen etwa 90 und 110 Erhebungen pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) aufweisen.

In einer Ausführungsform kann das Formungselement 1600 etwa 100 Erhebungen 1659 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) aufweisen. Die Erhebungen 1659 können die in 5 gezeigte Form aufweisen und können eine MD-(Laufrichtungs-)Abmessung A von 0,27 cm (0,105 Zoll), eine CD-(Querrichtungs-)Abmessung B von etwa 0,19 cm (0,074 Zoll), einen Abstand C in Laufrichtung von 0,34 cm (0,136 Zoll) und einen Abstand D in Querrichtung von 0,37 cm (0,147 Zoll) aufweisen. Der Mindestabstand E zwischen benachbarten Erhebungen kann 0,074 cm (0,029 Zoll) betragen. Die Erhebungen 1659 weisen eine Höhe H von unter etwa 0,025 cm (0,010 Zoll) auf. Die Öffnungen 1663 können eine elliptische Form mit einer Hauptachse parallel zur Laufrichtung von etwa 0,13 cm (0,052 Zoll) und einer Nebenachse von etwa 0,094 cm (0,037 Zoll) aufweisen.

Die Oberseite der Erhebungen 1659 kann etwa 35 Prozent der erhabenen Fläche des Formungselements 1600 ausmachen, wie in 5 zu sehen. Die Öffnungen 1663 können etwa 15 Prozent der erhabenen Fläche des Formungselements 1600 ausmachen, wie in 5 zu sehen. Die Kreise 1665 machen etwa 50 Prozent der erhabenen Fläche des Formungselements 1600 aus, wie in 5 zu sehen.

Es wird angenommen, dass die Papierfasern, die in der Erfindung verwendet werden, normalerweise aus Holzstoff in all seinen Variationen bestehen. Es können jedoch auch andere Faserpulpen, wie Baumwollfasern, Bagasse, Rayon usw., verwendet werden, und es sind keine ausgeschlossen. Holzstoffe, die hierin geeignet sind, schließen chemische Pulpen, wie Kraft, Sulfit- und Sulfatpulpen, sowie mechanische Pulpen, einschließlich beispielsweise Holzschliff, thermomechanischen Pulpen und chemisch-thermomechanischen Pulpen (CTMP), ein. Es können Pulpen von sowohl Laub- als auch Nadelbäumen verwendet werden. Alternativ dazu können andere nichtcellulosische Fasern, wie synthetische Fasern, verwendet werden.

Sowohl Hartholzstoffe als auch Weichholzstoffe, entweder getrennt oder zusammen, können verwendet werden. Die Hartholz- und Weichholzfasern können miteinander vermischt werden oder können alternativ dazu in Schichten abgelegt werden, um eine geschichtete Bahn bereitzustellen. Das US-Patent 4 300 981, erteilt am 17. November 1981 an Carstens, und das US-Patent 3 994 771, erteilt am 30. November 1976 an Morgan et al., offenbaren die Schichtung von Hartholz- und Weichholzfasern.

Die Papierstoffzusammensetzung kann eine Reihe von Zusätzen aufweisen, einschließlich Faserbindemitteln, wie Nassfestigkeits-Bindemitteln, Trockenfestigkeits-Bindemitteln und chemischen Weichmacherzusammensetzungen, aber nicht auf diese beschränkt. Geeignete Nassfestigkeits-Bindemittel schließen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Materialien ein wie Polyamidepichlorhydrin-Harze, die unter der Markenbezeichnung KYMENE® 557H von Hercules Inc., Wilmington, Delaware, USA verkauft werden. Geeignete Bindemittel mit zeitweiliger Nassfestigkeit schließen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, synthetische Polyacrylate ein. Ein geeignetes Bindemittel mit zeitweiliger Nassfestigkeit ist PAREZ® 750, vermarktet von American Cyanamid, Stanford, CT, USA.

Geeignete Trockenfestigkeits-Bindemittel schließen Materialien ein wie Carboxymethylcellulose und kationische Polymere, wie ACCO® 711. Die CYPRO/ACCO-Familie von Trockenfestigkeits-Materialien ist von CYTEC, Kalamazoo, MI, USA erhältlich.

Die Papierstoffzusammensetzung, die auf das Formungselement 1600 aufgebracht wird, kann ein Bindungsauflösungsmittel aufweisen, um die Bildung einiger Zwischenfaserbindungen während der Trocknung der Bahn zu verhindern. Das Bindungsauflösungsmittel führt in Kombination mit der Energie, die der Bahn durch das Trockenkreppverfahren bereitgestellt wird, dazu, dass ein Teil der Bahn verdichtet wird. In einer Ausführungsform kann das Bindungsauflösungsmittel auf Fasern aufgebracht werden, die eine Zwischenfaserschicht bilden, die sich zwischen zwei oder mehr Schichten befindet. Die Zwischenschicht dient als Bindungsauflösungsschicht zwischen den äußeren Faserschichten. Die Kreppungsenergie kann daher einen Teil der Bahn entlang der Bindungsauflösungsschicht verdichten.

Infolgedessen kann die Bahn so ausgebildet werden, dass sie eine relativ glatte Oberfläche für die wirksame Trocknung auf einer beheizten Trocknungsoberfläche, wie der beheizten Trocknungsfläche einer Yankeetrocknertrommel, aufweist. Da sie an der Kreppungsklinge wieder aufgelockert wird, kann die getrocknete Bahn auch Regionen unterschiedlicher Dichte aufweisen, einschließlich einer kontinuierlichen Netzwerkregion mit relativ hoher Dichte und diskreten Regionen relativ niedriger Dichte, die durch das Kreppverfahren erzeugt werden.

Geeignete Bindungsauflösungsmittel schließen chemische Weichmacherzusammensetzungen ein, wie die im US-Patent 5 279 767, erteilt am 18. Januar 1994 an Phan et al., offenbarten. Geeignete biologisch abbaubare Weichmacherzusammensetzungen sind im US-Patent 5 312 522, erteilt am 17. Mai 1994 an Phan et al., offenbart. Solche chemischen Weichmacherzusammensetzungen können als Bindungsauflösungsmittel zur Verhinderung von Zwischenfaserbindungen der Fasern, aus denen die Bahn die besteht, in einer Schicht oder in mehreren Schichten verwendet werden.

Ein geeigneter Weichmacher zur Bereitstellung einer Bindungsauflösung von Fasern in einer oder mehreren Schichten aus den Fasern, die die Bahn 20 bilden, ist ein Papierherstellungszusatz, der Diesterdi(berührungsgehärtetes)talgdimethylammoniumchlorid umfasst. Ein geeigneter Weichmacher ist der Marken-Papierherstellungszusatz ADOGEN®, erhältlich von Witco Company, Greenwich, CT, USA.

Die embryonische Bahn 543 wird vorzugsweise aus einer wässrigen Dispersion von Papierfasern hergestellt, aber es können auch Dispersionen in anderen Flüssigkeiten als Wasser verwendet werden. Die Fasern werden in der Trägerflüssigkeit dispergiert, so dass sie eine Konsistenz von etwa 0,1 bis etwa 0,3 Prozent aufweisen. Die prozentuale Konsistenz einer Dispersion, Aufschlämmung, Bahn oder eines anderen Systems ist als das 100-fache des Quotienten definiert, der erhalten wird, wenn das Gewicht der trockenen Faser in dem betrachteten System durch das Gesamtgewicht des Systems geteilt wird. Das Fasergewicht wird immer auf Grundlage absolut trockener Fasern ausgedrückt.

Die embryonische Bahn 543 kann in einem kontinuierlichen Papierherstellungsprozess, wie in 4 dargestellt, ausgebildet werden, alternativ kann ein diskontinuierliches Verfahren wie bei dem Herstellungsprozess von Handtuchblättern verwendet werden. Nachdem die Dispersion aus Papierfasern auf dem Formungselement 1600 abgelegt wurde, wird die embryonische Bahn 543 durch Entfernen eines Teils des wässrigen Dispersionsmediums durch das Formungselement 1600 hindurch anhand von Techniken, die dem Fachmann bekannt sind, ausgebildet. Vakuumkästen, Siebtische, Streichleisten und dergleichen sind geeignet, um die Entwässerung der wässrigen Dispersion aus Papierfasern zu bewirken, um eine embryonische Bahn 543 auszubilden.

Zurück zu 6: Die Höhe H ist geringer als etwa 0,025 cm (0,010 Zoll), um eine im Allgemeinen monoplane embryonische Bahn 543 mit im Wesentlichen glatten ersten und zweiten Oberflächen bereitzustellen. (Die erste und zweite Oberfläche sind in 8 mit 547 und 549 bezeichnet).

Der nächste Schritt bei der Herstellung der Papierbahn 20 umfasst die Überführung der embryonischen Bahn 543 vom Formungselement 1600 auf die Bahnträgereinrichtung 2200 und das Auflegen der überführten Bahn (in Figur mit dem Bezugszeichen 545 bezeichnet) auf die erste Seite 2202 der Vorrichtung 2200. Die embryonische Bahn weist am Überführungspunkt auf die Bahnträgereinrichtung 2200 eine Konsistenz zwischen etwa 5 und etwa 20 Prozent auf.

Wie in den 7-8 dargestellt, umfasst die Bahnträgereinrichtung 2200 eine Entwässerungsfilzschicht 2220 und eine Bahnmusterungsschicht 2250. Die Bahnträgereinrichtung 2200 kann die Form eines Endlosbandes für die Trocknung und Musterung einer Papierbahn auf einer Papiermaschine aufweisen. Die Bahnträgereinrichtung 2200 weist eine erste auf die Bahn gerichtete Seite 2202 und eine zweite in die entgegengesetzte Richtung weisende Seite 2204 auf. Die Bahnträgereinrichtung 2200 ist in 7 mit der ersten auf die Bahn gerichteten Seite 2202 zum Betrachter hin gesehen. Die erste zur Bahn gerichtete Seite 2202 umfasst eine erste Bahnberührungsoberfläche und eine zweite Bahnberührungsoberfläche.

In den 7 und 8 ist die erste Bahnberührungsoberfläche eine erste Filzoberfläche 2230 der Filzschicht 2220. Die erste Filzoberfläche 2230 ist auf einer ersten Höhe 2231 angeordnet. Die erste Filzoberfläche 2230 ist eine bahnberührende Filzoberfläche. Die Filzschicht 2220 weist auch eine zur gegenüberliegenden Seite zeigende zweite Filzoberfläche 2232 auf.

Die zweite Bahnberührungsoberfläche wird von der Bahnmusterungsschicht 2250 bereitgestellt. Die Bahnmusterungsschicht 2250, die mit der Filzschicht 2220 verbunden ist, weist eine bahnberührende obere Oberseite 2260 in einer zweiten Höhe 2261 auf. Der Unterschied zwischen der ersten Höhe 2231 und der zweiten Höhe 2261 ist kleiner als die Dicke der Papierbahn, wenn die Papierbahn auf die Bahnträgereinrichtung 2200 überführt wird. Die Oberflächen 2260 und 2230 können auf gleicher Höhe angeordnet werden, so dass die Höhen 2231 und 2261 gleich sind. Alternativ dazu kann die Oberfläche 2260 etwas oberhalb der Oberfläche 2230 liegen, oder die Oberfläche 2230 kann leicht oberhalb der Oberfläche 2260 liegen.

Der Unterschied der Höhe beträgt mindestens 0,0 mm (0,0 mil) und weniger als etwa 0,20 mm (8,0 mil). In einer Ausführungsform beträgt der Höhenunterschied weniger als etwa 0,15 mm (6,0 mil), mehr bevorzugt weniger als etwa 0,10 mm (4,0 mil) und am meisten bevorzugt weniger als etwa 0,05 mm (2,0 mil), um eine relativ glatte Oberfläche zu behalten.

Die Entwässerungsfilzschicht 2220 ist wasserdurchlässig und ist in der Lage, Wasser, das aus einer nassen Bahn aus Papierfasern gepresst wird, aufzunehmen und zu speichern. Die Bahnmusterungsschicht 2250 ist wasserundurchlässig und nimmt Wasser, das aus einer Bahn aus Papierfasern gepresst wird, weder auf noch speichert sie dieses. Die Bahnmusterungsschicht 2250 kann eine kontinuierliche Bahnberührungsoberfläche 2260 aufweisen, wie in den 8 und 9 dargestellt.

Die Bahnmusterungsschicht 2250 umfasst vorzugsweise ein lichtempfindliches Harz, das auf der ersten Oberfläche 2230 als Flüssigkeit aufgebracht und anschließend durch Bestrahlen gehärtet werden kann, so dass ein Teil der Bahnmusterungsschicht 2250 die erste Filzoberfläche 2230 durchdringt und somit fest mit dieser verbunden wird. Die Bahnmusterungsschicht 2250 erstreckt sich vorzugsweise nicht durch die ganze Dicke der Filzschicht 2220, sondern erstreckt sich statt dessen durch weniger als die halbe Dicke der Filzschicht 2220, um die Flexibilität und Komprimierbarkeit der Bahnträgereinrichtung 2200 aufrechtzuerhalten, und genauer die Flexibilität und Komprimierbarkeit der Filzschicht 2220.

Eine geeignete Entwässerungsfilzschicht 2220 umfasst eine Vliesmatte 2240 aus natürlichen oder synthetischen Fasern, die beispielsweise durch Nadelung mit einer Trägerstruktur verbunden sind, die aus Fasergewebe 2244 besteht. Geeignete Materialien, aus denen die Vliesmatte bestehen kann, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Fasern wie Wolle und synthetische Fasern wie Polyester und Nylon. Die Fasern, aus denen die Matte 2240 gebildet wird, können einen Decitex zwischen etwa 2,72 und etwa 18,2 (einen Denier zwischen etwa 3 und etwa 20 Gramm pro 9 000 Meter Filamentlänge) aufweisen.

Die Filzschicht 2220 kann einen Schichtaufbau aufweisen und kann eine Mischung aus Faserarten und -größen umfassen. Die Filzschicht 2220 ist so ausgebildet, dass sie den Transport von Wasser, das aus der Bahn aufgenommen wird, weg von der ersten Filzoberfläche 2230 und hin zur zweiten Filzoberfläche 2232 fördert. Die Filzschicht 2220 kann feinere, relativ dicht gepackte Fasern aufweisen, die neben der ersten Filzoberfläche 2230 angeordnet sind. Die Filzschicht 2220 weist im Vergleich zur Dichte und Porengröße der Filzschicht 2220 nahe der zweiten Filzoberfläche 2232 vorzugsweise eine relativ hohe Dichte und eine relativ geringe Porengröße nahe der ersten Filzoberfläche 2230 auf, so dass Wasser, das in die erste Oberfläche 2230 gelangt, von der ersten Oberfläche 2230 weg transportiert wird.

Die Entwässerungsfilzschicht 2220 kann eine Dicke von über etwa 2 mm aufweisen. In einer Ausführungsform kann die Entwässerungsfilzschicht 2220 eine Dicke zwischen etwa 2 mm und etwa 5 mm aufweisen.

Die PCT-Veröffentlichungen WO 96/00812, veröffentlicht am 11. Januar 1996, WO 96/25555, veröffentlicht am 22. August 1996, WO 96/25547, veröffentlicht am 22. August 1996, alle im Namen von Trokhan et al.; die US-Patentanmeldung 08/701 600, „Method for Applying a Resin to a Substrate for Use in Papermaking", eingereicht am 22. August 1996; die US-Patentanmeldung 08/640 452, „High Absorbence/Low Reflectance Felts with a Pattern Layer", eingereicht am 30. April 1996, und die US-Patentanmeldung 08/672293, „Method of Making Wet Pressed Tissue Paper with Felts Having Selected Permeabilities", eingereicht am 28. Juni 1996, offenbaren die Aufbringung eines lichtempfindlichen Harzes auf einen Entwässerungsfilz und für den Zweck der Offenbarung geeignete Entwässerungsfilze.

Die Entwässerungsfilzschicht 2220 kann eine Luftdurchlässigkeit von weniger als etwa 60,96 m3/m2/min (200 Stardardkubikfuß pro Minute (scfm)) aufweisen, wobei die Luftdurchlässigkeit in scfm ein Maß für die Zahl der Kubikfuß Luft pro Minute ist, die durch eine Filzschicht mit einer Fläche von einem Quadratfuß bei einem Druckdifferential über die Entwässerungsfilzdicke von etwa 125 Pa (0,5 Zoll Wasser) dringen. In einer Ausführungsform kann die Entwässerungsfilzschicht 2220 eine Luftdurchlässigkeit zwischen etwa 1524 und etwa 60,96 m3/m2/min (5 und etwa 200 scfm) und stärker bevorzugt von unter etwa 30,48 m3/m2/min (100 scfm) aufweisen.

Die Entwässerungsfilzschicht 2220 kann ein Flächengewicht zwischen etwa 800 und etwa 2 000 Gramm pro Quadratmeter, eine durchschnittliche Dichte (Flächengewicht geteilt durch die Dicke) zwischen etwa 0,35 Gramm pro Kubikzentimeter und etwa 0,45 Gramm pro Kubikzentimeter aufweisen. Die Luftdurchlässigkeit der Bahnträgereinrichtung 2200 ist höchstens so hoch wie die Durchlässigkeit der Filzschicht 2220.

Eine geeignete Filzschicht 2220 ist ein Amflex 2 -Pressfilz, hergestellt von der Appleton Mills Company, Appleton, Wisconsin, USA. Die Filzschicht 2220 kann eine Dicke von etwa 3 Millimeter, ein Flächengewicht von etwa 1 400 g/Quadratmeter, eine Luftdurchlässigkeit von etwa 9 144 m3/m2/min (30 scfm) aufweisen und eine doppellagige Trägerstruktur mit einer dreischichtigen Multifilament-Oberseiten- und Unterseitenkettenstruktur und einer vierschichtigen gewundenen Monofilamentwebung in Querrichtung aufweisen. Die Matte 2240 kann Polyesterfasern umfassen, die einen Decitex von 2,72 (einen Denier von etwa 3) an der ersten Oberfläche 2230 und einen Decitex zwischen etwa 9,1 und 13,6 (einen Denier zwischen etwa 10-15) in der Mattenunterlage, die unter der ersten Oberfläche 2230 liegt, aufweisen.

Die Bahnträgereinrichtung 2200, die in 7 dargestellt ist, weist eine Bahnmusterungsschicht 2250 mit einer die kontinuierliche Netzwerkbahn berührenden Oberseite 2260, die eine Vielzahl von diskreten Öffnungen 2270 aufweist, auf. In 7 ist die Form der Öffnungen 2270 im Wesentlichen die gleiche wie die Form des Umrisses der Erhebungen 1659, wie in 5 zu sehen.

Geeignete Formen für die Öffnungen 2270 schließen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Kreise, Ovale, Polygone, unregelmäßige Formen oder Mischungen davon ein. Die erhabene Oberfläche der Oberseite 2260 des kontinuierlichen Netzwerks kann zwischen etwa 5 und etwa 75 Prozent der erhabenen Fläche der Bahnträgereinrichtung 2200 ausmachen, wie in 7 zu sehen, und macht vorzugsweise zwischen etwa 25 Prozent und etwa 50 Prozent der erhabenen Fläche der Einrichtung 2200 aus.

Die Oberseite 2260 des kontinuierlichen Netzwerks kann zwischen etwa 8 und etwa 350 diskrete Öffnungen 2270 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) erhabener Fläche der Vorrichtung 2200 aufweisen, wie in 7 zu sehen. In einer Ausführungsform kann die Oberseite 2260 des kontinuierlichen Netzwerks etwa 60 bis etwa 80 diskrete Öffnungen 2270 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) aufweisen.

Die diskreten Öffnungen 2270 können in Laufrichtung (MD) und in Querrichtung (CD) bilateral versetzt sein, wie im US-Patent 4 637 859, erteilt am 20. Januar 1987, beschrieben. Alternativ dazu können Photopolymermuster verwendet werden, um unterschiedliche Verdichtungsmuster der Bahn bereitzustellen.

Die Bahn wird so auf die Bahnträgereinrichtung 2200 überführt, dass die erste Fläche 547 der überführten Bahn 545 auf der Seite 2202 der Vorrichtung 2200 getragen und dieser nachgeformt wird, wobei Teile der Bahn 545 auf der Oberfläche 2260 getragen werden und Teile der Bahn auf der Filzoberfläche 2230 getragen werden. Die zweite Fläche 549 der Bahn wird in einer im Wesentlichen glatten, makroskopisch monoplanen Konfiguration gehalten. Wie in 8 dargestellt, ist der Höhenunterschied zwischen der Oberfläche 2260 und der Oberfläche 2230 der Bahnträgereinrichtung 2200 ausreichend klein, damit die zweite Fläche der Bahn im Wesentlichen glatt und makroskopisch monoplan bleibt, wenn die Bahn auf die Vorrichtung 2200 überführt wird. Insbesondere sollte der Unterschied zwischen der Höhe 2261 der Oberfläche 2260 und der Höhe 2231 der Oberfläche 2230 kleiner sein als die Dicke der embryonischen Bahn am Überführungspunkt.

Die Schritte der Überführung der embryonischen Bahn 543 auf die Einrichtung 2200 können zumindest teilweise durch Anlegen eines Flüssigkeitdifferentialdrucks an die embryonische Bahn 543 bereitgestellt werden. Wie in 4 dargestellt, kann die embryonische Bahn 543 vom Formungselement 1600 zur Vorrichtung 2200 mittels einer Vakuumquelle 600, die in 4 dargestellt ist, wie einem Vakuumschuh oder einer Vakuumwalze, hinübergesaugt werden. Eine oder mehrere zusätzliche Vakuumquellen 620 können auch dem Überführungspunkt der embryonischen Bahn nachgelagert bereitgestellt sein, um eine weitere Entwässerung bereitzustellen.

Die Bahn 545 wird in Laufrichtung (MD in 4) auf der Vorrichtung 2200 zu einem Walzenspalt 800 getragen, der zwischen einer Vakuumpresswalze 900 und einer harten Oberfläche 875 einer beheizten Yankeetrockentrommel 880 bereitgestellt ist.

Wie in 9 dargestellt, kann eine Dampfhaube 2800 dem Spalt 800 unmittelbar vorgelagert angeordnet sein. Die Dampfhaube 545 kann verwendet werden, um Dampf auf die Oberfläche 549 der Bahn 545 zu lenken, wenn die Oberfläche 547 der Bahn 545 über die Vakuumpresswalze 900 getragen wird.

Die Dampfhaube 2800 ist gegenüber einem Bereich des Vakuum bzw. Unterdruck bereitstellenden Abschnitts 920 der Vakuumpresswalze angebracht. Der Unterdruck bereitstellende Abschnitt 920 zieht den Dampf auf die Bahn 545 und die Filzschicht 2220. Der Dampf, der von der Dampfhaube 2800 bereitgestellt wird, erwärmt das Wasser in der Papierbahn 545 und der Filzschicht 2220, wobei die Viskosität des Wassers in der Bahn und der Filzschicht 2220 verringert wird. Somit kann das Wasser in der Bahn und der Filzschicht 2220 leichter durch den Unterdruck, der von der Walze 900 bereitgestellt wird, entfernt werden.

Die Dampfhaube 2800 kann etwa 0,14 kg (0,3 Pound) gesättigten Dampf pro 0,45 kg (Pound) trockener Faser bei einem Druck von unter etwa 103,4 kPa (15 psi) bereitstellen. Der Unterdruck bereitstellende Abschnitt 920 stellt einen Unterdruck zwischen etwa 3,39 kPa und etwa 50,8 kPa (1 und etwa 15 Zoll Quecksilber) und vorzugsweise zwischen etwa 10,16 kPa und etwa 40,6 kPa (3 und etwa 12 Zoll Quecksilber) an der Oberfläche 2204 bereit.

Eine geeignete Vakuumpresswalze 900 ist eine Ansaugpresswalze, die von Winchester Roll Products hergestellt wird. Eine geeignete Dampfhaube 2800 ist ein Modell DSA, hergestellt von Measurex-Devron Company, North Vancouver, British Columbia, Kanada.

Der Vakuum bereitstellende Abschnitt 920 kommuniziert mit einer Vakuumquelle (nicht dargestellt). Der Vakuum bereitstellende Abschnitt 920 ist relativ zur sich drehenden Oberfläche 910 der Walze 900 stationär. Die Oberfläche 910 kann eine mit Bohrungen oder mit Nuten versehene Oberfläche sein, durch die ein Vakuum an die Oberfläche 2204 angelegt wird. Die Oberfläche 910 dreht sich in der in 9 gezeigten Richtung. Der Vakuum bereitstellende Abschnitt 920 stellt ein Vakuum an der Oberfläche 2204 der Bahnträgereinrichtung 2200 bereit, während die Bahn und die Vorrichtung 2200 durch die Dampfhaube 2800 und durch den Walzenspalt 800 transportiert werden. Obwohl ein einziger Vakuum bereitstellender Abschnitt 920 dargestellt ist, kann es in anderen Ausführungsformen wünschenswert sein, separate Vakuum bereitstellende Abschnitte bereitzustellen, die jeweils ein unterschiedliches Vakuum an die Oberfläche 2204 bereitstellen, während die Vorrichtung 2200 um die Walze 900 läuft.

Der Yankeetrockner umfasst in der Regel eine dampfbeheizte Stahl- oder Eisentrommel. Wie in 9 dargestellt, wird die Bahn 545 so in den Walzenspalt 800 transportiert, der von der Vorrichtung 2200 getragen wird, dass die im Wesentlichen glatte zweite Fläche 549 der Bahn auf die Oberfläche 875 überführt werden kann. Dem Walzenspalt vorgeschaltet, vor der Stelle, wo die Bahn auf die Oberfläche 875 überführt wird, trägt eine Düse 890 ein Haftmittel auf die Oberfläche 875 auf.

Das Haftmittel kann ein Haftmittel auf Polyvinylalkoholbasis sein. Alternativ dazu kann das Haftmittel ein Haftmittel der Marke CREPTROL® sein, Hersteller Hercules Company, Wilmington, Delaware, USA. Andere Haftmittel können ebenfalls verwendet werden. Für Ausführungsformen, wo die Bahn mit einer Konsistenz von über etwa 45 Prozent auf die Yankeetrommel überführt wird, kann im Allgemeinen ein Kreppungshaftmittel auf Polyvinylalkoholbasis verwendet werden. Bei Konsistenzen von unter etwa 40 Prozent kann ein Haftmittel wie das CREPTROL®-Haftmittel verwendet werden.

Das Haftmittel kann direkt auf die Bahn aufgetragen werden oder indirekt (wie durch Auftragung auf die Yankeeoberfläche 875) auf vielfältige Weise. Beispielsweise kann das Haftmittel in Form von Mikrotröpfchen auf die Bahn oder auf die Yankeeoberfläche 875 aufgesprüht werden. Alternativ dazu könnte das Haftmittel auch mittels einer Überführungsrolle oder -bürste auf die Oberfläche 875 aufgetragen werden.

In noch einer anderen Ausführungsform könnte das Kreppungshaftmittel der Papierstoffzusammensetzung am nassen Ende der Papiermaschine zugesetzt werden, wie durch Zusetzen des Haftmittels zur Papierstoffzusammensetzung im Stoffauflauf 500. Von etwa 0,9 kg (2 Pound) bis etwa 1,8 kg (4 Pound) Haftmittel können pro Tonne auf der Yankeetrommel 880 getrockneter Papierfasern aufgetragen werden.

Während die Bahn auf der Einrichtung 2200 durch den Walzenspalt 800 transportiert wird, stellt der Vakuum bereitstellende Abschnitt 920 der Walze 900 ein Vakuum an der Oberfläche 2204 der Bahnträgereinrichtung 2200 bereit. Während die Bahn auf der Vorrichtung 2200 durch den Walzenspalt 800, zwischen die Vakuumpresswalze 900 und die Trockneroberfläche 800 transportiert wird, teilt die Bahnmusterungsschicht 2250 der Bahnträgereinrichtung 2200 das Muster, das der Oberfläche 2260 entspricht, der ersten Fläche 547 der Bahn 545 mit. Da die zweite Fläche 549 eine im Wesentlichen glatte, makroskopisch monoplane Fläche ist, wird im Wesentlichen die gesamte zweite Oberfläche 549 an der Trockneroberfläche 875 angeordnet und haftet an dieser, wenn die Bahn durch den Walzenspalt 800 transportiert wird. Während die Bahn durch den Walzenspalt transportiert wird, liegt die zweite Fläche 549 an der glatten Oberfläche 875 auf, so dass sie eine im Wesentlichen glatte, makroskopisch monoplane Struktur behält. Somit kann der ersten Fläche 547 der Bahn 545 ein vorgegebenes Muster mitgeteilt werden, während die zweite Fläche 549 im Wesentlichen glatt bleibt. Die Bahn 545 weist vorzugsweise eine Konsistenz zwischen etwa 20 Prozent und etwa 60 Prozent auf, wenn die Bahn 545 auf die Oberfläche 875 überführt wird und das Muster der Oberfläche 2260 der Bahn selektiv mitgeteilt wird, um die Bahn selektiv zu verdichten. Das Muster der Oberfläche 2260 wird der Bahn mitgeteilt, um die kontinuierliche Netzwerkregion 110 und die diskreten Regionen 130 mit relativ niedriger Dichte bereitzustellen, wie in den 1-3 dargestellt.

Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass infolge davon, dass im Wesentlichen die ganze zweite Fläche 549 an der Yankeeoberfläche 875 anliegt, die Trocknung der Bahn 545 auf der Yankee wirksamer ist als dies mit einer Bahn möglich wäre, bei der Abschnitte der zweiten Fläche nur selektiv an der Yankee anliegen.

Der abschließende Schritt bei der Herstellung der Papierstruktur 20 umfasst eine Kreppung der Bahn 545 von der Oberfläche 875 mit einer Rakel 1000, wie in 4 dargestellt. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, wird angenommen, dass die Energie, die der Bahn 545 von der Rakel 1000 mitgeteilt wird, zumindest einige Abschnitte der Bahn, insbesondere die Abschnitte der Bahn, die nicht von der Bahnmusterungsoberfläche 2260 gemustert wurden, wie die Regionen 130 und 280 mit relativ niedriger Dichte, auflockert oder wieder weniger dicht macht. Somit stellt der Schritt der Kreppung der Bahn von der Oberfläche 875 mit der Rakel 1000 eine Bahn mit einer ersten, verdichteten, relativ dünneren Region, die dem Muster entspricht, das der ersten Seite der Bahn mitgeteilt wird, und eine zweite, relativ dickere Region bereit. In einer Ausführungsform weist die Rakel einen Gehrungswinkel von etwa 20 Grad auf und ist in Bezug auf den Yankeetrockner so angeordnet, dass sie einen Auftreffwinkel von etwa 76 Grad bereitstellt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Praxis der vorliegenden Erfindung, sollen diese jedoch nicht beschränken.

BEISPIEL 1

Zuerst wird eine 3-gewichtsprozentige Aufschlämmung aus Northern Softwood Kraft-(NSK-)Fasern mittels einer herkömmlichen Wiederaufschlämmungseinrichtung hergestellt. Eine 2 %-ige Lösung des zeitweilig nassfesten Harzes (d.h. PAREZ® 750, Hersteller American Cyanamid Corporation, Stanford, CT, USA) wird der NSK-Speiseleitung bei einer Rate von 0,2 Gew.-% der trockenen Fasern zugesetzt. Die NSK-Aufschlämmung wird an der Mischpumpe auf eine Konsistenz von etwa 0,2 % verdünnt. Zweitens wird eine 3-gewichtsprozentige wässrige Aufschlämmung aus Eukalyptusfasern anhand einer herkömmlichen Wiederaufschlämmungseinrichtung hergestellt. Eine 2 %-ige Lösung des Bindungsauflösungsmittels (d.h. Adogen® SDMC, Hersteller Witco Corporation, Dublin, OH, USA) wird einer der Eukalyptusspeiseleitungen bei einer Rate von 0,1 Gew.-% der trockenen Fasern zugesetzt. Die Eukalyptusaufschlämmung wird an der Mischpumpe auf eine Konsistenz von etwa 0,2 % verdünnt.

Die behandelten Stoffzusammensetzungsströme werden im Auflauf gemischt und auf das Formungselement 1600 aufgebracht. Die Entwässerung wird durch das Formungselement 1600 hindurch durchgeführt und wird von einer Ablenkeinrichtung und von Vakuumboxen unterstützt. Das Formungselement 1600 schließt Erhebungen 1659 ein, die mit einer Verstärkungsstruktur 1657 verbunden sind. Die Verstärkungsstruktur ist ein Gitter, das von Appleton Wire, Appleton, Wisconsin, USA hergestellt wird, mit einer dreischichtigen quadratischen Webstruktur mit 90 Laufrichtungs- bzw. 72 Querrichtungs-Monofilamenten pro 2,54 cm (Zoll). Der Monofilamentdurchmesser liegt im Bereich von etwa 0,15 mm bis etwa 0,20 mm. Die Gitterverstärkungsstruktur weist eine Luftdurchlässigkeit von etwa 320,04 m3/m2/min (1 050 scfm) auf.

Das Formungselement 1600 weist etwa 100 Erhebungen 1659 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) auf. Die Erhebungen 1659 weisen die in 5 dargestellte Form auf und weisen eine MD-(Laufrichtungs-)Abmessung A von 0,27 cm (0,105 Zoll), eine CD-(Querrichtungs-)Abmessung B von etwa 0,19 cm (0,074 Zoll), einen Laufrichtungsabstand C von 0,34 cm (0,136 Zoll) und einen Querrichtungsabstand D von 0,37 cm (0,147 Zoll) auf. Der Mindestabstand E zwischen benachbarten Erhebungen kann 0,074 cm (0,029 Zoll) betragen. Die Erhebungen 1659 erstrecken sich über eine Höhe H von etwa 0,02 cm (0,008 Zoll). Die Öffnungen 1663 weisen eine elliptische Form mit einer Hauptachse parallel zur Laufrichtung von etwa 0,13 cm (0,052 Zoll) und einer Nebenachse von etwa 0,094 cm (0,037 Zoll) auf.

Die Oberseite der Erhebungen 1659 macht etwa 35 Prozent der erhabenen Fläche des Formungselements 1600 aus, wie in 5 dargestellt. Die Öffnungen 1663 machen etwa 15 Prozent der erhabenen Fläche des Formungselements 1600 aus, wie in 5 zu sehen. Die Kreise 1665 machen etwa 50 Prozent der erhabenen Fläche des Formungselements 1600 aus, wie in 5 zu sehen.

Die embryonische Bahn wird von dem Formungselement 1600 mit einer Faserkonsistenz von etwa 10 % an der Überführungsstelle auf eine Bahnträgereinrichtung 2200 mit einer Entwässerungsfilzschicht 2220 und einer Musterungsschicht 2250 aus lichtempfindlichem Harz überführt. Der Entwässerungsfilz 2220 ist ein Amflex 2-Pressfilz, Hersteller Albany International, Albany, New York, USA. Der Filz 2220 umfasst eine Matte aus Polyesterfasern. Die Matte weist einen Oberflächen-Decitex von 2,72 (einen Oberflächen-Denier von 3) und einen Substrat-Decitex von 9,1 bis 13,6 (einen Substrat-Denier von 10-15) auf. Die Filzschicht 2220 weist ein Flächengewicht von 1 436 g/Quadratmeter, eine Dicke von etwa 3 Millimeter und eine Luftdurchlässigkeit von etwa 9,14 m3/m2/min bis etwa 12,19 m3/m2/min (30 bis etwa 40 scfm) auf. Die Bahnmusterungsschicht 2250 umfasst eine Kontaktfläche 2260 für die kontinuierliche Netzwerkahn mit etwa 69 diskreten Öffnungen 2270 pro 6,45 cm2 (Quadratzoll), wobei die Öffnungen die in 7 dargestellte Form aufweisen. Die Bahnmusterungsschicht 2250 weist eine erhabene Fläche gleich etwa 35 Prozent der erhabenen Fläche der Bahnträgereinrichtung 2200 auf. Der Unterschied zwischen der Höhe 2261 der Oberfläche 2260 und der Höhe 2231 der 2230 der Filzschicht beträgt etwa 0,205 Millimeter (0,008 Zoll).

Die embryonische Bahn wird auf die Bahnträgereinrichtung 2200 überführt, um eine im Wesentlichen monoplane Bahn 545 zu bilden. Überführung und Ablenkung werden an der Vakuumüberführungsstelle mit einem Druckdifferential von etwa 67,7 kPa (20 Zoll Quecksilber) bereitgestellt. Die weitere Entwässerung wird durch vakuumunterstützte Drainage durchgeführt, bis die Bahn eine Faserkonsistenz von etwa 25 % hat. Die Bahn 545 wird zum Walzenspalt 800 transportiert. Die Vakuumwalze 900 weist eine Kompressionsoberfläche 910 mit einer Härte von etwa 60 P&J auf. Die Bahn 545 wird dadurch gegen die Verdichtungsoberfläche 875 der Yankeetrocknertrommel 880 verdichtet, dass die Bahn 545 und die Bahnträgereinrichtung 2200 zwischen der Verdichtungsoberfläche 910 und der Oberfläche der Yankeetrocknertrommel 880 mit einem Verdichtungsdruck von etwa 1,38 MPa (200 psi) gepresst wird. Ein Haftmittel auf Polyvinylalkoholbasis wird verwendet, um die verdichtete Bahn am Yankeetrockner zu befestigen. Die Faserkonsistenz wird auf mindestens etwa 90 % erhöht, bevor die Bahn mit einer Rakel gekreppt wird. Die Rakel weist einen Gehrungswinkel von etwa 20 Grad auf und wird bezüglich des Yankeetrockners so angeordnet, dass ein Auftreffwinkel von etwa 76 Grad bereitgestellt wird; der Yankeetrockner wird bei etwa 244 Meter pro Minute (etwa 800 fpm (Fuß pro Minute)) betrieben. Die trockene Bahn wird mit einer Geschwindigkeit von 200 Meter pro Minute (650 fpm) zu einer Rolle geformt.

Die Bahn wird zu einem homogenen, zweilagigen Tissue-Toilettenpapier verarbeitet. Das zweilagige Tissue-Toilettenpapier weist ein Flächengewicht von etwa 11,3 kg (25 Pound) pro 278,7 m2 (3 000 Quadratfuß) auf und enthält etwa 0,2 % zeitweilig nassfestes Harz und etwa 0,1 % Bindungsauflösungsmittel. Das resultierende zweilagige Tissue-Papier ist flauschig, weich, absorptionsfähig, sieht gut aus und eignet sich als Toilettenpapier oder Gesichtstuch.

BEISPIEL 2: Theoretisches Beispiel:

Gemäß diesem theoretischen Beispiel wird eine 3-gewichtsprozentige wässrige Aufschlämmung aus Northern Softwood Kraft-(NSK)-Fasern unter Verwendung einer herkömmlichen Wiederaufschlämmungseinrichtung hergestellt. Eine 2 %-ige Lösung des zeitweilig nassfesten Harzes (d.h. PAREZ® 750, Hersteller American Cyanamid Corporation, Stanford, CT, USA) wird der NSK-Speiseleitung bei einer Rate von 0,2 Gew.-% der trockenen Fasern zugesetzt. Die NSK-Aufschlämmung wird an der Mischpumpe auf eine Konsistenz von etwa 0,2 % verdünnt.

Zweitens wird eine 3-gewichtsprozentige wässrige Aufschlämmung aus Eukalyptusfasern unter Verwendung einer herkömmlichen Wiederaufschlämmungseinrichtung hergestellt. Eine 2 %-ige Lösung des Bindungsauflösungsmittels (d.h. Adogen® SDMC, Hersteller Witco Corporation, Dublin, OH, USA) wird einer der Eukalyptusspeiseleitungen bei einer Rate von 0,5 Gew.-% der trockenen Fasern zugesetzt. Die erste Eukalyptusaufschlämmung wird an der Mischpumpe auf eine Konsistenz von etwa 0,2 % verdünnt.

Drittens wird eine 3-gewichtsprozentige wässrige Aufschlämmung von Eukalyptusfasern unter Verwendung einer herkömmlichen Wiederaufschlämmungseinrichtung hergestellt. Eine 2 %-ige Lösung des Bindungsauflösungsmittels (d.h. Adogen® SDMC, Hersteller Witco Corporation, Dublin, OH, USA) und eine 2 %-ige Lösung Trockenfestigkeits-Bindemittel (d.h. Redibond® 5 320, Hersteller National Starch and Chemical Corporation, New York, New York, USA) werden der Eukalyptusspeiseleitung bei einer Rate von 0,1 Gew.-% der trockenen Fasern zugegeben. Diese zweite Eukalyptusaufschlämmung wird an der Mischpumpe auf eine Konsistenz von etwa 0,2 % verdünnt.

Drei individuell behandelte Stoffzusammensetzungsströme werden aus den obigen Aufschlämmungen gebildet. Der Strom 1 ist eine Mischung der NSK-Aufschlämmung und der zweiten Eukalyptusaufschlämmung, der Strom 2 wird aus der ersten Eukalyptusaufschlämmung (100 Prozent ungebundener Eukalyptus) gebildet, und der Strom 3 ist eine Mischung aus dem NSK-Strom und der ersten Eukalyptusaufschlämmung. Die drei Stoffzusammensetzungsströme werden auf das Formungselement 1600 aufgebracht, um eine dreischichtige Bahn mit äußeren Schichten, die eine Mischung aus NSK und Eukalyptus umfassen, und einer inneren Schicht, die ungebundenen Eukalyptus enthält, zu bilden.

Die Entwässerung findet durch das Formungselement 1600 hindurch statt und wird von einer Ablenkeinrichtung und Vakuumkästen unterstützt. Die Formungselement-Verstärkungsstruktur 1657 ist ein Gitter, das von Appleton Wire, Appleton, Wisconsin, USA hergestellt wird und eine dreischichtige quadratische Webstruktur mit 90 Laufrichtungs- bzw. 72 Querrichtungs-Monofilamenten pro 2,54 cm (Zoll) aufweist. Der Monofilamentdurchmesser liegt im Bereich von etwa 0,15 mm bis etwa 0,20 mm. Die Verstärkungsstruktur weist eine Luftdurchlässigkeit von etwa 320 m3/m2/min (1 050 scfm) auf.

Die Erhebungen 1659 weisen eine Größe und Form auf wie in 5 dargestellt. Die Erhebungen weisen die gleichen allgemeinen Abmessungen auf wie oben in Beispiel 1 ausgeführt, abgesehen davon, dass die Öffnungen 1663 kleiner sind, so dass sie nur etwa 10 Prozent der erhabenen Fläche ausmachen, die in 5 zu sehen ist. Die in 6 dargestellte Höhe H beträgt etwa 0,152 Millimeter (0,008 Zoll). Die Größe der Öffnungen ist verringert, um eine Bahn bereitzustellen, die im Allgemeinen zwei Flächengewichtregionen 40 und 60 und keine Region mit mittlerem Flächengewicht aufweist.

Die embryonische Bahn wird von dem Formungselement 1600 bei einer Faserkonsistenz von etwa 10 % am Überführungspunkt auf eine Bahnträgereinrichtung 2200 mit einer Entwässerungsfilzschicht 2220 und einer Musterungsschicht 2250 aus lichtempfindlichem Harz überführt. Der Entwässerungsfilz 2220 ist ein Amflex 2-Pressfilz, Hersteller Albany International, Albany, New York, USA. Der Filz 2220 umfasst eine Matte aus Polyesterfasern. Die Matte weist einen Oberflächen-Decitex von 2,72 (einen Oberflächen-Denier von 3), einen Substrat-Decitex von 9,1 bis 13,6 (einen Substrat-Denier von 10-15) auf. Die Filzschicht 2220 weist eine Flächengewicht von 1 436 g/Quadratmeter, eine Dicke von etwa 3 Millimeter und eine Luftdurchlässigkeit von etwa 9,14 bis etwa 12,19 m3/m2/min (30 bis etwa 40 scfm) auf.

Die Bahnmusterungsschicht 2250 umfasst eine Berührungsfläche 2260 für die kontinuierliche Netzwerkbahn mit diskreten Öffnungen 2270 mit der in 7 gezeigten Form. Die Bahnmusterungsschicht 2250 weist eine erhabene Fläche auf, die etwa 35 Prozent der erhabenen Fläche der Bahnträgereinrichtung 2200beträgt. Der Unterschied zwischen der Höhe 2261 der Oberfläche 2260 und der Höhe 2231 der 2230 der Filzschicht beträgt etwa 0,205 Millimeter (0,008 Zoll) Die embryonische Bahn wird auf die Bahnträgereinrichtung 2200 überführt, um eine im Wesentlichen monoplane Bahn 545 zu bilden. Überführung und Ablenkung werden am Vakuumüberführungspunkt mit einem Druckdifferential von etwa 68 kPa (20 Zoll Quecksilber) bereitgestellt. Die weitere Entwässerung wird durch vakuumunterstützte Drainage durchgeführt, bis die Bahn eine Faserkonsistenz von etwa 25 % aufweist. Die Bahn 545 wird zum Walzenspalt 800 transportiert. Die Vakuumwalze 900 weist eine Kompressionsoberfläche 910 mit einer Härte von etwa 60 P&J auf. Die Bahn 545 wird dadurch gegen die Verdichtungsoberfläche 875 der Yankeetrocknertrommel 880 verdichtet, dass die Bahn 545 und die Bahnträgereinrichtung 2200 zwischen der Verdichtungsoberfläche 910 und der Oberfläche der Yankeetrocknertrommel 880 mit einem Verdichtungsdruck von etwa 1,38 MPa (200 psi) gepresst werden. Ein Kreppungshaftmittel auf Polyvinylalkoholbasis wird verwendet, um die verdichtete Bahn am Yankeetrockner zu befestigen. Die Faserkonsistenz wird auf mindestens etwa 90 % erhöht, bevor die Bahn mit einer Rakel trocken gekreppt wird. Die Rakel weist einen Gehrungswinkel von etwa 20 Grad auf und ist bezüglich dem Yankeetrockner so angeordnet, dass ein Auftreffwinkel von etwa 76 Grad bereitgestellt wird; der Yankeetrockner wird bei etwa 244 Meter pro Minute (etwa 800 fpm (Fuß pro Minute)) betrieben. Die trockene Bahn wird bei einer Geschwindigkeit von 200 Meter pro Minute (650 fpm) zu einer Rolle geformt.

Die Bahn wird in ein dreilagiges Zweischicht-Tissue-Toilettenpapier umgewandelt. Das Zweischicht-Tissue-Papier weist ein Flächengewicht von etwa 11,3 kg (25 Pound) pro 278,7 m2 (3 000 Quadratfuß) auf und enthält etwa 0,2 % zeitweilig nassfestes Harz und etwa 0,1 % Bindungsauflösungsmittel. Das resultierende doppellagige Tissue-Papier ist flauschig, weich, absorptionsfähig, sieht gut aus und eignet sich als Toilettenpapier oder Gesichtstuch.

TESTVERFAHREN: Oberflächenglätte:

Die Oberflächenglätte einer Seite einer Papierbahn wird aufgrund des Verfahrens zum Messen der physiologischen Oberflächenglätte (PSS), das in dem Artikel im 1991er International Paper Physics Conference, TAPPI Book 1, mit dem Titel „Methods for the Measurement of the Mechanical Properties of Tissue Paper" von Ampulski et al. auf Seite 19 ausgeführt ist, gemessen, wobei dieser Artikel hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die PSS-Messung wie hierin angewendet ist die Punkt-für-Punkt-Summe der Amplitudenwerte wie im obigen Artikel beschrieben. Die in dem Artikel dargestellten Messverfahren sind auch allgemein in den US-Patenten 4 959 125, erteilt an Spendet, und 5 059 282, erteilt an Ampulski et al., beschrieben.

Für die Zwecke der Testung von Papierproben der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zum Messen von PSS in dem obigen Artikel angewendet, um die Oberflächenglätte zu messen, wobei das Verfahren auf folgende Weise modifiziert wird:

Anstelle der Importierung von digitalisierten Datenpaaren (Amplitude und Zeit) in SAS-Software für 10 Proben, wie in dem obigen Artikel beschrieben, wird die Oberflächenglättemessung durch Ermitteln, Digitalisieren und statistisches Verarbeiten von Daten für die 10 Proben unter Verwendung einer Software der Marke LABVIEW, erhältlich von National Instruments, Austin, Texas, USA, durchgeführt. Jedes Amplitudenspektrum wird unter Verwendung des „Amplitude and Phase Spectrum. vi"-Moduls im LABVIEW-Softwarepaket erzeugt, wobei „Amp Spectrum Mag Vrms" als Ausgabespektrum gewählt wird. Ein Ausgabespektrum wird für jeweils 10 Proben erhalten.

Jedes Ausgabespektrum wird dann unter Verwendung der folgenden Gewichtsfaktoren in LABVIEW geglättet: 0,000246, 0,000485, 0,00756, 0,062997. Diese Gewichtsfaktoren werden ausgewählt, um die Glättung zu imitieren, die von den Faktoren 0,0039, 0,0077, 0,12, 1,0, die im obigen Artikel für das SAS-Programm angegeben sind, bereitgestellt wird.

Nach der Glättung wird jedes Spektrum unter Verwendung der Frequenzfilter, die im obigen Artikel angegeben sind, gefiltert. Der Wert von PSS, in Mikrometern, wird dann für jedes einzelne Filterspektrum berechnet wie im oben genannten Artikel beschrieben. Die Oberflächenglätte der Seite einer Papierbahn ist der Durchschnitt der 10 PSS-Werte, die mit den 10 Proben gemessen wurden, die von der gleichen Seite der Papierbahn genommen wurden. Ebenso kann die Oberflächenglätte der gegenüber liegenden Seite der Papierbahn gemessen werden. Das Glättungsverhältnis wird durch Teilen des höheren Werts der Oberflächenglätte, der der stärker texturierten Seite der Papierbahn entspricht, durch den niedrigeren Wert der Oberflächenglätte, der der glatteren Seite der Papierbahn entspricht, erhalten.

Flächengewicht:

Das Flächengewicht der Bahn (Makroflächengewicht) wird anhand des folgenden Verfahrens gemessen.

Das zu vermessende Papier wird bei 21,7-23,9 °C (71-75 Grad Fahrenheit) bei 48 bis 52 Prozent relativer Feuchtigkeit mindestens 2 Stunden lang konditioniert. Das konditionierte Papier wird geschnitten, um zwölf Proben mit Abmessungen von 9 cm (3,5 Zoll) mal 9 cm (3,5 Zoll) bereitzustellen. Die Proben werden, jeweils sechs Proben gleichzeitig, mit einem geeigneten Druckplattenschneidwerkzeug, wie einem Thwing-Albert Alfa Hydraulic Pressure Sample Cutter, Modell 240-10, geschnitten. Die beiden Stapel zu je sechs Proben werden dann zu einem 12-lagigen Stapel kombiniert und mindestens 15 weitere Minuten lang bei 21,7 bis 23,9 °C (71 bis 75 °F) und 48 bis 52 Prozent Feuchtigkeit konditioniert.

Der 12-lagige Stapel wird dann auf einer kalibrierten Analysenwaage gewogen. Die Waage wird im gleichen Raum gehalten, in dem die Proben konditioniert werden.

Eine geeignete Waage wird von Sartorius Instrument Company hergestellt, Modell A200S. Dieses Gewicht ist das Gewicht eines 12-lagigen Papierstapels, wobei jede Lage eine Fläche von 0,79 cm2 (12,25 Quadratzoll) aufweist.

Das Flächengewicht der Papierbahn (das Gewicht pro Einheitsfläche einer einzelnen Lage) wird in Einheiten von Pound pro 278,7 cm2 (3 000 Quadratfuß) anhand der folgenden Gleichung berechnet:

Gewicht des 12-lagigen Stapels (Gramm) × 3 000 × 144. 453,6 × 12 × 12,25

oder einfach: Flächengewicht (lb/3 000 ft2) = Gewicht des 12-lagigen Stapels (g) × 6,48 (1 lb = 453,6 g; 1 ft = 12 in = 30,48 cm)

Messung der Höhen der Bahnträgereinrichtung:

Der Höhenunterschied zwischen der Höhe 2231 der ersten Filzoberfläche und der Höhe 2261 der Bahnberührungsoberfläche 2260 wird auf die folgende Weise gemessen. Die Bahnträgereinrichtung liegt auf einer flachen horizontalen Oberfläche, wobei die Bahnmusterungsschicht nach oben zeigt. Ein Stift mit einer kreisförmigen Kontaktfläche von etwa 1,3 Quadratmillimeter und einer vertikalen Länge von etwa 3 Millimeter wird auf einer Federal Products-Dimensionsmesseinrichtung (Modell 432B-81-Verstärker, modifiziert für den Einsatz mit einer EMD-4320 W1-Abbrechsonde), Hersteller Federal Products Company, Providence, Rhode Island, USA, befestigt. Das Instrument wird durch Bestimmen des Spannungsunterschieds zwischen zwei Präzisionsstücken bekannter Dicke, die einen bekannten Höhenunterschied bereitstellen, kalibriert. Das Instrument wird bei einer Höhe etwas unterhalb der ersten Filzoberfläche 2230 auf null gesetzt, um einen ungehinderten Weg des Stifts sicherzustellen. Der Stift wird über der Höhe, die untersucht wird, positioniert und gesenkt, um die Messung durchzuführen. Der Stift übt einen Druck von etwa 0,24 Gramm/Quadratmillimeter am Messpunkt aus. Mindestens drei Messungen werden bei jeder Höhe vorgenommen. Die Messungen an jeder Höhe werden gemittelt. Der Unterschied zwischen den Durchschnittswerten wird berechnet, um den Höhenunterschied bereitzustellen.


Anspruch[de]
Nicht durchluftgetrocknete Papierbahn (20) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche (22, 24), die gegenüber liegend einander zugewandt sind, und umfassend:

mindestens zwei Bereiche (40, 60) unterschiedlichen Flächengewichts, die in einem ersten, nicht zufälligen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Bereiche unterschiedlichen Flächengewichts einen im Wesentlichen kontinuierlichen Netzwerkbereich (40) mit relativ hohem Flächengewicht und eine Vielzahl einzelner, auf Abstand voneinander befindlicher Bereiche (60) mit relativ niedrigem Flächengewicht, die über den Netzwerkbereich (40) mit relativ hohem Flächengewicht verteilt sind, umfassen, und

mindestens zwei Bereiche (110, 130) unterschiedlicher Dichte, die in einem zweiten, nicht zufälligen, sich wiederholenden Muster, das sich von dem ersten sich wiederholenden Muster unterscheidet, angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Dichte einen im Wesentlichen kontinuierlichen Netzwerkbereich (110) mit relativ hoher Dichte und eine Vielzahl einzelner, auf Abstand voneinander befindlicher Bereiche (130) mit relativ niedriger Dichte, die über den Netzwerkbereich (110) mit relativ hoher Dichte verteilt sind, umfassen,

wobei die Anzahl der einzelnen Bereiche (60) mit relativ niedrigem Flächengewicht pro Flächeneinheit der Bahn (20) größer ist als die Anzahl der einzelnen Bereiche (130) mit relativ niedriger Dichte pro Flächeneinheit der Bahn (20), wobei die Papierbahn (20) zwischen ungefähr 10 und ungefähr 400 einzelne Bereiche (60) mit relativ niedrigem Flächengewicht pro 6,45 cm2 (pro Quadratzoll) und zwischen ungefähr 8 und ungefähr 350 einzelne Bereiche (130) mit relativ niedriger Dichte pro 6,45 cm2 (pro Quadratzoll) umfasst, und

wobei jede der zwei Oberflächen (22, 24) der Bahn (20) einen anderen Glättewert aufweist, so dass das Glätteverhältnis, das der Wert der Oberflächenglätte der ersten Oberfläche (22) geteilt durch den Wert der Oberflächenglätte der zweiten Oberfläche (24) ist, größer als ungefähr 1,10 ist.
Papierbahn nach Anspruch 1, wobei die Papierbahn ferner eine Vielzahl einzelner Bereiche (80) mit mittlerem Flächengewicht umfasst, und wobei die Bereiche (80) mit mittlerem Flächengewicht generell von den einzelnen Bereichen (60) mit relativ niedrigem Flächengewicht umgeben sind. Verfahren zum Herstellen einer nicht durchluftgetrockneten Papierbahn (20) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen einer Vielzahl von Fasern, die in einem flüssigen Träger suspendiert sind;

– Bereitstellen eines die Fasern zurückhaltenden Formungselements (1600), das flüssigkeitsdurchlässige Bereiche hat und zwischen ungefähr 10 und ungefähr 400 einzelne Elemente zur Beschränkung der Entwässerungsströmung in der Form von Vorsprüngen (1659) pro 6,45 cm2 (pro Quadratzoll) auf seiner die Bahn berührenden Seite (1653) aufweist;

– Bereitstellen einer die Bahn stützenden Vorrichtung (2200), umfassend eine die Bahn musternde Schicht (2250), die mit einer entwässernden Filzschicht (2220) verbunden ist, wobei die die Bahn musternde Schicht eine kontinuierliche, die Netzwerkbahn berührende Deckfläche (2260) mit zwischen ungefähr 8 und ungefähr 350 einzelnen Öffnungen (2270) pro 6,45 cm2 (pro Quadratzoll) der projizierten Fläche der die Bahn stützenden Vorrichtung aufweist, und wobei die die Netzwerkbahn berührende Deckfläche (2260) eine erste Erhebung (2261) aufweist und die entwässernde Filzschicht eine die Bahn berührende Filzoberfläche (2230) mit einer zweiten Erhebung (2231) aufweist, wobei der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Erhebung größer als oder gleich 0,0 mm (0,0 mil) und kleiner als ungefähr 0,20 mm (8,0 mil) ist;

– Bereitstellen einer Yankeetrocknertrommel (880) mit einer glatten beheizten Trockneroberfläche (875);

– Bereitstellen eines Spalts (800) zwischen einer Andruckrolle (900) und der Yankeetrocknertrommel;

– Ablagern der in dem flüssigen Träger suspendierten Fasern auf dem Formungselement;

– Abziehen des flüssigen Trägers durch das Formungselement in mindestens zwei simultanen Stufen, um eine Bahn (543) zu bilden, die mindestens zwei Bereiche unterschiedlichen Flächengewichts aufweist, die in einem ersten, nicht zufälligen, sich wiederholenden Muster angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Bereiche unterschiedlichen Flächengewichts einen im Wesentlichen kontinuierlichen Netzwerkbereich (40) mit relativ hohem Flächengewicht und eine Vielzahl einzelner, auf Abstand voneinander befindlicher Bereiche (60) mit relativ niedrigem Flächengewicht, die über den Netzwerkbereich (40) mit relativ hohem Flächengewicht verteilt sind, umfassen, wobei die Höhe (H) der Vorsprünge des Formungselements weniger als ungefähr 0,245 mm (0,010 Zoll) beträgt, um die geformte Bahn mit einer im Wesentlichen glatten ersten und zweiten Oberfläche (547, 549) zu versehen, wobei die zweite Oberfläche (549) der Bahn das Formungselement (1600) berührt;

– Überführen der Bahn von dem Formungselement zu der die Bahn stützenden Vorrichtung auf solche Weise, dass die die Bahn musternde Schicht mit der ersten Oberfläche (547) der Bahn in Kontakt ist, wobei der Unterschied zwischen der ersten Erhebung und der zweiten Erhebung kleiner als die Dicke der Bahn am Überführungspunkt ist, so dass die zweite Oberfläche (549) relativ glatt bleibt, wenn die Bahn zur die Bahn stützenden Vorrichtung überführt wird;

– selektives Verdichten eines Abschnitts der Bahn durch Leiten der Bahn, die auf der die Bahn stützenden Vorrichtung gestützt wird, durch den Spalt, um die Bahn mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Dichte, die in einem zweiten, nicht zufälligen, sich wiederholenden Muster, das sich von dem ersten sich wiederholenden Muster unterscheidet, angeordnet sind, zu versehen, wobei die mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Dichte einen im Wesentlichen kontinuierlichen Netzwerkbereich (110) mit relativ hoher Dichte und eine Vielzahl einzelner, auf Abstand voneinander befindlicher Bereiche (130) mit relativ niedriger Dichte, die über den Netzwerkbereich (110) mit relativ hoher Dichte verteilt sind, umfassen;

– Überführen der Bahn von der die Bahn stützenden Vorrichtung zu der Yankeetrocknertrommel auf solche Weise, dass die relativ glatte zweite Oberfläche (549) der Bahn mit der beheizten Trockneroberfläche der Yankeetrocknertrommel in Kontakt ist;

und

– Trocknen der Bahn;

wobei in der entstehenden Papierbahn (20)

– die Anzahl der einzelnen Bereiche (60) mit relativ niedrigem Flächengewicht pro Flächeneinheit der Bahn (20) größer ist als die Anzahl der einzelnen Bereiche (130) mit relativ niedriger Dichte pro Flächeneinheit der Bahn (20), wobei die Papierbahn (20) zwischen ungefähr 10 und ungefähr 400 einzelne Bereiche (60) mit relativ niedrigem Flächengewicht pro 6,45 cm2 (pro Quadratzoll) und zwischen ungefähr 8 und ungefähr 350 einzelne Bereiche (130) mit relativ niedriger Dichte pro 6,45 cm2 (pro Quadratzoll) umfasst, und

– jede der zwei Oberflächen (22, 24) der Bahn (20) einen anderen Glättewert aufweist, so dass das Glätteverhältnis, das der Wert der Oberflächenglätte der ersten Oberfläche (22) geteilt durch den Wert der Oberflächenglätte der zweiten Oberfläche (24) ist, größer als ungefähr 1,10 ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Erhebung kleiner als 0,15 mm ist. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Erhebung kleiner als 0,10 mm ist. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Erhebung kleiner als 0,05 mm ist.






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