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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
der Herstellung von absorbierenden Papierprodukten, wie Gesichtshandtüchern, Badetüchern, Papierhandtüchern, Wischtüchern und ähnlichem,
beeinflussen viele unterschiedliche Bogeneigenschaften die Leistung
des gefertigten Produkts. Weichheit, Festigkeit, Absorptionsvermögen, Dichte
und ähnliches
sind oft Gegenstand von Verbesserungen. Eine Eigenschaft von Produkten,
die Tissues betreffen, besteht darin, daß sie im wesentlichen zu einer
dichten nassen Masse zusammenfallen, wenn sie benetzt und in der
Hand geknittert werden. Anders ausgedrückt weisen derartige Tissueprodukte
ein geringes Naßkompressionsmodul und
eine geringe Naßelastizität auf. Diese
Eigenschaften sind für
derartige Produkte unerwünscht,
wenn sie verwendet werden, um Flüssigkeiten
aufzuwischen, weil sie nutzlos werden, sobald sie gesättigt sind.
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Aus
US-A-4,981,557 sind temporäre
Naßresistenzharze
mit einem Molekulargewicht von etwa 200.000 bekannt. Diese Harze
können
in einem Papierprodukt enthalten sein.
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Aus
US-A-4,129,518 sind ungekreppte absorbierende Strukturen bekannt,
in denen die Fasern durch naßresistente
Bindungen immobilisiert sind.
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Jene
Dokumente empfehlen nicht die Kombination eines Naßstärkenwirkstoffs
mit einer Struktur, die naßelastische
Fasern umfaßt.
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Es
gibt daher einen Bedarf an einem verbesserten Papierbogen, der als
Tissue, Handtuch und Ähnliches
verwendbar ist, der seine Unversehrtheit im wesentlichen behält, wenn
er benetzt wird, und mehr wie ein Schwamm wirkt als frühere Tissueprodukte.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
wurde jetzt entdeckt, daß durch
richtige Kombination bestimmter papiererzeugender Naturfasern mit
einem Naßresistenzharz
in etwas, das allgemein als ein ungekrepptes Durchtrocknungsverfahren
bezeichnet wird, absorbierende niedrigdichte Vliese erzeugt werden
können,
die eine bemerkenswerte Naßelastizität aufweisen.
Diese Vliese enthalten naßelastische
Naturfasern, die mit wasserfesten Bindungen zusammengebunden wurden,
wodurch sich eine Struktur ergibt, die einem Zusammenfallen der
Struktur, Stauchen oder einer Änderung
der Ausmaße
widersteht, wenn sie naß wird,
wodurch so eine stabile Kapillarstruktur gezeigt wird, die für absorbierende
Produkte vorteilhaft ist. Die absorbierenden niedrigdichten Strukturen
weisen eine Dichte von etwa 0,3 g/cm3 oder
weniger auf und sind ungekreppt. Diese absorbierenden naßelastischen
Strukturen sind als Tissue, Papierhandtücher, Wischtücher und Ähnliches
und ebenso als Bestandteil. in anderen absorbierenden Produkten,
wie Wegwerfwindeln, Inkontinenzbekleidungen, Trainingshosen, Damenbinden, Geflügelunterlagen
und Ähnlichem
geeignet. Die Strukturen derartiger anderer absorbierender Produkte
sind im Fach gut bekannt. Bei derartigen Anwendungen oder bei anderen
Anwendungen, in denen Fluide enthalten sind, gesammelt werden oder
befördert
werden, können
die naßelastischen
Strukturen dieser Erfindung als fluidauffangende Vliese, fluidverteilende
Vliese, absorbierende Kerne oder Verbundstoffe und Ähnliches
wirken.
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Hochergiebige
Zellstoffasern enthalten einen hohen Anteil an Lignin, von dem angenommen
wird, daß es
den Fasern Naßelastizität verleiht.
Das Naßresistenzharz
bindet (immobilisiert) die naßelastischen
Fasern zu einer Bogenstruktur, die sich dem Umriß des Durchtrocknungsstoffes
anpaßt.
Wenn der Bogen getrocknet wird, werden die Bindungen, die durch
den Naßstärkenwirkstoff
gebildet werden, zur Bildung von naßresistenten Bindungen gehärtet, die
zusammen einen Bogen schaffen, der stark elastisch ist, wenn er
naß ist.
Diese Eigenschaft wird im Bogen zurückgehalten, weil es im Fall
eines ungekreppten Durchtrocknungsverfahrens keinen Kreppschritt
oder anderen nachfolgenden Schritt gibt, um die erzeugten Bindungen
zu zerstören.
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Die
Erfindung beruht auf einem Tissue oder Papierhandtuch gemäß Anspruch
1. Naßelastische
Naturfasern umfassen hochergiebige Zellstoffasern (werden weiter
unten erörtert),
Flachs, Wolfsmilch, Manilafasern, Hanf, Baumwolle oder andere dieser
Art, die auf natürliche
Weise naßelastisch
sind, oder Holzzellstoffasern, die chemisch oder mechanisch modifiziert,
wie z.B. vernetzt oder gekräuselt,
wurden, welche die Fähigkeit
aufweisen, sich nach der Verformung im nassen Zustand im Gegensatz
zu nicht elastischen Fasern zu regenerieren, welche verformt bleiben
und sich nach der Verformung im nassen Zustand nicht regenerieren. Naßresistente
Bindungen sind Bindungsstellen von Faser zu Faser, die gegen Zerstörung im
nassen Zustand beständig
sind, wobei sich ein Naß-Trocken-Zugfestigkeitsverhältnis von
0,1 oder mehr ergibt.
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Wie
in diesem Dokument verwendet, sind "hochergiebige Zellstoffasern" jene papiererzeugenden
Fasern, die durch Aufschlußverfahren
hergestellt werden, wobei eine Ausbeute von etwa 65 Prozent oder
mehr, genauer etwa 75 Prozent oder mehr, und insbesondere etwa 75
bis etwa 95 Prozent erzielt wird. Derartige Aufschlußverfahren
umfassen gebleichten chemothermomechanischen Zellstoff (BCTMP),
chemothermomechanischen Zellstoff (CTMP), Druck/Druck thermomechanischen
Zellstoff (PTMP), thermomechanischen Zellstoff (TMP), thermomechanischen
chemischen Zellstoff (TMCP), hochergiebige Sulfitzellstoffe und
hochergiebige Kraftzellstoffe, bei denen allen ein hoher Ligningehalt
in den entstehenden Fasern verbleibt. Die bevorzugten hochergiebigen
Zellstoffasern sind dadurch gekennzeichnet, daß sie unter anderem aus vergleichsweise
ganzen, relativ unbeschädigten
Tracheiden, hohem Mahlgrad (über
250 CSF) und geringem Gehalt an Feinteilen bestehen (weniger als
25 Prozent nach der Rüttelprüfung nach
Britt).
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Die
Menge an hochergiebigen Zellstoffasern im Bogen ist zumindest etwa
30 Trockengewichtsprozent oder mehr und insbesondere etwa 50 Trockengewichtsprozent
oder mehr und bis zu 100 Prozent. Für Schichtbögen können diese selben Mengen für eine oder
mehrere der einzelnen Schichten angewendet werden. Weil hochergiebige
Zellstoffasern im allgemeinen weniger weich als andere papiererzeugende
Fasern sind, ist es vorteilhaft, sie in die Mitte des Endprodukts
einzubauen, wie zum Beispiel deren Anordnung in der mittleren Schicht
eines dreischichtigen Bogens oder im Falle eines zweilagigen Produkts,
deren Anordnung in den nach innen gerichteten Schichten der beiden
Lagen.
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Die
Produkte dieser Erfindung weisen geringe Dichten (hohe Volumina)
auf. Im allgemeinen kann die Dichte der Produkte dieser Erfindung
etwa 0,3 Gramm pro Kubikzentimeter oder weniger, genauer etwa 0,15 Gramm
oder weniger, insbesondere etwa 0,1 Gramm pro Kubikzentimeter oder
weniger betragen. Es wird für wichtig
gehalten, daß die
absorbierende Struktur getrocknet wird, sobald sie gebildet wird,
ohne die Zahl der naßelastischen
Bindungen zwischen den Fasern wesentlich zu verringern. Das Durchtrocknen,
das ein übliches
Verfahren zum Trocknen von Tissues und Tüchern ist, stellt ein bevorzugtes
Verfahren zur Erhaltung der Struktur dar. Absorbierende Strukturen,
die durch Naßverlegen
und anschließendes
Durchtrocknen erzeugt werden, weisen typischerweise eine Dichte
von etwa 0,1 Gramm pro Kubikzentimeter auf, während luftverlegte Strukturen,
die normalerweise für
Windelflaum verwendet werden, typischerweise Dichten von etwa 0,05 Gramm
pro Kubikzentimeter aufweisen. Alle derartigen Strukturen liegen
innerhalb des Umfangs dieser Erfindung.
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Ein
wesentlicher Teil der Erfindung ist das Material, das verwendet
wird, um die Bindungen zwischen den Fasern im nassen Zustand zu
immobilisieren. Typischerweise umfassen die Mittel, durch welche
die Fasern in Papier- und Tissueprodukten zusammengehalten werden,
Wasserstoff- und manchmal Kombinationen von Wasserstoffbindungen
und kovalenten und/oder ionischen Bindungen. In der vorliegenden
Erfindung ist es wichtig, ein Material zu schaffen, das die Bindung
der Fasern auf derartige Weise ermöglicht, daß die Faser-zu-Faser-Bindungspunkte
immobilisiert werden, und die Fasern gegen Zerstörung im nassen Zustand beständig werden.
In diesem Fall bedeutet der nasse Zustand üblicherweise, daß das Produkt
mit Wasser oder anderen wäßrigen Lösungen in
Verbindung kommt; es könnte
aber auch bedeuten, daß es
mit Körperflüssigkeiten,
wie Urin, Blut, Schleim, Menses, Lymph- und anderen Körperausscheidungen,
in Verbindung kommt.
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Es
gibt eine Anzahl an Materialien, die üblicherweise in der Papierindustrie
verwendet werden, um Papier und Pappe Naßresistenz zu verleihen, welche
in dieser Erfindung anwendbar sind. Diese Materialien sind im Fach
als Naßstärkenwirkstoffe
bekannt und sind im Handel von einer breiten Vielzahl an Quellen
erhältlich. Jedes
Material, das, wenn es zu Papier oder Tissue zugegeben wird, dazu
führt,
daß ein
Tissue oder Papier mit einem Naß-Trocken-Zugfestigkeitsverhältnis von
mehr als 0,1 geschaffen wird, wird für die Zwecke dieser Erfindung
als Naßstärkenwirkstoff
bezeichnet. Typischerweise werden diese Materialien entweder als
Permanentnaßstärkenwirkstoffe
oder als „temporäre" Naßstärkenwirkstoffe
bezeichnet. Für
die Zwecke der Unterscheidung von permanenter und temporärer Naßresistenz
werden jene als permanente Harze bezeichnet, die, wenn sie in Papier
oder Tissueprodukte eingebaut werden, ein Produkt schaffen, das
mehr als 50% seiner ursprünglichen
Naßresistenz
behält,
nachdem es Wasser für
eine Dauer von mindestens fünf
Minuten ausgesetzt wurde. Temporäre
Naßstärkenwirkstoffe
sind jene, die weniger als 50% ihrer ursprünglichen Naßresistenz zeigen, nachdem
sie Wasser für
die Dauer von fünf
Minuten ausgesetzt wurden. Beide Materialklassen finden in der vorliegenden
Erfindung Anwendung. Die Menge an Naßstärkenwirkstoffen, die zu den
Zellstoffasern zugegeben wird, kann zumindest etwa 0,1 Trockengewichtsprozent,
genauer etwa 0,2 Trockengewichtsprozent oder mehr und insbesondere
etwa 0,1 bis etwa 3 Trockengewichtsprozent betragen, beruhend auf dem
Trockengewicht der Fasern.
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Permanentnaßstärkenwirkstoffe
werden der Struktur eine mehr oder weniger lang dauernde Naßelastizität verleihen.
Diese Strukturart findet meistens in Produkten Anwendung, die Langzeitnaßelastizität erfordern,
wie in Papierhandtüchern
und in vielen absorbierenden Verbraucherprodukten. Im Gegensatz
dazu würden
die temporären
Naßstärkenwirkstoffe
Strukturen schaffen, die eine geringe Dichte und eine hohe Elastizität aufweisen,
würden
aber keine Struktur liefern, die eine Langzeitbeständigkeit
aufweist, wenn sie Wasser oder Körperfluiden
ausgesetzt wird. Während
die Struktur anfangs eine gute Unversehrtheit aufweisen würde, würde die
Struktur nach einer Zeitspanne anfangen, ihre Naßelastizität zu verlieren. Diese Eigenschaft
kann zu einem gewissen Vorteil verwendet werden, um Materialien
zu schaffen, die besonders absorbierend sind, wenn sie anfangs naß sind,
die aber nach einer Zeitspanne ihre Unversehrtheit verlieren. Diese
Eigenschaft könnte
bei der Schaffung von „ausspülbaren" Produkten verwendet
werden. Der Mechanismus, durch den die Naßresistenz erzeugt wird, weist
geringen Einfluß auf
die Produkte dieser Erfindung auf, solange die wesentliche Eigenschaft
der Erzeugung wasserfester Bindung an den Faser/Faser-Bindungspunkten erzielt
wird.
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Bei
den Permanentnaßstärkenwirkstoffen,
die in der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, handelt es sich
typischerweise um wasserlösliche,
kationische oligomere oder polymere Harze, die in der Lage sind, sich
entweder mit sich selbst (Homovernetzung) oder mit der Zellulose
oder einem anderen Bestandteil der Holzfaser zu vernetzen. Bei den
am weitesten verbreiteten Materialien für diesen Zweck handelt es sich
um die Klasse der Polymere, die als Harze des Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrintyps
(PAE) bekannt sind. Diese Materialien wurden in Patenten beschrieben,
die von Keim (US-A-3,700,623
und 3,772,076) herausgegeben wurden, und werden von Hercules, Inc.,
Wilmington, Delaware, als Kymene 557H verkauft. Verwandte Materialien
werden von Henkel Chemical Co., Charlotte, North Carolina, und Georgia-Pacific Resins, Inc.,
Atlanta, Georgia, verkauft.
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Polyamid-Epichlorhydrinharze
sind ebenso als Bindeharze in dieser Erfindung verwendbar. Materialien,
die von Monsanto entwickelt wurden und unter dem Label Santo Res
verkauft werden, sind basenaktivierte Polyamid-Epichlorhydrinharze, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können.
Diese Materialien werden in Patenten beschrieben, die von Petrovich
(US-A-3,885,158; US-A-3,899,388; US-A-4,129,528 und US-A-4,147,586)
und van Eenam (US-A-4,222,921) herausgegeben wurden. Obwohl sie
in Verbraucherprodukten nicht genauso üblich verwendet werden, sind
Polyethyleniminharze ebenso für
die Immobilisierung der Bindungspunkte in den Produkten dieser Erfindung
geeignet. Eine weitere Klasse an Permanentnaßstärkenwirkstoffen wird durch
die Aminoplastharze veranschaulicht, die durch Reaktion von Formaldehyd
mit Melamin oder Harnstoff erhalten werden.
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Die
temporären
Naßresistenzharze,
die in Verbindung mit dieser Erfindung verwendet werden können, umfassen
jene Harze, die von American Cyanamid entwickelt wurden und unter
dem Namen Parez 631 NC verkauft werden (jetzt von Cytec Industries,
West Paterson, New Jersey, erhältlich),
sind aber nicht auf diese beschränkt.
Diese und ähnliche
Harze werden in US-A-3,556,932 an Coscia et al. und 3,556,933 an
Williams et al. beschrieben. Andere temporäre Naßstärkenwirkstoffe, die in dieser
Erfindung Anwendung finden könnten,
umfassen modifizierte Stärken
wie jene, die von National Starch erhältlich sind und als Co-Bond
1000 verkauft werden. Es wird angenommen, daß diese und verwandte Stärken in
US-A-4,675,394 an Solarek et al. enthalten sind. Derivatisierte
Dialdehydstärken
wie jene, die in der Japanischen Kokai Tokkyo Koho JP-A-03,185,197 beschrieben
werden, sollten ebenso als verwendbare Materialien zur Schaffung
temporärer Naßresistenz
Anwendung finden. Es wird ebenso erwartet, daß andere temporäre Naßresistenzmaterialien wie
jene, die in US-A-4,981,557; US-A-5,008,344 und US-A-5,085,736 an
Bjorkquist beschrieben werden, in dieser Erfindung verwendbar sind.
Hinsichtlich der Klassen und Arten an aufgezählten Naßresistenzharzen versteht es
sich von selbst, daß diese
Aufzählung
nur Beispiele liefert und daß dies
weder andere Arten an Naßresistenzharzen
ausschließen
soll, noch daß der
Umfang dieser Erfindung dadurch eingeschränkt werden soll.
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Obwohl
Naßstärkenwirkstoffe,
wie sie oben beschrieben wurden, besonderen Vorteil bei der Verwendung
in Verbindung mit dieser Erfindung finden, können ebenso andere Arten an
Bindemitteln zur Schaffung der nötigen
Naßelastizität verwendet
werden. Sie können
am nassen Ende aufgetragen werden oder durch Sprühen oder Bedrucken usw. nach
der Bildung der Bahn oder nach deren Trocknung aufgetragen werden.
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Es
wurde beobachtet, daß die
Produkte dieser Erfindung eine wesentlich größere Naßelastizität als andere ähnliche
Produkte aufweisen. Wenn die Produkte dieser Erfindung zum Beispiel
mit Wasser gesättigt werden
und in der Hand zu einem Ball etwa der Größe eines Golfballs zerknittert
werden und danach ausgelassen werden, öffnen sie sich schnell und
entknittern sich zum größten Teil.
Im Gegensatz dazu bleiben derzeit im Handel erhältliche Produkte, wie zum Beispiel
Badetissues oder Papierhandtücher,
im wesentlichen zu einem nassen Ball zusammengerollt. Um diese Eigenschaften
objektiv zu messen, werden mehrere Parameter verwendet. Dabei handelt
es sich um das Verhältnis
zwischen Naßzugsfestigkeit
und Trockenzugsfestigkeit (Naß-Trocken-Zugfestigkeitsverhältnis),
sowie um die Naßknitterregenerierungsprüfung und
um die Naßkompressionselastizität, welche
alle weiter unten beschrieben werden. Diese Parameter können zur
Bestimmung der absorbierenden Strukturen dieser Erfindung abwechselnd
oder in Kombination verwendet werden.
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Das
Naß-Trocken-Zugfestigkeitsverhältnis ist
einfach das Verhältnis
der Naßzugsfestigkeit
geteilt durch die Trockenzugfestigkeit. Es kann. unter Verwendung
der Zugfestigkeiten in Maschinenrichtung (MD), der Zugfestigkeiten
quer zur Maschinenrichtung (CD) oder der Zugfestigkeiten der geometrischen
Mittelwerte (GMT) ausgedrückt
werden. Absorbierende Strukturen dieser Erfindung weisen einen geometrischen
Mittelwert des Naß-Trocken-Zugfestigkeitsverhältnisses
von 0,1 oder mehr, genauer von 0,2 oder mehr, und noch genauer von
etwa 0,35 oder mehr und insbesondere von etwa 0,5 oder mehr auf.
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Bei
der Naßknitterregenerierungsprüfung handelt
es sich um eine geringfügige
Abänderung
des AATCC Prüfverfahrens
66-1990, das vom Technischen Handbuch der American Association of
Textile Chemists and Colorists (1992), Seite 99, übernommen
wurde. Die Abänderung
besteht darin, daß zuerst
die Proben benetzt werden, bevor das Verfahren durchgeführt wird.
Dies wird durchgeführt,
indem die Proben vor der Prüfung
für fünf Minuten
in Wasser getränkt
werden, das 0,01 Prozent TRITON X-100 enthält. Die Probenbereitung wird
bei 22,8°C
(73°F) und
50 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt. Die Probe wird mit Pinzetten
vorsichtig aus dem Wasser entfernt, durch Pressen zwischen zwei
Löschpapierblättern mit
325 Gramm Gewicht entwässert
und in den Probenhalter gelegt, um wie beim Prüfverfahren der Trockenknitterregenerierung
geprüft
zu werden. Die Prüfung
mißt den
größten Regenerierungswinkel
der geprüften
Probe (in beliebiger Richtung, einschließlich der Maschinenrichtung
und quer zur Maschinenrichtung), wobei ein Winkel von 180° eine vollständige Regenerierung
darstellt. Der Prozentwert der Naßknitterregenerierung ist der
gemessene Winkel geteilt durch 180°, multipliziert mit 100. Absorbierende
Strukturen dieser Erfindung können
eine Naßknitterregenerierung
von etwa 60 Prozent oder mehr, genauer von etwa 70 Prozent oder
mehr und insbesondere von etwa 80 Prozent oder mehr aufweisen.
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Die
Naßkompressionselastizität der neuen
Materialien kann durch Verwendung eines Verfahrens für die Materialeigenschaft
gezeigt werden, das sowohl Naß-
als auch Trockeneigenschaften umfaßt. Eine programmierbare Festigkeitsmeßvorrichtung
wird im Kompressionsmodus verwendet, um an einer anfangs trockenen
konditionierten Probe eine bestimmte Serie von Kompressionszyklen
auszuführen,
wonach die Probe auf bestimmte Weise vorsichtig angefeuchtet wird
und danach dieselbe Abfolge an Kompressionszyklen daran ausgeführt wird.
Während
der Vergleich an Naß-
und Trockeneigenschaften von allgemeinem Interesse ist, betrifft
die wichtigste Information aus dieser Prüfung die Naßeigenschaften. Die Anfangsprüfung der
trockenen Probe kann als Konditionierungsschritt betrachtet werden.
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Jedes
Probenstück
besteht aus einem Stapel von zwei oder mehr konditionierten (24
Stunden bei 50% rel. Luftfeuchtigkeit, 22,8°C (73°F)) trockenen Probenbögen, die
zu 6,35 cm (2,5'') großen Quadraten
zugeschnitten werden, wobei eine Stapelmasse von vorzugsweise 0,2
bis 0,6 g geschaffen wird. Die Prüfabfolge beginnt mit der Kompression
der trockenen Probe auf 0,17 kPa (0,025 psi), um eine Anfangsdicke
(Zyklus A) zu erhalten, gefolgt von zwei Wiederholungen mit einer
Belastung von bis zu 13,79 kPa (2 psi), gefolgt von einer Entlastung
(Zyklen B und C). Schließlich
wird die Probe wieder auf 0,17 kPa (0,025 psi) komprimiert, um eine
Enddicke (Zyklus D) zu erhalten. (Einzelheiten des Vorgangs einschließlich der
Kompressionsgeschwindigkeiten werden weiter unten angegeben.) Anschließend an
die Behandlung der trockenen Probe wird unter Verwendung eines feinen
Nebels an deionisiertem Wasser gleichmäßig Feuchtigkeit auf die Probe
aufgetragen, um das Feuchtigkeitsverhältnis (g Wasser/g trockene
Faser) auf annähernd
1:1 zu bringen. Dies wird durch Auftragen von 95–110% zusätzlicher Feuchtigkeit beruhend
auf der konditionierten Probenmasse durchgeführt. Dies bringt typische Zellulosematerialien
in einen Feuchtigkeitsbereich, in dem mechanische Eigenschaften
relativ unempfindlich gegenüber
dem Feuchtigkeitsgehalt sind (z.B. ist die Empfindlichkeit viel
geringer, als sie für
Feuchtigkeitsverhältnisse
von weniger als 70% ist). Die befeuchtete Probe wird dann in die
Prüfvorrichtung
gelegt, und die Kompressionszyklen werden wiederholt.
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Es
werden drei Maße
der Naßelastizität betrachtet,
die gegenüber
der Zahl der Probenschichten, welche im Stapel verwendet werden,
relativ unempfindlich sind. Das erste Maß ist das Volumen der nassen
Probe bei 13,79 kPa (2 psi). Dies wird als „Preßdichte" bezeichnet. Das zweite Maß wird als „Rückfederverhältnis" bezeichnet, wobei
es sich um das Verhältnis
zwischen der Dicke der feuchten Probe bei 0,17 kPa (0,025 psi) am
Ende der Kompressionsprüfung
(Zyklus D) und der Dicke der feuchten Probe bei 0,17 kPa (0,025
psi) handelt, die am Beginn der Prüfung (Zyklus A) gemessen wurde.
Das dritte Maß ist
das „Ladeenergieverhältnis", bei dem es sich
um das Verhältnis
zwischen der Ladeenergie in der zweiten Kompression 13,79 kPa (2
psi) (Zyklus C) und jener der ersten Kompression auf 13,79 kPa (2
psi) (Zyklus B) während
der oben beschriebenen Abfolge für
eine benetzte Probe handelt. Wenn die Beladung als eine Funktion
der Dicke gezeichnet wird, ist die Ladeenergie die Fläche unter
der Kurve, wenn die Probe von einem unbeladenen Zustand in den Höchstbeladungszustand
jenes Zyklusses übergeht.
Für ein
rein elastisches Material wären
das Rückfeder-
und das Ladeenergieverhältnis
eine Einheit. Wir haben entdeckt, daß die drei hier beschriebenen
Maße relativ
unabhängig
von der Zahl der Schichten im Stapel sind und als nützliche
Maße für die Naßelastizität dienen.
Ebenso wird hier das Kompressionsverhältnis bezeichnet, das als das
Verhältnis
der Dicke der befeuchteten Probe bei Spitzenbeladung auf 13,79 kPa
(2 psi) im ersten Kompressionszyklus zur befeuchteten Anfangsdicke
bei 0,17 kPa (0,025 psi) bestimmt wird.
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Absorbierende
Strukturen dieser Erfindung können
eine oder mehrere der zuvor genannten Eigenschaften zeigen.
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Insbesondere
haben die absorbierenden Strukturen dieser Erfindung ein Kompressionsverhältnis von etwa
0,7 oder weniger, genauer etwa 0,6 oder weniger und insbesondere
etwa 0,5 oder weniger. Sie haben ebenso ein Rückfederverhältnis von etwa 0,75 oder mehr,
genauer etwa 0,8 oder mehr, noch genauer etwa 0,85 oder mehr und
insbesondere etwa 0,9 oder mehr. Das Ladeenergieverhältnis kann
etwa 0,7 oder mehr, genauer etwa 0,8 oder mehr betragen.
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Bei
der Durchführung
der Messungen der Naßkompressionsregenerierung
sollten die Proben für
zumindest 24 Stunden unter TAPPI Bedingungen (50% Relative Luftfeuchtigkeit,
22,8°C (73°F)) konditioniert werden.
Die Proben werden zu 6,35 cm × 6,35
cm (2,5'' × 2,5'')
großen
Quadraten gestanzt. Das Gewicht der konditionierten Proben sollte
für sinnvolle
Vergleiche wenn möglich
etwa 0,4 g betragen und innerhalb des Bereichs von 0,25 bis 0,6
g liegen. Die Zielmasse von 0,4 g wird durch Verwendung eines Stapels
von 2 oder mehr Bögen
erzielt, wenn das Basisgewicht des Bogens geringer als 65 g/m2 ist. Zum Beispiel wird für nominelle
Bögen von
30 g/m2 ein Stapel von 3 Bögen im allgemeinen
eine Gesamtmasse von ungefähr
0,4 g aufweisen.
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Die
Kompressionsmessungen werden unter Verwendung einer Universalprüfmaschine
Instron 4502 mit einer Schnittstelle zu einem 826 PC Computer durchgeführt, auf
dem eine Software der Instron-Serie XII (1989 herausgegeben) und
der Firmware-Version 2 läuft.
Eine Ladezelle mit 100 kN wird für
die Probenkompression mit kreisförmigen
Platten mit 5,715 cm (2,25'') Durchmesser verwendet.
Die untere Platte weist ein Kugellagerbauteil auf, um eine exakte
Ausrichtung der Platten zu ermöglichen.
Die untere Platte wird eingerastet, während sie durch die obere Platte
mit einer Last von 133,4–444,8
N (30–100
Pfund Fuß)
belastet wird, um parallele Oberflächen zu gewährleisten. Die obere Platte
muß ebenso mit
der Standardringmutter eingerastet werden, um ein Spiel der oberen
Platte auszuschließen,
während
die Last angelegt wird.
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Während nach
der Anlaufphase zumindest eine Stunde Aufwärmen folgt, wird die Schalttafel
des Meßgeräts verwendet,
um den Dehnungsmesser auf den Abstand 0 zu setzen, während die
Platten einander berühren
(bei einer Beladung von 4,536 kg–13,608 kg (10–30 Pfund).
Wenn die obere Platte frei hängt,
wird die kalibrierte Ladezelle ausbalanciert, um eine Ablesung von
Null zu erhalten. Der Dehnungsmesser und die Ladezelle sollten regelmäßig überprüft werden,
um ein Driften der Grundlinie (Verschiebung der Nullpunkte) zu verhindern.
Die Messungen müssen
in einer geregelten Feuchtigkeits- und Temperaturumgebung entsprechend
den Beschreibungen von TAPPI (50% ± 2% Relative Luftfeuchtigkeit
und 22,8°C
(73°F))
durchgeführt werden.
Die obere Platte wird dann auf eine Höhe von 0,508 cm (0,2 Zoll)
gehoben, und die Regelung des Instron wird dem Computer übertragen.
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Unter
Verwendung einer Software der Instron-Serie XII für zyklische
Prüfungen
wird eine Abfolge des Meßgeräts mit 7
Markierungen (einzelne Ereignisse) eingerichtet, die aus 3 zyklischen
Blöcken
(Befehlsgruppen) in der folgenden Reihenfolge besteht:
Markierung
1: Block 1
Markierung 2: Block 2
Markierung 3: Block 3
Markierung
4: Block 2
Markierung 5: Block 3
Markierung 6: Block 1
Markierung
7: Block 3
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Block
1 weist das Querhaupt an, sich mit 3,81 cm/Min. (1,5 Zoll/Min.)
abzusenken, bis eine Last von 0,045 kg (0,1 Pfund) angelegt wird
(die Einstellung des Instron beträgt 0,1 Pfund, da die Kompression
als negative Kraft definiert wird). Die Regelung erfolgt durch Verschiebung.
Wenn die Ziellast erreicht ist, wird die angewendete Last auf Null
verringert.
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Block
2 bestimmt, daß das
Querhaupt eine Last in einem Bereich von 0,023 kg (0,05 Pfund) bis
zu einer Spitze von 3,629 kg (8 Pfund), dann zurück zu 0,023 kg (0,05 Pfund)
mit einer Geschwindigkeit von 1,02 cm (0,4 Zoll/Min.) anlegt. Unter
der Verwendung der Software von Instron ist der Regelungsmodus die
Verschiebung, der Grenztyp ist die Last. Die erste Stufe beträgt –0,023 kg
(–0,05
Pfund), die zweite Stufe beträgt –3,629 kg
(–8 Pfund),
die Verweilzeit beträgt
0 s und die Zahl der Übergänge beträgt 2 (Kompression,
dann Nachlassen); „kein
Betrieb" wird für das Erde
des Blocks angegeben.
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Block
3 verwendet Verdrängungsregelung
und Grenztyp, um das Querhaupt einfach mit einer Geschwindigkeit
von 10,16 cm/Min. (4 Zoll/Min.) mit 0 Druckhaltezeit auf 0,508 cm
(0,2 Zoll) zu heben. Andere Einstellungen für die Software von Instron
sind 0 in der ersten Stufe, 0,2 in der zweiten Stufe, 1 Übergang
und „kein
Betrieb" am Ende
des Blocks.
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Wenn
sie in der oben angegebenen Reihenfolge ausgeführt wird (Markierungen 1–7), komprimiert
die Instron-Abfolge
die Probe auf 0,17 kPa (0,025 psi (0,1 Pfund/Fuß)), läßt nach, komprimiert dann auf
13,79 kPa (2 psi (8 Pfund)), gefolgt von Kompressionsverminderung
und einem Heben des Querhaupts auf 0,508 cm (0,2 Zoll), komprimiert
dann die Probe wieder auf 13,79 kPa (2 psi), läßt nach, hebt das Querhaupt
auf 0,508 cm (0,2 Zoll), komprimiert wieder auf 0,17 kPa (0,025
psi) 0,44 N (0,1 Pfund/Fuß)
und hebt dann das Querhaupt. Die Datenerfassung sollte in Abständen durchgeführt werden, die
für Block
2 nicht größer als
jeweils 0,051 cm (0,02'') oder 0,181 kg (0,4
Pfund) (was auch immer zuerst kommt) sind, und die für Block
1 nicht größer als 0,0045
kg (0,01 Pfund) sind. Vorzugsweise wird die Datenerfassung in Block
1 alle 0,0018 kg (0,004 Pfund) durchgeführt und in Block 2 alle 0,0227
kg (0,05 Pfund) oder 0,013 cm (0,005 Zoll) (was immer zuerst kommt).
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Die
Ergebnisausgabe der Software Serie XII wird eingestellt, um die
Ausdehnung (Dicke) bei Spitzenlasten für die Markierungen 1, 2, 4
und 6 (bei jeweils 0,17 kPa und 13,79 kPa (0,025 und 2,0 psi) Spitzenlast), die
Lastenergie für
die Markierungen 2 und 4 (die zwei Kompressionen auf 13,79 kPa (2,0
psi), die zuvor jeweils als Zyklus B und C bezeichnet wurden), das
Verhältnis
der zwei Lastenergien (zweiter Zyklus/erster Zyklus) und das Verhältnis der
Enddicke zur Anfangsdicke (Verhältnis
zwischen der Dicke bei der letzten und der ersten Kompression auf
0,17 kPa (0,025 psi)) zu liefern. Die Ergebnisse des Vergleichs
zwischen Last und Dicke werden während
der Ausführung
der Blöcke
1 und 2 am Bildschirm angezeigt.
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Bei
der Durchführung
einer Messung wird die trockene konditionierte Probe auf der unteren
Platte zentriert und die Prüfung
wird eingeleitet. Nach der Vollendung der Abfolge wird die Probe
sofort entfernt und Feuchtigkeit (deionisiertes Wasser bei 22,2°C–22,8°C (72–73°F)) wird
aufgetragen. Die Feuchtigkeit wird mit einem feinen Nebel gleichmäßig aufgetragen,
um eine feuchte Probemasse von annähernd dem 2,0-fachen der Anfangsmasse
der Probe zu erreichen (95–110%
zusätzliche
Feuchtigkeit, vorzugsweise 100% zusätzliche Feuchtigkeit beruhend
auf der Masse der konditionierten Probe werden aufgetragen; dieser
Grad an Feuchtigkeit sollte ein absolutes Feuchtigkeitsverhältnis zwischen
1,1 und 1,3 g Wasser/g ofentrockener Faser ergeben – wobei
ofentrocken das Trocknen für
zumindest 30 Minuten in einem Ofen bei 105°C bezeichnet). Der Nebel sollte
bei aufgetrennten Bögen
gleichmäßig (für Stapel
von mehr als einem Bogen) aufgetragen werden, wobei Sprühen sowohl
auf die Vorderseite als auch auf die Rückseite jedes Bogens angewendet
wird, um einen gleichmäßigen Feuchtigkeitsauftrag
sicherzustellen. Dies kann durch Verwendung einer herkömmlichen Plastiksprühflasche
erreicht werden, wobei ein Behälter
oder eine andere Barriere den Großteil des Sprühnebels
blockiert, wodurch nur die oberen 10–20% der Sprühhülle – ein feiner
Nebel – auf
die Probe auftreffen können.
Die Sprühquelle
sollte während
des Sprühauftrags
zumindest 10'' von der Probe entfernt
sein. Im allgemeinen muß Sorgfalt
angewendet werden, um sicherzustellen, daß die Probe durch einen feinen
Sprühnebel
gleichmäßig befeuchtet
wird. Die Probe muß während des
Verfahrens des Feuchtigkeitsauftrags mehrere Male gewogen werden,
um den gewünschten
Feuchtigkeitsgehalt zu erreichen. Nicht mehr als drei Minuten sollten
zwischen der Vollendung der Kompressionsprüfung auf der trockenen Probe
und der Vollendung des Feuchtigkeitsauftrags verstreichen. Vom Ende
des Sprühauftrags
zum Beginn der anschließenden
Kompressionsprüfung
werden 45–60
Sekunden zugelassen, um Zeit für
die Dochtwirkung im Inneren und das Aufsaugen des Sprühnebels
zu schaffen. Zwischen drei und vier Minuten werden zwischen der
Vollendung der trockenen Kompressionsabfolge und dem Beginn der
nassen Kompressionsabfolge verstreichen.
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Sobald
der gewünschte
Massenbereich erreicht wurde, der durch eine Digitalwaage angezeigt
wird, wird die Probe auf der unteren. Instron-Platte zentriert und
die Prüfabfolge
wird eingeleitet. Nach der Messung wird die Probe zum Trocknen in
einen Ofen mit 105°C
gelegt, und das Ofentrockengewicht wird später aufgezeichnet (die Probe
sollte 30–60
Minuten trocknen können,
wobei anschließend
das Trockengewicht gemessen wird).
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Es
ist zu beachten, daß es
zu einer Kriechdehnungserholung zwischen den zwei Kompressionszyklen auf
13,79 kPa (2 psi) kommen kann, so daß die Zeit zwischen den Zyklen
wichtig sein kann. Für
die Einstellungen der Meßinstrumente,
die in diesen Instron-Prüfungen
verwendet werden, steht eine Dauer von 30 Sekunden (±4 s) zwischen
dem Beginn der Kompression während
der zwei Zyklen auf 13,79 kPa (2 psi) zur Verfügung. Der Beginn der Kompression
wird als jener Punkt bestimmt, an dem die Ablesung der Lastzelle
0,014 kg (0,03 Pfund) überschreitet.
In gleicher Weise besteht ein Abstand von 5–8 Sekunden zwischen dem Beginn der
Kompression bei der ersten Dickenmessung (Anstieg auf 0,17 kPa (0,02
psi)) und dem Beginn des anschließenden Kompressionszyklusses
auf 13,79 kPa (2 psi). Der Abstand zwischen dem Beginn des zweiten Kompressionszyklusses
auf 13,79 kPa (2 psi) und dem Beginn der Kompression für die letzte
Dickenmessung beträgt
annähernd
20 Sekunden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines Verfahrens, das ungekrepptes durchgetrocknetes
Papier erzeugt, das zur Herstellung naßelastischer absorbierender
Strukturen dieser Erfindung verwendbar ist.
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Genaue Beschreibung
der Zeichnung
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Bezugnehmend
auf 1 wird ein Verfahren zur Herstellung durchgetrcckneter
Papierbögen
gezeigt. (Der Einfachheit halber werden mehrere Spannwalzen gezeigt,
aber nicht beziffert, die schematisch verwendet werden, um die Läufe von
mehreren Bahnen zu bestimmen. Es ist anzuerkennen, daß Abwandlungen
des Geräts
und des Verfahrens erfolgen können,
die in 1 veranschaulicht werden, ohne den Umfang der
Erfindung zu verlassen). Gezeigt wird ein Doppelsiebblattbildner
mit einem geschichteten papiererzeugenden Stoffauflaufkasten 10,
der einen Strom 11 einer wäßrigen Suspension von papiererzeugenden
Fasern einspritzt oder auf den Formgebungsstoff 13 abscheidet,
der zum Stützen
und Tragen der neu gebildeten nassen Bahn stromabwärts im Verfahren
dient, während
die Bahn auf eine Konsistenz von etwa 10 Trockengewichtsprozent teilweise
entwässert
wird. Zusätzliches
Entwässern
der nassen Bahn, wie zum Beispiel durch Vakuumabsaugung, kann durchgeführt werden,
während
die nasse Bahn durch den Formgebungsstoff gestützt wird.
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Die
nasse Bahn wird dann vom Formgebungsstoff auf einen Übertragungsstoff 17 überführt, der
sich mit einer geringeren Geschwindigkeit als der Formgebungsstoff
bewegt, um der Bahn eine erhöhte
Dehnung zu verleihen. Die Übertragung
wird vorzugsweise mit Hilfe eines Vakuumschuhs 18 und eines
konstanten Spalts oder eines Abstands zwischen dem Formgebungsstoff
und dem Übertragungsstoff
oder einer Kiss-Übertragung
durchgeführt,
um eine Kompression der nassen Bahn zu vermeiden.
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Die
Bahn wird dann mit Hilfe einer Vakuumübertragungswalze 20 oder
eines Vakuumübertragungsschuhs
vom Übertragungsstoff
zum Durchtrocknungsstoff 19 überführt, wahlweise wieder unter
Verwendung einer Übertragung
mit konstantem Spalt, wie zuvor beschrieben wurde. Der Durchtrocknungsstoff
kann sich mit etwa derselben Geschwindigkeit oder mit einer anderen
Geschwindigkeit relativ zum Übertragungsstoff
bewegen. Wenn es gewünscht
wird, kann der Durchtrocknungsstoff mit geringerer Geschwindigkeit
laufen, um die Dehnung weiter zu verbessern. Die Übertragung
wird vorzugsweise mit Hilfe von Vakuum durchgeführt, um ein Verformen in Anpassung
an den Durchtrocknungsstoff sicherzustellen, wodurch sich ein gewünschtes
spezifisches Volumen und Aussehen ergibt.
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Der
Grad an Vakuum, der für
die Übertragung
der Bahn verwendet wird, kann etwa (3 bis etwa 15 Zoll Quecksilbersäule) 75
bis etwa 380 Millimeter Quecksilbersäule, vorzugsweise etwa (5 Zoll)
125 Millimeter Quecksilbersäule
betragen. Der Vakuumschuh (Unterdruck) kann durch die Verwendung
von Überdruck
von der gegenüberliegenden
Seite der Bahn ergänzt
oder ersetzt werden, um die Bahn auf den nächsten Stoff zu blasen, zusätzlich oder
als Ersatz dafür,
daß es
mit Vakuum auf den nächsten
Stoff gesaugt wird. Es können ebenso
eine oder mehrere Vakuumwalzen verwendet werden, um den (die) Vakummschuh(e)
zu ersetzen.
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Während die
Bahn vom Durchtrocknungsstoff gestützt wird, wird sie schließlich durch
den Durchtrockner 21 auf eine Konsistenz von etwa 94 Prozent
oder mehr getrocknet und danach auf einen Trägerstoff 22 überführt. Der
getrocknete Grundbogen 23 wird unter Verwendung eines Trägerstoffs 22 und
eines wahlweisen Trägerstoffs 25 zur
Rolle 24 befördert.
Eine wahlweise Drehwalze 26 unter Druck kann verwendet
werden, um die Überführung der
Bahn vom Trägerstoff
22 zum Stoff 25 zu erleichtern. Geeignete Trägerstoffe
für diesen Zweck
sind Albany International 84M oder 94M und Asten 959 oder 937, die
alle relativ weiche Stoffe mit einem feinen Muster sind. Obwohl
es nicht gezeigt wird, kann Rollenkalandrieren oder anschließendes Kalandrieren außerhalb
der Fertigungsstraße
verwendet werden, um die Glätte
und Weichheit des Grundbogens zu verbessern.
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Beispiele
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Beispiele 1–4
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Um
ein Verfahren zur Herstellung absorbierender Strukturen dieser Erfindung
zu veranschaulichen, wurden Papierbögen unter Verwendung nicht
naßelastischer
Kraftfasern aus nordischem Weichholz (NSWK) mit und ohne Naßstärkenwirkstoff
(9,072 kg/Tonne (20 Pfund/Tonne) Kymene) und naßelastischer Fasern (Fichte
BCTMP) mit und ohne Naßstärkenwirkstoff
(9,072 kg/Tonne (20 Pfund/Tonne) Kymene) unter Verwendung eines
ungekreppten Durchtrocknungsverfahrens erzeugt, wie dies in 1 beschrieben
wird.
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Die
Faser wurde mit 4% Konsistenz im Hydropulper für 30 Minuten zermahlen. Die
Faser wurde in eine Stoffbütte
gepumpt und auf 1,0% Konsistenz verdünnt. 20#/Tonne Kymene 557 LX
wurden zur Stoffbütte
zugegeben und für
30 Minuten gemischt. Ein einzelschichtiger Mischbogen mit 30 g/m2 Trockengewicht wurde auf einem Formgebungsstoff
Albany 94M gebildet und mit einem Vakuum von (5 Zoll) 127 Millimeter
Quecksilbersäule
entwässert.
Der Formgebungsstoff bewegte sich mit (69 Fuß pro Minute) 0,35 Meter pro
Sekunde. Der Bogen wurde in einer 15% Stoßübertragung auf einen Übertragungsstoff
Lindsay 952-S05 übertragen,
der sich mit (60 Fuß pro
Minute) 0,30 Metern pro Sekunde bewegte. Das Vakuum bei der Übertragung
zwischen dem Formgebungsstoff und dem Übertragungsstoff betrug (10
Zoll) 254 Millimeter Quecksilbersäule.
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Der
Bogen wurde durch Vakuum bei 12 Zoll (305 Millimeter) Quecksilbersäule auf
einen Durchtrocknungsstoff (Lindsay T116-1) übertragen, der sich mit der
selben Geschwindigkeit wie der Übertragungsstoff
bewegte, nämlich
mit (60 Fuß pro
Minute) 0,30 Meter pro Sekunde. Der Bogen und der Durchtrocknungsstoff
bewegten sich unmittelbar vor dem Eintritt in einen Honeycomb-Durchtrockner, der
bei (200°F)
93°C betrieben wurde, über ein
viertes Vakuum mit (12 Zoll) 305 Millimeter Quecksilbersäule, und
wurden auf eine Endtrockene von 94–98% Konsistenz getrocknet.
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Die
Bögen wurden
5 Tage lang bei weniger als 50% relativer Luftfeuchtigkeit bei (70°F) 21°C gealtert. Die
Bögen wurden
in einer geregelten Umgebung von 50% ± 2% rel. Luftfeuchtigkeit
und 23° ± 1° auf mechanische
Eigenschaften geprüft.
Die Naß-
und Trockenfestigkeiten wurden mit einer Probenbreite von (3 Zoll) 7,62
cm, einer Backenspannweite von (4 Zoll) 10,16 cm bei einer Querhauptgeschwindigkeit
von (10 Zoll/Min.) 25,4 cm/Min. Instron-geprüft. Die Dicke wurde mit dem
TMI Prüfgerät bei 1,99
kPa (0,289 psi) gemessen.
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-
Wie
ersichtlich weist das Beispiel 4 (diese Erfindung) im wesentlichen
eine größere Naßelastizität auf, gemessen
durch die Naßknitterregenerierungsprüfung, als
die anderen drei Proben. Zusätzlich
weist das Beispiel 4 ebenso ein hohes Naß-Trocken-Zugfestigkeitsverhältnis auf.
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Beispiele 5–8
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Weitere
Beispiele wurden ähnlich
wie jene, die in den Beispielen 1–4 beschrieben sind, durchgeführt, aber
für den
Zweck, die Wirkung des Basisgewichts auf eine voluminöse absorbierende
naßelastische
Struktur zu untersuchen. Vier Basisgewichtsstufen mit 30, 24, 18
und 13 g/m2 aus 100% Fichte BCTMP mit 20#/Tonne Kymene
wurden erzeugt.
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Die
Faser wurde im Hydropulper 30 Minuten lang auf 4% Konsistenz zermahlen.
Die Faser wurde in eine Stoffbütte
gepumpt und auf 1,0% Konsistenz verdünnt. 20#/Tonne Kymene 557 LX
wurden zur Stoffbütte zugegeben
und 30 Minuten lang durchmischt. Ein einzelschichtiger Mischbogen
wurde auf einem Formgebungsstoff Albany 94M gebildet und mit einem
Vakuum von (4 Zoll) 102 Millimeter Quecksilbersäule entwässert. Der Formgebungsstoff
bewegte sich mit (69 Fuß pro
Minute) 0,35 Meter pro Sekunde. Der Bogen wurde in einer 15% Stoßübertragung
auf einen Übertragungsstoff
Lindsay 952-S05 überführt, der
sich mit (60 Fuß pro
Minute) 0,30 Meter pro Sekunde bewegte. Das Vakuum bei der Übertragung
zwischen dem Formgebungsstoff und dem Übertragungsstoff betrug (7
Zoll) 178 Millimeter Quecksilbersäule. Die 13 gm2 (13
g/m2) Probe wurde ohne Stoßübertragung
erzeugt, der Formgebungsstoff bewegte sich mit (60 Fuß pro Minute)
0,30 Meter pro Sekunde gleich schnell wie der Übertragungsstoff und der Durchtrocknungsstoff.
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Der
Bogen wurde durch Vakuum bei (10 Zoll) 254 Millimeter Quecksilbersäule auf
einen Durchtrocknungsstoff (Lindsay T116-1) übertragen, der sich mit der
selben Geschwindigkeit von (60 Fuß pro Minute) 0,30 Meter pro
Sekunde wie der Übertragungsstoff
bewegte. Der Bogen und der Durchtrocknungsstoff bewegten sich gerade
vor dem Eintritt in einen Honeycomb-Durchtrockner, der bei (260°F) 127°C betrieben
wurde, über ein
viertes Vakuum mit (11 Zoll) 279 Millimeter Quecksilbersäule, und
sie wurden auf eine Endtrockene von 94–98% Konsistenz getrocknet.
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Die
Bögen wurden über 5 Tage
bei weniger als 50% relativer Luftfeuchtigkeit bei (70°F) 21°C gealtert. Die
Bögen wurden
in einer geregelten Umgebung von 50% ± 2% relativer Luftfeuchtigkeit
und 23°C ± 1° auf mechanische
Eigenschaften geprüft.
Die Naß-
und Trockenfestigkeiten wurden mit einer Probenbreite von (3 Zoll)
7,62 cm, einer Backenspannweite von (4 Zoll) 10,16 cm bei (10 Zoll/Min.)
25,4 cm/Min. Querhauptgeschwindigkeit mit einem Instron geprüft. Die
Dicke wurde mit dem TMI Prüfgerät bei 1,99
kPa (0,289 psi) gemessen. (Der einzige Unterschied zwischen diesem
Beispiel und dem vorigen Beispiel ist der Grad an Vakuum und die
Trocknertemperatur.)
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Wie
ersichtlich, zeigten alle Beispiele eine hohe Naßelastizität, welche durch die Naßknitterregenerierungsprüfung bestimmt
wird.
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Beispiele 9–11
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Um
diese Erfindung weiter zu veranschaulichen, wurden ungekreppte durchgetrocknete
Tissues unter Verwendung des Verfahrens erzeugt, wie es im wesentlichen
in 1 veranschaulicht wird. Genauer gesagt wurden
einzelschichtige, einzellagige Tissues hergestellt, bei denen alle
Schichten ungereinigte gebleichte chemothermomechanische Zellstoffasern
(BCTMP) aus nordischem Weichholz umfaßten. Vor der Bildung wurden
die BCTMP Fasern 20 Minuten lang auf 4,6 Prozent Konsistenz, vermahlen
und nach dem Zermahlen auf 2,8 Prozent Konsistenz verdünnt. Kymene
557 LX wurde in einer Menge von 10–18 Kilogramm pro metrischer
Tonne des Zellstoffs zugegeben.
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Ein
vierschichtiger Stoffauflaufkasten wurde zur Bildung der nassen
Bahn mit dem ungereinigten BCTMP Zellstoff aus nordischem Weichholz
in allen vier Schichten verwendet. Turbulenz erzeugende Einsätze mit
einer Vertiefung von etwa (3 Zoll) 75 Millimeter gegenüber den
Stau- und Schichttrennvorrichtungen wurden eingesetzt, die etwa
(6 Zoll) 1.50 Millimeter über
die Stauvorrichtung herausragten. Biegsame Lippenausdehnungen von
etwa (6 Zoll) 150 Millimeter über
die Stauvorrichtung hinaus wurden ebenso verwendet wie im US-Patent
Nr. 5,129,988 gelehrt wird, das am 14. Juli 1992 von Farrington,
Jr. mit dem Titel „Extended
Flexible Headbox Slice With Parallel Flexible Lip Extensions and
Extended Internal Dividers" veröffentlicht
wurde. Die Nettoöffnung
der Stauvorrichtung betrug etwa (0,75 Zoll) 19 Millimeter, und die
Wasserflüsse
in allen vier Stoffauflaufschichten waren vergleichbar. Die Konsistenz
des Zellstoffs, der in den Stoffauflauf geleitet wurde, lag im Bereich
von etwa 0,3 bis etwa 0,5 Gewichtsprozent.
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Der
entstehende einzelschichtige Bogen wurde auf einem Doppelsiebblattbildner
mit Saugform gebildet, bei dem beide Formgebungsstoffe (12 und 13 in 1)
Asten 866 Stoffe waren. Die Geschwindigkeit der Formgebungsstoffe
lag im Bereich von 5,3 bis 6,6 Meter pro Sekunde. Die neu gebildete
Bahn wurde dann unter Verwendung von Vakuumabsaugen des Formgebungsstoffs
von unten auf eine Konsistenz von etwa 20–27 Prozent entwässert, bevor
es auf den Übertragungsstoff überführt wurde,
der sich mit 3,6 bis 5,1 Meter pro Sekunde bewegte. Die entstehende
Stoßübertragung
lag im Bereich von 30 bis 50 Prozent. Der Übertragungsstoff war ein Lindsay
2164 Stoff. Ein Vakuumschuh, der ein Vakuum von etwa (6–15 Zoll)
150–380
Millimeter Quecksilbersäule
zog, wurde zur Überführung der
Bahn auf den Übertragungsstoff
verwendet.
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Die
Bahn wurde dann auf einen Durchtrocknungsstoff (Lindsay Wire T116-3) übertragen.
Der Durchtrocknungsstoff bewegte sich mit einer im wesentlichen
gleichen Geschwindigkeit wie der Übertragungsstoff. Die Bahn
wurde über
einen Honeycomb-Durchtrockner
geführt,
der bei einer Temperatur von etwa (400°F) 204°C betrieben wurde und auf eine
Endtrockene von etwa 94–98
Prozent Konsistenz getrocknet. Die entstehenden ungekreppten durchgetrockneten
Tissuebögen
wiesen die folgenden Eigenschaften auf:
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Wie
ersichtlich, wiesen alle drei Beispiele, für welche die Naßknitterregenerierungsprüfung durchgeführt wurde,
eine hohe Naßelastizität auf, wie
sie durch jene Prüfung
gemessen wird.
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Um
die Eigenschaften der absorbierenden Strukturen dieser Erfindung
weiter zu veranschaulichen, wurden die Naßkompressionselastizitätseigenschaften
einiger der vorangegangenen Proben gemessen und unten bekanntgegeben.
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Naßkompressionselastizität
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Wie
ersichtlich zeigen die Beispiele dieser Erfindung (Beispiele 4–11) im
Vergleich zu den Kontrollen (Beispiele 1–3) alle hohe Rückfederverhältnisse
und hohe Lastenergieverhältnisse.
Zusätzlich
zeigten einige der Beispiele dieser Erfindung ebenso ein hohes Kompressionsvolumen
von etwa 7,5 cm3/g (7,5 cc/g) oder mehr
(Beispiele 9, 10). Ebenso zeigen alle Beispiele dieser Erfindung
Kompressionsverhältnisse
von etwa 0,7 oder weniger in Verbindung mit Rückfederverhältnissen von etwa 0,8 oder
mehr und Lastenergieverhältnissen von
etwa 0,7 oder mehr, wodurch sich eine Bahn mit einem geringen Naßmodul und
einer hohen Naßelastizität ergibt.
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Es
versteht sich von selbst, daß die
vorangegangenen Beispiele, die der Veranschaulichung dienen, nicht
als Einschränkung
des Umfangs der Erfindung betrachtet werden sollen, welcher durch
die folgenden Ansprüche
bestimmt wird.
