DE69528835T2

DE69528835T2 - Verfahren zur herstellung von sanftem tissuepapier mit kationischen silikonen

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Publication number: DE69528835T2
Application number: DE69528835T
Authority: DE
Inventors: Martin Kaun
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2015-07-15
Also published as: MX9700901A; DE69528835D1; WO1996005372A1; CA2150790A1; BR9508544A; AU3099195A; EP0775235A1; US5529665A; JPH10504358A; US5591306A; KR100385273B1; ZA956371B; TW318194B; AU693582B2; PL318497A1; CA2150790C; PL180701B1; EP0775235B1

Description

Bei der Herstellung weicher Tissues, wie z. B. Gesichts- und Toilettentissues, verbessert die Industrie ständig die Griffeigenschaften der Produkte, um den Bedürfnissen und Wünschen der Konsumenten zu entsprechen. Ein Mittel zur Verbesserung des Griffes von Tissue ist, einen Zusatzstoff in das Tissue einzubauen, der ein Silikon, wie z. B. ein Polysiloxan, umfasst. Der Ausdruck "Silikon" umfasst einen großen Bereich von Produkten, die Ketten von Silikonatomen als ihre Kernstruktur aufweisen. Andere Eigenschaften werden erreicht durch das Anlagern ausgewählter chemischer funktioneller Gruppen an die Silikon- Hauptkette. Die entstehenden Strukturen werden allgemein als Polysiloxan, Polydimethylsiloxan oder Polydiorganosiloxane bezeichnet. Silikone sind normalerweise hydrophob und können als reine Fluids, organische Lösemittellösungen oder als Wasseremulsionen hergestellt werden. Diese Emulsionen können eine positive, eine neutrale oder eine negative Ladung aufweisen. Die Größe des Emulsionspartikels kann auch von etwa 50 Nanometern (Mikroemulsionen) bis etwa 1 Mikron angepasst werden. Silikone können als Fluid geliefert werden, allerdings weisen diese normalerweise eine geringe Lösbarkeit in Wasser auf, wenn nicht eine zusätzliche funktionelle Gruppe verwendet wird, um eine hydrophile Eigenschaft zu verleihen.
Es ist bekannt, dass Silikone der Oberfläche des Tissues ein erstrebenswertes glattes oder seidiges Gefühl verleihen und dadurch die fühlbare Weichheit verbessern. Typischerweise werden Silikone an irgendeinem Punkt, nachdem die Tissuebahn gebildet worden ist, entweder vor oder nach dem Trocknen, durch Sprühen oder Drucken des Silikons auf die Oberfläche des Tissues auf die Tissuebahn aufgetragen. Obwohl solche Verfahren effektiv sind, erfordern sie eine Kapitalinvestition in eine Sprüh- oder Druckausstattung, um das Silikon aufzutragen. Außerdem sind die Silikone selbst teuer, und es ist im Allgemeinen eine bedeutende Menge an Silikon erforderlich, um dem Tissue die gewünschten Eigenschaften zu verleihen. Die Auftragsmengen liegen typischerweise im Bereich von etwa 1-2 Trockengewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht der Fasern.
Das Konzept, Silikone zur Nasspartie des Tissueherstellungsverfahrens hinzuzufügen, ist früher erwogen worden auf Grund seiner Einfachheit und der damit verbundenen Vermeidung von Kapitalaufwand. Aber wenn es in bedeutenden Mengen, wie sie normalerweise durch Sprühen oder Drucken erforderlich sind, verwendet wird, richtet das Silikon einen großen Schaden beim abwärts verlaufenden Kreppvorgang an, indem es eine angemessene Haftung des Blattes an der Trockneroberfläche verhindert und dadurch verursacht, dass das Blatt vom Trockner wegflattert. Zusätzlich baut sich das Silikon schnell im Wassersystem der Nasspartie auf, das entsorgt werden muss, was zum Verlust des teuren Silikons führt.
Daher besteht ein Bedarf an einem Mittel zum Einbauen von Silikonmaterialien in Tissues, das die Griffeigenschaften des Tissues verbessert und das einfach und verhältnismäßig günstig bezüglich Kapital und Materialkosten ist.
Dieses Ziel wurde erreicht durch das Verfahren zur Herstellung eines geschichteten, weichen Tissueblattes gemäß unabhängigem Anspruch 1 und das Verfahren zur Herstellung eines gemischten, weichen Tissueblattes gemäß unabhängigem Anspruch 2. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Die Erfindung beruht auf den Feststellungen des Anmelders, dass Silikone, insbesondere Polysiloxane, in die Nasspartie des Tissueherstellungsverfahrens in sehr geringen Maßen eingeführt werden können, die immer noch effektiv bei der Verbesserung der Weichheit des entstehenden Tissueproduktes sind und die nicht mit dem Kreppvorgang interferieren. Das wird umgesetzt durch die Verwendung geringer Mengen eines Silikons, das sich an die negativ geladenen Stellen an der Oberfläche der Zellulosefasern bindet durch eine kationische Ladung entweder auf dem Silikon selbst oder auf dem oberflächenaktiven Stoff, der verwendet wird, um die Kolloidpartikel zu stabilisieren. Die Krepphaftmittelformulierung kann entsprechend angepasst werden, um die Gegenwart des Silikons bei hohen Silikonzugaberaten zu rechtfertigen. Die Kationenbindung kann erreicht werden, indem die Zellulosefasern mit einem wasserlöslichen oder wasserkompatiblen kationischen Silikon oder einem Silikon in Berührung gebracht wird, das mit einem kationischen oberflächenaktiven Stoff behandelt worden ist, um positive Bindungsstellen bereitzustellen. Solche Silikone lagern sich an die Zellulosefasern an und weisen eine größere Rückhaltung auf der Faser auf als nicht ionische oder anionische Silikone. In der Folge geht deutlich weniger Silikon während der Bildung der Tissuebahn an das Siebwassersystem verloren, und das Silikon bleibt im Wesentlichen in der Faserlage, zu der es hinzugefügt wurde. Das ermöglicht die Herstellung eines weichen und festen Tissueblattes.
Daher beruht die Erfindung in einem Aspekt auf einem Verfahren zur Herstellung eines weichen Tissueblattes, umfassend die Schritte des (a) Bildens einer wässrigen Suspension aus Zellulosefasern zur Papierherstellung, die etwa 0,01 bis etwa 1 Trockengewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht der Fasern, eines kationischen Silikons enthalten; (b) Aufbringens der wässrigen Fasersuspension auf einen mit Löchern versehenen Bildungsdraht, welcher die Fasern zurückhält, um eine nasse Bahn zu bilden; (c) Entwässerns oder Entwässerns/Trocknens der nassen Bahn; (d) Klebens der Bahn auf einen Kreppzylinder, wie z. B. einen Yankee-Trockner, mit einem Haftmittel, wie in Anspruch 1 definiert, und (e) Kreppens der Bahn vom Kreppzylinder mit einem Kreppmesser, um ein weiches Tissue zu bilden.
Im Fall eines Nasspressverfahrens kann die Tissuebahn auf dem Yankee-Trockner getrocknet werden. Im Fall eines Durchtrocknungsverfahrens kann die Bahn teilweise oder vollständig getrocknet werden, bevor sie an den Kreppzylinder geklebt wird, der wiederum ein Yankee-Trockner sein kann. Als Alternative kann die Bahn durchgetrocknet und ungekreppt gelassen werden, wenn das kationische Silikon und die Fasern ohne Kreppen eine angemessene Weichheit bereitstellen. Solche ungekreppten durchgetrockneten Tissues sind vorzugsweise geschichtet und weisen wenigstens eine äußere Lage auf, die überwiegend Hartholzfasern und ein kationisches Silikon enthält.
Vorzugsweise wird das Tissue als geschichtetes Tissue gebildet, das eine Hartholzlage an der außenseitigen Oberfläche und eine Weichholz- (Festigkeits-) lage an der inneren Oberfläche aufweist. Da das kationische Silikon in mancherlei Hinsicht wie ein bindungsverminderndes Mittel wirkt, wird das Silikon vorzugsweise nur zum Hartholzfasermaterial der äußeren Lage hinzugefügt, um die Weichheit des entstehenden Tissues zu verbessern, ohne die Festigkeit der Weichholzlage herabzusetzen. Es ist bevorzugt, dass die Hartholzlage, die das kationische Silikon enthält, während des Kreppens gegen die Oberfläche des Kreppzylinders oder Yankee-Trockners angeordnet ist, so dass das kationische Silikon auf der Seite des Tissues endet, die glatter und weicher ist. Im Allgemeinen ist die "Trockner-Seite" des Tissues glatter als die gegenüberliegende Seite (Luft-Seite). Das endgültige Tissueprodukt kann eine, zwei, drei oder mehrere Lagen aufweisen. Bei mehrlagigen Produkten weisen die einzelnen Lagen vorzugsweise eine zweischichtige Konstruktion auf, wobei die Festigkeitslage innen und die weichere Hartholzlage an der Außenseite des Produktes angeordnet ist.
Wie hier verwendet ist ein "kationisches Silikon" jedes beliebige Silikonpolymer oder -oligomer, das einen Silikonkern, einschließlich Polysiloxane, mit einer positiven Ladung aufweist, entweder als Folge der Silikonstruktur selbst oder als Folge dessen, dass es in Kombination mit einem oberflächenaktiven Stoff ist. Das Silikon kann auf die wässrige Suspension aus Fasern zur Papierherstellung als Silikonfluid, als Emulsion, als Suspension oder als Feststoff aufgebracht werden. Das Silikon kann nichtsubstituiertes Polydimethylsiloxan sein oder es kann ein Polysiloxan mit substituierten funktionellen Gruppen, wie z. B. Amino-, Epoxy-, Silanol-, quaternärem Stickstoff usw., sein.
Für gekreppte Tissues kann die Menge an kationischem Silikon, das zur wässrigen Suspension aus Fasern zur Papierherstellung hinzugefügt wird, von etwa 0,01 bis etwa 1 Trockengewichtsprozent, insbesondere von etwa 0,05 bis etwa 0,5 Trockengewichtsprozent und noch mehr im Besonderen von etwa 0,1 bis etwa 0,2 Trockengewichtsprozent sein. Die Auftragsmenge kann von den gewünschten Griffeigenschaften, der Papierherstellungsfaser-Zusammensetzung und der Krepphaftmittel-Zusammensetzung abhängen. Wenn das kationische Silikon zu einer Lage hinzugefügt wird, sind die zuvor erwähnten Mengen für die spezielle Lage anwendbar. Wenn das Tissue gemischt (nicht geschichtet) ist, gelten die vorangegangenen Mengen für das Gesamtgewicht des Tissues. Für ungekreppte Tissues kann die Obergrenze für die Menge an hinzugefügtem kationischem Silikon höher sein und in erster Linie aus Gründen der Wirtschaftlichkeit begrenzt sein, da es keinen Kreppschritt gibt, mit dem das Silikon interferieren kann. Wenn das Silikon mit einem oberflächenaktiven Stoff kombiniert wird, umfassen geeignete oberflächenaktive Stoffe jene oberflächenaktiven Stoffe, die die Emulsionen der gewünschten Silikonverbindungen stabilisieren. Die speziellen Strukturen dieser oberflächenaktiven Stoffe können sehr stark variieren, müssen aber wenigstens irgendeinen kationischen Charakter aufweisen.
Im Hinblick auf Krepphaftmittelformulierungen, die verwendbar sind zur Herstellung von gekreppten Tissues gemäß dem Verfahren dieser Erfindung, umfassen geeignete Krepphaftmittel eine wässrige Lösung aus einem Weichmacher (hier als "Freisetzungsmittel" bezeichnet) und einem kationischen Thermoset-Polyamidharz und umfassen des Weiteren Polyvinylalkohol. Das Krepphaftmittel wird als Lösung aufgetragen, die von etwa 0,1 bis etwa 1 Prozent Feststoffe enthält, und wobei der Rest Wasser ist.
Geeignete kationische Thermoset-Polyamidharze sind das wasserlösliche Polymerreaktionsprodukt eines Epihalohydrins, vorzugsweise Epichlorhydrin, und eines wasserlöslichen Polyamids, das sekundäre Amingruppen aufweist, die von Polyalkylenpolyamin und einer gesättigten aliphatischen zweibasigen Karboxylsäure, die etwa 3 bis 10 Kohlenstoffatome enthält, abgeleitet ist. Das wasserlösliche Polyamid enthält sich wiederholende Gruppen der Formel:
-NH(CnH&sub2;nHN)x-CORCO-
wobei n und x jeweils 2 oder mehr sind und R das zweiwertige Kohlenwasserstoffradikal der zweibasigen Karboxylsäure ist. Eine wichtige Eigenschaft dieser Harze ist, dass sie mit Polyvinylalkohol phasenkompatibel sind. Geeignete Materialien dieses Typs sind im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen KYMENE® (Hercules, Inc.) und CASCAMID® (Borden) und sind genauer beschrieben in US- Patentschrift Nr. 2,926,116, erteilt an Gerald Keim am 23. Februar 1960, US-Patentschrift Nr. 3,058,873, erteilt an Gerald Keim et al. am 16. Oktober 1962, und US-Patentschrift Nr. 4,528,316, erteilt an Dave Soerens am 9. Juli 1985, deren Inhalt hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird. Das Krepphaftmittel umfasst auch Polyvinylalkohol. Die Menge des kationischen Thermoset-Polyamidharzes in der Kreppzusammensetzung ist 20 bis 60 Prozent, basierend auf Gewichtsprozent Feststoffen.
Weichmacher oder Freisetzungsmittel sind ausgewählt aus quaternisierten Polyaminamiden und Sorbitol, obwohl der Weichmachmechanismus von Sorbitol vermutlich anders als der der quaternisierten Polyaminamide ist. Ein bevorzugtes quaternisiertes Polyamindamid ist Quaker 2008, im Handel erhältlich von Quaker Chemical Company. Eine bedeutende Menge dieses Freisetzungsmittels muss in der Kreppzusammensetzung umfasst sein, um zu verhindern, dass das Tissueblatt sich um den Trockner wickelt, und um im Wesentlichen zu verhindern, dass sich Fasern an der Trockneroberfläche aufbauen. Geeignete Mengen von Freisetzungsmitteln in der Krepphaftmittel-Zusammensetzung können von 10 bis 40 Gewichtsprozent für das gemischte Tissueblatt, das gemäß Anspruch 2 hergestellt wurde, und 15 bis 25 Gewichtsprozent für das geschichtete Tissueblatt, das gemäß Anspruch 1 hergestellt wurde, auf Feststoffbasis sein.
Die Menge an Polyvinylalkohol ist von 20 bis 60 Gewichtsprozent auf Feststoffbasis.
Wenn das Tissue gekreppt wird, ist die Trocknertemperatur so, dass das Tissue von der Trockneroberfläche so trocken wie möglich gekreppt wird. Die Temperatur der Tissuebahn, wenn sie das Schabmesser erreicht, ist, wie durch einen Infrarot-Temperatursensor gemessen, etwa 93,3ºC (etwa 200ºF) oder mehr, vorzugsweise etwa 104,4ºC (etwa 220ºF) oder mehr und insbesondere etwa 112,7ºC (etwa 235ºF). Ein geeigneter Bereich ist von etwa 107,2ºC (etwa 225ºF) bis etwa 112,7ºC (235ºF). Der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn beim Schabmesser ist 3 Prozent oder weniger, vorzugsweise 2,4 Prozent oder weniger. Ein geeigneter Bereich ist von etwa 2 bis 3 Prozent. Diese Voraussetzungen stellen eine sehr hohe Haftung der Bahn an der Trockneroberfläche bereit und ermöglichen dadurch, dass das Schabmesser das Blatt gleichmäßig entbindet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein schematisches Fließbild eines Tissueherstellungsverfahrens, bei dem zwei Bahnen einzeln gebildet und zusammengegautscht werden, um eine geschichtete Bahn zu bilden.
Fig. 2 ist ein schematisches Fließbild eines Nasspress- Tissueherstellungsverfahrens, das ebenfalls bei der Anwendung dieser Erfindung verwendbar ist, bei dem ein geschichtetes Tissue unter Verwendung eines geschichteten Kopfkastens gebildet wird.
Fig. 3 ist ein Balkendiagramm der Ergebnisse einer Probeblatt-Studie über die Rückhaltung verschiedener Silikone durch Zellulosefasern zur Papierherstellung, das die größere Rückhaltung von kationischen Silikonen darstellt.
Fig. 4 ist ein Balkendiagramm der Ergebnisse der Probeblatt-Studie über die Rückhaltung der Silikone, das die Auswirkung der Silikone auf die Festigkeit der Probeblätter darstellt.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm der Menge an Silikon gegenüber der Menge an Freisetzungsmittel in der Krepphaftmittelformulierung, das den Arbeitsbereich darstellt, der zur Verfügung steht, um die Mengen beider. Chemikalien auszugleichen.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines nassgepressten Tissues gemäß dieser Erfindung beschrieben, das allgemein als Gautschbildung bezeichnet wird, wobei zwei nasse Bahnen unabhängig gebildet und danach zu einer einheitlichen Bahn kombiniert werden. Um die erste Bahn zu bilden wird eine spezielle Faser (entweder Hartholz oder Weichholz) auf eine Weise hergestellt, die auf dem Fachgebiet der Papierherstellung gut bekannt ist, und zur ersten Stoffbütte 1 zugeführt, in der die Faser in einer wässrigen Suspension gehalten wird. Eine Stoffpumpe 2 gibt die erforderliche Menge an Suspension zur Saugseite der Gebläsepumpe 4 weiter. Eine Messpumpe 5 führt ein Chemikal, wie z. B. ein Trockenfestigkeitsharz oder -silikon, in die Fasersuspension zu. Zusätzliches Verdünnungswasser 3 wird auch mit der Fasersuspension vermischt. Die gesamte Mischung wird dann unter Druck gesetzt und an den Kopfkasten 6 weitergegeben. Die wässrige Suspension verlässt den Kopfkasten und wird auf einem endlosen Papierherstellungsstoff 7 über dem Saugkasten 8 abgelegt. Der Saugkasten ist unter Vakuum, das Wasser aus der Suspension zieht, wodurch die erste Bahn gebildet wird. In diesem Beispiel würde der Stoff, der aus dem Kopfkasten 6 austritt, als "luftseitige" Lage bezeichnet, jene Lage, die nach und nach während des Trocknens weg von der Trockneroberfläche angeordnet wird.
Der Formstoff kann jeder beliebige Formstoff sein, vorzugsweise mit einem Faserhalteindex von etwa 150 oder mehr. Spezielle geeignete Formstoffe umfassen ohne Einschränkung: einschichtige Stoffe, wie z. B. Appleton Wire 94M, erhältlich von Albany International Corporation, Appleton Wire Division, Menasha Wisconsin; doppelschichtige Stoffe, wie z. B. Asten 866, erhältlich von Asten Group, Appleton, Wisconsin; und dreischichtige Stoffe, wie z. B. Lindsay 3080, erhältlich von Lindsay Wire, Florence, Mississippi.
Die Konsistenz der wässrigen Suspension aus Fasern zur Papierherstellung, die den Kopfkasten verlässt, kann etwa 0,05 Prozent bis etwa 2 Prozent, vorzugsweise etwa 0,2 Prozent sein. Das kationische Silikon kann zu der wässrigen Suspension aus Fasern zur Papierherstellung an jedem beliebigen Punkt vor der Bildung der Bahn hinzugefügt werden, wie z. B. in der Stoffbütte oder dem Stoffkasten. Es ist zu bevorzugen, dass das Silikon zu der Fasermateriallage hinzugefügt wird, die während des Kreppens gegen die Trockneroberfläche angeordnet wird, was in diesem Fall die Lage wäre, die aus dem zweiten Kopfkasten 16 austritt. Das kationische Silikon wird vorzugsweise zum Hartholzfasermaterial hinzugefügt, das vorzugsweise verwendet wird, um eine oder beide äußeren Lagen des Tissues zu bilden. Der erste Kopfkasten 6 kann ein geschichteter Kopfkasten mit zwei oder mehreren Schichtkammern sein, der eine schichtförmige oder geschichtete erste nasse Bahn liefert, oder er kann ein einschichtiger Kopfkasten sein, der eine gemischte oder homogene erste nasse Bahn liefert.
Um die zweite Bahn zu bilden wird eine spezielle Faser (entweder Hartholz oder Weichholz) auf eine Weise hergestellt, die auf dem Fachgebiet der Papierherstellung gut bekannt ist, und wird zur zweiten Stoffbütte 11 geführt, in der die Faser dann in einer wässrigen Suspension gehalten wird. Eine Stoffpumpe 12 führt die erforderliche Menge an Suspension zur Saugseite der Gebläsepumpe 14 zu. Eine Messpumpe 5 kann als Alternative eine Chemikalie, wie z. B. Trockenfestigkeitsharz oder Silikon, in die Fasersuspension zuführen, wie oben beschrieben. Zusätzliches Verdünnungswasser 13 wird ebenfalls mit der Fasersuspension gemischt. Die gesamte Mischung wird dann unter Druck gesetzt und zum Kopfkasten 16 geführt. Die wässrige Suspension verlässt den Kopfkasten 16 und wird auf einen endlosen Papierherstellungsstoff 17 über dem Saugkasten 18 aufgebracht. Der Saugkasten ist unter Vakuum, das Wasser aus der Suspension entzieht, wodurch die zweite nasse Bahn gebildet wird. In diesem Beispiel wird die Masse, die aus dem Kopfkasten 16 austritt, als "trocknerseitige" Lage bezeichnet, jene Lage, die nachfolgend in Kontakt mit der Trockneroberfläche ist. Geeignete Formstoffe für den Formstoff 17 des zweiten Kopfkastens umfassen jene Formstoffe, die zuvor mit Bezug auf den Formstoff des ersten Kopfkastens erwähnt worden sind.
Nach der anfänglichen Bildung der ersten und zweiten nassen Bahn werden die zwei Bahnen in berührende Beziehung miteinander gebracht (gegautscht), während sie eine Konsistenz von etwa 10 bis etwa 30 Prozent aufweisen. Welche Konsistenz auch gewählt wird, es ist vorzuziehen, dass die Konsistenz der zwei nassen Bahnen im Wesentlichen dieselbe ist. Gautschen wird erreicht, indem die erste nasse Bahn an der Walze 19 in Kontakt mit der zweiten nassen Bahn gebracht wird.
Nachdem die konsolidierte Bahn zum Filz 22 bei dem Vakuumkasten 20 übertragen worden ist, werden das Entwässern, Trocknen und Kreppen der konsolidierten Bahn auf die herkömmliche Weise erreicht. Insbesondere wird die gegautschte Bahn weiter entwässert und zu einem Yankee- Trockner 30 übertragen unter Verwendung einer Druckwalze 31, die dazu dient, Wasser aus der Bahn auszudrücken, das durch den Filz absorbiert wird, und verursacht, dass die Bahn an der Oberfläche des Yankee-Trockners haftet. Die Bahn wird dann getrocknet, gekreppt und zu einer Rolle 32 gewickelt, um nachfolgend in das endgültige gekreppte Produkt umgewandelt zu werden.
Fig. 2 ist ein schematisches Fließbild eines typischen Nasspress-Tissueherstellungsverfahrens, das für eine Verwendung gemäß dieser Erfindung geeignet ist. Gezeigt ist ein geschichteter Kopfkasten 41, ein Formstoff 42, eine Formwalze 43, ein Papierherstellungsfilz 44, eine Presswalze 45, ein Yankee-Trockner 46 und ein Schabmesser 47. Ebenfalls gezeigt, aber nicht beziffert, sind verschiedene Trag- oder Spannrollen, die verwendet werden, um die Stoffläufe im schematischen Diagramm zu definieren, die in der Praxis unterschiedlich sein können. Im Betrieb bringt ein geschichteter Kopfkasten 41 fortlaufend einen geschichteten Massestrahl zwischen den Formstoff 42 und den Filz 44 auf, der teilweise um die Formwalze 43 gewickelt ist. Wasser wird aus der wässrigen Massesuspension durch den Formstoff durch Zentrifugalkraft entfernt, wenn die neu gebildete Bahn den Bogen der Formwalze passiert. Wenn sich der Formstoff und der Filz trennen, bleibt die nasse Bahn beim Filz und wird zum Yankee-Trockner transportiert.
Beim Yankee-Trockner werden die Kreppchemikalien fortlaufend auf die Oberseite des bestehenden Haftmittels in Form einer wässrigen Lösung aufgetragen. Die Lösung wird durch jedes beliebige Mittel aufgetragen, vorzugsweise unter Verwendung eines Sprühbalkens, der die Oberfläche des Trockners gleichmäßig mit der Krepphaftmittellösung besprüht. Der Punkt des Auftragens auf die Oberfläche des Trockners folgt unmittelbar auf das Schabmesser, wodurch ausreichend Zeit für das Verteilen und Trocknen des Films aus frischem Haftmittel bleibt.
Die nasse Bahn wird auf die Oberfläche des Trockners mittels einer Presswalze mit einer Auftragskraft von 1379 kPa (etwa 200 Pfund pro Quadratmeter (psi)) aufgetragen. Die ankommende nasse Bahn weist eine nominelle Konsistenz von etwa 10 Prozent (Bereich von etwa 8 bis etwa 20 Prozent) zu dem Zeitpunkt auf, zu dem sie die Presswalze erreicht. Nach dem Press- oder Entwässerungsschritt liegt die Konsistenz der Bahn bei oder über etwa 30 Prozent. Ausreichende Dampfkraft und Haubentrocknungskapazität des Yankee-Trockners werden auf diese Bahn ausgeübt, um einen endgültigen Feuchtigkeitsgehalt von 3 Prozent oder weniger, vorzugsweise 2,5 Prozent oder weniger zu erreichen. Die Temperatur des Blattes oder der Bahn unmittelbar vor dem Schabmesser beträgt, wie durch einen Infrarot-Temperatursensor gemessen, vorzugsweise etwa 112,7ºC (etwa 235ºF).
Fig. 3 ist ein Balkendiagramm, das die Rückhaltung von verschiedenen Arten von Silikonen durch Zellulosefasern zur Papierherstellung darstellt, wie in der Probeblattstudie beschrieben, die nachfolgend in Beispiel 1 beschrieben ist, die die deutlich höhere Rückhaltung der kationischen Silikone darstellt. Gezeigt ist der Prozentanteil des Soxhlet-Extraktionsgutes als Funktion des bestimmten Silikons, wie durch den Silikoncode bezeichnet. Wie durch das Balkendiagramm gezeigt, wiesen die kationischen Silikone (1716 und 108) deutlich höhere Rückhaltewerte als die anderen getesteten Silikone auf.
Fig. 4 ist ein Balkendiagramm, das die Wirkung der Silikone, die oben beschrieben sind, auf die Zugfestigkeit der Probeblätter zeigt. Die Silikone mit kationischen Emulsionen und den höchsten Soxhlet-Extraktionswerten ("1716" und "108") hatten die größte Auswirkung auf die Zugfestigkeit der Probeblätter. Das Silikon "1716" wies eine Verringerung der Zugfestigkeit von 58% auf. Das nicht ionische "DSW" zeigte keine bedeutende Veränderung der Zugfestigkeit.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, das die Konzentration von kationischem Silikon in den Fasern, die den Kreppzylinder berühren, als Funktion der Konzentration des Freisetzungsmittels in der Krepphaftmittelzusammensetzung darstellt, und stellt den Arbeitsbereich (den schattierten Bereich unter der Kurve) dar, in dem die Kreppfunktion effektiv ist. Es wird davon ausgegangen, dass das kationische Silikon sich wie ein Freisetzungsmittel verhält, das Anpassungen notwendig macht, um einen richtigen Ausgleich zwischen den zwei Chemikalien zu erreichen. Wie gezeigt kann bei sehr hohen Zugabegraden von kationischem Silikon, die über etwa 1 Trockengewichtsprozent angenommen werden, basierend auf dem Gewicht der Fasern, zu denen das Silikon hinzugefügt wird, kein angemessenes Kreppen erreicht werden, ungeachtet der Menge an Freisetzungsmittel in der Krepphaftmittelformulierung. Bei geringeren Zugabegraden von kationischem Silikon stellt die Fläche des Diagramms links vom Arbeitsbereich eine Fläche dar, in der Ablagerungen ("skulch") auf der Trockneroberfläche gebildet werden auf Grund von übermäßiger Haftung. Die Fläche rechts vom Arbeitsbereich stellt eine Fläche dar, in der das Blatt vom Trockner wegflattert auf Grund von unzureichender Haftung. Wie gezeigt kann bei hohen Graden an Freisetzungsmittel auch kein angemessenes Kreppen erreicht werden. Obwohl die genaue Form des Arbeitsbereiches nicht bekannt ist, gibt es unter diesen Grenzen Raum, um die Mengen des Silikons und des Freisetzungsmittels auszugleichen und zu optimieren.

BEISPIELE

Beispiel 1 (kein Beispiel der Erfindung)

Eine Probeblattstudie wurde durchgeführt, um die Wirkung verschiedener Silikone und die physischen und Griffeigenschaften verschiedener Faserarten (Eukalyptus, dispergierter Eukalyptus und Ahorn BCTMP) zu bewerten. Bei der Herstellung der Probeblätter wurde für jeden Code ein Rohstoffbrei aus 50 absoluten Trockengramm (g) Fasern und 1950 g destilliertem Wasser hergestellt. Die Masse wurde dann in einem British Pulp Disintegrator bei 3000 U/min für fünf Minuten geklopft. Der entstehende Brei wurde mit destilliertem Wasser auf 8 Liter aufgegossen. Eine 0,5% aktive Silikonlösung wurde hergestellt und 1,81 Gewichtsprozent aktiven Silikons, basierend auf dem Gewicht der Fasern, wurden zu dem Brei hinzugefügt. Die Mischung wurde 10 Minuten setzen gelassen, bevor weiter vorgegangen wurde. 450 Milliliter dieses gut gemischten Breis wurden verwendet, um ein Probeblatt mit 21,6 cm · 21,6 cm (8,5 Inch · 8,5 Inch) in einer Valley Ironwork-Form herzustellen. Probeblätter wurden vom Schirm weggegautscht, in die Presse mit Löschblättern gelegt und bei einem Druck von 516,75 kPa (75 Pfund pro Quadratinch) für eine Minute gepresst, über einem Dampftrockner für zwei Minuten getrocknet und schließlich in einem Trockenschrank bei etwa 60-70ºC auf ein konstantes Gewicht (60 Gramm pro Quadratmeter, absolut trocken) getrocknet. Die Probeblätter wurden zu Quadraten mit 19,05 cm (7,5 Inch) Seitenlänge geschnitten. Die Probeblätter wurden dann für wenigstens 48 Stunden in einem Raum konditioniert, der bei einer konstanten relativen Feuchtigkeit und bei einer konstanten Temperatur gemäß TAPPI 402 gehalten wurde. Zehn standardmäßige Probeblätter wurden für jeden Code hergestellt.
Die Probeblattstudie bewertete mehrere verschiedene Silikone:
"Softener DSW" war ein epoxy-substituiertes Polysiloxan in Form einer nicht ionischen, wässrigen Emulsion mit einem pH von 7, erhältlich von Dow Corning, Midland, Michigan. "Q4-3667" war ein Copolymer-Silikonfluid, erhältlich von Dow Corning. "1716 Micro-Emulsion" war eine kationische, silanol-substituierte Polysiloxanemulsion mit einem pH von 5,7, erhältlich von Dow Corning. "108 Emulsion" war eine kationische, aminsubstituierte Polysiloxanemulsion mit einem pH von 4,5-5,5, erhältlich von Dow Corning. "E-677 Emulsion" war eine nicht ionische, aminsubstituerte Polysiloxanemulsion, erhältlich von Wacker Silicones Corporation, Adrian, Michigan.
Veränderungen beim prozentuellen Extraktionsgut (Fig. 3) durch Soxhlet-Extraktion und bei der Zugfestigkeit (Fig. 4) zeigen, dass die kationischen Emulsionen, "108 Emulsion" und "1716 Micro-Emulsion" von Dow Corning, die besten Kandidaten waren, um eine angemessene Rückhaltung in der Nasspartie einer Tissuevorrichtung zu erreichen. Das unterstützt den Rückhaltemechanismus, der einen Ladungsunterschied zwischen der Silikonemulsion (kationisch) und der Faser (nicht ionisch) erfordert.
Um weiter verschiedene Silikonmaterialien zur Herstellung von Tissue zu bewerten, wurden mehrere Tissueprototypen (Beispiel 2-7) auf einer für kleinen Maßstab ausgelegten, fortlaufenden Versuchsvorrichtung hergestellt, die wie in Fig. 1 gezeigt aufgebaut war. Diese Vorrichtung bildete zwei separate Tissueblätter und gautschte sie zu einem einzelnen Blatt zusammen, das dann gepresst, getrocknet und gekreppt wurde. Diese Form erlaubte die Simulation eines geschichteten Tissueblattes mit sehr hoher Lagenreinheit. Jede Bildungsvorrichtung wies ihr eigenes Massesystem einschließlich Stoffbütte, Messpumpe, Gebläsepumpe und Siebwasserhandhabung auf. Das ermöglichte, dass jede Lage ihre eigene Fasermischung und ihre unabhängige chemische Behandlung aufwies. Die Chemikalien konnten in die Bütte hinzugefügt werden, um eine eigene Charge bei einer Konzentration zu schaffen, oder in die Masselinie gemessen werden, um eine periodische Anpassung zu ermöglichen.

Beispiel 2 (kein Beispiel der Erfindung)

Dow Corning "Softener DSW" wurde in einer Menge, die 5,43 kg/MT (12 lbs/MT) (0,54%) entsprach, zur luftseitigen Stoffbütte hinzugefügt, die Ahorn BCTMP bei einer Konsistenz von ungefähr 0,8% enthielt. Die trocknerseitige Stoffbütte enthielt eine nordische Weichholzkraftfaser (LL19). Ein geschichtetes Tissueblatt wurde hergestellt, das 50% silikon-behandelten Ahorn BCMP und 50% unbehandeltes Weichholz enthielt. Das unbehandelte Weichholz wurde auf der Trocknerseite geführt. Eine Trockenfestigkeitsstärke (Redißond 2005 von National Starch and Chemical company) wurde zu der weichholzseitigen Stoffpumpe hinzugefügt, um die Zugfestigkeiten zu steuern. Das Tissueblatt wurde zusammengelegt mit dem Hartholz an der Außenseite. Nachfolgendes Testen zeigte keine Verbesserung des Griffs im Vergleich zu Kontrollproben, die mit 50% unbehandeltem Ahorn BCTMP und 50% nordischer Weichholzkraftfaser hergestellt wurden.

Beispiel 3 (kein Beispiel der Erfindung)

Dow Corning "Q4-3667" wurde in einer Menge, die 4,5 kg/MT (10 lbs/MT) (0,45%) entsprach, zur luftseitigen Stoffbütte hinzugefügt, die dispergierte Eukalyptusfaser bei einer Konsistenz von ungefähr 0,8% enthielt. Die trocknerseitige Stoffbütte enthielt eine Weichholzfaser (LL19). Ein geschichtetes Tissueblatt wurde hergestellt, das 50% silikon-behandelten, dispergierten Eukalyptus und 50% unbehandeltes Weichholz enthielt. Das unbehandelte Weichholz wurde an der Trocknerseite geführt. Eine Trockenfestigkeitsstärke (Redißond 2005) wurde zur weichholzseitigen Stoffpumpe hinzugefügt, um die Zugfestigkeiten zielorientiert zu steuern. Beobachtungen umfassten einen Anstieg des Flächengewichtes, wenn das Silikon hinzugefügt wurde. Das ist ein indirekter Hinweis darauf, dass das Silikon im Blatt gehalten wurde. (Andere kationische Chemikalien erzeugen ebenfalls diesen Effekt, wenn sie erstmals hinzugefügt werden, da die geladenen Moleküle als Rückhaltehilfe auftreten.) Das Tissueblatt wurde zusammengelegt mit dem Hartholz an der Außenseite. Nachfolgendes Testen zeigte eine Verbesserung des Griffs im Vergleich zu Kontrollproben, die mit 50% unbehandeltem dispergiertem Eukalyptus und 50% unbehandeltem Weichholz hergestellt wurden.

Beispiel 4 (kein Beispiel der Erfindung)

Dow Corning "Q4-3667" wurde in einer Menge, die 4,5 kg/MT 10 lbs/MT) (0,45%) entsprach, zur trocknerseitigen Stoffbütte hinzugefügt, die dispergierte Eukalyptusfaser bei einer Konsistenz von ungefähr 0,8% enthielt. Die luftseitige Stoffbütte enthielt eine Weichholzfaser (LL19). Ein geschichtetes Tissueblatt wurde hergestellt, das 50% silikon-behandelten, dispergierten Eukalyptus und 50% unbehandeltes Weichholz enthielt. Das behandelte Hartholz wurde an der Trocknerseite geführt. Eine Trockenfestigkeitsstärke (Redißond 2005) wurde zur weichholzseitigen Stoffpumpe hinzugefügt, um die Zugfestigkeiten zielgerichtet zu steuern. Es gab eine kleine Verschlechterung der Kreppqualität, was darauf hindeutete, dass Silikon in der Bahn enthalten war. Das Tissueblatt wurde zusammengelegt mit dem Hartholz an der Außenseite. Nachfolgendes Testen zeigte eine Verbesserung des Griffs im Vergleich zu Kontrollproben.

Beispiel 5 (Beispiel der Erfindung)

Eine Silikonemulsion wurde zu einer Hartholzmasselage (trocknerseitige Lage) bei 0,16 Trockengewichtsprozent hinzugefügt, basierend auf dem Gewicht der Fasern in der Hartholzlage. Das Silikon wurde zur dicken Masse chargenweise vor der Verdünnung vor dem Kopfkasten hinzugefügt. Ein Trockenfestigkeitsmittel (Parez 631, erhältlich von American Cyanamid) wurde zu einer Weichholzmasselage (luftseitige Lage) bei etwa 0,125 Gewichtsprozent hinzugefügt. Das Trockenfestigkeitsmittel wurde zur dicken Masse auf fortlaufender Basis vor der Verdünnung vor dem Kopfkasten hinzugefügt. In diesem Beispiel wurde das Trockenfestigkeitsmittel im selben Maß wie bei der Kontrollprobe hinzugefügt, die kein Silikon enthielt. Das Krepphaftmittel enthielt 40% Polyvinylalkohol, 40% Kymene 557LX und 20% Quaker 2008 Freisetzungsmittel, was gleich wie bei der Kontrollprobe war. Dieses Tissue wies wesentliche Verbesserungen der Griffeigenschaften im Vergleich mit der Kontrollprobe auf.

Beispiel 6 (Beispiel der Erfindung)

Für dieses Beispiel wurden die lange Faser und die kurze Faser vor der Verdünnung vor dem Kopfkasten gemischt. Der Kopfkastenteiler, der normalerweise das lange und das kurze Fasermaterial trennt, wurde an seiner Stelle gelassen, hatte aber keinen funktionellen Zweck. Das Trocknerflächengewicht war 8,48 gm² (5,0 Pfund pro 2880 Quadratfuß) verglichen mit 11,88 gm 2 (7,0) in Beispiel 5. Silikon wurde zu den kurzen Fasern bei 0,08 Gewichtsprozent vor dem Vermischen mit den langen Fasern hinzugefügt. Trockenfestigkeitsmittel wurde zu den langen Fasern bei etwa 0,6 Prozent vor dem Vermischen mit den kurzen Fasern hinzugefügt, verglichen mit 0,5 Prozent für die Kontrollprobe. Das Verhältnis der Krepphaftmittelzusammensetzung wurde ebenfalls verändert auf 45/45/10. Die Weichheit wurde verbessert, wodurch gezeigt wird, dass die Zugabe des kationischen Silikons die Weichheit von gemischten (nicht geschichteten) Blättern verbessern kann.

Beispiel 7 (kein Beispiel der Erfindung)

Für dieses Beispiel wurden die langen Fasern und die kurzen Fasern vor der Verdünnung vor dem Kopfkasten gemischt. Der Teiler, der normalerweise die lange und die kurze Faserlage trennt, wurde an seinem Platz gelassen, aber er hatte keinen funktionellen Zweck. Das Trocknerflächengewicht war 8, 48 gm&supmin;² (5,0 Pfund pro 2880 Quadratfuß), verglichen mit 11,88 gm&supmin;² (7,0) in Beispiel 5. Silikon wurde zu den kurzen Fasern bei 0,32 Gewichtsprozent vor dem Vermischen mit den langen Fasern hinzugefügt. Trockenfestigkeit wurde zu den langen Fasern bei etwa 0,8 Prozent vor dem Mischen mit den kurzen Fasern hinzugefügt, verglichen mit 0,5 Prozent für die Kontrollprobe. Das Verhältnis der Krepphaftmittelzusammensetzung wurde ebenfalls verändert auf 50/50/0. Die Weichheit wurde verbessert im Vergleich zu Beispiel 6. Die Erhöhung der Silikonzugabe führte zu einer verbesserten Weichheit, obwohl die Kreppbedingungen vermutlich nicht optimal waren.
Man wird verstehen, dass die vorangegangenen Beispiele, die zum Zwecke der Veranschaulichung angeführt worden sind, nicht so gedacht sind, dass sie den Umfang dieser Erfindung beschränken, der durch die folgenden Ansprüche und alle Äquivalente dazu definiert wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines geschichteten, weichen Tissueblattes, basierend auf Lagen aus Weichholz-Zellulosefasern (lange Fasern) zur Papierherstellung und Lagen aus Hartholz- Zellulosefasern (kurze Fasern) zur Papierherstellung aus wässrigen Suspensionen dieser Fasern, durch

Einführen der individuellen Suspensionen der jeweiligen Fasern in eine Nasspressmaschine zur Papierherstellung durch einen Kopfkasten

gleichzeitiges und fortlaufendes Aufbringen der wässrigen Suspensionen in Lagen übereinander auf einen mit Löchern versehenen Bildungsdraht, welcher die Fasern zurückhält, um eine geschichtete Nassbahn zu bilden,

Entwässern oder Entwässern/Trocknen der nassen Bahn vor dem Kleben dieser auf einen Kreppzylinder,

Kreppen der Bahn, welche einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 3% hat, von dem Kreppzylinder mit einem Kreppmesser, um ein Tissue zu bilden,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein kationisches Silikon zu der Nassstufe des Tissueherstellungsverfahrens zugegeben wird, dadurch, dass das kationische Silikon zu der wässrigen Suspension der Hartholz-Zellulosefasern (kurze Fasern) in einer Menge von 0,01 bis 1% in der Trockenmasse (b.d.w.) der Zellulose-Haxtholzfasern zugegeben wird,

und dadurch, dass das Kleben der getrockneten Bahn auf den Kreppzylinder durch ein Haftmittel erreicht wird, welches von 20 bis 60% i.d.Tr. (b.d.w.) eines kationischen Thermoset-Polyamidharzes und 15 bis 25% i.d.Tr. (b.d.w.) eines Freisetzungsmittels, ausgewählt aus einem quaternisiertem Polyaminoamid und Sorbitol, umfasst,

wodurch ein weiches Tissue mit einem guten Kreppgefühl hergestellt wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines weichen Tissueblattes, basierend auf Weichholz- Zellulosefasern (lange Fasern) zur Papierherstellung und Hartholz-Zellulosefasern (kurze Fasern) zur Papierherstellung aus wässrigen Suspensionen dieser Fasern,

durch Herstellung separater Lager der Suspensionen,

Vermischen der individuellen Suspensionen,

Einführen der Suspensionen in eine Nasspressvorrichtung zur Papierherstellung durch einen Kopfkasten,

gleichzeitiges und fortlaufendes Aufbringen der wässrigen Suspensionsmischung als eine Lage auf einen mit Löchern versehenen Bildungsdraht, welcher die Fasern zurückhält, um eine Nassbahn zu bilden,

Entwässern oder Entwässern/Trocknen der nassen Bahn vor dem Kleben dieser auf einen Kreppzylinder, Kreppen der Lage von dem Kreppzylinder mit einem Kreppmesser, um ein Tissue zu bilden,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein kationisches Silikon zu der Nassstufe des Tissueherstellungsverfahrens zugegeben wird, dadurch, dass das kationische Silikon zu der wässrigen Suspension der Hartholz-Zellulosefasern (kurze Fasern) in einer Menge von 0,01 bis 1% i.d.Tr. (b.d.w.) der Hartholz- und Weichholzfasern zugegeben wird, und

dadurch, dass das Kleben der getrockneten Bahn auf den Kreppzylinder durch ein Haftmittel erreicht wird, welches von 20 bis 60% i.d.Tr. (b.d.w.) Polyvinylalkohol, von 20 bis 60% i.d.Tr. (b.d.w.) eines kationischen Thermoset-Polyamidharzes und von 10 bis 40% i.d.Tr. (b.d.w.) eines Freisetzungsmittels, ausgewählt aus einem quaternisierten Polyaminoamid und Sorbitol, umfasst,

wodurch ein weiches Tissue mit einem guten Kreppgefühl hergestellt wird.

3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Menge an kationischem Silikon von 0,05 bis 0,5% i.d.Tr. (b.d.w.) ist.

4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Menge an kationischem Silikon von 0,1 bis 0,2% i.d.Tr. (b.d.w.) ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bahn bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt bei dem Schabmesser von etwa 3% oder weniger getrocknet wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Hartholzfasern auf dem Bildungsdraht als eine äußere Lage der Tissuebahn angeordnet werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Hartholzfaser an der Oberfläche des Kreppzylinders während des Kreppens angeordnet wird.

8. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das kationische Silikon ein kationisches Polysiloxan ist.

9. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die nasse Bahn durch Nasspressen entwässert und an einen Yankee-Trockner geklebt wird.

10. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die nasse Bahn durchgetrocknet wird und danach an einen Kreppzylinder geklebt wird.