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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der saugfähigen Papiere aus Zellulosewatte
für den
Gebrauch im Haushalt.
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Sie
betrifft insbesondere ein mehrschichtiges Blatt, das zwei Schichten
saugfähigen
Papiers aus Zellulosewatte vom herkömmlichen gekreppten Typ umfasst,
deren Flächengewicht
zwischen 10 und 40 g/cm2 beträgt und die
durch Kalandrieren nach feinen Mustern gaufriert sind, die Vorwölbungen
aufweisen, und die untereinander verbunden sind, insbesondere durch
Kleben, im Bereich der Oberflächen
der Spitzen der zusammentreffenden Vorwölbungen der zwei Schichten.
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US-Patentschrift
3 414 459 offenbart ein Verfahren zum Gaufrieren und untereinander
Verbinden zweier Schichten aus Zellulosewatte nach der „Spitze-gegen-Spitze"-Technik. Bei dieser Technik werden die
zwei Schichten getrennt mithilfe von gleichen Metallwalzen gaufriert,
die mit Nadeln versehen sind und jeweils mit Rollen mit Gummibeschichtung
zusammenwirken. Anschließend
werden die Spitzen der Vorwölbungen
auf einer der Schichten mit einem geeigneten Klebstoff überzogen.
Schließlich
werden die zwei Schichten über
die Spitzen der Vorwölbungen
durch Pressen zwischen den zwei Gaufrierwalzen, die in Drehung so
zueinander eingestellt sind, dass die Nadeln Spitze gegen Spitze
stehen, miteinander verbunden. Diese Technik erfordert, dass die
beiden Walzen symmetrische Muster aufweisen und die Nadeln der zwei
Walzen zum Zeitpunkt des Pressens genau zusammentreffen. Eine Radial-
oder Umfangsversetzung zwischen den Nadeln der zwei Walzen kann
dazu führen,
dass in manchen Bereichen des erhaltenen mehrschichtigen Blatts
keine Verbindung vorhanden ist.
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Um
diesen Nachteil zu beseitigen, hat US-Patentschrift 5 173 351 vorgeschlagen,
Muster mit unterschiedlichen Abständen in mindestens einer Richtung
auf den zwei Gaufrierwalzen zu verwenden, um mindestens einen Verbindungspunkt
auf den mehrschichtigen Grundblättern
sicherzustellen, die durch Ausschneiden aus dem mehrschichtigen
Blatt erhalten werden, das aus der Anlage austritt.
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Schließlich schlägt WO 96/32248
vor, nur bestimmte Bereiche der zwei gaufrierten Schichten zu verbinden,
indem der Klebstoff nur auf die Enden der Vorwölbungen einer der Schichten
aufgetragen wird, die an der wirksamen Verbindung beteiligt sein
sollen. Auch hier müssen
die beiden Walzen symmetrische Muster aufweisen und die Nadeln der
zwei Walzen müssen
zum Zeitpunkt des Pressens genau zusammentreffen.
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In
diesen drei Dokumenten ist vorgesehen, dass die Nadeln nach Mantellinien,
großen
Kreisen und regelmäßig beabstandeten
Schraubenlinien auf den Walzen angeordnet sind. Dies führt dazu,
dass die Vorwölbungen,
die auf den Schichten durch den Abdruck der Nadeln gebildet werden,
in bevorzugten Richtungen und mit gleich bleibenden Abständen ausgerichtet
sind. Der Betrachter, der die äußeren Flächen des
mehrschichtigen Blatts ansieht, hat den Eindruck, dass die Flächen geometrische
Strukturen aufweisen, die nur gerade Linien oder Strecken umfassen.
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Es
wird verstanden, dass eine leichte Radial- oder Umfangsversetzung
zwischen den zwei Gaufrierwalzen infolge des Mangels an Gleichlauf
oder der Abnutzung der Antriebsteile fehlendes Zusammentreffen zwischen
den Nadeln zum Zeitpunkt des Pressens der Gaufrierwalzen hervorrufen
und zu Produktionsausschuss führen
kann.
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Weitere
Verfahren zum Zusammenfügen
von Schichten ermöglichen
es, die Vorwölbungen
einer der Schichten zwischen die Vorwölbungen der anderen Schicht
einzufügen,
um eine Struktur zu erreichen, die „nested" genannt wird, die zu einem verbesserten
Grad an Saugfähigkeit
führt.
Bei diesem Verfahren stehen die Gaufrierwalzen weit auseinander
und die gaufrierte Schicht wird von einer der Walzen zurückgezogen,
um sie in die andere Schicht einzufügen, indem sie zu einem vorgesehenen
Presszeitpunkt zwischen der anderen Gaufrierwalze und einer zusätzlichen
glatten Walze durchgeführt
wird. Dieses Verfahren erfordert ebenfalls einen vollkommenen Gleichlauf
zwischen den zwei Gaufrierwalzen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, sowohl die Saugfähigkeit als auch die Geschmeidigkeit
der oben beschriebenen mehrschichtigen Blätter zu verbessern, wobei so
vorgegangen wird, dass das Endprodukt dasselbe Aussehen beibehält wie dasjenige,
das durch die gegenwärtigen
Verfahren erreicht wird, und so vorgegangen wird, dass man sich
von den Einschränkungen,
die durch die Wahl der Muster und die Einstellung zwischen den zwei
Gaufrierwalzen bedingt sind, befreien kann.
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Die
Erfindung erfüllt
diese Aufgabe dadurch, dass:
- a) die Dichte
der Vorwölbungen
jeder Schicht bei über
10 Vorwölbungen
pro cm2 liegt und die Oberfläche der
Spitzen der Vorwölbungen
jeder Schicht größer ist
als 5 % der Oberfläche
der Schicht;
- b) mindestens eine der Schichten nach einem künstlerischen
Muster gaufriert wird, bei dem die Abstände und die Richtungen jeder
beliebigen Vorwölbung
zu den benachbarten Vorwölbungen
verändert
werden, wobei das Muster so gewählt
wird, dass mindestens 25 % der Vorwölbungen der Schicht an wirksamen
Verbindungen mit zusammentreffenden Vorwölbungen der anderen Schicht
beteiligt sind, und dass die verbundene Gesamtoberfläche der
Spitzen der Vorwölbungen
der Schichten, die an den Verbindungen beteiligt sind, mindestens
15 % der Gesamtoberfläche
der Spitzen der Vorwölbungen
der Schicht ausmacht, unabhängig
von der relativen Position der Muster der zwei Schichten.
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Vorteilhafterweise
sind 30 % oder besser noch 40 % der Vorwölbungen einer Schicht an wirksamen Verbindungen
mit den zusammentreffenden Vorwölbungen
der anderen Schicht beteiligt. Es ist festgestellt worden, dass
man mit bis zu 70 % eine weitere Verbesserung erzielte.
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Vorzugsweise
entspricht die verbundene Gesamtoberfläche der Spitzen der Vorwölbungen
einer Schicht mindestens 20 % der Oberflächen der Spitzen der Vorwölbungen
der Schicht.
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Vorteilhafterweise
macht die Oberfläche
der Spitzen der Vorwölbungen
jeder Schicht weniger als 30 % der Gesamtoberfläche der Schicht aus. Diese
Oberfläche
macht vorzugsweise mehr als 7,5 % der Gesamtoberfläche der
Schicht und weniger als 15 % der Oberfläche der Schicht aus. Die Dichte
der Vorwölbungen jeder
Schicht liegt unter 30 Vorwölbungen
pro Quadratzentimeter und vorzugsweise unter 20.
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Vorteilhafterweise
sind die zwei Schichten nach künstlerischen
Mustern gaufriert, wobei die zwei Muster genau gleich sein können oder
nicht.
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Eine
Versetzung der zwei Muster zueinander kann durch eine Parallelverschiebung
oder eine Drehung des Prägedrucks
des Musters einer Gaufrierwalze im Verhältnis zum Prägedruck
des Musters der anderen Walze erreicht werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung,
die beispielhaft ist, mit Bezug auf die begleitenden Figuren hervor,
in denen:
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1a bis 1d vier
künstlerische
Muster darstellen, die von den Nadeln der Gaufrierwalzen gebildet
sind, um Vorwölbungen
auf den Schichten herzustellen, aus denen ein mehrschichtiges Blatt
besteht;
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2a und 2e die
Spuren der Verbindungen zwischen des Oberflächen der Spitzen der Vorwölbungen
der zwei Schichten darstellen, die jeweils durch Nadelmuster gebildet
sind, die in 1a bis 1d gezeigt
sind, und durch eine Kombination der Muster von 1b und 1c.
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3 und 4 Schaubilder
sind, die bei unterschiedlichen Mustern die Veränderung der Saugfähigkeit
darstellen, die in cm3 pro Gramm Papier
ausgedrückt
ist, in Abhängigkeit
von der Nassfestigkeit des Produkts, gemessen bei Querausdehnung
und ausgedrückt
in N/m.
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In 1a bis 1d sind
Beispiele für
Gaufriermuster dargestellt, die auf den Gaufrierwalzen einer Produktionsanlage
für ein
mehrschichtiges Blatt vorgesehen sind, das zwei Schichten saugfähigen Papiers aus
Zellulosewatte vom herkömmlichen
gekreppten Typ (vom CWP-Typ) umfasst und dessen Flächengewicht zwischen
10 und 40 g/cm2 liegt. Ein solches Blatt
wird beim Gebrauch im Haushalt als Haushaltspapier oder auch „Küchenpapier" benutzt.
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Die
in 1a bis 1d gezeichneten
Punkte stellen die Enden der Nadeln dar, die auf den Gaufrierwalzen
vorgesehen sind, um auf den Schichten durch mechanische Verformung
der Schicht, die zu einem vorgesehenen Gaufrierzeitpunkt zwischen
der Gaufrierwalze und einer Walze aus Gummi, die parallelachsig
mit der Gaufrierwalze verbunden ist, Vorwölbungen zu bilden.
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Wie
in 1a bis 1d zu
sehen ist, haben die Muster ein künstlerisches Aussehen, im Gegensatz zu
den gewöhnlichen
geometrischen Mustern, das heißt,
bei einem Muster sind die Abstände,
die eine beliebige Nadel von benachbarten Nadeln trennen, verändert, und
die Richtungen zwischen einer beliebigen Nadel und den benachbarten
Nadeln sind ebenfalls verändert.
Für den
Betrachter scheinen die Nadeln eines Musters auf gekrümmten Linien
oder konzentrischen Kreisen angeordnet zu sein.
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Die
Vorwölbungen,
die auf den Schichten durch Gaufrieren gebildet sind, sind ebenfalls
auf einer Fläche
der Schicht nach den gleichen Mustern angeordnet.
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Die
zwei Schichten, die ein mehrschichtiges Blatt bilden sollen, können mit
genau gleichen oder unterschiedlichen Mustern gaufriert werden.
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Wenn
die zwei Muster genau gleich sind, werden die zwei Schichten untereinander
durch das unter dem Namen „Spitze-gegen-Spitze" bekannte Verfahren
verbunden, jedoch mit einer Versetzung der zwei Muster in einer
Richtung. Auf diese Weise treffen nur einige Vorwölbungen
einer der Schichten mit den Vorwölbungen
der anderen Schicht zusammen und sind mit ihnen verbunden. Die nicht
zusammentreffenden Vorwölbungen
sind zwischen den zusammentreffenden Vorwölbungen angeordnet, ein wenig
in der Weise wie das, was man mit dem Verfahren erzielt, das es
ermöglicht,
eine als „nested" bezeichnete Struktur
zu erhalten. Diese Vorwölbungen
sind nicht mit der anderen Schicht verbunden und erzeugen Taschen.
Das Vorhandensein dieser durch die Taschen nicht verbundenen, auf
diese Weise gebildeten Vorwölbungen
ermöglicht
es, die Saugfähigkeit
des Endprodukts im Verhältnis
zum gleichen Produkt, bei dem die zwei Schichten die gleichen Muster aufweisen
und Spitze gegen Spitze ohne Versetzung verbunden sind, zu verbessern,
das heißt
auf eine solche Weise, dass alle Vorwölbungen einer Schicht zusammentreffen
und mit den Vorwölbungen
der anderen Schicht verbunden sind.
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Das
erzielte Produkt ist infolge der Verringerung der Anzahl der Verbindungspunkte
auch geschmeidiger und angenehmer zu berühren. Dadurch bedingt sind
die Steifigkeit des Produkts und seine Zerreißfestigkeit im trockenen oder
feuchten Zustand leicht vermindert. Es ist jedoch festgestellt worden,
dass dieser Verlust an Festigkeit geringer als der Zugewinn an Saugfähigkeit
war. Da die Hauptfunktion eines „Küchentuchs" darin besteht, Flüssigkeiten aufzusaugen, kann
man ohne weiteres ein Produkt bestimmen, das eine optimale Kombination
von Saugfähigkeit/Festigkeit
aufweist.
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Aufgrund
der Anordnung der Vorwölbungen
nach künstlerischen
Mustern ist sichergestellt, dass mehrere von ihnen zusammentreffen
werden, wenn die Muster der zwei Schichten versetzt sind, während bei
den gegenwärtigen
Spitze-Spitze-Gebilden, bei denen die Muster geometrische Strukturen
aufweisen, die aus Strecken in günstigen
Richtungen gebildet sind, eine winzige Versetzung zwischen den Mustern
der zwei Schichten ein Fehlen der Verbindung in bestimmten Bereichen
des mehrschichtigen Blatts bewirkt.
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Damit
ein gewisses Zusammentreffen in einem ausreichend großen Teil
entsteht, um die Verbindung der zwei Schichten zu gewährleisten,
müssen
bestimmte Bedingungen erfüllt
sein.
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Die
Dichte der Nadeln muss mehr als 10 Nadeln und weniger als 30 pro
cm2 und vorzugsweise zwischen 15 und 20
Nadeln pro cm2 betragen.
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Die
Oberfläche
der Spitzen der Nadeln und somit die Oberfläche der Spitzen der Vorwölbungen
ist größer als
5 % und vorzugsweise kleiner als 30 % der Gesamtoberfläche.
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Die
Strukturen der Muster werden so gewählt, dass 25 % der Vorwölbungen
jeder Schicht und vorzugsweise 30 %, sogar bis zu 70 %, an der wirksamen
Verbindung der zwei Schichten beteiligt sind.
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Die
Gesamtheit der Oberflächen,
die im Bereich der Vorwölbungen
verbunden und an den wirksamen Verbindungen beteiligt sind, beträgt mindestens
15 % und vorzugsweise 20 % der Gesamtoberfläche der Spitzen jeder Schicht.
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Messungen
haben es ermöglicht,
die Verbindungspunkte bei verschiedenen Typen von Mustern auszuzählen. Diese
Messungen werden durch Bildanalyse durchgeführt. Mithilfe einer Kamera
wird der Grauwert, der durch das Prägen erzeugt und auf einem Kohlepapier
durch die Verbindungspunkte hinterlassen wird, im Verhältnis zu
einem Bezugswert ohne Punkt ermittelt, dann verwendet man einen
Koeffizienten in Abhängigkeit
von der durchschnittlichen Fläche,
die durch einen einzelnen Punkt besetzt ist.
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Hierzu
digitalisiert man in einem ersten Schritt die Pause der Prägung in
den Graubereichen mit 300 Punkten pro Zoll mit dem Scanner.
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In
einem zweiten Schritt bestimmt man die Dunkelgrauschwelle der Bereiche
mit effektivem Kontakt zwischen Vorwölbungen, die Bereiche des Bildes
an dieser Schwelle oder dunkler werden schwarz gefärbt und der
Rest weiß gefärbt.
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Das
Bild kann dann in ein Binärbild
umgewandelt werden (schwarz und weiß), das kontrastierter ist
als das Ausgangsbild in Graustufen. Dieser Vorgang wird mithilfe
von Graphik-Software ausgeführt,
wie Photoshop (ADOBE) oder Picture Publisher (MICROGRAFIX). In diesem
Stadium ist es möglich,
den prozentualen Anteil der schwarzen Oberfläche mithilfe derselben Software
zu messen, die die Verbindungsbereiche darstellt.
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Wenn
mehr Informationen über
dieses Bild gewünscht
werden, ist es in einem dritten Schritt möglich, das Bild mit einem Bildanalysator
wie Quantiniet 600 (LECA) wieder aufzunehmen, der außer dem
prozentualen Anteil der verbundenen Oberfläche auch die Anzahl der Punkte
pro cm2, die Oberfläche dieser Punkte und ihre
Verteilung auf einem Säulendiagramm
ausrechnen kann.
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2a und 2d zeigen
die Verteilung der Verbindungspunkte bei mehrschichtigen Blättern, die gaufrierte
Schichten mit genau gleichen und versetzten Mustern umfassen, die
jeweils den Mustern entsprechen, die in 1a bis 2d dargestellt
sind.
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2e zeigt
die Verteilung der Verbindungspunkte eines mehrschichtigen Blatts,
dessen eine Schicht das in 1b dargestellte
Muster aufweist und dessen andere Schicht das Muster aufweist, das
in 1c dargestellt ist.
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Die
folgende Tabelle zeigt die Vergleichswerte von fünf Proben, die mit A bis E
bezeichnet sind, wobei die Bezugszeichen A bis C mehrschichtigen
Blättern
entsprechen, die gleiche Muster aufweisen, die jeweils 1a bis 1c entsprechen,
und wobei das Bezugszeichen D einer Probe entspricht, deren eine
Schicht das Muster aus 1b und die andere Schicht das
Muster aus 1c aufweist.
- – Säule C1 gibt
die Anzahl der Vorwölbungen
pro cm2 an,
- – Säule C2 gibt
die Anzahl der wirksamen Verbindungen pro cm2 an,
- – Säule C3 ist
das Verhältnis
in % zwischen den Werten der Säulen
C2 und C1,
- – Säule C4 gibt
den prozentualen Anteil der Oberfläche der Spitzen der Vorwölbungen
im Verhältnis
zur Gesamtoberfläche
an. Sie entspricht der zugehörigen
Oberfläche
in wirklichen Spitzen-Spitzen,
- – Säule C5 stellt
den prozentualen Anteil der verbundenen Oberfläche der Spitzen im Verhältnis zur
Gesamtoberfläche
dar, und
- – Säule C6 ist
das Verhältnis
in % zwischen den Werten der Säulen
CS und C4.
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Bei
einer anderen Probe, die mit A bezeichnet ist, aber eine andere
Versetzung aufweist, ist eine verbundene Oberfläche erzielt worden, die 3,3
% der Gesamtoberfläche
des Blatts entspricht, also 7,8 wirksamen Verbindungen pro cm2.
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Die
Messungen der Oberflächen
und der Verbindungspunkte, das heißt die geklebten Berührungsflächen zwischen
den zusammentreffenden Vorwölbungen,
haben folgende Werte ergeben:
Durchschnittliche
Oberfläche
der Verbindungspunkte | 0,42
mm2 |
Maximale
Berührungsfläche | 1,18
mm2 |
Minimale
Berührungsfläche | 0,12
mm2 |
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Es
ist festgestellt worden, dass die maximale Berührungsfläche (das heißt 1,18
mm2) größer ist
als die Oberfläche
an der Spitze der Nadeln, die 0,8 mm2 groß ist, da
zweifellos ein gewisses Zusammendrücken auftritt, beim Auftragen
des Klebstoffs auf die Spitzen der Vorwölbungen einer Schicht oder
beim Aufbringen der ersten Schicht auf die zweite Schicht des mehrschichtigen
Blatts zum Zeitpunkt [des Pressens] der zwei Gaufrierwalzen, oder
sogar beim Herstellen von Rollen aus mehrschichtigem Blatt beim
Austritt aus der Anlage, die es ermöglicht, dieses mehrschichtige
Blatt herzustellen.
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Die
Anlage zum Herstellen des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Blatts
ist an sich bekannt und vom Typ derjenigen, die verwendet wird,
um Verbindungen zwischen zwei Schichten Spitze gegen Spitze herzustellen.
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Die
Versetzung der Muster zwischen den zwei Schichten kann nach einer
bevorzugten Richtung umgesetzt werden, im Allgemeinen die Vorschubrichtung
des Blatts, indem eine der Gaufrierwalzen winkelig im Verhältnis zu
der anderen versetzt ist. Die Versetzung kann auch durch Drehen
eines Musters im Verhältnis zum
anderen bewirkt werden. Dies kann bei der Bearbeitung der zwei Gaufrierwalzen
erreicht werden.
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VERSUCHE
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Aus
einem gleichen gekreppten Gewebe, 100 %igem Packpapier aus Nadelhölzern, sind
Proben von Produkten nach den Mustern hergestellt worden, die in 1a bis 1d bei
unterschiedlichen Gaufrierdrücken
dargestellt sind. Indem der Gaufrierdruck bei demselben Muster erhöht wird,
wird die Saugfähigkeit
verbessert, dadurch bedingt aber auch die Zerreißfestigkeit vermindert. Um
die Eigenschaften der Proben vergleichen zu können, ist es daher notwendig,
den herbeigeführten
Verlust an Festigkeit zu berücksichtigen,
insbesondere der Nassfestigkeit bei Querausdehnung, die eine wichtige
Größe bei der
Kennzeichnung von Küchentüchern ist.
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Um
die Verbesserung zu zeigen, die durch die Lösung der Erfindung erreicht
wurde, sind die Proben A bis E und Proben A', B',
C', D' hergestellt worden.
Letztere entsprechen denselben Mustern 1a bis 1d,
sind aber in einer Position zusammengesetzt, in der Spitze vollkommen
gegen Spitze steht.
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Die
Saugfähigkeit
ist nach dem Verfahren AFNOR NF Q03-068 gemessen worden. Dieses
Verfahren besteht darin, einen Prüfkörper in Wasser zu tauchen,
dann die Masse an Wasser zu bestimmen, die nach einer Entwässerungszeit
unter den genannten Bedingungen absorbiert wurde. Die in 3 und 4 dargestellten
Graphen sind gezeichnet worden, indem die gemessenen Saugfähigkeitswerte,
ausgedrückt
in cm3 pro Gramm der Probe, auf die Ordinaten
und die gemessenen Werte der Nassfestigkeit bei Querausdehnung bei unterschiedlichen
Gaufrierdrücken
auf die Abszisse aufgetragen wurden. Diese Werte sind in N/m ausgedrückt.
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Die
Graphen zeigen, dass die Leistungen der Produkte A bis E besser
sind als diejenigen der Produkte A', D' bei
jeweils denselben Nassfestigkeitswerten bei Querausdehnung.
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Als
Gegenbeispiel sind aus demselben CWP-Papiergewebe gaufrierte Proben
nach einem Muster hergestellt worden, dessen Grundmuster drei sich
untereinander überschneidende
Rauten umfasst und deren Vorwölbungsdichte
sechs Vorwölbungen
pro cm2 beträgt. Die erste Probenserie Lp
ist der Typ Spitze gegen Spitze, die zweite Serie Ld weist eine
Versetzung der Muster mit 20 % Verbindungsdichte auf. Es wird festgestellt,
dass die Versetzung keine Verbesserung der Saugfähigkeit bewirkt.