化學增強的、多密度的紙張結構及其製備方法

2023-05-03 08:56:26 1

專利名稱：化學增強的、多密度的紙張結構及其製備方法
技術領域：
本發明涉及包含纖維素基材和化學造紙添加劑的化學增強的紙張結構。更準確地說，本發明涉及包含纖維素基材的紙張結構，所述基材包含至少兩個密度或定量的微觀區域，其中，將化學造紙添加劑與紙張結構的微觀區域對齊而被引入。
背景技術：
消費品，如由纖維幅製得的衛生紙、毛巾紙和搽面紙是現代社會不可分割的一部分。通常，這些產品需要具有某些對於消費者來說是可接受的某些關鍵的物理性能。儘管精確的配合各關鍵性能以及各性能的絕對值將取決於產品的性質，但柔軟度、乾濕強度、吸收性、以及令人愉快的美學性質通常是人們所希望的性能。柔軟度是當產品與人體的皮膚或其它脆弱的表面接觸時，獲得令人愉快的觸感並保證該產品不粗糙或磨損的纖維幅的一個方面。強度是在使用期間，產品結構保持其物理完整性的能力。吸收性是在可接受的時間內纖維結構獲得並保持接觸液體的性能。美學性質指的是當消費者單獨地或結合周圍環境對產品進行觀察時所產生的心理-視覺響應。
薄頁紙產品最為常用的製備方法是溼成網造紙方法。在所述的方法中，首先，用水將個別的纖維懸浮在稀漿液中。然後將該漿液置於多孔網上，以除去大部分的水，並形成一薄的、相對均勻重量的紙坯。然後，利用多種方式對該紙坯進行模壓和/或乾燥，從而形成最終的薄頁紙幅。作為該方法的一部分，通常將模壓和/或乾燥的紙幅粘至烘缸上，然後從該烘缸的表面進行起皺，從而賦予所希望的性能。
由許多現成的溼成網法製得的產品均落入上述說明的範圍內。在US3,301,746(1967年1月31日授權於Lawrence H.Sanford和James B.Sisson)；US3,974,025(1976年8月10日授權於Peter G.Ayers)；US3,994,771(1976年11月30日授權於George Morgan，Jr.和Thomas F.Rich)；US4,191,609(1980年3月4日授權於Paul D.Trokhan)；US4,637,859(1987年1月20日授權於Paul D.Trokhan)中，可找到柔軟、強韌、且吸收性的以及包含至少兩個微觀密度區域的所述紙幅的例子。這些紙張的特徵在於具有緻密區和相對不緻密區的重複圖案。所述緻密區可以是不連續的或連續的。這些緻密區來自於造紙期間通過壓印遞紙織物或毛毯的升高區域對紙幅進行局部壓榨所產生的。
其它高松厚、柔軟的薄頁紙幅披露於US4,300,981(1981年11月17日授權於Jerry E.Carstens)；和US4,440,597(1984年4月3日授權於Edward R.Wells和Thomas A.Hensler)中。
包含纖維素基材並具有賦予其化學增強特徵的化學增強的紙張結構在現有技術中是已知的。例如，在US3,812,000(1974年5月21日授權於J.L.Salvucci，Jr.)中披露了通過避免整體壓榨，並在造紙配料中使用去鍵合劑(debonders)和彈性結合劑(bonders)，獲得的高松厚、柔軟且吸收性的薄頁紙。
在代表性的US3,755,220(1973年8月28日授權於Friemark等人)；US3,844,880(1974年10月29日授權於Meisel等人)；和US4,158,594(1979年1月19日授權於Becker等人)中披露了如上所述的Salvucci所考慮的那些化學去鍵合劑，及其操作理論。
另外，為增加柔軟度，還可用陽離子表面活性劑，以及非陽離子表面活性劑對薄頁紙進行處理。例如可參見US4,959,125(1990年9月25日授權於Spendel)；和US4,940,513(1990年7月10日授權於Spendel)。這兩份專利披露了通過用非陽離子、優選用非離子表面活性劑對薄頁紙進行處理而增加其柔軟度的方法。
業已發現，薄頁紙、特別是高松厚的圖案緻密的薄頁紙可通過用各種試劑如植物、動物或合成油，尤其是通常稱之為矽氧烷油的聚矽氧烷材料進行處理而得到改善。例如可參見US5,059,282(1991年10月22日授權於Ampulski等人)。該專利披露了將聚矽氧烷化合物添加至溼薄頁紙幅(最好纖維濃度在約20％和約35％之間)中的方法。這些聚矽氧烷化合物賦予薄頁紙以絲般柔軟的感覺。
儘管上述方法通常可得到可接受的產品性能，但這些性能還可以進一步地增加。然而，製備目前的產品以及潛在增強的產品的方法存在著若干個缺點。例如，通常在成形網上沉積之前，將用來增強薄頁紙幅的化學品添加至水和纖維的稀漿中。這是一種加入添加劑的相當方便且節約成本的方法。然而，有助於吸收性或改善柔軟度的其它化學品通常也添加至薄頁紙製造過程的所謂的溼端。由於用來產生關鍵性能的各化學品的複雜性，它們經常以不利的方式相互幹擾。它們將彼此爭奪在纖維素纖維上所希望的留著率，並損害在纖維中固有的性能。例如，柔軟化學品常常將降低纖維結合至其它纖維上的自然趨勢，並因此降低所得到紙幅的功能強度。如果使加入溼端的化學造紙添加劑的量保持最少，那麼對造紙方法以及產品均有利。
如果化學劑是有作用的，那麼在該過程的溼端加入的添加劑必須被纖維素纖維留著。這通常藉助使用帶有離子電荷；最好是帶有正離子電荷的化學劑來完成，所述的正離子電荷連接至纖維素固有的負離子電荷上。能改善紙幅性能的許多添加劑是不帶電的。在造紙過程的溼端將這些化學品引入稀釋的纖維漿液中將使留著率變差，並加重上面所述的幹擾問題。
披露將強度劑和柔軟劑添加至造紙過程溼端的添加方法的專利例子包括US5,223,096(1993年6月29日授權於Phan和Trokhan)和US5,217,576(1993年6月8日授權於Phan)。這些溼端添加法通常將使強度劑和柔軟劑均勻地添加至薄頁紙中，因此不能阻止化學品潛在的不希望的相互幹擾作用。
將化學品添加至造紙過程溼端的另一個缺點是如果留著的話，化學品將在整個紙幅中分布。在許多場合，希望只將活性成分施加至紙幅的表面上。例如，在利用潤滑柔軟材料時，這可能是所希望的。由於消費者只與表面接觸，因此只將添加的材料施加至表面上，將保證材料的有效利用。將材料施加至表面上還將避免與其它材料如強度添加劑的相互幹擾，所述的強度添加劑包含在紙頁的中心可能是最佳選擇。
另外，也可在形成溼紙幅之後，將化學造紙添加劑添加至纖維素基材上。例如，可通過化學水溶液將化學添加劑施加至纖維素基材上，然後進行乾燥以形成化學增強的紙張結構。不幸的是，將化學品添加至纖維素基材上的先前的方法均將使化學品在基材均勻地分布。這種化學品均勻的分布將使得由包含至少兩個微觀密度區域的纖維素基材所提供的許多性能上的優點無效。
本發明克服了所有上述的缺點並提供了所希望的另外的益處。特別是，業已發現，與纖維素基材微觀區域相對齊添加功能化學品，將使多區域紙張的性能優點最大化。例如，正如在下文將討論的，最好將化學柔軟劑添加至紙幅的低密度微觀區域，從而進一步增強柔軟功能。
通常是通過噴塗或印刷將化學組分施加至纖維素基材上。不幸的是，很難以精確的圖案將化學組分噴塗至基材上。將化學組分印刷至基材上能產生比噴塗法得到的更為準確無誤並且精確的圖案，但這需要帶有升高的凸起或凹槽的印刷輥。帶有升高的凸起和凹板的印刷輥將使得所施加的化學組分的圖案局限在與印刷輥的凸起或凹板相應的圖案，而與特定的毛細管基材所希望的圖案無關。另外，很難將印刷圖案與基材的微觀區域對準。
通過提供過剩的印刷輥和凹板(其中每個用於所希望的圖案)，可以克服這個問題。然而，提供過剩的印刷輥和凹板將增加設備的開支，如果僅僅是希望進行短期生產，那麼對每個所需的圖案提供印刷輥或凹板在經濟上可能是行不通的。
因此，希望通過下列的方法能化學地增強薄頁紙、特別是高松的、圖案緻密的薄頁紙的預定的微觀區域(1)在不明顯影響機器操作性能下，能在工業造紙系統中採用該方法；(2)使用無毒且對環境友善的化學組分；和(3)能以維持薄頁紙所希望的抗拉強度、吸收性和低的掉毛性能這樣的方式採用該方法。
重要的是，根據本發明的說明，通過與所希望的微區域對準而添加功能化學劑，在沒有對其它性能產生負面影響下，能增強所希望的功能性能。例如，在不負面影響柔軟度的情況下增加抗拉強度；或在不負面影響抗拉強度下改善紙張的柔軟度。
本發明的目的是提供柔軟、吸收性的薄頁衛生紙產品。
本發明的另一目的是提供柔軟、吸收性的搽面紙產品。
本發明的又一目的是提供柔軟、吸收性的毛巾紙產品。
本發明的再一目的是提供一種紙張結構，如薄頁紙幅，它包含至少含兩個微觀密度區域的纖維素基材，其中，使化學造紙添加劑與紙張結構的微觀區域對準而加入。
本發明的另外一個目的是提供將化學造紙添加劑引入薄頁紙幅中改進的方法，該方法將增加紙張的柔軟度、強度、吸收性、和美學性能或這些性能的結合。
本發明的又一個目的是提供與薄頁紙幅的微觀密度區域對準而引入化學造紙添加劑的改進的方法，從而使多區域紙張的性能優點最大化。
正如下面更為詳細地說明可以知道，利用本發明，實現了這些目的和其它的一些目的。
發明概述本發明涉及化學增強的紙張結構，該結構包括纖維素基材，所述基材有相對高密度的第一區域和相對低密度的第二區域。相對高密度區域和相對低密度區域各自以非無規、重複的圖案排列。固著的化學造紙添加劑分布在相對高密度區域或相對低密度區域上。
在特別優選的實施方案中，相對高密度的區域形成基本連續的網狀結構，而相對低密度的區域是不連續的。在該實施方案中，如果打算改善柔軟度和/或吸收性，優選將固定的化學造紙添加劑分布在不連續的低密度區域上。同樣地，如果打算例如改善強度，可將固定的化學造紙添加劑添加至連續的高密度區域中。此外，正如下面詳細說明的那樣，優選對本發明的化學增強的紙張結構進行穿透乾燥。
附圖概述儘管本發明的說明書以特別指出並明確要求本發明範圍的權利要求結束，但據信，根據下述結合附圖的說明，將對本發明有更好的理解，其中

圖1是根據本發明的帶有連續纖維素網狀結構和其中有化學造紙添加劑的不連續部位的紙張結構的局部俯視圖；圖2是沿圖1中2-2線所得到的局部側視圖；圖3是用來生產本發明結構的一種裝置的示意垂直視圖。
發明詳述如圖1所述，本發明化學增強的紙張結構20包含通常是平面的纖維素基材22和化學造紙添加劑24。化學造紙添加劑24通常以如圖3所示的水溶液40的形式添加至纖維素基材22上。參考圖3，以特定的圖案將水溶液40添加至纖維素基材22上。在水溶液40分布至纖維素基材22上之後，通過乾燥最大地除去水份，而化學造紙添加劑24留著在纖維素基材上。
再參考圖1，所述的纖維素基材22是一纖維素結構，優選是一薄頁紙幅。該纖維素結構22包含多個微觀區域34和38，所述區域具有不同的定量和/或密度。只要纖維素基材22宏觀上是平面的並且化學造紙添加劑22與其中之一的微觀區域對準而固定，纖維素基材22中區域34和38的任何的排列方式均可接受。
根據本發明的纖維素基材22具有限定兩個相互不同密度的可區分的微觀區域34和38。優選以這樣的圖案來布置區域34和38，即其中包含基本連續的網狀區域32和在基本連續的網狀區域內的不連續的區域36。正如在此所使用的那樣，在一個或兩個基本尺寸上基本沿整個纖維素基材22進行延伸的區域32被認為是「基本上連續的網狀結構」。相反，不鄰接的區域36被認為是「不連續的」。不連續的區域36向外凸出至區域32的遠端，以限定基本連續的網狀結構。
優選以非無規、重複圖案的方式布置不連續的區域36和基本連續的區域32。「非無規的」區域32和36被認為是可預知的並可以由製備過程中已知和預定的特徵來產生。「重複」指的是，在纖維素基材22中形成多於一次的圖案。然而，應理解的是，如果提供給消費者的纖維素結構22相對較小且圖案相對較大，或者以完整單元的方式將紙張結構20提供給消費者的話，在纖維素基材22中，該圖案似乎只存在一次。更為優選的是，以這樣的排列方式布置纖維素基材22的區域34和38，即帶有高密度的基本連續的網狀區域32和在基本連續的網狀區域32中的不連續的低密度區域36。正如下面將要討論的那樣，優選的是，不連續的低密度區域36和基本連續的網狀區域32位於不同的平面內。
對於在此所述的實施方案，業已發現，每平方釐米有約2至約155個低密度不連續區域36(優選其上分布有化學造紙添加劑)(每平方英寸10至1000個不連續的區域36)的纖維素基材22較為合適，更準確地說，每平方釐米有約16至約109個低密度不連續區域36(每平方英寸100至700個不連續的區域36)的纖維素基材22較為合適。
此外，根據本發明的纖維素基材22可以包含兩個不同的隆起(elevations)26。纖維素基材22的「隆起」是指其局部偏離平面性。基材的隆起26通過將其置於一起參考平面作用的、平坦的水平面上而測定。纖維素基材22不同的隆起26，可通過取與參考平面垂直的在參考平面之上的尺寸與纖維素基材22基本尺寸的高度差來確定。所述的隆起26可能與上述不同密度的區域34和38重合也可能與之不重合。
優選的是，根據不同密度和不同隆起26所限定的區域34和38是重合的。因此，不連續的低密度區域36還高出基本連續的網狀區域32的高密度區34的隆起26(或者，如果纖維素基材22被顛倒的話低於隆起26)。然而，應理解的是，可存在合適的實施方案，即其中這類特定密度的不連續區域36不與特定的隆起26重合。
根據本發明的纖維素基材22可由纖維素纖維組成；與其它兩個相對很小的尺寸(相互垂直的，並且不僅是徑向的而且與纖維的縱軸方向垂直)相比，所述的纖維具有很大的尺寸(沿纖維的縱軸方向)，因此，該基材22近似線性。當對纖維進行微觀檢查時可發現，與纖維的基本尺寸相比的其它兩個尺寸相當小，但是所述的這兩個小尺寸既不需要沿纖維的軸長基本相等，也不需要恆定的貫穿纖維的軸長。重要的僅僅在於，纖維能繞其軸進行彎曲，能與其它纖維結合，並且能通過液體載體分布至成形網(或其等效物)上。
根據需要，纖維素基材22可以是起皺的或不起皺的。對纖維素基材22進行起皺將按透視法縮小，產生Z方向的貫穿整個基本連續網狀區域32的波動。所述的波動將在橫向產生波紋，與通過下述方法可得到的隆起26差相比，這些波紋被認為太小，以致於不存在隆起26差。然而，應理解的是，可對起皺的纖維素基材22進行壓花，穿透空氣乾燥等，從而產生相對於起皺波動和波紋尺寸較大的隆起26差。在EP0677612A2(轉讓給Kimberly-Clark Corporation，1995年10月18日公開)中描述了未起皺、穿透空氣乾燥的薄頁紙產品製備方法的例子，在此引入該文作為參考。所述未起皺、穿透乾燥的結構適合於本發明的實施。
包含纖維素基材22中的纖維可以是合成的，如聚烯烴或聚酯；優選是纖維素纖維，如棉短絨，人造絲或甘蔗渣；更為優選的是木漿，如針葉木漿(裸子植物或針葉樹)或闊葉木漿(被子植物或闊葉樹)，可以是交聯的，並且可以包含合成材料和纖維素材料的混合物。如果纖維素基材22包含至少約50％重量或至少約50％體積的纖維素纖維(包括但不局限於上述的纖維)，那麼就認為纖維素基材22是「纖維素的」。業已發現，木漿纖維的纖維素混合物特別適合於本發明中所述的纖維素基材22；所述的木漿纖維包含長度約2.0-約4.5毫米，直徑約25-約50微米的針葉木纖維，和長度小於約1毫米，直徑約12-約25微米的闊葉木纖維。
如果選擇用於纖維素基材22的木漿纖維，這些纖維可通過任何製漿法來生產，所述製漿方法包括化學法，如亞硫酸鹽法，硫酸鹽法以及蘇打法；和機械法，如磨木法。另外，還可通過化學法和機械法的結合來生產纖維，或者還可循環使用纖維。纖維的種類，結合以及加工對於本發明來說並不是至關重要的。
根據本發明的纖維素基材22宏觀上是二維和平面的，其在第三尺寸上有一定的厚度。然而，與前兩個尺寸相比，或與具有相對較大的前兩個尺寸的纖維素基材22的生產能力相比，第三尺寸的厚度相對較小。
根據本發明的纖維素基材22包含單一的層並且就纖維的種類而言可以是成層的或分層的。然而，應理解的是，可以將兩層或更多的單層(其中之一或全部的層由本發明製得)以面對面的關係相連接，從而形成完整的層壓材料。
當然，還應理解的是，可以適當地將紡織材料或無紡材料用作纖維素基材22，以便滿足上述的密度要求。
可通過現有技術中熟知的壓花技術使某些區域局部緻密，或者通過現有技術中熟知的藉助真空或壓力擋板而進入合適的模具然後進行穿透乾燥，使某些區域膨鬆，而得到帶有不同密度的區域34和38的纖維素基材22。類似地，可通過現有技術中熟知的壓花技術，或者還可通過現有技術中熟知的藉助真空或壓力擋板而進入合適的模具然後進行穿透空氣乾燥，而得到帶有在通常垂直於纖維素基材22平面的方向上不同隆起26的纖維素基材22。
優選對本發明的、化學增強的紙張結構進行穿透空氣乾燥。特別優選的穿透空氣乾燥的纖維素基材22根據普通轉讓的US4,529,480(1985年7月16日授權於Trokhan)，在此引入該專利作為參考，用來顯示帶有不連續區域36和基本連續圖案區域32的穿透空氣乾燥的纖維素基材22，以及用來顯示怎樣製備帶有不同隆起26的根據本發明的特別優選的纖維素基材22。根據US4,529,480(授權於Trokhan)製得的纖維素基材22有相互重合的不連續的區域36，這些區域36不僅密度相對較小，而且隆起26較高(或較低)。
纖維素基材22優選在不同區域34和38之間具有至少約0.13毫米(0.005英寸)的隆起26差。在沒有限定壓力下，利用微觀切片術(microtomoscopy)或立體觀測的三維掃描電子顯微成像，測量隆起26，所述這些測量技術均為現有技術中熟知的技術。
可以水溶液，乳液，懸浮液等的形式，將化學造紙添加劑24添加至纖維素基材上。例如，如圖3所示，可將包含化學造紙添加劑24的水溶液40添加至纖維素基材22上。
只要可以以所希望的圖案添加化學造紙添加劑24，並固著，化學造紙添加劑24的具體種類對本發明並不至關重要，結果是，化學造紙添加劑不能流動，遷移，或另外的轉移至纖維素基材22的不同部分上，並將所希望的圖案完全變形成不太有用的化學造紙添加劑24的沉積(如均勻的塗層)。優選化學造紙添加劑24不僅在乾燥狀態下而且在使用時溼潤狀態下均是固著的。
參考圖2，優選以特定的預定圖案，將包含化學造紙添加劑24的水溶液40布置在纖維素基材22的不連續的低密度區域38中，與之對準，並且固著在其上。儘管其它的圖案，如形成沿纖維素基材22的僅僅一個基本尺寸(即縱向，橫向，或其對角線)延伸的線條的半連續圖案也是可能的，但優選只將帶有化學造紙添加劑24的圖案布置在不連續的低密度區域38上。在該優選的實施方案中，相對高密度區域基本不含固著的化學造紙添加劑24。
再參考圖3，本發明的化學增強的紙張結構20可根據所列出的裝置50來製備。所述的裝置50包含三個可軸向旋轉的輥52，54和56，優選的是它們具有互相平行的縱向軸，即計量輥52，遞紙輥54，和支承輥(anvilroll)56。這三個輥52，54和56形成壓區58和間隙60。壓區58位於計量輥52和遞紙輥54之間。間隙60位於遞紙輥54和支承輥56之間。
計量輥52是布置在液體前體40的儲槽62中的凹印輥。當軸向旋轉時，計量輥52從儲槽62中獲得液體前體62，通過刮刀41精確地調整計量輥52各凹槽(cell)中的填充量，然後將特定量的水溶液40轉移至遞紙輥54上。使纖維素基材22通過遞紙輥54和支承輥56之間的間隙60，所述遞紙輥54上均勻分布有水溶液40。重要的是，纖維素基材22的外形隆起的區域36和38向外突出並與遞紙輥54接觸，纖維素基材22的剩餘部分支撐在支承輥56上；將包含化學造紙添加劑24的水溶液40施加至纖維素基材22上是所希望的。本領域普通技術人員顯而易見的是，通過增加或減小遞紙輥54和支承輥56之間間隙60的間距，當與之接觸時，分別可以將更少和更多量的含水組分40印刷至和施加至纖維素基材22的外形隆起的區域上。同樣地，改變計量輥52的設計，可改變施加至恆定間隙60處纖維素基材22上的水溶液40的量。另外，很明顯的是，可以通過噴塗，將遞紙輥54浸於含水組分40中，等，並藉此無需計量輥52而將水溶液40施加至遞紙輥54上，或者從計量輥直接印刷至在計量輥52和支承輥56之間形成的間隙60中的基材22上而將水溶液40施加至遞紙輥54上。
當纖維素基材22通過遞紙輥54和支承輥56之間的間隙60時，水溶液40隻施加至纖維素基材22這樣的區域中，所述的區域具有足以與遞紙輥54的周邊接觸的隆起26。遞紙輥54不與支撐在支承輥56上的纖維素基材22的這些部分接觸。因此，水溶液40不施加至纖維素基材22的這些部分上。
通過調節間隙60的間距，可以將不同量的水溶液40，和最終乾燥的化學造紙添加劑24施加至纖維素基材22的隆起的區域中。通常，對於本發明中所述的實施方案而言，業已發現，每平方釐米不連續區域36中施加約1至約500毫克的水溶液40較為合適。
當根據消費者的喜好選擇紙張結構20中所使用的纖維素基材22之後，某些益處將是顯而易見的。特別是，根據本發明的纖維素基材22具有不同隆起26的區域34和38(其中一個區域34與支承輥56接觸，另一區域38與遞紙輥54接觸)提供若干個現有技術中沒有的優點。首先，可以將包含化學造紙添加劑24的水溶液40的特定圖案沉積至纖維素基材22上，而不需要遞紙輥54以便具有凹印圖案或具有徑向延伸的突起。通常帶有圖案的計量輥54比沒有圖案的計量輥54更難製造並且更為昂貴。
所要求保護的本發明的第二個優點是適應性，它能使不希望使用帶有圖案的遞紙輥54的用戶實現圖案與纖維素基材22的區域對準，將化學造紙添加劑24施加至纖維素基材22上是人們所希望的。所述的對準甚至在理想的製備條件下也極難實現，因為纖維素基材22的不同區域可以幾乎微觀的規模存在。實際的製備甚至更為複雜，因為不同區域32和36的間距以及配準不良的機會可能會改變當纖維素基材22通過裝置50時通常的張力的變更，纖維素基材22的定量，以及其它製備參數。通過圖3所述的方法實施本發明，保證了化學造紙添加劑24與纖維素基材22的理想區域精確的配準。
第三，如果希望改變施加至纖維素基材22上化學造紙添加劑24的圖案，對於多種圖案而言，可以使用單一的裝置50，該裝置裝有遞紙輥54，並帶有平滑無圖案的圓周。將帶有不同外形的纖維素基材22引入遞紙輥54和支承輥56之間的間隙60中，並適當地調節間隙60的間距。遞紙輥54可以繼續設置通過簡單改變纖維素基材22而獲得的平滑表面以及任何所希望的圖案。一旦選擇特定的纖維素基材22，在現有技術的製備過程中不能得到所述的適應性。
根據本發明的若干個變更是可行的。例如，如果希望的話，可構成這樣的纖維素基材22，該基材帶有基本連續的網狀區域32和不連續的區域36，這些區域的定量不同而不是密度不同。如果對所述的纖維素基材22進行選擇的話，優選利用普通轉讓的US4,514,345(1985年4月30日授權於Johnson等人)或普通轉讓的US5,245,025(1993年9月14日授權於Trokhan等人)的圖4的成形網來製備，在此引入這兩份專利作為參考，用來顯示怎樣製備帶有不同定量區域的纖維素基材22。另外，帶有在基本連續的網狀區域32之上(或之下)的許多不同隆起26的不連續的區域36也是可行的。以與隆起相關的量，將化學組分24隻施加至具有特別小的隆起26的不連續區域36上，或者只施加至各個不連續的區域36上。
化學造紙添加劑用於本發明多密度紙張結構的化學造紙添加劑優選選自強度添加劑，吸收性添加劑，柔軟添加劑，美學添加劑，及其混合物。所有這些添加劑均將在下面一一進行討論。
A.強度添加劑強度添加劑選自永久溼強度樹脂，暫時溼強度樹脂，幹強度添加劑，及其混合物。
如果希望永久溼強度的話，該化學造紙添加劑可選自下列的化學劑聚醯胺-表氯醇，聚丙烯醯胺；不溶性聚乙烯醇；脲醛樹脂；聚乙烯亞胺；以及聚氨基葡糖聚合物。聚醯胺-表氯醇是業已發現特別有用的陽離子溼強度樹脂。所述樹脂合適的種類描述於US3,700,623(1972年10月24日授權)和US3,772,076(1973年11月13日授權)中，這兩份專利均授權給了Keim，在此將它們引入作為參考。有用的聚醯胺-表氯醇樹脂的一個市場來源是Hercules，Inc.(Wilmington，Delaware)，所述樹脂的商標為Kymeme557H。
另外還發現，聚丙烯醯胺樹脂也可用作溼強度樹脂。這些樹脂描述於US3,556,932(1971年1月19日授權於Coscia等人)和US3,556,933(1971年1月19日授權於Williams等人)，在此將這兩份專利引入作為參考。有用的聚丙烯醯胺樹脂的一個市場來源是American Cyanamid Co.(Stanford，Connecticut)，所述樹脂的商標為Parez631NC。
另外還發現可用於本發明的其它水溶性陽離子樹脂是脲醛樹脂和蜜胺甲醛樹脂。這些多官能樹脂較為常用的官能團是含氮基團，如氨基基團和連接至氮上的羥甲基基團。另外還發現聚乙烯亞胺類樹脂也可用於本發明。
如果希望暫時溼強度，那麼化學造紙添加劑可選自下列的化學劑陽離子雙醛澱粉基樹脂(如由Japan Carlet生產的Caldas，由National Starch andChemical Corporation生產的National Starch78-0080或Cobond 1000)；和雙醛澱粉。在US4,675,394(1987年6月23日授權於Solarek等人)中也描述了改性澱粉暫時溼強度樹脂，在此引入該專利作為參考。優選的暫時溼強度樹脂包括在US4,981,557(1991年1月1日授權於Bjorkquist)中描述的那些樹脂，在此引入該專利作為參考。優選的暫時溼強度樹脂的另一個例子是Parez750B，由CyTec製造的可從市場得到的改性聚丙烯醯胺樹脂。
如果需要幹強度，化學造紙添加劑可選自下列的化學劑聚丙烯醯胺(如由American Cyanamid(Wayne，N.J.)生產的Cypro514和Accostrength711的混合物)；澱粉(如玉米澱粉或土豆澱粉)；聚乙烯醇(如由Air Products Inc.(Allentown，PA)生產的Airvol540)；瓜耳樹膠或刺槐豆膠；和/或羧甲基纖維素(如得自Aqualon Co.(Wilmington，DE)的Aqualon CMC-T)。通常，用於實施本發明的合適的澱粉的特徵在於水溶性和親水性。舉例性的澱粉材料包括玉米澱粉和土豆澱粉，但這並不意味著對合適澱粉材料範圍的限制；而工業上已知稱為amioca澱粉的蠟狀玉米澱粉是特別優選的。Amioca澱粉不同於普通玉米澱粉之處在於它整個都是支鏈澱粉，而普通玉米澱粉不僅包含支鏈澱粉而且還包含直鏈澱粉。在「Amioca-The Starch From WaxyCorn」(H.H.Schopmeyer，Food Industries，1945年12月，第106-108頁)(Vol.pp.1476-1478)中還描述了amioca澱粉的各種獨特的特徵。所述澱粉可以呈顆粒狀或分散狀，但優選顆粒形式。優選的是將澱粉充分煮透，以便使顆粒溶脹。更優選的是，例如通過熬煮使澱粉顆粒溶脹至澱粉顆粒剛好要形成分散體之前這樣的程度。所述高溶脹澱粉顆粒應稱之為「充分煮透的」。通常形成分散體的條件將根據澱粉顆粒的大小，顆粒的結晶度，以及所存在的直鏈澱粉量而改變。例如，可通過對約4％濃度的澱粉顆粒的含水漿料於約190°F(約88℃)加熱約30至約40分鐘而製得充分煮透的amioca澱粉。其它可以使用的澱粉材料的例子包括改性的陽離子澱粉，如改性成帶有含氮基團如氨基基團和連接至氮上的羥甲基基團這樣的澱粉，所述澱粉得自National Starch and Chemical Company(Bridgewater，New Jersey)。迄今為止，主要將所述改性澱粉材料用作紙漿配料添加劑，以增加溼強度和/或幹強度。然而，根據本發明，當通過塗布將澱粉施加至薄頁紙幅上時，相對於同樣的改性澱粉材料的溼端添加而言，其對溼強度的作用將減弱。可以想像的是，所述的改性澱粉材料要比未改性的澱粉昂貴，因此，通常優選後者。除通過本發明所述的方法進行添加以外，還可將溼強度樹脂和幹強度樹脂添加至紙漿配料中。應理解的是，將化合物如上述的溼強度樹脂和暫時溼強度樹脂添加至紙漿配料中是非強制性的，並且對於實施本發明也不是必須的。
可以單獨地將強度添加劑施加至薄頁紙幅上，或者與柔軟添加劑，吸收性添加劑，和/或美學添加劑同時添加，或者在它們之前或之後添加。相對於沒有粘結劑處理但其它相同的紙頁而言，為了在乾燥時提供掉毛控制以及隨之產生的強度增加，優選至少將有效量的強度添加劑施加至紙頁上。以幹纖維重量計，留著在乾燥紙頁中的強度添加劑優選在約0.01％和約2.0％之間；更優選的是留著約0.1％至約1.0％的強度添加劑材料，優選是澱粉基材料。
B)柔軟添加劑化學柔軟添加劑選自潤滑劑，增塑劑，陽離子去鍵合劑，非陽離子去鍵合劑及其混合物。在本發明中用作柔軟添加劑的合適的去鍵合劑包括陽離子表面活性劑和非陽離子表面活性劑，其中優選陽離子表面活性劑。非陽離子表面活性劑包括陰離子、非離子、兩性和兩性離子的表面活性劑。在製得薄頁紙之後，表面活性劑最好是基本原地不遷移的，以便基本排除後處理時薄頁紙性能的改變，所述的性能可能是由於加入表面活性劑所產生的。例如藉助使用其熔融溫度大於本發明薄頁紙產品在儲存、運輸，交易，以及使用期間通常遭遇的溫度，可以使薄頁紙的性能不發生改變，例如使用約50℃或更高熔融溫度的表面活性劑。
為提供上述柔軟度/抗張強度益處，施加至薄頁紙幅上的非陽離子表面活性劑的用量為以最終產品達到恆定抗拉強度為準，從賦予所述益處所需的最少有效量至2％，優選的是，紙幅留著約0.01％至約2.0％的非陽離子表面活性劑；更優選的是，留著約0.05％至約1.0％；最優選的是，留著約0.05％至約0.3％。優選表面活性劑有8個或更多個碳原子的烷基鏈。舉例性的陰離子表面活性劑是線性烷基磺酸鹽，以及烷基苯磺酸鹽。舉例性的非離子表面活性劑是烷基苷，包括烷基苷酯，如得自Croda，Inc.(New York，NY)的CrodestaSL-40；如描述於US4,011,389(1977年3月8日授權於W.K.Langdon等人)中的烷基苷酯；烷基聚乙氧基化的酯，如得自GlycoChemicals Inc.(Greenwich，CT)的Pegosperse200ML；烷基聚乙氧基化的酯和酯，如得自Shell Chemical Co.的NeodolR25-12；脫水山梨醇酯，如得自ICI America，Inc.的Span60，乙氧基化的脫水山梨醇酯，丙氧基化的脫水山梨醇酯，混合的乙氧基化/丙氧基化的脫水山梨醇酯，以及聚乙氧基化的脫水山梨醇，如得自ICI America，Inc.的Tween 60。特別優選的是將烷基多苷用於本發明。上面所列出的舉例性的表面活性劑僅僅是說明性的，並不意味著對本發明範圍的限定。
除化學造紙添加劑乳化表面活性劑材料以外，在下文中任何表面活性劑均被稱之為「表面活性劑」，在下文中將用作乳化化學造紙添加劑的乳化組分稱之為「乳化劑」。可以將表面活性劑單獨施加至薄頁紙上，或者與其它化學造紙添加劑一起或者在其之後或之前施加至薄頁紙上。在典型的方法中，如果存在另外的添加劑，那麼將表面活性劑與其它的添加劑同時施加至纖維素基材上。另外，還希望用用於掉毛控制和/或增加抗拉強度的相對少量的粘結劑對包含去鍵合劑的薄頁紙進行處理。在本發明中所使用的術語「粘結劑」指的是現有技術中已知的各種溼強度添加劑和幹強度添加劑。如果使用去鍵合劑和吸收性助劑的話，可將粘結劑與之同時添加，或者在其之前或之後添加。優選將粘結劑與去鍵合劑同時加至薄頁紙幅上(例如將粘結劑包括在施加至薄頁紙幅中的稀水溶液中)。
如果希望化學柔軟劑起賦予潤滑感的作用，那麼它可選自下列化學劑有機材料(如礦物油或蠟，如石蠟或巴西棕櫚蠟，或羊毛脂)；和聚矽氧烷(如在授於Ampulski的US5,059,282中描述的化合物，在此引入作為參考)。可用於本發明的合適的聚矽氧烷化合物將在下面進行詳細描述。
為提供上述柔軟度/潤滑感的益處，施加至薄頁紙幅上的聚矽氧烷的用量為以最終產品達到恆定抗拉強度為準，從賦予所述益處所需的最少有效量至2％，優選的是，紙幅留著約0.01％至約2.0％的聚矽氧烷化合物；更優選的是，留著約0.02％至約1.0％；最優選的是，留著約0.03％至約0.3％。優選所述的聚矽氧烷化合物具有下述結構的矽氧烷單體單元
對於每個獨立的矽氧單體單元而言，式中R1和R2可分別為氫或任何烷基，芳基，烯基，烷芳基，芳烷基，環烷基，滷代烴，或其它基團。所述的基團可以是取代或未取代的。任何特定單體單元的R1和R2基團可以不同於下一個連接的單體單元中相應的官能團。此外，聚矽氧烷可以是直鏈的，支鏈的或具有環狀結構。另外，基團R1和R2可獨立地為其它的矽雜官能團，如(但並不局限於)矽氧烷，聚矽氧烷，矽烷，以及聚矽烷。基團R1和R2可包含各種有機官能團，例如包括醇，羧酸，醛，酮和胺，醯胺官能團，其中優選的是氨基官能的矽氧烷化合物。烷基基團的例子是甲基，乙基，丙基，丁基，戊基，己基，辛基，癸基，十八烷基，等。鏈烯基的例子是乙烯基，烯丙基等。芳基基團的例子是苯基，二苯基，萘基等。烷芳基的例子是甲苯基，二甲苯基，乙苯基，等。芳烷基的例子是苯甲基，α-苯乙基，β-苯乙基，α-苯丁基等。環烷基的例子是環丁基，環戊基，環己基等。滷代烴的例子是氯甲基，溴乙基，四氟乙基，氟乙基，三氟乙基，三氟甲苯基，六氟二甲苯基等。披露聚矽氧烷的參考文獻包括US2,826,551(1958年3月11日授權於Geen)；US3,964,500(1976年6月22日授權於Drakoff)；US4,364,837(1982年12月21日授權於Pader)；US5,059,282(1991年10月22日授權於Ampulksi等人)；以及GB849,433(1960年9月28公開，Woolston)中。在此引入這些專利作為參考。另外，引入本發明的參考文獻有SiliconCompounds，第181-217頁，由Petrarch Systems，Inc.發行(1984)，該文包含廣泛列出的聚矽氧烷，並對之進行了說明。
如果希望化學柔軟劑主要對結構進行增塑的話，那麼它可選自下列的化學劑聚乙二醇(如PEG400)；二甲胺；和/或甘油。
如果希望陽離子化學柔軟劑主要起去鍵合作用的話，它可選自下列的化學劑陽離子季銨化合物(如二氫化牛脂二甲基甲酯硫酸銨(DTDMAMS)或二氫化牛脂二甲基氯化銨(DTDMAC)，它們均由WitcoCorporation(Greenwich，Connecticut)生產；Berocel 579(由EkaNobel(Stennungsund，Sweden)生產)；在授權於Osbom並在此引入作為參考的US4,351,699和4,447,294中所述的材料；和/或DTDMAMAS或DTDMAC的二酯衍生物)。
特別是，具有下式的季銨化合物(R1)4-m-N+-[R2]mX-式中m為1-3；各個R1為C1-C8的烷基基團，羥烷基基團，烴基或取代的烴基，烷氧基化的基團，苄基基團，或它們的混合物；各個R2為C9-C41的烷基基團，羥烷基基團，烴基或取代的烴基，烷氧基化的基團，苄基基團，或它們的混合物；X-為與柔軟劑相容的適用於本發明的陰離子；優選各R2為C16-C18烷基，最優選的是各R2為直鏈的C18烷基。優選各R1為甲基，X-為氯化物或甲酯硫酸根。另外，R2取代基也可以由植物油源衍生得到。
具有下式的生物可降解的酯官能季銨化合物(R1)4-m-N+-[(CH2)n-Y-R2]mX-式中各個＝-O-(O)C-，或-C(O)-O-；m為1-3；優選等於2；各個n＝1-4，優選為2；各個R1取代基為短鏈C1-C6，優選為C1-C3的烷基基團，例如甲基(最優選)，乙基，丙基等，羥烷基基團，烴基，苄基或其混合物；各個R2為長鏈、至少部分不飽和的(IV大於約5至小於約100，優選從約10至約85)C11-C23烴基，或取代的烴基取代基，抗衡離子X-可為任何與柔軟劑相容的陰離子，例如，乙酸根，氯化物，溴化物，甲酯硫酸根，甲酸根，硫酸根，硝酸根等也可用於本發明。優選的是絕大部分R2包含含有至少90％C18-C24鏈長的脂肪醯基。更優選的是，絕大部分R2選自含有至少90％C18，C22及其混合物的脂肪醯基。
其它類合適的季銨化合物描述於EP0688901 A2中，該專利已轉讓給Kimberly Clark Corporation，於1995年12月12日公開，在此引入作為參考。
另外還可將叔胺柔軟化合物用於本發明。合適的叔胺柔軟劑的例子描述於US 5,399,241(轉讓給了James River Corporation，1995年3月21日授權)中，在此引入該專利作為參考。
C)吸收性添加劑如果希望吸收性助劑增強其吸收速率的話，可選自下列的化學劑聚乙氧基化物(如PEG400)；烷基乙氧基化的酯(如得自Lonza Inc.的Pegosperse200ML)；烷基乙氧基化的醇(如Neodol)；烷基聚乙氧基化的壬基苯酚(如由Rhone-Poulenc/GAF生產的Igepal CO)，乙氧基化的三甲基戊二醇，和/或US4,959,125和4,940,513(授權於Spendel並且引入本發明作為參考)中所述的材料。在用表面活性的去鍵合柔軟劑降低潤溼作用的例子中，可以將潤溼劑例如第二表面活性劑添加至塗布液中。例如，能將脫水山梨醇硬脂酸酯與烷基聚乙氧基化的醇混合，以便生產柔軟可潤溼的紙張。
另外，還可將水溶性多羥基化合物用作吸收性助劑和/或潤溼劑。適用於本發明的水溶性多羥基化合物的例子包括甘油，重均分子量從約150至約800的聚甘油，以及重均分子量從約200至約4000，優選從約200至約1000，最優選從約200至約600的聚氧乙烯和聚氧丙烯。特別優選的是重均分子量從約200至約600的聚氧乙烯。另外還可使用上述多羥基化合物的混合物。例如，在本發明中，可以使用甘油和聚甘油的混合物，甘油和聚氧乙烯的混合物，聚甘油和聚氧乙烯的混合物等。特別優選的多羥基化合物是重均分子量約400的聚氧乙烯。該材料可得自聯合碳化物公司(Danbury，Connecticut)，商品名為「PEG-400」。
如果希望吸收性助劑降低吸收速率的話，可選自下列化學劑烷基烯酮二聚體(如由Hercules Inc.(Wilmington，DE)製造的AquapelR 360XC乳液)；氟代烴(如由3M(Minneapolis，MN)製造的Scotch Guard)；疏水矽酮(如由道康寧(Midland，MI)製造的PDMS DC-200)；氟代調聚物(如由Dupont(Wilmington，DE)製造的Zonyl 7040)等。
吸收性添加劑可單獨使用或與強度添加劑結合使用。業已發現，澱粉基強度添加劑是用於本發明的優選的粘結劑。優選的是，用澱粉水溶液對薄頁紙進行處理。除減少成品薄頁紙產品掉毛以外，少量澱粉還可以賦予薄頁紙抗張強度的適度改善，而不會賦予其由於加入大量澱粉所產生的僵硬性(即挺度)。另外，與通過增加抗拉強度的傳統方法而增強的薄頁紙相比，這樣的處理提供了改善的強度/柔軟度關係的薄頁紙。傳統方法增強的紙頁例如有由增加精製漿或者通過添加其它幹強度添加劑所致的增加抗拉強度的紙頁。由於傳統上使用澱粉來增強強度是以犧牲柔軟度為代價的，其中柔軟度不是重要的特徵，例如在生產紙板時，因此，本發明所得出的結果是尤其令人驚奇的。此外，澱粉已用作印刷紙和書寫紙的填料，以改善其表面適印性。
D)美學添加劑如果希望使用美學添加劑的話，它可選自下列化學劑油墨，染料，香料，不透明劑(如二氧化鈦或碳酸鈣)，光學增亮劑，及其混合物。
另外，使用本發明中所述的方法，還可改善紙張的美觀性。優選將油墨，染料，和/或香料添加至隨後將要施加至薄頁紙幅上的含水組合物中。可以單獨使用美學添加劑，或與潤溼劑，柔軟劑，和/或強度添加劑結合使用。
分析方法可藉助現有技術中任何可接受的方法來分析留著在薄頁紙幅上的處理化學劑的量。例如，可用有機溶劑對聚矽氧烷進行溶劑萃取，然後通過原子吸收光譜測定萃取物中矽的含量，來確定被薄頁紙留著的聚矽氧烷的量；可通過用有機溶劑進行萃取然後進行氣相色譜測定萃取物中表面活性劑的含量，從而確定非離子表面活性劑如烷基苷的含量；可通過水萃取然後對萃取物進行比色分析而確定陰離子表面活性劑如線性烷基磺酸鹽的含量；通過用澱粉酶將澱粉煮成葡萄糖，然後進行比色分析測定葡萄糖的含量，從而確定澱粉的含量。這些方法只是舉例性的，它們並不意味著排除可用來測定被薄頁紙留著的特定組份含量的其它方法。
薄頁紙的親水性通常是指薄頁紙被水溼潤的趨勢。通過測定幹薄頁紙被水完全溼潤所需的時間，似乎也可以對薄頁紙的親水性進行定量。該時間周期被稱之為「溼潤時間」。為了提供恆定且可重複的對潤溼時間的測試，可以使用下列步驟進行溼潤時間的測定首先，對試樣紙頁進行調節(用來對紙樣進行測試的環境條件是在TAPPI方法T 402中指出的23±1℃和50±2％RH)，提供約4-3/8英寸×4-3/4英寸(約11.1cm×12cm)的薄頁紙結構；其次是，將紙頁折成四個並置的方塊，然後捲成直徑約0.75英寸(約1.9cm)至約1英寸(約2.5cm)的球；第三步是，將球狀的紙頁置於蒸餾水體23±1℃)的表面上並同時開啟計時器；第四步是，當球狀紙頁完全溼潤時關閉計時器並讀數。完全溼潤是用肉眼進行觀察的。
薄頁紙優選的親水性取決於其預定的最終用途。薄頁紙能用於各種用途中將是人們所希望的，例如當用於衛生紙時，希望在相當短的時間內完全溼潤，以便防止衝洗廁所時發生堵塞。優選溼潤時間為2分鐘或更短。更優選的是，溼潤時間為30秒鐘或更短。最優選的是，溼潤時間為10秒鐘或更短。
當然，本發明薄頁紙的親水特徵可以在製備之後立即測定。然而，在製得薄頁紙之後的頭兩周裡，即在薄頁紙製成之後老化兩周後，薄頁紙的親水性可能會大大地增加。因此，上述的溼潤時間最好是在所述的兩周之後進行測量。因此，於室溫在兩周老化之後測定的溼潤時間被稱之為「兩周溼潤時間」。
在本發明中使用的術語薄頁紙的密度為紙張的定量(質量/單位面積)除以厚度計算得到的平均密度，其中需要進行適當的單位轉換。在本發明中所使用的薄頁紙的厚度是，當經受克/英寸2(15.5g/cm2)壓力時紙張的厚度。合適的測量儀器是由Twing-Albert Instrument Co.(Philadelphia，PA 19154)製得的89-100型厚度測量儀。
下面的實施例將對本發明進行說明，但並不意味著對本發明進行限定。
實施例1在本發明的實施過程中，使用中間規模的長網造紙機。用常規的碎漿機製得3％重量的NSK(北方針葉木硫酸鹽漿(如得自Weyerhaeuser Corporation，Tacoma Washington的Grand Prairie))的含水漿液。以幹纖維重量0.75％的速率，將暫時溼強度樹脂(即由National Starch and Chemical corporation(New-York，NY)銷售的Naional Starch 78-0080))的2％的溶液添加至NSK漿料管中。通過管線內的混合器增強了暫時溼強度樹脂在NSK纖維上的吸附。在扇形泵(fan pump)處將NSK漿液稀釋至約0.2％的濃度。在常規的碎漿機中製得桉樹屬(如巴西的Aracruz)纖維3％重量的含水漿液。在扇形泵處將桉樹屬漿液稀釋至約0.2％的濃度。將各配料組份送至網前箱單獨的層中(即桉樹屬纖維送至外層，NSK在中間層)，並沉積至長網上，以便形成三層的紙坯。通過長網並在擋水板和真空吸水箱的幫助下進行脫水。所述長網為每釐米分別有33根縱向單絲和30根橫向單絲的5-梭道，緞紋組織構形。溼紙胚從長網傳遞至第二造紙帶上；在遞紙位置的纖維濃度約為18％。第二造紙帶是一環形網帶，它帶有優選的網狀表面和撓曲的管路。通過在多孔織物上形成光敏聚合物網絡而製得該造紙帶，其中所述的多孔織物由聚酯製成，並具有20(MD)×18(CD)根長絲的四梭道雙層設計，該織物是根據US5,334,289(授權於Trokhan)所披露的方法製得的，在此引入該專利作為參考。縱向單絲的直徑約為0.22mm，橫向單絲的直徑約為0.28mm。光敏聚合物織物具有約35％的壓節區域，並且每平方英寸有562個線性Idaho槽(LinearIdaho Cells)(87個槽/cm2)，線性Idaho槽圖案詳細描述於US5,514,523(1996年5月7日授權於Trokhan等人)的圖19中，在此引入該專利作為參考。在本方法中使用的光敏樹脂為MEH-1000，由MacDermid Imaging TecbnologyInc.(Wilmington，Delaware)面市的甲基丙烯酸酯化的聚氨酯樹脂。造紙帶的總厚度約為1.2mm，其中在多孔織物上方延伸的光敏聚合物圖案的厚度為0.2mm。
在通過真空脫水箱之後，使載在造紙帶上的紙坯通過通風預乾燥器，然後將紙幅轉移至揚克式烘缸上。其它過程以及紙機的狀況如下所列。在真空脫水箱之後纖維濃度約為27％，通過預乾燥器的作用，以及轉移至揚克式烘缸之前的濃度約為65％；通過塗布器噴塗含有0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的起皺粘合劑；在用刮刀對紙幅進行幹起皺之前，將纖維濃度增加至預計的約98％。該刮刀有約25度的斜角，並相對於揚克式烘缸設置，以提供約81度的衝擊角；該揚克式烘缸在約350°F(177℃)下運行，並以約800fpm(英尺/分)(約244米/分)的速度運轉。然後使幹起皺的紙幅在兩個壓光輥之間通過。以輥子重量使兩壓光輥偏置在一起，並以660fpm(約201米/分)的表面速度運轉。壓光的紙幅同樣以660fpm(英尺/分)(約201米/分)的表面速度卷在捲紙軸上備用。
在造紙帶與紙坯接觸之前，通過乳液分布輥，將包含化學添加劑組合物的水溶液連續地施加至造紙帶的紙接觸面上。通過分布輥施加至撓曲元件上的含水化學添加劑組合物包含五種配料水，Regal Oil(由Texaco Oil公司面市的高速透平油)，ADOGEN TA 100(由Witco公司面市的二硬脂基二甲基氯化銨表面活性劑)，鯨蠟醇(由Procter Gamble公司面市的C16線性脂肪醇)和甘油。五種配料的相對比例如下6.1％重量的Regal Oil，0.3％重量的Adogen，0.2％重量的鯨蠟醇，31.1％重量的甘油，以及餘量水。施加至造紙帶上的含水化學添加劑組合物的體積流速約為0.50加侖/小時-橫向英尺(約6.21升/小時-米)。當紙幅與含水化學添加劑組合物接觸時，以紙幅總重量計，溼紙幅中纖維的濃度約為25％。
將紙幅轉換成單層的薄頁紙產品。該薄頁紙的定量約為18#/3M平方英尺，含有約1％的甘油和約1％的Regal Oil，它們主要分布在薄頁紙的壓節區域中；以及約0.2％的暫時溼強度樹脂，該樹脂分布在整個薄頁紙上。重要的是，所得到的薄頁紙是柔軟的、吸收性的，並且可用作搽面紙和/或衛生紙。
實施例2在本發明的實施過程中，使用中間規模的長網造紙機。用常規的碎漿機製得3％重量的NSK(北方針葉木硫酸鹽漿(如得自Weyerhaeuser Corporation，Tacoma Washington的Grand Prairie))的含水漿液。以幹纖維重量的0.75％的速率，將暫時溼強度樹脂(即由National Starch and Chemicalcorporation(New-York，NY)銷售的National Starch78-0080))的2％的溶液添加至NSK漿管中。通過管線內的混合器增強了暫時溼強度樹脂在NSK纖維上的吸附。在扇形泵處將NSK漿液稀釋至約0.2％的濃度。在常規的碎漿機中製得桉樹屬(如巴西的Aracruz)纖維的3％重量的含水漿液。在扇形泵處將桉樹屬漿液稀釋至約0.2％的濃度。將各配料組份送至網前箱單獨的層中(即桉樹屬纖維送至外層，NSK在中間層)，並沉積至長網上，以便形成三層的紙坯。通過長網並在擋水板和真空吸水箱的幫助下進行脫水。所述長網為每釐米分別有33根縱向單絲和30根橫向單絲的5-梭道，緞紋組織構形。溼紙胚從長網傳遞至第二造紙帶上；在遞紙位置處的纖維濃度約為18％。第二造紙帶是一環形網帶，它帶有優選的網狀表面和撓曲的管路。通過在多孔織物上形成光敏聚合物網絡而製得該造紙帶，其中所述的多孔織物由聚酯製成，並具有20(MD)×18(CD)根長絲的四梭道雙層設計，該織物是根據US5,334,289(授權於Trokhan)所披露的方法製得的，在此引入該專利作為參考。縱向單絲的直徑約為0.22mm，橫向單絲的直徑約為0.28mm。光敏聚合物織物具有約35％的壓節區域，並且每平方英寸有562個線性Idaho槽(LinearIdaho Cells)(87個槽/cm2)，線性Idaho槽圖案詳細描述於US5,514,523(1996年5月7日授權於Trokhan等人)的圖19中，在此引入該專利作為參考。在本發明中使用的光敏樹脂為MEH-1000，由MacDermid Imaging TechnologyInc.(Wilmington，Delaware)面市的甲基丙烯酸酯化的聚氨酯樹脂。造紙帶的總厚度約為1.2mm，其中在多孔織物上方延伸的光敏聚合物圖案的厚度為0.2mm。
在通過真空脫水箱之後，使載在造紙帶上的紙坯通過通風預乾燥器，然後將紙幅轉移至揚克式烘缸上。其它過程以及紙機的狀況如下所列。在真空脫水箱之後纖維濃度約為27％，通過預乾燥器的作用，轉移至揚克式烘缸之前的濃度約為65％；通過塗布器噴塗含有0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的起皺粘合劑；在用刮刀對紙幅進行幹起皺之前，將纖維濃度增加至約98％。該刮刀有約25度的斜角，並相對於揚克式烘缸設置，以提供約81度的衝擊角；該揚克式烘缸在約350°F(177℃)下運行，並以約800fpm(英尺/分)(約244米/分)的速度運轉。然後使幹起皺的紙幅在兩個壓光輥之間通過。以輥子重量使兩壓光輥偏置在一起，並以660fpm(約201米/分)的表面速度運轉。壓光的紙幅同樣以660fpm(英尺/分)(約201米/分)的速度卷在捲紙軸上備用。
將包含化學添加劑組合物的水溶液連續地施加至壓光輥的上部。通過壓光輥施加的含水化學添加劑組合物包含三種配料水，季銨化合物(如由Wicto公司面市的二(氫化)牛脂基二甲基甲酯硫酸銨，商品名為「Varisoft137」)和甘油。三種配料的相對比例如下10％重量的Varisoft137，40％重量的甘油，以及餘量水。當紙幅與含水化學添加劑組合物接觸時，以紙幅總重量計，溼紙幅中纖維的濃度約為98％。
將紙幅轉換成單層的薄頁紙產品。該薄頁紙的定量約為18#/3M平方英尺，含有約1％的甘油和約0.2％的季銨化合物柔軟劑，它們主要分布在薄頁紙的枕狀區域中；以及約0.2％的暫時溼強度樹脂，該樹脂分布在整個薄頁紙上。重要的是，所得到的薄頁紙是柔軟的、吸收性的，並且可用作搽面紙和/或衛生紙。
實施例3在本發明的實施過程中，使用中間規模的長網造紙機。用常規的碎漿機製得3％重量的NSK(北方針葉木硫酸鹽漿(如得自Weyerhaeuser Corporation，Tacoma Washington的Grand Prairie))的含水漿液。以幹纖維重量0.75％的速率，將暫時溼強度樹脂(即由National Starch and Chemical corporation(New-York，NY)銷售的National Starch 78-0080))的2％的溶液添加至NSK漿管中。通過管線內的混合器增強了暫時溼強度樹脂在NSK纖維上的吸附。在扇形泵處將NSK漿液稀釋至約0.2％的濃度。在常規的碎漿機中製得桉樹屬(如巴西的Aracruz)纖維的3％重量的含水漿液。在扇形泵處將桉樹屬漿液稀釋至約0.2％的濃度。將各配料組份送至網前箱各單獨的層中(即桉樹屬纖維送至外層，NSK在中間層)，並沉積至長網上，以便形成三層的紙坯。通過長網並在擋水板和真空吸水箱的幫助下進行脫水。所述長網為每釐米分別有33根縱向單絲和30根橫向單絲的5-梭道，緞紋組織構形。溼紙胚從長網傳遞至第二造紙帶上；在遞紙位置的纖維濃度約為18％。第二造紙帶是一環形網帶，它帶有優選的網狀表面和撓曲的管路。通過在多孔織物上形成光敏聚合物網絡而製得該造紙帶，其中所述的多孔織物由聚酯製成，並具有20(MD)×18(CD)根長絲的四梭道雙層設計，該織物是根據US5,334,289(授權於Trokhan)所披露的方法製得的，在此引入該專利作為參考。縱向單絲的直徑約為0.22mm，橫向單絲的直徑約為0.28mm。光敏聚合物織物具有約35％的壓節區域，並且每平方英寸有562個線性Idaho槽(Linear IdahoCells)(87個槽/cm2)，線性Idaho槽圖案詳細描述於US5,514,523(1996年5月7日授權於Trokhan等人)的圖19中，在此引入該專利作為參考。在本發明中使用的光敏樹脂為MEH-1000，由MacDermid Imaging Technology Inc.(Wilmignton，Delaware)面市的甲基丙烯酸酯化的聚氨酯樹脂。造紙帶的總厚度約為1.2mm，其中在多孔織物上方延伸的光敏聚合物圖案的厚度為0.2mm。
在通過真空脫水箱之後，使載在造紙帶上的紙坯通過通風預乾燥器，然後將紙幅轉移至揚克式烘缸上。其它過程以及紙機的條件如下所列。在真空脫水箱之後纖維濃度約為27％，通過預乾燥器的作用，轉移至揚克式烘缸之前的濃度約為65％；通過塗布器噴塗含有0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的起皺粘合劑；在用刮刀對紙幅進行幹起皺之前，將纖維濃度增加至預計的98％。該刮刀有約25度的斜角，並相對於揚克式烘缸設置，以提供約81度的衝擊角；該揚克式烘缸在約350°F(177℃)下運行，並以約800fpm(英尺/分)(約244米/分)的速度運轉。然後使幹起皺的紙幅在兩個壓光輥之間通過。以輥子重量使兩壓光輥偏置在一起，並以660fpm(約201米/分)的表面速度運轉。壓光的紙幅同樣以660fpm(英尺/分)(約201米/分)的速度卷在捲紙軸上備用。
在造紙帶與紙坯接觸之前，通過乳液分布輥，將包含化學添加劑組合物的水溶液連續地施加至造紙帶的壓節區域上。通過分布輥施加至造紙帶壓節區域上的含水化學添加劑組合物包含五種配料水，Regal Oil(由Texaco Oil公司面市的高速透平油)，ADOGEN TA 100(由Witco公司面市的二硬脂基二甲基氯化銨表面活性劑)，鯨蠟醇(由Procter Gamble公司面市的C16線性脂肪醇)和水溶性染料組分。五種配料的相對比例如下6.1％重量的Regal Oil，0.3％重量的Adogen，0.2％重量的鯨蠟醇，0.2％重量的水溶性染料組分，以及餘量水。施加至造紙帶上的含水化學添加劑組合物的體積流速約為0.50加侖/小時-橫向英尺(約6.21升/小時-米)。當紙幅與含水化學添加劑組合物接觸時，以紙幅總重量計，溼紙幅中纖維的濃度約為25％。
將紙幅轉換成單層的薄頁紙產品。該薄頁紙的定量約為18#/3M平方英尺，並含有約0.2％的暫時溼強度樹脂。重要的是，所得到的薄頁紙是柔軟的、吸收性的具有改善的美觀性，並且可用作搽面紙和/或衛生紙。
實施例4在本發明的實施過程中，使用中間規模的長網造紙機。用常規的碎漿機製得3％重量的NSK(北方針葉木硫酸鹽漿(如得自Weyerhaeuser Corporation，Tacoma Washington的Grand Prairie))的含水漿液。以幹纖維重量的0.75％的速率，將暫時溼強度樹脂(即由National Starch and Chemicalcorporation(New-York，NY)銷售的National Starch 78-0080))的2％的溶液添加至NSK漿管中。通過管線內的混合器增強了暫時溼強度樹脂在NSK纖維上的吸附。在扇形泵處將NSK漿液稀釋至約0.2％的濃度。在常規的碎漿機中製得桉樹屬(如巴西的Aracruz)纖維的3％重量的含水漿液。在扇形泵處將桉樹屬漿液稀釋至約0.2％的濃度。將各配料組份送至網前箱單獨的層中(即桉樹屬纖維送至外層，NSK在中間層)，並沉積至長網上，以便形成三層的紙坯。通過長網並在擋水板和真空吸水箱的幫助下進行脫水。所述長網為每釐米分別有33根縱向單絲和30根橫向單絲的5-梭道，緞紋組織構形。溼紙胚從長網傳遞至第二造紙帶上；在遞紙位置的纖維濃度約為18％。第二造紙帶是一環形網帶，它帶有優選的網狀表面和撓曲的管路。通過在多孔織物上形成光敏聚合物網絡而製得該造紙帶，其中所述的多孔織物由聚酯製成，並具有20(MD)×18(CD)根長絲的四梭道雙層設計，該織物是根據US5,334,289(授權於Trokhan)所披露的方法製得的，在此引入該專利作為參考。縱向單絲的直徑約為0.22mm，橫向單絲的直徑約為0.28mm。光敏聚合物織物具有約35％的壓節區域，並且每平方英寸有562個線性Idaho槽(LinearIdaho Cells)(87個槽/cm2)，線性Idaho槽圖案詳細描述於US5,514,523(1996年5月7日授權於Trokhan等人)的圖19中，在此引入該專利作為參考。在本發明中使用的光敏樹脂為MEH-1000，由MacDermid Imaging Technology Inc.(Wilmington，Delaware)面市的甲基丙烯酸酯化的聚氨酯樹脂。造紙帶的總厚度約為1.2mm，其中在多孔織物上方延伸的光敏聚合物圖案的厚度為0.2mm。
在通過真空脫水箱之後，使載在造紙帶上的紙坯通過通風預乾燥器，然後將紙幅轉移至揚克式烘缸上。其它過程以及紙機的條件如下所列。在真空脫水箱之後纖維濃度約為27％，通過預乾燥器的作用，轉移至揚克式烘缸之前的濃度約為65％；通過塗布器噴塗含有0.25％的聚乙烯醇(PVA)水溶液的起皺粘合劑；在用刮刀對紙幅進行幹起皺之前，將纖維濃度增加至預計的98％。該刮刀有約25度的斜角，並相對於揚克式烘缸設置，以提供約81度的衝擊角；該揚克式烘缸在約350°F(177℃)下運行，並以約800fpm(英尺/分)(約244米/分)的速度運轉。然後使幹起皺的紙幅在兩個壓光輥之間通過。以輥子重量使兩壓光輥偏置在一起，並以660fpm(約201米/分)的表面速度運轉。壓光的紙幅同樣以660fpm(英尺/分)(約201米/分)的速度卷在捲紙軸上備用。
在紙坯進行遞紙之前，通過噴塗系統，將包含化學添加劑組合物的水溶液連續地施加至揚克式烘缸的表面上。通過噴塗系統施加至揚克式烘缸表面上的含水化學添加劑組合物包含三種配料水，Airvol 540(由AirProducts and Chemicals(Allentown，PA)面市的聚乙烯醇)和Cypro 711(由American Cyanamid(Wayne，N.J.)提供的聚丙烯醯胺幹強度樹脂。三種配料的相對比例如下0.125％重量的聚乙烯醇，0.125％重量的聚丙烯醯胺幹強度樹脂，以及餘量水。施加至揚克式烘缸表面上的含水化學添加劑組合物的體積流速約為0.11加侖/分鐘-橫向英尺。溼坯紙的總的平均水含量為每磅纖維約0.67磅水。
將紙幅轉換成單層的薄頁紙產品。該薄頁紙的定量約為18磅纖維/3000平方英尺面積，並含有約0.01％主要分布在薄頁紙產品高密度區域中的幹強度樹脂。重要的是，所得到的薄頁紙是柔軟的、吸收性的具有改善的美觀性，並且可用作搽面紙和/或衛生紙。
權利要求
1.一種化學增強的紙張結構，包含纖維素基材，所述基材有相對高密度的第一區域，和相對低密度的第二區域；所述的相對高密度區域和相對低密度區域以非無規、重複的圖案排列；和固著的化學造紙添加劑，該添加劑布置在所述相對高密度區域之一上或布置在相對低密度區域之一上。
2.一種化學增強的紙張結構，包含纖維素基材，所述基材有第一區域和低密度的第二不連續區域，第一區域包含基本連續的高密度網狀區域；和布置在所述低密度區域上的固著的化學造紙添加劑。
3.根據權利要求2的化學增強的造紙添加劑，其中所述的低密度不連續區域和所述的基本連續的網狀區域位於兩個不同的平面上。
4.根據權利要求1的化學增強的紙張結構，其中所述的化學造紙添加劑選自強度添加劑，吸收性添加劑，柔軟添加劑，美學添加劑，及其混合物。
5.根據權利要求4的化學增強的紙張結構，其中所述的化學造紙添加劑是柔軟添加劑。
6.根據權利要求5的化學增強的紙張結構，其中所述的柔軟添加劑選自潤滑劑，增塑劑，陽離子去鍵合劑，非陽離子去鍵合劑，及其混合物。
7.根據權利要求6的化學增強的紙張結構，其中所述的柔軟添加劑是非陽離子去鍵合劑。
8.根據權利要求7的化學增強的紙張結構，其中所述的非陽離子去鍵合劑選自脫水山梨醇酯，乙氧基化的脫水山梨醇酯，丙氧基化的脫水山梨醇酯，混合的乙氧基化/丙氧基化的脫水山梨醇酯，及其混合物。
9.根據權利要求6的化學增強的紙張結構，其中所述的柔軟添加劑是陽離子柔軟劑。
10.根據權利要求9的化學增強的紙張結構，其中所述的陽離子柔軟劑是季銨化合物。
11.根據權利要求9的化學增強的紙張結構，其中所述的陽離子柔軟劑是二酯季銨化合物。
12.根據權利要求4的化學增強的紙張結構，其中所述的化學造紙添加劑是強度添加劑。
13.根據權利要求12的化學增強的紙張結構，其中所述的強度添加劑選自永久溼強度樹脂，暫時溼強度樹脂，幹強度添加劑，及其混合物。
14.根據權利要求13的化學增強的紙張結構，其中所述的強度添加劑是選自聚醯胺-表氯醇樹脂，聚丙烯醯胺樹脂，及其混合物的永久溼強度樹脂。
15.根據權利要求14的化學增強的紙張結構，其中所述的強度添加劑是澱粉基暫時溼強度樹脂。
16.根據權利要求4的化學增強的紙張結構，其中所述的化學造紙添加劑是吸收性添加劑。
17.根據權利要求16的化學增強的紙張結構，其中所述的吸收性添加劑選自多羥基化合物，聚乙氧基化物，烷基乙氧基化的酯，烷基乙氧基化的醇，烷基聚乙氧基化的壬基苯酚，乙氧基化的三甲基戊二醇，及其混合物。
18.根據權利要求17的化學增強的紙張結構，其中所述的吸收性添加劑是烷基乙氧基化的醇。
19.根據權利要求17的化學增強的紙張結構，其中所述的吸收性添加劑是多羥基化合物。
20.根據權利要求19的化學增強的紙張結構，其中所述的多羥基化合物選自甘油，聚甘油，聚氧乙烯，聚氧丙烯，及其混合物。
21.根據權利要求4的化學增強的紙張結構，其中所述的化學造紙添加劑是美學添加劑。
22.根據權利要求21的化學增強的紙張結構，其中所述的美學添加劑選自油墨，染料，香料，不透明劑，光學增亮劑，及其混合物。
23.根據權利要求22的化學增強的紙張結構，其中所述的美學添加劑是染料。
24.根據權利要求6的化學增強的紙張結構，其中所述的潤滑添加劑包括矽氧烷化合物。
25.根據權利要求24的化學增強的紙張結構，其中所述的矽氧烷化合物是氨基官能的矽氧烷。
26.一種穿透乾燥的、化學增強的紙張結構，包含纖維素基材，所述基材包含基本連續的高密度網狀區域，和分布在其中的不連續的低密度區域，所述相對高密度基本連續的網狀區域和所述相對低密度不連續的區域分別以非無規重複的圖案排列，其中所述相對高密度基本連續的網狀區域限定第一隆起，所述相對低密度不連續的區域限定第二隆起；和固著的化學造紙添加劑，該添加劑布置在所述相對高密度區域之一上或布置在相對低密度區域之一上。
27.根據權利要求1的化學增強的紙張結構，由包含如下步驟的方法製得通過與輥接觸，將所述化學造紙添加劑印刷至所述區域之一上。
28.根據權利要求2的化學增強的紙張結構，由包含如下步驟的方法製得通過與輥接觸，將所述化學造紙添加劑印刷至所述區域之一上。
29.根據權利要求26的化學增強的m紙張結構，由包含如下步驟的方法製得通過與輥接觸，將所述化學造紙添加劑印刷至所述區域之一上。
全文摘要
本發明披露了一種化學增強的紙張結構(20),該結構帶有不連續圖案的化學組合物。所述紙張結構(20)包含纖維素基材(22)如薄頁紙。所述基材有相對高密度(34)和相對低密度(38)區。化學組合物(24)可包括化學柔軟組分或表面活性的組分,並且優選施加至基材的低密度區域(38)。優選的是,低密度區域(38)是不連續的區域(36),結果是,基本連續的高密度網(32)存在於低密度區域(36,38)之間。本發明的紙張結構適用於浴巾紙或搽面紙。優選由裝置(50)中的溶液(40),將添加劑(24)施加至紙張(22)上,所述裝置(50)至少包含兩個可軸向旋轉的輥,即支承輥(56)和任選的遞紙輥(54),以及計量凹印輥(52),紙張(22)通過輥子間所形成的間隙(60),以及非強制性的壓區(58)。
文檔編號D21H19/74GK1229448SQ97196745
公開日1999年9月22日 申請日期1997年6月13日 優先權日1996年6月14日
發明者保羅·D·特羅克漢, 迪安·V·費恩, 喬·B·梅爾文 申請人:普羅克特和甘保爾公司