压花的多层纸及其制备方法

专利名称：压花的多层纸及其制备方法
技术领域：
本发明涉及多层纤维素纤维结构，特别是压花的多层纤维素纤维结构以及所述结构的制备方法。
背景技术：
纤维素纤维结构是日常生活用品。纤维素纤维结构被用作毛巾纸，卫生纸，搽面纸，餐巾纸等的消费品。对所述纸产品的大量需求产生了对所述产品的改进形式及其制备方法的需求。
多层纤维素纤维结构在消费品领域中是众所周知的。所述产品是具有多于一层、通常为两层面对面叠加以形成层压材料的纤维素纤维结构。本领域已知的是，为了美观而对包含多层薄页纸的纸页进行压花，并且在使用期间使各层保持面对面关系。此外，压花能够增加层的表面积，借此将增加其松厚性和持水能力。
在压花过程中，各层将通过在并置的轴向平行的辊之间形成的压区。在这些辊上的压花球形突出物将各层的相同区域压入啮合中并与相对层呈接触关系。各层的压榨区将产生美学图案并给连接和保持各层呈面对面接触关系提供手段。
压花通常借助两种方法中的一种，即球形突出物对球形突出物压花或嵌套压花。球形突出物对球形突出物压花由并置的轴向平行的辊组成，以便在相对辊上的球形突出物之间形成压区。嵌套压花由在另一辊的压花球形突出物之间啮合的一辊的压花球形突出物组成。球形突出物对球形突出物压花和嵌套压花的例子描述于如下现有技术中US3,414,459(1968年12月3日授权于Wells并且是普通转让的)；US3,547,723(1970年12月15日授权于Gresham)；US3,556,907(1971年1月19日授权于Nystrand)；US3,708,366(1973年1月2日授权于Donnelly)；US3,738,905(1973年6月12日授权于Thomas)；US3,867,225(1975年2月18日授权于Nystrand)和US4,483,728(1984年11月20日授权于Bauernfeind)。
球形突出物对球形突出物压花将产生由枕区组成的纤维素纤维结构，所述枕区将增加产品的厚度。然而，由于缺乏支承，在加压下枕区有塌陷的趋势。因此，在余下的转换操作和随后的包装期间，厚度益处通常将丧失，减少了压花所追求的绗缝外观。
业已证明，嵌套压花是生产具有更为柔软、更好绗缝外观的产品的优选方法，所述外观在包括包装等的整个余下转换加工中均能保持。利用嵌套压花，一层具有凸图案，而另一层有凹图案。当两层运行通过压花辊的压区时，这些图案将啮合在一起。嵌套压花使凸压花辊上的球形突出顶与凹压花辊上的低区域对准。结果是，在一层上产生的压花位置将给另一层上的压花位置提供支承。
由于嵌套压花辊上的球形突出物不接触，因此，在嵌套压花辊之间的压区处的层压点通常被消除。这要求增加接合辊，以便给层压施加压力。通常的接合辊是实心的，这将导致每个潜在的层压位置均产生层合，如US3,867,225(1975年2月18日授权于Nystrand)中所述。
将嵌套压花辊设计成一辊上的球形突出物与提供层压位置的另一压花辊的周边接触，借此，可以消除对接合辊的需求。所述的嵌套压花排列示于US5,468,323(1995年11月21日授权于McNeil)中。借助使涂胶辊与每个压花辊一起使用，在每个压花位置处提供粘合剂连接，这种排列还给层之间的粘结强度的改善提供了一种手段。
具有压花纤维素纤维结构的产品的消费者测试已确定，更为柔软、绗缝更好的外观是人们所希望的。消费者希望这样的产品具有相对高的厚度，带有美学上令人愉快的装饰图案；显示出高质量的布状外观。这些特征必须在不损害产品的其它希望质量下提供，所述其它希望质量如柔软度，吸收性，布质性能(柔软性)和层间粘结强度。
为生产出具有优异功能性以及美学上令人愉快装饰质量的纸产品，现有技术中已进行了各种尝试。本发明提供一种压花的多层薄页纸，其中在两层的每一层上的压花图案根据具体的目的而设计。例如，在第一层上的压花图案主要以美学为基础，而第二层上的压花图案主要以功能性如厚度和强度为基础。此外，在两层之间的连接数量和位置需要进行限制，以便协调两层之间的粘结强度和最终产品的柔软度和布质性能。
发明概述本发明包括含第一层和第二层的多层纤维素纤维结构；第一层有形成单元格子的n排压花，第二层有形成单元格子的n＋1排压花。第一层和第二层以面对面关系连接，因此，第一层的n排压花嵌在第二层的n＋1排压花内。在另一实施方案中，为了美观，第一层包括多个分布在单元格子内的标记。在另一实施方案中，第一层和第二层只在所述的标记处连接。
本发明还包括所述多层纤维素结构的制备方法。所述方法包括提供第一层压花设备和第二层压花设备的步骤，其中，所述第一层和第二层压花设备包含轴向平行于图案辊的、并置的加压辊，以便在它们之间形成压区。每个图案辊包含多个由周边突出的径向取向的压花球形突出物。在第一图案辊上的压花球形突出物形成由n排压花组成的单元格子，而在第二图案辊上的压花球形突出物形成包含n＋1排压花的单元格子。在第一层和第二层压花设备之间插入第一和第二层薄页纸，以致使将分别包含n和n＋1排压花元素的格子压花图案压在其上。随后，以所述第一层的所述n排压花嵌在所述第二层的所述n＋1排压花的方式，使第一层和第二层面对面地连接在一起。
在另一实施方案中，所述方法包括借助与一个或两个图案辊一起提供粘合剂涂布辊，而使两层粘结的手段。在另一实施方案中，该方法包括提供与两个图案辊之一轴向平行的、并置的钢砧辊，以便通过高压压花将两层粘结。
附图概述根据下面的说明、所附的权利要求书以及附图，本发明的这些和其它的特征、方面和优点将变得更易理解，其中

图1是用来使本发明的两层进行嵌套压花和粘合剂粘结的装置的简略侧视图。
图2是示于图1中的两个图案辊之间形成的压区的侧视图。
图3是采用本发明的高压压花，用来使两层进行嵌套压花和粘结的装置的简略侧视图。
图4是示于图3中的图案辊和钢砧辊之间形成的高压压花压区的侧视图。
图5是本发明压花的多层纸产品的局部垂直截面图。
图6a是显示第一层上压花图案的、示于图5中的多层纸产品的局部平面图。
图6b是显示第二层上压花图案的、示于图5中的多层纸产品的局部平面图。
图6c是显示嵌在图6b中阐明的第二层压花图案内的于图6a中阐明的第一层压花图案的、示于图5中的多层纸产品的局部平面图。
图7是显示相对于CD和MD偏斜的尖点(apiceS)和顶点(vertices)的格子压花图案的局部平面图。
图8a是线性花形标记和心形标记的平面图。
图8b是包含锯齿图案的、在图8a中示出的标记的平面图。
图9a是显示压花单元格子的第一层的平面图，所述单元格子中分布有花形标记。
图9b是显示压花单元格子的第一层的平面图，所述单元格子中分布有花形标记和心形标记。
发明详述定义在本发明中使用的下列术语具有下列的含义“机器方向”，标记为MD，是平行于通过造纸设备的纸张流动方向的方向。
“横跨机器方向”，标记为CD，是垂直于X-Y平面内机器方向的方向。
“压花”指的是一个过程，即，使垂直于其平面的相对小部分的纤维素纤维结构挠曲并使该纤维结构的突出部分对着相对硬的表面压紧，从而永久地破坏纤维与纤维间的键。
“压区”是连接两个平行轴中心的加载平面。
“非随机的”指的是可预测的分布并可以作为制备方法的已知和预定的特征来进行。
“重复”指的是图案多于一次地形成。
“不连续的”意指相邻压花位置是不邻接的。
“基本上连续的”指的是在纤维结构的一个或两个主要方向上，基本上沿整个纤维结构延伸的区域。
“锯齿压花元素”是形成锯齿和城齿的压花元素，以致使压花元素侧将类似于具有间隔开的投影的城墙的顶部，它们是城齿和为锯齿的在城齿之间的凹陷。
“标记”是显示装饰性方面的区别标记。
“格子”是小的交错的对角线或曲折段或角形物的图案。
“单元”是包含一组单独附件的二维排列的单元。
说明书包含(1)本发明的压花层压体系和(2)本发明的最终纸产品的详细说明。
(1)压花/层压设备图1阐明的是用来制备用于消费纸产品的纤维素纤维结构的压花和层压体系。所述体系进行现有技术中称之为嵌套压花的过程。在嵌套压花中，两层20和22在配对的加压辊30和32之间以及配对的图案辊34和36之间进行压花。加压辊30和32以及图案辊34和36轴平行地并置，从而形成三个压区，即在第一加压辊30和第一图案辊34之间的第一压区，在第二加压辊32和第二图案辊36之间的第二压区，和在第一图案辊34和第二图案辊36之间的第三压区。尽管本发明同样可应用于所有种类的消费纸产品，如毛巾纸，卫生纸，搽面纸，餐巾纸等，但用来生产多层薄页纸24以及借此生产的多层薄页纸24的压花过程代表卫生纸。
图案辊34和36具有径向朝外延伸并在各压区处与各加压辊30或32的周边接触的球形突出物33。连接成最终多层纤维素纤维结构24的各层20或22通过图案辊34或36和各加压辊30或32之间的压区中的一个。每个层20或22在各图案辊34或36的球形突出物33的压区中进行压花。
对于本发明，分布在第一图案辊34上的压花图案是包含n个弓形排压花元素的单元格子。分布在第二图案辊36上的压花图案是包含n＋1个弓形排压花元素的单元格子。
压花之后，层20或22之一可以有借助粘合剂涂布辊37将其涂布至压花位置26的最后顶部27上的粘合剂。粘合剂涂布辊37可以与层20或22结合使用。在该方法中，压花位置26的顶部27是将粘合剂施加至层20或22上的唯一部分，这是因为压花位置26的顶部27是层20或22接触粘合剂涂布辊37的唯一部分。
然后，使层20或22通过第一图案辊34和第二图案辊36之间的压区。对两个辊34，36每个上的图案进行排列，以致使在两个辊34，36之间形成的压区处，使第一图案辊34上的n排压花元素嵌在第二图案辊36上的n＋1排压花元素内。
如图2所示，在每个图案辊34，36上的球形突出物33在不与其接触下接近相邻图案辊的周边31。在该压区中，层20和22以面对面的关系与一层20，22上压花位置26的顶部27并置，所述一层20，22与另一层20，22上非压花区25对齐。
然后，使两层20和22通过与粘合剂涂布辊37相连接的图案辊34和接合辊38之间的压区，从而保证第一层20的压花位置26的顶部连接至第二层22的非压花区25上，所述压花位置具有由粘合剂涂布辊37施加的粘合剂。在图案辊34和接合辊38之间的接触局限于第一层20的压花位置26。
在另一实施方案(未示出)中，可以对图案辊34，36进行设计，以致使每个辊上的球形突出物33接触相对辊的周边，所述相对辊在其之间形成的压区处粘结层20，22，因此无需接合辊38。所述排列披露于普通转让的US5,468,323(1995年11月21日授权于McNeil)中，在此将其引入作为参考。对于这样的排列，粘合剂涂布辊37可以与每个图案辊结合使用，以致使层压位置可以在两个图案辊34，36上的每个球形突出物33处的层间形成。
在另一实施方案中，两层20，22可以借助高压压花而粘结。如图3所示，粘合剂涂布辊37被消除并且第一图案辊34与代替接合辊38的钢砧辊50配对。在两层通过第一图案辊34和第二图案辊36之间的压区并由此以面对面关系并置之后，使层20，22通过第一图案辊34和钢砧辊50之间的压区。如图4所示，第一图案辊34上的球形突出物33与钢砧辊50上的搭接区域52一起起作用，以便将高的单元压力施加至分布在其间的两层20，22的表面上。钢砧辊上的搭接区域52的大小等于和稍大于其中将发生粘结的匹配图案辊34的、与面接球形突出物部分相连接的尺寸。
借助纤维的缠结和将其还原成塑性，高压压花使两层连接。最终的连接显示出了玻璃纸外观，这在美学上是令人愉快的。通过高压压花的连接披露于US3,323,983(1964年9月8日授权于Palmer)中，在此将其引入作为参考。
(2)压花的纸产品本发明提供具有柔软性、吸收性和布质性能以及显示出美学上令人愉快的装饰特征的功能特性的薄页纸产品。所述美学上令人愉快的特征包括显示出高质量布状外观，特别是更为柔软、更好的衍缝外观的图案。
对于本发明，在两层每一层上的压花图案有着不同的目的，因此肉眼可识别。例如，第一层上的图案的设计焦点主要在于美观，而第二层上的图案设计用来增强功能性，如厚度和强度。在两层以面对面关系连接之后，使识别的图案彼此啮合，以致使第二层上的压花图案与第一层上的图案互补。
参考图5，根据本发明的纤维素纤维结构20包含两个以面对面关系连接的层20和22。层20和22的每一层均有两个不同的区，即基本连续的非压花区域24和通常由此朝外突出并优选与其垂直的不连续的压花位置26。应当理解的是，每层20或22可以直接连接至相对的层22或20上，或者可以通过夹在层20和22之间的中间层(未示出)而连接。
如图5所示，第一层20上的压花元素26嵌在第二层22上的压花元素26之间，以致第二层22上的压花元素26将存在于第一层20上每个压花元素26的相对侧上。这种排列在三个方面改善了多层薄页纸。第一，这将在第一层20上提供更大的非压花区域，给设置标记提供了空间，从而增加了第一层的装饰质量。第二，在第二层22上辅加排的压花元素26将给第一层20上更大的非压花区域25提供额外的支承，由此增加了多层薄页纸的厚度。第三，这种嵌套排列增加了多层薄页纸的布状、绗缝外观。
用于本发明的压花图案包括单元格子。图6a描述了在第一层20上压花的单元格子的平面图，图6b描述了在第二层22上压花的单元格子的平面图。尽管两层的每一层上的单元格子均由形成尖点62和顶点64的、弓形排不连续压花元素26组成，但所述单元格子可以包含具有直线排或S形曲线排的压花元件的其它构形。
如图6a和6b所示，第一层20上的单元格子由单个弓形排66的压花元素26限定，而第二层22上的单元由两排67压花元素26限定。在两层20，22以面对面关系连接在一起之后，第一层上的单个弓形排66嵌在第二层上的两排67之内。这种镶嵌排列，如图6c所示，提供了更为柔软、更好的绗缝外观。
尽管在图6a、6b和6c中描述的两层20，22的单元格子包含第一层20的单排66的单元格子，所述单元格子嵌在第二层22的双排67单元格子内；但很明显的是，其它嵌套格子排列也将提供类似或改进的布状外观。对于本发明，优选的是，将第一层20上的每一排66压花元素26嵌在第二层上的两排67压花元素26之间。换句话说，如果第一层20上的单元格子包含n排压花元素26的话，那么，优选的是，第二层22上的单元格子包含n＋1排压花元素26(其中n是整数1，2，3…等)。
就描述于图6c中的嵌套排列而言，在第一层上形成n排66的各压花元素26能与第二层上形成n＋1排67的压花元素26径向对齐或不对齐。此外，对于嵌套排列，在第一层上的每一排66压花元素26与第二层22上的相邻排67压花元素可以是等距或不等距排列的。
如图6a和6b所示，组成单元格子的排66以重复排列的方式沿CD方向横向布置。格子通常这样进行排列，以致使尖点62和顶点64平行于MD和CD排列。在另一实施方案中，单元格子偏离CD方向。如图7所示，对单元进行排列，以致使尖点和顶点以偏离CD方向的角80倾钭。所述倾钭角从约4°至约10°。
对于本发明，第一层20代表多层薄页纸的外层，它在使用期间通常暴露给消费者。为了进一步增加产品的装饰质量，如图8a所示的标记90可以非随机、重复的方式布置在第一层20上的单元格子68内。通过限制压花元素26的排数，对于所述标记90而言，在第一层20上的单元格子内的空间将是可得到的。尽管标记90可以包含任何装饰图像，但是对于本发明而言，标记90包含花形92和心形94。
标记90可以在压花过程中进行压花或在压花过程之后借助印刷操作进行印刷。然而，为了进一步增强薄页纸的绗缝外观，优选对标记90进行压花。通常借助包括在前述第一图案辊上分布的压花图案内的标记的图像而形成压花标记。
标记90可以包含如图8a所示的线性图案，或如图8b所示的锯齿图案。线性图案包含基本连续的压花设计，而锯齿图案包含锯齿状压花元素。锯齿状压花元素给纸张基材增加松厚性，并增强压花图案的清晰度和保持性。锯齿装饰图像披露于US5,620,776(1997年4月15日授权于Schulz)中。
在示于图9a中的一个实施方案中，第一层20包含单元格子，所述单元格子具有以与MD和CD成对角线方向分布的标记90，其中，在对角线图案中，少于所有单元的单元包括在其中分布的标记90。所述图案在具有所有空单元68的对角线排和其中每个单元68包含在其中分布的花形标记92的对角线排之间交替变化。
在图9b中示出的另一实施方案中，第一层20包含单元格子，其中每个单元68均包括在其中分布的标记。就该实施方案而言，以与MD和CD成对角线方向的图案，将包含花形92和心形94的两种标记90，92分布在单元格子内。在该图案中单元68的每个其它对角线排在全部心形标记与交替心形和花形标记的排之间变化。
在两层20，22每一层上的每个压花位置26的远端均朝相对层突出并与相对层的非压花区域25接触。借助提供能抑制由压缩力、湿度以及吸收性引起的相应损耗的更为永久的结构，在压花位置26处各层的粘结将改善薄页纸的外观。取决于方法，两层20，22可以在每个压花位置26处或在选择的不连续位置处进行粘结。
在两层之间存在的粘结位置数量不仅将影响粘结强度，而且将影向产品的柔软度和布质性能。不管层20，22是通过粘合剂连接还是通过高压压花连接，粘结面积越大，薄页纸将越挺硬。挺度将直接影响产品的柔软度和布质性能。因此，优选的是，借助将两层20，22之间的粘结区域限制在选择的不连续位置而使粘结面积最小化。
两层20，22可以利用先前所述的方法借助粘合剂粘结或高压压花在选择位置处进行连接。就选择性粘合剂粘结来说，粘合剂涂布辊与配对图案辊上选择的不连续压花位置同步。另外，就选择性高压粘结来说，搭接区域在与相邻图案辊上选择性的不连续压花位置匹配的钢砧辊上形成。搭接区域的大小等于和稍大于希望选择性粘结的图案辊上压花的尺寸。
如前所述，高压压花将产生玻璃纸粘结位置，这将增强薄页纸的装饰质量。因此，就本发明而言，优选的是，通过高压压花形成选择性的粘结位置。特别优选的是，借助高压压花将两层粘结，以致使两层20，22之间的粘结面积为两层20，22之间面接表面积的约2％至约5％。
尽管对于选择性粘结位置，可以选择任何图案的压花元素26，但优选的是，利用最小化的表面积，选择提供适当粘结强度的非随机图案的压花元素。对于本发明，优选的是，将选择性粘结位置限制于在第一层上形成单元格子的n排压花元素。更为优选的是，将选择性粘结位置限制于分布在第一层20上的单元格子内的压花标记90。最为优选的是，将选择性粘结位置限制于分布在第一层20上的单元格子内的花形标记92或心形标记94。
尽管已阐明并描述了本发明的特定实施方案，但显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围下，本领域普通技术人员能够作出各种改变和改进。打算在所附的权利要求书中覆盖落入本发明范围内的所述改变和改进。
权利要求
1.一种多层薄页纸，包含第一层，该层有形成限定多个单元的单元格子的n排压花，第二层，该层有限定形成多个单元的单元格子的n＋1排压花；其中所述的第一层和所述的第二层以面对面关系连接，以致使第一层的n排压花嵌在第二层的n＋1排压花内。
2.权利要求1的多层薄页纸，其中所述第一层和第二层在所述第一层的n排压花处粘结。
3.权利要求1的多层薄页纸，其中所述第一层和第二层在所述第二层的少于所有n＋1排压花的位置处粘结。
4.权利要求1的多层薄页纸，另外还包含分布在小于所有所述多个单元的单元内的标记。
5.权利要求4的多层薄页纸，其中所有所述的单元包括在其中分布的标记。
6.权利要求4的多层薄页纸，其中所述标记限制于第一层。
7.权利要求4的多层薄页纸，其中所述标记是压花的。
8.权利要求4的多层薄页纸，其中所述第一层和第二层只在所述标记处粘结。
9.权利要求5的多层薄页纸，其中使所述第一层和第二层粘结，并且其中所述粘结限制于少于所有所述的标记。
10.权利要求2的多层薄页纸，其中所述标记是印刷的。
11.权利要求1的多层薄页纸，其中所述单元与横向偏离。
12.权利要求3的多层薄页纸，其中所述格子包含不连续的元素。
13.一种对两层薄页纸进行压花和粘结的方法，包含如下步骤提供第一层压花设备和第二层压花设备，所述第一层和第二层压花设备包含轴向平行于图案辊的、并置的加压辊，以便在它们之间形成压区，所述的每个辊在其中心均有一轴，所述辊的所述轴限定连接所述轴的中心的加载平面；每个所述图案辊包含许多由周边突出的径向取向的压花球形突出物；其中在所述第一图案辊上的所述压花球形突出物形成包含n排压花的单元格子，而其中在所述第二图案辊上的所述压花球形突出物形成包含n＋1排压花的单元格子；提供第一层薄页纸和第二层薄页纸，每层薄页纸均有被所述层的厚度分开的相对的第一和第二面；将第一层薄页纸插在第一层压花设备的压区之间，其中所述第一图案辊上的所述压花球形突出物对包含单元格子的压花图案进行压缩，其中每个单元均包含n排压花；将第二层薄页纸插在第二层压花设备的压区之间，其中所述第二图案辊上的所述压花球形突出物对包含单元格子的压花图案进行压缩，其中每个单元均包含n＋1排压花；使所述第一和第二层压花设备的辊绕所述轴旋转，借此，使薄页纸的所述第一和所述第二层相对所述辊传送；并以面对面的关系使之组合在一起而形成多层薄页纸，其中所述第一层的所述n排压花嵌在所述第二层的所述n＋1排压花中。
14.权利要求13的方法，另外还包括如下步骤提供轴向平行于所述第二层图案辊的并置的一配合辊，以便在它们之间形成压区，所述配合辊在其中心有一轴，所述配合辊和所述第二层图案的所述轴限定连接所述轴中心的第二加载平面；将所述两层薄页纸插在所述配合辊和所述第二层图案辊的压区之间；和使所述两层薄页纸相对于所述配合辊和所述第二层图案辊传送，其中在所述两层薄页纸的所述第一层和所述第二层之间形成粘结。
15.权利要求14的方法，其中，在至少一个所述图案辊上的所述压花球形突出物形成多个标记，所述压花球形突出物将包含多个标记的压花图案压至插在至少一所述图案辊的压区之间的所述第一或所述第二层薄页纸上。
16.权利要求15的方法，其中所述多个标记包含两种或多种装饰图案。
17.权利要求15的方法，其中所述多个标记布置在所述单元格子内。
18.权利要求17的方法，其中所述粘结限制在少于所有的所述标记。
19.权利要求15的方法，其中所述配合辊包含层合辊，并且所述第一层和第二层通过高压压花粘结。
全文摘要
本发明披露了一种压花多层纸产品,所述产品具有提供布状、绗缝外观的镶嵌格子压花图案;本发明还披露了一种对所述多层纸产品进行压花和粘结的方法。所述多层纸产品包含由n排压花元素组成的单元格子,所述单元格子嵌在由n+1排压花元素组成的面接的单元格子内。
文档编号B31F5/04GK1326522SQ99813480
公开日2001年12月12日 申请日期1999年7月23日 优先权日1998年11月23日
发明者凯文·B·麦克尼尔, 迈克尔·S·普拉特 申请人:宝洁公司