专利名称：由粗纤维素纤维制成的软薄页纸的制作方法
技术领域：
本发明一般性地涉及薄页纸；更具体地说本发明涉及由因为其较高的粗糙度而被称为低级的低级纤维素浆制成的卫生用薄页纸。
随着日渐增长的从经济和环境角度考虑天然纤维的世界性供应问题，对利用诸如由废纸和高产率的机械或化学-机械制浆法生产的那些低级纤维素纤维的压力逐渐增加。不幸的是，当被添加到卫生用薄页纸中时，这样的纤维会引起卫生薄页纸产品的消费者所追求的产品特性(即外观美感和特别是柔软度方面)相当严重的恶化。
有问题的纤维特性主要是粗糙度。上述的低级纤维素纤维通常具有高的粗糙度。这引起由因为其松软性而被选择的主要纤维所赋予的柔软感的损失。引入本发明作参考的Carstens的1981年11月17日颁布的美国专利4,300,981号说明了由这些主要纤维所赋予的织纹与表面质量。
当低级纤维被选用时，如果低级纤维具有高粗糙度的话，就缺乏理想的表面质量。在机械或化学-机械释出的纤维情况中，高粗糙度是由于保留天然木材物质的非纤维素组分之故而引起，这样的组分包括木素与所谓的半纤维素。这使每个纤维在不增加其长度的情况下重量增加。
废纸还往往具有高的机械浆量，但是甚至在选择废纸级别时非常仔细以尽可能减少机械浆量的情况下，仍然经常会出现高的粗糙度。据说这是由于在当来自许多原料的纸相混合以制成再生浆时天然存在的纤维组织的杂质混合物。例如，某些废纸由于它本质上主要为北美硬材而可被选用；然而，人们经常发现大量来自较粗糙的软材纤维的杂质，甚至最有害的品种诸如各种美国南方松。
在整个造纸史中，许多发明人已将他们的活动指向克服低级纤维的局限性以使它们适于此处所述的应用。
在已被提出的用于软化薄页纸的许多化学添加剂中，没有一种已被证明是足以令人信服地从先前所述的粗糙的配料中制造真正的软薄页纸的，除非使用过量或不必要的添加剂而形成相当昂贵的产品，因此这种产品被降到对大多数人来说是不能使用的特殊位置。
因此，本发明的一个目的是提供一种具有理想的触感低密度纤维薄页纸结构。
本发明的另一目的是将通常被认为是粗糙和低品质的临界量的纤维掺入到上述的目的物中。
本发明的另一目的是在不大量使用增加制备和分配产品的费用的化学处理剂的情况提供薄页纸。
使用将在以下公开内容中所说的本发明实现这些或其它的目的。
现已发现，通过构成薄页纸的纤维的粗糙度与制造薄页纸的纤维配料的摩擦系数之间的关系能够达到意想不到的柔软度。此关系使在无需添加多余量的添加剂以掩盖粗纤维硬度的情况下提供软薄页纸成为可能。
本发明涉及由化学软化的纤维素纤维组成的软薄页纸。该化学软化的纤维素纤维包含足够量的粗糙纤维以将薄页纸的复合平均粗糙度提高到大于约11.0mg/100m。该化学软化的纤维素纤维相对于其复合平均粗糙度C(mg/100m)来说具有降低的摩擦系数(DCOF，以百分点表示)，用下列方程式表示DCOF＞4.27×C-44.23。
该软薄页纸具有比抗张强度在约9与约25g/in/g/m2之间和密度在约0.05与约0.20g/cc之间。
在本发明的优选实施方案中，本发明提供了一种预定的处理方法，该处理方法能够用相当数量的、优选为约0.05％至约2.0％重量的化学软化剂在纤维的比表面上基本上涂覆该纤维。优选的化学软化剂包括具有通式
的季铵化合物。
在上述的结构中，每个R1为C14～C22烃基、优选为牛脂；R2为C1～C6烷基或羟烷基，优选为C1～C3烷基；X-为相容的阴离子，诸如卤化物(例如氯化物或溴化物)或甲基硫酸根。如在Swern编辑的贝利的工业油脂产品，第三版(Bailey′s Industrial Oil and Fat Products，Third Edition，John Wiley andSons(New York 1964))中所讨论的那样，牛脂是具有可变组成的天然存在的物质。在由Swern编辑的上述的同一参考文献中的表6.13指出，通常78％或更多的牛脂脂肪酸含有16或18个碳原子。一般说来，牛脂中存在的一半的脂肪酸是不饱和的，主要呈油酸形式。合成的及天然的“牛脂”均处于本发明的范围内。
每个R1优选为C16～C18烷基、更优选为直链C18烷基。优选的是，每个R2为甲基和X为氯化物或甲基硫酸根。
适用于本发明的季铵盐化合物的例子包括熟知的二烷基二甲基铵盐，诸如二牛脂二甲基氯化铵、二牛脂二甲基甲基硫酸铵、二(氢化)牛脂二甲基氯化铵；而二(氢化)牛脂二甲基甲基硫酸铵是优选的。此特定材料在市场上可从Witco Chemical Company Inc.of Dublin，Ohio以商品名“VarisoftR137”购得。
还可以使用季铵化合物的生物可降解的单及二酯变体，这意味着它们均处于本发明范围之中。
除非另有规定，此处所有的百分比、比率以及比例均以重量计。
图1为描述生产优选的纤维素纸浆方法的示意流程图，其中首先进行长度分类步骤，接着进行离心分离步骤。
图2为描述生产优选的纤维素纸浆的另一种方法的示意流程图，其中首先进行离心分离步骤，接着进行长度分类步骤。
以下对本发明进行更详细的介绍。
简言之，本发明为一种低消耗自然资源的薄页纸，当考虑到其配料的粗糙度时该薄页纸具有迄今未获得过的柔软度。
现已发现，通过降低各别纤维相对于其表面积的表面摩擦系数能够获得意想不到的柔软度。
此处使用的术语“摩擦系数”系指由在根据TAPPI标准方法T-205制备的纸试样的平滑表面上拖曳熔结玻璃滑板所需的力而确定的摩擦系数。下文将提供测定用的方法的详细描述，然而摩擦系数还能通过产生类似值的其他方法来确定。
在整个说明书中术语“降低的摩擦系数”用字首缩略词DCOF代表并以百分点为单位表示，指通过添加化学软化剂，摩擦系数被降低的百分量。换句话说，为了测定一种纤维配料的DCOF，使用无化学软化剂的纤维试样制备标准的手抄纸，以及使用添加化学软化剂后的纤维试样制备标准的手抄纸。使用每种手抄纸测定摩擦系数，并使用下式计算DCOFDCOF=COFB-COFACOFB×100]]>式中，DCOF为降低的摩擦系数，COFB和COFA分别为从未处理的纤维和处理过的纤维制得的手抄纸的摩擦系数。
如此处所用的术语“化学软化剂”是指能增加造纸纤维的润滑性而同时基本上是牢固地存在于纤维(be substantive to the fibers)的化合物，即甚至当纤维被分散于水中时它仍保留在纤维上。本发明优选含有，以干纤维为基准计，约0.05％至约2.0％重量的化学软化剂。
最优选形式的化学软化剂是具有以下结构式的0.05％至2.0％的季铵盐化合物
在以上所指定的结构中，每个R1为C14～C22烃基，优选为牛脂；R2为C1～C6烷基或羟烷基，优选为C1～C3烷基；X-为相容的阴离子，诸如卤化物(例如氯化物或溴化物)或甲基硫酸盐。如在Swern编辑的贝利的工业油脂产品，第三版(Bailey′s Industrial Oil and Fat Products，Third Edition，JohnWiley and Sons(New York 1964))中所讨论的那样，牛脂是具有可变组成的天然存在的物质。在由Swern编辑的上述的同一参考文献中的表6.13指出，通常78％或更多的牛脂的脂肪酸含有16或18个碳原子。一般说来，存在于牛脂中的一半的脂肪酸是不饱和的，主要呈油酸形式。合成的和天然的“牛脂”均处于本发明的范围内。
每个R1优选为C16～C18烷基，最优选为直链C18烷基。优选的是，每个R2为甲基和X-为氯化物或甲基硫酸盐。
适用于本发明的季铵盐化合物的例子包括熟知的二烷基二甲基铵盐，诸如二牛脂二甲基氯化铵、二牛脂二甲基甲基硫酸铵、二(氢化)牛脂二甲基氯化铵；而二氢化牛脂二甲基甲基硫酸铵被优选。此特定材料是市场上可从Witco Chemical Company Inc.of Dublin，Ohio以商品名“VarisoftR137”购得。
适用的季铵盐化合物的其它例子和将这样的化合物添加到纤维素纤维的优选方法公开于Phan等人的1993年8月31日颁布的美国专利5,240,562号中，此处引用该文献作参考。
还可使用季铵盐化合物的生物可降解的单及二酯变体，这意味着它们均处于本发明范围之中。这些化合物具有结构式
和
在以上指定的结构中，每个R1为脂族C13～C19烃基(如牛脂)；R2为C1～C6烷基或羟烷基或它们的混合物；X-为相容的阴离子，如卤化物(例如氯化物或溴化物)或甲基硫酸根。每个R1优选为C16～C18烷基，最优选为直链C18烷基；而R2为甲基。
适用于本发明的薄页纸的其他优选的化学软化剂包括聚硅氧烷化合物，优选为氨基官能基的聚二甲基聚硅氧烷化合物。除了带有氨基官能基的这样的取代物外，也可以制备带有羧基、羟基、醚、聚醚、醛、酮、酰胺、酯以及硫羟基基团的有效的取代基。在这些有效的取代基中，由氨基、羧基以及羟基组成的基团族比其他基团更被优选；而氨基官能基最被优选。适用类型的这样的聚硅氧烷在Ampulksi等人的1991年10月22日颁布的美国专利5,059,282号中作了描述，此处引用该文献作参考。
典型的市售的聚硅氧烷包括可从Dow Corning购得的DOW 8075和DOW 200；以及从Union Carbide购得的Silwer L720和Ucarsil EPS。
适用于本发明的其他优选的化学软化添加剂包括选自烷基苷类的非离子表面活性剂，包括烷基苷酯如由Croda，Inc.(New York，NY)购得的CrodestaTMSL-40；W.K.Langdon等人的1977年3月8日颁布的美国专利4011389号中介绍的烷基苷醚；烷基多乙氧基化的酯如从Glyco Chemicals，Inc.(Greenwich，CT)买到的PegosperseTM200ML；烷基多乙氧基化的醚和酯如可从Shell Chemical Co.购得的NeodolR25-12；脱水山梨糖醇酯如从ICIAmerica，Inc.购得的Span 60、乙氧基化的脱水山梨糖醇酯、丙氧基化的脱水山梨糖醇酯、混合的乙氧基化的/丙氧基化的脱水山梨糖醇酯以及聚乙氧基化的脱水山梨糖醇如从ICI America，Inc.购得的Tween 60。当然，以上列出的适用的化学软化剂仅仅是为了举例，本发明的范围并不受它们的限制。
现已发现，化合物诸如上述的季铵盐化合物以如此低的用量(即0.05％～2.0％)带来伴生的高经济价值。事实上，对所研究的纸来说，在这些低用量的情况下没有必要通过使用多羟基化合物或其他的润湿剂来抵消疏水性，这导致进一步的节省。
此处所使用的术语“复合平均粗糙度”系指在不考虑产品是否是由几种不同粗糙度值的配料组成的情况下在纤维成品薄页纸上测定的粗糙度。下文将详细地介绍测定纤维素纤维的粗糙度的方法。
还可从构成产品的各个纤维的粗糙度测定由不同类型纤维素纤维的混合物组成的产品的复合平均粗糙度。为了进行计算，需要知道不同类型纤维的准确的重量比例。为此，当两种分别具有粗糙度C1和C2的1型纤维和2型纤维分别以重量分数f1和f2被混合时使用下式以确定所得到的复合平均粗糙度CC=C1*(1+f1/f2)1+(f2/f1)*(C1/C2)]]>本发明的薄页纸是由具有复合平均粗糙度大于约11.0mg/100m、更优选为大于约12mg/100m的纤维素纤维组成。
一种具有纤维长度与纤维粗糙度的理想结合的纤维素纸浆的优选制造方法描述在Vinson的1993年6月24日提交的美国专利申请NO.08/082683中，此处引用该申请作参考文献。
此处所用的术语“纤维素纤维”指从木材或其他生物材料得到的天然存在的纤维材料。由木材衍生的材料具有特别的意义。来自各种来源的纤维素木材纤维可被用来生产本发明的产品。它们包括化学浆，该化学浆已被纯化而基本上除去所有的源于木材物质的木素。这些化学浆包括通过碱性牛皮纸(硫酸盐)制浆法或通过酸性亚硫酸盐制浆法制成的化学浆。可使用的木纤维还可由机械浆得到，此处所用的术语“机械浆”指预浸预热木片磨木浆和磨木浆、热机械浆以及半化学浆，所有的这些浆保留较多部分的源于木材物质的木素。
可以使用硬木浆和软木浆以及它们的混合物。此处所用的术语“硬木浆”和“软木浆”指分别由落叶树(被子植物)和针叶树(裸子植物)的木材制得的纤维浆。在本发明中还可应用由废纸制得的纤维，废纸可含任一种或所有的上述纤维以及被用来方便最初造纸的少量其它纤维、填料和粘合剂。
由用化学浆纤维制成并包含硬木和软木纤维混合物的废纸得到的纤维还可被用来生产本发明的产品。此处所用的术语“废纸”通常指为了析出纤维并重复利用而被收集的纸。它们可以是消费前的纸，例如由造纸厂或印刷厂产生的废纸，或者是消费后的纸，例如从家庭或办公室收集的废纸。废纸被商人分成不同的级别以有助于废纸的重复利用。在本发明中一级有特殊价值的废纸是帐簿纸。帐簿纸通常是由化学浆组成并通常具有硬木与软木比从约1∶1至约2∶1。帐簿纸的例子包括票据、书、照相纸等等。
被用于制造本发明的薄页纸的纤维素纤维优选包含至少10％、并且更优选为从约20％至约60％重量的选自循环纤维、预浸预热木片磨木浆纤维以及它们的混合物的粗纤维素纤维。
此处所用的术语“柔软度”系指薄页纸的手感质量，它是由专家组相对地评定的并且以专家组评判的平均值报导。
柔软度被公知受造纸的制品结构而不是由此处公开的纤维形态所影响的。例如，对本技术领域的普通技术人员来说，卫生用薄页纸的柔软度是其重量与抗张强度的函数是公知的。
这对根据本发明制成的制品也是适用的。发明人以抗张强度(以克/英寸表示)与定量(以g/m2表示)之比来表示这些参数的结合。此比率在本文中被称为比抗张强度。用于本发明的比抗张强度的范围是从约9g/in/g/m2至约25g/in/g/m2、更优选为从约11g/in/g/m2至17g/in/g/m2。
柔软度还受到由造纸过程中进行成型与干燥类型所引起的松密度影响。例如，在1967年颁布给Sanford和Sissen的美国专利3301746号中认为，关键在于限定用作卫生薄页纸等的特别软纸的制造方法。此现有技术重视密度在提供柔软度方面的重要性。
此处所用的术语“密度”是由厚度与单位面积的重量计算的，其中厚度是使用能使试样受到95克/英寸2的均匀压负荷的任何已校准的纸厚度测定器测定的。适用于本发明的密度范围为从约0.05g/cc至约0.2g/cc，优选为从约0.08g/cc至约0.15g/cc。
此处所用的术语“离心筛”指压力筛，如装有具有小孔尺寸能将进流处的纤维分离成具有可测定的长度差值的两部分的筛筒(screen basket)的、由Bird Machinery Corporation of South Walpole，MA以商品名Model 100Centrisorter销售的压力筛。
此处所用的术语“纤维长度”是指根据将在下文中详细介绍的Kajaani FS-200测定的加权平均纤维长度。优选的是，本发明的薄页纸具有复合平均纤维长度在约1mm与约1.5mm之间。
此处所用的术语“水力旋风器”指的是例如Sprout-Bauer Company ofSpringfield，OH以商品名3″Centricleaner销售的装置。
A.薄页纸本发明为由化学软化纤维素纤维组成的软薄页纸。化学软化纤维素纤维包含足够量的粗纤维而将薄页纸的复合平均粗糙度提高到大于约11.0mg/100m。该化学软化纤维素纤维具有由方程式DCOF＞4.27*C-44.23，特别是DCOF＞4.75*C-44.23表示的相对于复合平均粗糙度C(mg/100m)来说的降低的摩擦系数(DCOF，以百分点表示)。
该薄页纸具有比抗张强度在约9与约25g/in/g/m2之间和密度在约0.05与约0.20g/cc之间。
一般说来，本发明对薄页纸有效，所说的薄页纸包括(但并不限于)传统的毡压的薄页纸、高松密度的图案压实的薄页纸以及高松密度未压实的薄页纸。该薄页纸可具有均匀的或多层的结构，并且由它制成的薄页纸制品可具有单层或多层结构。该薄页纸优选具有定量在约10g/m2与约65g/m2之间和密度为约0.6g/cc或以下。更优选的是，薄页纸的定量在约40g/m2或以下和密度为约0.3g/cc或以下。更优选的是，密度在约0.05g/cc与约0.2g/cc之间，以及最优选为从约0.08g/cc至约0.15g/cc。薄页纸密度的测定请参见1991年10月22日颁布的美国专利5,059,282号(Ampulski等人)第13栏、第61～67行。(除非另有规定，有关纸的所有的用量和重量均按干基计算)。
在本发明的一个优选实施方案中，薄页纸具有单一片的多层结构。优选的是，该单一片包含三个叠置层，即一个内层和两个外层，其中内层位于两个外层之间。内层优选包含具有长度-加权的平均长度(length-weightedaverage length)至少为约1mm的纤维素纤维，并且两个外层的每个层优选包含具有长度-加权的平均长度为小于约1mm的纤维。在此优选的实施方案中，内层占总片材重量的约15％至约35％。该粗纤维素纤维选自循环纤维、预浸预热木片磨木浆纤维以及它们的混合物。粗纤维最好处于外层中，在外层中的粗纤维为总片材重量的至少约10％和更优选为约20％-60％，以及为外层的至少约12％和更优选为从约25％至约75％重量。
传统的压紧薄页纸及其制造方法在本技术领域是众所周知的。这样的纸一般是通过将造纸配料沉积在多孔的成型丝网，即在本技术领域通常被称为长网之上。一旦配料被沉积在成型丝网上，它就被称为纸幅。通过加压和高温干燥使湿纸幅脱水。根据上述的方法制造纸幅的具体工艺和典型设备是本技术领域的普通技术人员所熟知的。在一种典型的方法中，由加压的网前箱提供低浓度的浆料。网前箱具有一个将薄的浆料沉积物供入到长网以形成湿纸幅的孔。然后通常通过真空脱水将湿纸幅脱水到纤维浓度在约7％与约25％之间(以总的纸幅重量为基准计)，和通过压紧操作进一步干燥，其中纸幅受到通过相对的机械件(例如圆柱辊)所提供的压力。然后脱水的纸幅进一步受压和通过现有技术中公知的被称为杨克式烘缸(Yankee dryer)的蒸汽鼓装置的干燥。在杨克式烘缸处压力可以通过机械装置例如对纸幅进行压紧的相对的圆柱形鼓来提供。可以使用多级杨克式烘缸的鼓，由此可以在鼓间随意地造成另外的压紧。所形成的薄页纸结构在下文中被称为传统的压紧薄页纸结构。这样的薄页纸片被认为是压实的，因为整个纸幅受到相当大的机械压紧力而纤维仍是湿的，然后薄页纸片在受压状态下被干燥。
本发明的薄页纸最好是图案压实的。图案压实的薄页纸的特征在于具有相对低纤维密度的相对高膨松区和一系列相对高纤维密度的压实区。另外也将高膨松区称为枕形区(pillow region)。压实区另外也被称为关节区(knuckleregion)。各压实区分散在高膨松区内。各压实区可以不连续地分布在高膨松区之中或者能被全部或部分地在高膨松区内相互连接。图案能被形成非装饰性的形状或能被这样形成以便在薄页纸中提供装饰性图样。制造图案压实的薄页纸幅的优选方法被公开在1967年1月31日颁布的美国专利3,301,746号(Sanford等人)，1976年8月10日颁布的美国专利3,974,025号(Ayers)，1980年3月4日颁布的美国专利4,191,609号，以及1987年1月20日颁布的美国专利4,637,859号(Trokhan)中。上述的所有专利均被编入本文作参考。
一般说来，图案压实的纸幅优选是通过将造纸配料沉积在多孔的成型丝网(例如长网)上以形成湿幅，然后将该湿幅并列在一系列的支持物上。将纸幅压向一系列的支持物，由此在纸幅中在几何形状相应于一系列支持物与湿纸幅之间的各接触点处形成压实区。在此操作期间未被压紧的纸幅的其余部分被称为高膨松区。此高膨松区可以通过施加流体压力(例如用真空型装置或吹入干燥器)，或通过将纸幅机械压紧在一系列的支持物而被进一步脱密。对该纸幅进行脱水并随意地进行预干燥，以如此的方式以基本上避免压紧高膨松区。这最好是通过流体压力来实现，例如使用真空型装置或吹入干燥器，或者另一种方式是通过将纸幅机械压紧在一系列的支持物上(此时高膨松区未被压紧)来实现。脱水、随意的预干燥和形成压实区等操作能被结合在一起或部分结合在一起以减少所进行的加工步骤的总数。在形成压实区、脱水以及随意的预干燥之后，对纸幅进行完全干燥，此时优选仍避免采取机械压紧。薄页纸的约8％至约55％表面最好为具有相对于高膨松区密度的相对密度至少为125％的压实的关节区。
一系列的支持物优选为具有图案的位移关节的压痕载体织物，当施加压力时位移关节起促进压实区形成的一系列支持物作用。各关节图案构成先前所说的一系列支持物。适用的压痕载体织物公开在1967年1月31日颁布的美国专利3,301,746号(Sanford等人)，1974年5月21日颁布的美国专利3,821,068号(Salvucci等人)，1976年8月10日颁布的美国专利3,974,025号(Ayers)，1971年3月30日颁布的美国专利3,573,164号(Friedberg等人)，1969年10月21日颁布的美国专利3,473,576号(Amneus)，1980年12月16日颁布的美国专利4,239,065号(Trokhan)，以及1985年7月9日颁布的美国专利4,528,239号(Trokhan)中；所有的这些专利文献被编入本文作参考。
最好先将配料成形为在多孔成型丝网(例如长网)上的湿纸幅。该纸幅被脱水并转移到压痕载体织物上。配料也可以首先沉积在多孔的支承载体上，所说的多孔支承载体还起压痕织物作用。一旦成形后，对湿纸幅进行脱水，并且最好将其热预干燥到约40％与约80％之间的选定的纤维浓度。脱水优选用吸水箱或其它的真空装置或用吹入干燥器进行。在纸幅完成干燥之前，压痕纤维的关节压痕如以上讨论的那样被压印在纸幅上。完成此任务的一种方法是通过施加机械压力。这可以例如通过将支持压痕织物的夹辊压在干燥鼓(如杨克式烘缸)的表面来完成，其中纸幅被置于夹辊与干燥鼓之间。还有，最好在通过用真空装置(例如吸水箱或用吹入干燥器)施加流体压力而完成干燥之前将纸幅模压在压痕织物上。在初始的脱水期间在一独立的、随后的加工步骤或与初始脱水相结合的步骤中，能够施加流体压力以产生压实区的压痕。
未压紧的、无压实图案的薄页纸结构被介绍于1974年5月21日颁布的美国专利3,812,000号(Salvucci等人)和1980年6月17日颁布的美国专利4,208,459号(Becker等人)中，此两篇专利文献被编入本文作参考。一般说来，未压紧的、无压实图案的薄页纸结构是通过将造纸配料沉积在多孔的成型丝网(例如长网)上而形成湿纸幅，在不施加机械压紧的情况下对纸幅进行沥水和除去额外的水直至纸幅具有至少约为80％纤维浓度，然后起皱纸幅而制备的。通过真空脱水和热干燥从纸幅中除去水。制得的结构是相对未压紧纤维的软而弱的、高膨松片。最好在起皱之前将粘合材料施加到部分的纸幅上。
压紧的、无压实图案的薄页纸结构在本技术领域中被公知为传统的薄页纸结构。一般说来，压紧的、无压实图案的薄页纸结构是通过将造纸配料沉积在多孔的成型丝网(例如长网)上而形成湿纸幅，在借助均匀的机械压紧(压紧)的情况下对纸幅进行沥水和除去额外的水直至纸幅具有浓度为25～50％时为止，将纸幅转移到热干燥器(例如杨克式烘缸)上并起皱纸幅。总的说来，水是通过真空、机械压紧和热方式从纸幅中除去的。制得的结构是牢固的并且通常具有特异的密度，但是在膨松性、吸收性和柔软度方面非常低。
B.粗糙度和纤维长度测定此处所用的术语“平均纤维长度”系指用合适的纤维长度分析仪器例如由Kajaani Electronics of Norcross，Georgia购得的Kajaani Model FS-200型纤维分析仪测定的长度-加权平均纤维长度。该分析仪按照制造商的推荐材料将报告范围设定在0mm～7.2mm之间和将外形定为将长度小于0.2mm的纤维排除在纤维长度和粗糙度的计算之外。该尺寸的粒子被排除在计算之外的原因是认为它们主要是由非纤维碎片组成的，就本发明的目的来说这些碎片是无用的。
术语“粗糙度”，在本文所含的代数式中简写为“C”，是指使用合适的纤维粗糙度测定装置(例如上述的Kajaani FS-200分析仪)测定的每单位未加权纤维长度的纤维质量，以每百米未加权纤维长度的毫克为单位(mg/100m)表示。纸浆的粗糙度C是取自该纸浆的三份纤维试样的三个粗糙度测定值的平均数。测定粗糙度的分析仪的操作类似于测定纤维长度的操作。在制备试样时必须小心以确保将确切重量的试样供入到仪器中。
一种可接受的方法是就每种纤维试样来说在干燥炉中在110℃下将二个铝称量盘干燥三十分钟。然后将称量盘放置于具有合适的干燥剂(例如无水硫酸钙)的干燥器中至少十五分钟以便冷却。用镊子操作称量盘以避免油或水分沾污它们。从干燥器中取出两称量盘并马上一起称量，精确到0.0001克。
将约一克的纤维试样放置在两称量盘的一个中，并将此两称量盘(一个是空的)在未加盖状态被放置在干燥炉中在110℃下至少六十分钟以得到完全干燥的纤维试样。然后在从炉中取出称量盘之前用空盘盖住具有纤维试样的称量盘。然后从炉中取出称量盘和试样并置于干燥器中至少为15分钟以便冷却。取出被覆盖的试样并马上与称量盘一起称重，精确到0.0001克。可从这一重量中减去原先得到的称量盘重量而得到完全干燥的纤维试样的重量。此纤维重量被称为初始试样重量。
通过清洗和在能称量至少25公斤、精度为0.01克的天平上称量而准备一个空的30升容器。通过清洗其容器以除掉所有的纤维而准备一标准TAPPI粉碎机，例如在TAPPI方法T205中所指的英国式粉碎机。将初始试样重量粉碎机，例如在TAPPI方法T205中所指的英国式粉碎机。将初始试样重量的纤维注入到粉碎机容器中，并确保将全部纤维转移到粉碎机中。
在粉碎机中用约2升水稀释纤维试样和将粉碎机运转十分钟。将粉碎机的内含物冲洗到30升容器中并确保所有的纤维被洗涤到容器中。将30升容器中的试样用水稀释而得到重20公斤(精确度为0.01克)的水-纤维淤浆。
将Kajaani FS-200的试样烧杯洗净并称量到精确度为0.01克。用垂直和水平冲程搅拌30升容器中的淤浆，务必不能形成圆形运动以避免淤浆中纤维被离心分离。将准确到0.1克的100.0克测定物从30升容器转移到Kajaani烧杯中。在Kajaani烧杯中的纤维重量(以毫克计)是通过将初始试样重量(以克数记录的)乘5倍而得到的。
将准确到0.01mg的纤维重量注入到Kajaani FS-200表面粗糙度测定仪(Kajaani FS-200 profile)中。将0.2mm的最短纤维长度供入到Kajaani表面粗糙度测定仪以致0.2mm是粗糙度计算时考虑的最短纤维长度。然后用Kajaani FS-200计算初始粗糙度。
粗糙度是通过用相应于长度大于0.2mm的纤维的重量加权积分分布曲线的系数乘以此初始粗糙度而得到的。FS-200仪提供一种得到此重量加权分布曲线的方法。然而，此值是以百分比表示的并且是以“0”纤维长度开始被累计的。为了得到上述的系数，由仪器显示得到“长度小于0.2mm的纤维的重量加权积分分布曲线”(它作为仪器的输出数据被提供)。用100减去此示数，并将该结果除以100而得到长度大于0.2mm的纤维的重量加权积分分布曲线。因此所得到的粗糙度是纤维试样中具有纤维长度大于0.2mm的那些纤维粗糙度的测定值。重复该粗糙度测定，以炉干燥的两称量盘和一纤维试样开始，以得到三个粗糙度值。此处所用的粗糙度C的值是通过平均这三个粗糙度值和将单位转换成以mg/100m表示该值而得到的。
C.摩擦系数摩擦系数是通过使用具有改进的摩擦探测器的KES-4BF表面分析仪得到的，该仪器描述于引入本文作参考的TAPPI出版社出版的Ampulski等人的1991年国际纸张物理会议“薄页纸的机械性能的测定方法”(“Methods forthe Measurement of the Mechanical Properties of Tissue Paper”)中。
此处所公开的、用于摩擦评估的基材是实验室制备的手抄纸，它是按照此处作为参考文献的TAPPI标准T-205制备的。摩擦是在手抄纸的平滑表面上测定的(该侧面是根据该方法在金属板上被干燥的)。
就该测定来说，基材以1毫米/秒的恒定速率向前移动并且摩擦探测器是由标准仪器探测器被改进为2厘米直径的40～60微米的玻璃料。
当在探测器上施加12.5g垂直力和使用此前面规定的基材转移速率时，可以用摩擦力除以垂直力而计算出摩擦系数。摩擦力是检测期间仪表显示出的在探测器上的侧向力。
通过在前进方向的单次检测和在反方向的单次检测而得到的平均摩擦系数作为该试样的摩擦系数。
因此，为了测定纤维配料的降低的摩擦系数，使用无化学软化剂的纤维试样制备标准手抄纸和使用在添加化学软化剂后的纤维试样制备标准手抄纸。使用每个种手抄纸测定摩擦系数，而DCOF是使用下式计算的DCOF=COFB-COFACOFB×100]]>式中DCOF是降低的摩擦系数而COFB和COFA是分别由未处理的纤维和由用化学软化剂处理的纤维制成的手抄纸的摩擦系数。
D.粗纤维素纤维尽管根据本发明可以应用许多合适的粗纤维素源，但在本发明的实施中优选采用以下二种实施方案。
一种优选实施方案使用由硬木纤维得到的预浸预热木片磨木浆例如Aspen CTMP(杨木的预浸预热木片磨木浆)。
第二种优选实施方案使用循环纤维。如果在本发明中使用循环纤维的话，最好的是它们是根据以下加工步骤经过预调质处理以最有利地处理它们使之符合产品用途。
这些加工步骤包括由长度分类步骤和离心分离步骤组成的两步分离的加工的两种基本方案。
图1是描述第一种方案的流程图，它可以被用来生产优选用于本发明的薄页纸的纤维素浆。在此方案中，首先进行长度分类步骤，接着进行离心分离步骤。
在图1中，引入由木浆纤维组成的含水淤浆21以形成长度分类步骤32的进料流。一个令人满意的长度分类机是离心分离的压力筛网，例如由BirdEscher Wyss Corporation of South Walpole，Massachusetts制造的Bird“Centrisorter”。淤浆21在长度分类步骤32中被加工以提供分类步骤32的合格物流33和分类步骤32的废物流34。废物流34含有平均纤维长度超过合格物流33中的纤维长度的纤维。长度分类步骤32使淤浆按纤维外形分类并且按以下所述进行操作以提供具有平均纤维长度为组成淤浆34的废物流的平均纤维长度的至少为20％和优选为小于30％的合格物流33。废物流34中的纤维被用于其它的最终用途，此时本发明的目的所寻求的特征不受重视。就此而言，它们可与其他废物流相混合或单独使用，或者被废弃。
在不受理论限制的情况下，长度分类步骤32的合格物流33的纤维重量应为长度分类步骤32的进入物流的纤维重量的约30～70％，以致进入长度分类步骤32的纤维在合格物流33和不合格物流34中的物质分离(mass split)为30～70％。这样的物质分离对保证长度分类步骤32起根据纤维长度分离进入物料的作用而不是恰好起从进入物料中除去残渣(如木节和碎片)的作用是理想的。
如图1中所示，至少一部分长度分类步骤32的合格物流33被用来为包括离心步骤42的第二分离步骤提供进入物流41。令人满意的离心分离步骤42包含一个或多个水力旋风器，例如由CE Bauer Company(Springfield，Ohio)制造的3英寸“Centricleaner”水力旋风器。
对于离心分离步骤42的最佳操作来说，可能在离心分离步骤42中处理进入物流41之前必须调整将进入离心分离步骤42的进入物流41的浓度。例如，如果希望从进入物流41中除去水以增加进入物流41的浓度的话，可将一合适的筛子36置于长度分类步骤32和离心分离步骤42之间，如图1所示。合适的筛子36包括装有100微米筛网的CE Bauer“Micrasieve”。
离心分离步骤42处理进入物流41以形成离心分离步骤42的合格物流43和离心分离步骤42的不合格物流44。合格物流43从水力旋风器的上溢侧排出而不合格流44从水力旋风器的下流侧(“末端”)排出。
当根据本发明进行图1所示的加工时，合格物流43中纤维的规范化粗糙度比离心分离步骤42的不合格物流44中的纤维的规范化粗糙度至少低3％，并且优选至少低10％。可以进行图1中所示的加工以提供优选用于本发明的含纤维素浆的合格物流43。
包含本发明的纤维素浆的合格物流43包括至少10％软木纤维，具有增量表面积小于0.085平方毫米，并且有相对于上述代数式表示的平均纤维长度的粗糙度。合格物流43的平均纤维长度优选为约0.70mm至约1.1mm、更优选为约0.75mm至约0.95mm以提供这种粗糙度与纤维长度的相互关系。
离心分离步骤42的合格物流43的纤维重量应为离心分离步骤42的进入物流41的纤维重量的约30～70％，以致进入离心分离步骤42的纤维在合格物流43与不合格物流44中的物质分离为约30～70％。这样的物质分离对保证离心分离步骤42提供具有相对于不合格物流44为降低的规范化粗糙度，而不是正好起从进入物流41中除去残渣(例如木节和碎片)的作用是理想的。
图2是说明另一实施方案的流程图，该方案被用于生产优选用于本发明薄页纸的纤维素浆。在此方案中，首先进行离心分离步骤，接着进行长度分类步骤。
在图2中，首先通入包含木浆纤维的含水淤浆21以形成离心分离步骤52的进入物流。离心分离步骤52包括至少一个水力旋风器。离心分离步骤52加工进入物流以提供离心分离步骤52的合格物流53和离心分离步骤52的不合格物流54。合格物流53从水力旋风器的溢流侧排出，而不合格物流从水力旋风器的下流侧(末端)排出。当根据本发明操作时，在合格物流53中纤维的规范化粗糙度比离心分离步骤52中的不合格物流54中纤维的规范化粗糙度小至少3％，优选小至少10％，而在合格物流53中纤维的平均纤维长度优选为大致等于或大于淤浆21的纤维的平均纤维长度。
至少一部分离心分离步骤52的合格物流53被用作提供长度分类步骤62的进入物流61。长度分类步骤62可包含筛网，如上述的离心分离筛网。在加工长度分类步骤62的进入物流61之前最好调整进入物流61的浓度。例如，如果希望从进入物流61中除去水以增加其浓度的话，可以在离心分离步骤52与长度分类步骤62之间设置合适的筛子60，如图2中所示。合适的筛子60包含装有100微米筛网的CE Bauer“Micrasieve”。
长度分类步骤62处理进入物流61以提供长度分类步骤的合格物流63和长度分类步骤的不合格物流64。不合格物流64包含具有超过合格物流63中纤维的平均纤维长度的纤维。该平均纤维长度比进入长度分类步骤的不合格物流64的平均纤维长度短至少20％，优选短至少30％。
可以进行图2所示的方法以提供包含本发明优选的纤维素浆的合格物流63。包含本发明的纤维素浆的合格物流63包括至少10％软木纤维，具有增量表面积为小于0.085平方毫米，并且有相对于由上述代数式表示的平均纤维长度的粗糙度。合格物流63的平均纤维长度优选为约0.7mm至约1.1mm，并且优选为约0.75mm至约0.95mm以提供上述的粗糙度与纤维长度的关系。
就淤浆21中所含的纤维特征而言，可以调节长度分类步骤与离心分离步骤的操作参数，以便分别获得本发明所要求的在平均纤维长度和规范化粗糙度方面的必要的变化。就其中长度分类步骤包含离心分离筛网的实施方案而言，这样的操作参数包括输入和排出淤浆的浓度，筛网介质中孔的尺寸、形状与密度，筛网振动筛的旋转速度，进口的流速与每个出口物流的流速。
如果易于发生由筛网的作用而被过度增稠的话，理想的是还可以使用稀释水以促进从筛60的筛网中除去较长纤维的不合格物流。就其中的离心分离步骤包含水力旋风器的实施方案来说，操作参数的例子包括进入物流的浓度、圆锥直径、圆锥角、下流孔的大小以及从进口淤浆到每个出口的压力降。
E.用化学软化剂处理纤维本发明要求纤维素纤维具有通过加入化学软化剂而得到的降低的摩擦系数。
将化学软化剂加入到纤维素纤维的优选方法是在长网前面的某些合适点或成片步骤将软化剂加入到造纸机的湿端的造纸纤维的含水淤浆或配料中。然而，由于本发明范围的化学软化剂明显是牢固存在于纤维上的，因此还预先考虑在造纸过程之前，例如在制浆期间将其添加到形成的含水淤浆混合物中。此外，还考虑在薄页纸纸幅成型后，包括在干燥前、干燥期间、或干燥后施加化学软化剂以符合本发明的要求，并且它们明显地包括在本发明的范围内。
以下的实施例说明如何实施本发明，但是这些实施例不是被用来作为本发明范围的限制。
实施例1此实施例说明利用通常被认为在制造这类产品是低级的循环纤维源制备单层浴巾薄页纸产品。
在制备时使用的纤维素纤维类型为北方软木牛皮纸(NSK)浆、桉树硬木牛皮纸浆和市售的循环浆(可从Ponderosa Fibers′，Oshkosh，WI mill购得)。
使用所供应的新的牛皮纸浆，而按下列步骤将美国黄松浆进行预处理通过形成含水的淤浆并对淤浆在离心分离筛网中进行连续的处理，由此得到短纤维部分，然后通过水力旋风器，从水力旋风器中收集合格或上流部分。
筛选的合格物流是约25％的进料并具有约低于50％原料浆的纤维长度。采取在从进口至合格物流的压力降约75磅/英寸2和进料中的固体物0.1％的情况下单次穿过水力旋风器。因此合格物流包含约50％的供入纤维。从早先的工作知道此步骤由于纤维长度的作用得到了具有极低粗糙度的纤维。
尽管上述分离处理在降低循环纤维的负作用方面是极有用的，但它被公知只有在允许使用作为软薄页纸制品的部分组分的循环纤维时才是有效的。
为了允许掺杂更多的循环纤维，应这样成形所制得的薄页纸制品以使它符合本发明的实践。
造纸是在试验规模的长网造纸机上完成。此造纸机是用足够白水洗涤情况下操作以确保在成型网上排出水后基本上无非牢固性的(non-substantive)添加剂残留在纸幅中。
首先配制由Witco Chemical Company(Dublin，OH)买到的季铵盐(二氢化牛脂二甲基甲基硫酸铵)的1％溶液。为了有助于此溶液的配制，可随意地加入等量的分子量为400的聚乙二醇(PEG)。首先将季铵盐与随意加入的PEG加热到约150°F，然后将其加入到温度大致相同的水中并同时搅拌水。
造纸机的网前箱装有分隔器以便能将长的NSK纤维和较短的桉树纤维或循环纤维以分离层形式铺设而将每个种纤维类型沉积在其最佳位置上。这种成形方式是一般的并为本技术领域的熟练人员所公知。
形成两种可比较的纸结构。
第一种是通过将20％片材重的NSK作为三层复合材料的中心层，复合材料中的两个外层全部是由桉树浆组成而形成的。
第二种是通过将20％片材重的NSK作为三层复合材料的中心层，复合材料中的靠近成型丝网的外层完全是由预处理的循环浆组成，而另一外层是由预处理的循环浆与桉树浆以3∶5的重量比的混合物组成而形成的。因此，循环浆的总含量为55％。
另外，在两种配料上类似地完成成形。当成形包含循环浆的结构时，季铵盐是在当浆的浓度为约3％的接近流动期间被加入到浆料中的。将季铵盐按比例加入以致被加入到丝网侧配料中的季铵盐的比例是被加入到毡侧配料中的季铵盐比例的二倍。季铵盐不加入到NSK中。加入的季铵盐量应足以在制成品中保持0.105％。在该方法中当使用循环纤维时必不可少的唯一的其它变化是稍微精制NSK以补偿某些强度损失。
由于此产品的复合粗糙度已公知为超过11.0和用季铵盐处理的程度足以使摩擦系数降低(DCOF)超过4％，因此根据此实施例制成的产品符合本发明的要求。
当含循环纤维的产品经有经验的柔软度评定家小组评定为是更柔软的时，本发明的效果已得到证实。
实施例2此实施例说明利用通常被认为在制造这类产品是低级的预浸预热木片磨木浆纤维源制备单层浴巾薄页纸产品。
在制备中使用的纤维素纤维类型为北方软木牛皮纸(NSK)浆，桉树硬木牛皮纸浆和市售的硬木CTMP浆(被制造商Quesnel River Pulp and Paper Company称为86亮度/350游离度浆)。
使用所供应的各类纸浆，得到的薄页纸制品这样被成形的以使它符合本发明的实践。
造纸过程在试验规模的长网造纸机上进行。造纸机是在用足够的水清洗情况下操作以确保在长网上排掉水后基本上无非牢固性的添加剂残留在造纸的纸幅中。
首先配制由Witco Chemical Company(Dublin，OH)得到的季铵盐(二氢化牛脂二甲基甲基硫酸铵)的1％溶液。为了有助于此溶液的配制，可随意地加入等量的分子量为400的聚乙二醇。首先将季铵盐与随意加入的PEG加热到约185°F，然后将其加入到温度大致相同的水中并同时搅拌水。
造纸机的网前箱装有分隔器以便能将长的NSK纤维和较短的桉树纤维或循环纤维以分离层形式铺设而将每个种纤维类型沉积在其最佳位置。这种成形形式是一般的并为本技术领域的熟练人员所公知。
形成两种可比较的纸结构。
第一种是通过将20％片材重的NSK作为三层复合材料的中心层，复合材料中的两个外层全部由桉树浆组成而形成的。
第二种是通过将20％片材重的NSK作为三层复合材料的中心层，复合材料中的两个外层是由包含桉树浆与CTMP浆的7∶4比例的混合物的配料提供的而形成的。因此，CTMP浆的总含量为28％。
另外，在两种配料上类似地完成成形。当成形包含CTMP浆的结构时，季铵盐是在当浆的浓度为约3％的接近流动期间被加入到浆中的。将季铵盐按比例加入以致被添加到丝网侧配料中的季铵盐比例是被加入到毡侧配料中的季铵盐比例的一半。季铵盐不加入到NSK中。被加入的季铵盐量应足以在制成品中保持为0.325％。
由于已知此产品的复合粗糙度超过11.0和用季铵盐处理的程度足以使摩擦系数降低(DCOF)超过10％，因此根据此实施例制成的产品符合本发明的要求。
当含CTMP纤维的产品经有经验的柔软度评定家小组评定为是更柔软的时，本发明的效果已得到证实。
权利要求
1.一种软薄页纸，其特征在于它包含化学软化的纤维素纤维，所说的纤维素纤维含有足够量的粗纤维以将薄页纸的复合平均粗糙度提高到大于11.0mg/100m、优选大于12mg/100m，其中所说的纤维素纤维具有以方程式DCOF＞4.27*C-44.23表示的相对于复合平均粗糙度(C，以mg/100m表示)的降低的摩擦系数(DCOF，以百分点表示)，其中所说的薄页纸具有比抗张强度在9与25g/in/g/m2之间、优选为在11与17/g/in/g/m2之间，和密度在0.05与0.20g/cc之间、优选在0.08与0.15g/cc之间。
2.权利要求1的薄页纸，其中所说的纤维素纤维具有复合平均纤维长度在1mm与1.5mm之间。
3.权利要求1或2的薄页纸，其中所说的纤维素纤维包含至少10％的粗纤维素纤维、循环纤维、预浸预热木片磨木浆纤维以及它们的混合物。
4.权利要求1～3中任一项的薄页纸，其中所说的薄页纸包括一单片，所说的单片包含三个叠置层，即一个内层与两个外层，所说的内层处于两个所说的外层之间，其中所说的内层包含具有长度-加权平均长度至少为1mm的纤维素纤维，以及其中两个所说的外层的每个个包含具有长度-加权平均长度小于1mm的纤维。
5.权利要求1～4中任一项的薄页纸，其中所说的薄页纸是图案压实的以致相对高密度的各区被分散在高膨松区之中。
6.权利要求1～5中任一项的薄页纸，其中所说的纤维素纤维被具有下式的季铵化合物化学软化
式中每个R2取代基为C1～C6烷基或羟烷基，或它们的混合物；每个R1取代基为C14～C22烃基，或它们的混合物；而X-为相容的阴离子。
7.权利要求1～5中任一项的薄页纸，其中所说的纤维素纤维被具有下式的生物可降解的季铵化的胺-酯化合物化学软化
式中每个R1为C13～C19烃基或它们的混合物；R2为C1～C6烷基或羟烷基，或它们的混合物；而X-是相容的阴离子。
8.权利要求1～5中任一项的薄页纸，其中所说的纤维素纤维被聚硅氧烷化合物化学软化。
9.权利要求1～5中任一项的薄页纸，其中所说的纤维素纤维是用选自脱水山梨糖醇酯、乙氧基化的脱水山梨糖醇酯、丙氧基化的脱水山梨糖醇酯、混合的乙氧基化/丙氧基化的脱水山梨糖醇酯以及它们的混合物的软化剂化学软化的。
10.权利要求1～9中任一项的薄页纸，其中所说的纤维素纤维包含0.05％至2.0％重量的化学软化剂。
全文摘要
本发明提供一种用于制造柔软、吸收性的卫生制品诸如浴巾纸、面巾纸、卫生巾的薄页纸幅。该薄页纸包含由如预浸预热木片磨木浆或循环浆得到的粗纤维素纤维组成的化学软化纤维素纤维。该纤维素纤维具有增强的润滑性以致它们具有由方程式:DCOF>4.27*C－44.23表示的相对于复合平均粗糙度C(mg/100m)的降低的摩擦系数(DCOF,以百分点表示)。
文档编号D21H17/59GK1200780SQ95194391
公开日1998年12月2日 申请日期1995年7月12日 优先权日1994年7月29日
发明者肯尼思·D·文森, 霍华德·T·迪森 申请人:普罗克特和甘保尔公司