PL181318B1

PL181318B1 - Material chlonny PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL181318B1
Application number: PL95319271A
Authority: PL
Inventors: Fung-Jou Chen; Richard J Kamps; Mark A Burazin; David H Hollenberg
Original assignee: Kimberly Clark Co
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 2001-07-31
Also published as: GB2293611A; KR100412186B1; EP0782644B1; FR2727696A1; ATE208446T1; EP0782644A1; DE69523770D1; JPH10506440A; AU699325B2; PL319271A1; EP0782644B2; UA28076C2; FR2727696B1; FR2727697A1; DE69523770T3; FR2727697B1; GB2303647B; DE69523770T2; ES2162938T3; ZA957021B

Abstract

1. Material chlonny, zawierajacy wlókna masy celulozowej i srodek wiazacy, znamien- ny tym, ze zawiera co najmniej okolo 10% wa- gowych w suchej masie wlókien masy celulozowej tzw. wysokowydajnej, korzystnie wlókien naturalnych, w szczególnosci wlókien scieru drzewnego zmodyfikowanych chemicz- nie i/lub fizycznie, o duzej zawartosci ligniny oraz co najmniej 0,1% wagowych w suchej masie srodka wiazacego, dla którego stosunek wytrzymalosci na rozciaganie w stanie mo- krym do wytrzymalosci na rozciaganie w stanie suchym jest wyzszy niz 0,1, korzystnie zywicy. PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest materiał chłonny, zwłaszcza niekrępowany, suszony przelotowo, w szczególności sprężysty na mokro materiał papierniczy.

W procesie produkcji znanych chłonnych wyrobów papierowych, takich jak bibułki do twarzy, bibułki kąpielowe, ręczniki papierowe, podpaski higieniczne i podobne, na parametry wytwarzanego wyrobu wpływa wiele różnorodnych właściwości materiału. Najczęściej poprawia się takie cechy jak miękkość, wytrzymałość mechaniczną, chłonność, spójność i podobne. Jednakże jedną z właściwości znanych wyrobów papierowych z materiałów bibułowych jest to, że po zwilżeniu i zgnieceniu w ręce zbijają się w gęstą, zwartą masę. Znane wyroby bibułowe tego typu mają w stanie mokrym niski moduł ściśliwości i niską sprężystość. Takie cechy tych wyrobów chłonnych nie są pożądane ze względu na to, że używane do wycierania płynów nasiąkają nimi i w takim stanie stają się bezużyteczne.

W związku z tym poszukuje się lepszych materiałów papierowych do wytwarzania bibułek, ręczników i podobnych wyrobów, które zachowywałyby swojązwartość po zmoczeniu i bardziej niż obecnie wytwarzane wyroby przypominałyby w zachowaniu gąbki.

Materiał chłonny zawierający włókna masy celulozowej i środek wiążący, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej około 10% wagowych w suchej masie włókien masy celulozowej tzw. wysokowydajnej, korzystnie włókien naturalnych, w szczególności włókien ścieru drzewnego zmodyfikowanych chemicznie i/lub fizycznie, o dużej zawarto181 318 ści ligniny oraz co najmniej 0,1% wagowych w suchej masie środka wiążącego, dla którego stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym jest wyższy niż 0,1, korzystnie żywicy.

Korzystnie, materiał zawiera włókna masy celulozowej tzw. wysokowydajnej w ilości stanowiącej co najmniej około 30% wagowych w suchej masie.

Korzystnie, materiał zawiera włókna masy celulozowej tzw. wysokowydajnej w ilości stanowiącej co najmniej około 50% wagowych w suchej masie.

Korzystnie, materiał zawiera włókna masy celulozowej tzw. wysokowydajnej w ilości stanowiącej około 100% wagowych w suchej masie.

Korzystnie, włóknami masy celulozowej tzw. wysokowydajnej sąwłókna bielonej chemotermomechanicznej masy celulozowej.

Korzystnie, środek wiążący, dla którego stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym jest wyższy niż 0,1 zawiera żywice typu poliamid-poliaminaepichlorohydryna i/lub żywice typu poliamidowoepichlorohydrynowe i/lub żywice polietylenoiminowe i/lub żywice amiplastyczne.

Korzystnie, materiał zawiera środek wiążący, dla którego stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym jest wyższy niż 0,1 w ilości co najmniej około 0,2% wagowych w suchej masie.

Korzystnie, materiał zawiera środek wiążący, dla którego stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym jest wyższy niż 0,1 w ilości od około 0,1% do około 3% wagowych w suchej masie.

Zaleta wynalazku polega na tym, że przy zastosowaniu odpowiednich kombinacji pewnych naturalnych włókien do wyrobu papieru z żywicami zachowującymi wytrzymałość mechanicznąpo zmoczeniu, co powszechnie określa się technikąnieskrępowanego suszenia przelotowego, można wytwarzać materiały na wyroby chłonne o małej gęstości, wykazujące znaczącą sprężystość w stanie mokrym. W skład materiałów tego typu wchodzą włókna sprężyste w stanie mokrym, spojone ze sobą spoinami odpornymi na wodę, w wyniku czego powstaje struktura odporna po zmoczeniu na zapadanie się, zbijanie lub zmiany wymiarów, wykazująca trwałe cechy kapilarne, korzystne z punktu widzenia wyrobów chłonnych. Tego typu chłonne, sprężyste w stanie mokrym struktury nadają się na bibułki, ręczniki papierowe, podpaski higieniczne i podobne, a także na składniki innych wyrobów chłonnych, takich jak pieluchy jednorazowego użytku, bielizna dla osób nie panujących nad wydalaniem, spodenki gimnastyczne, podkładki dla kobiet, podkłady dla drobiu i podobne. Budowa tego typu wyrobów chłonnychjest dobrze znana. W tego typu zastosowaniach, a także w innych, w których wchłania się, zatrzymuje i transportuje płyny, sprężyste w stanie mokrym struktury według wynalazku mogą znaleźć zastosowanie, w szczególności mogą pełnić rolę materiałów odbierających płyny, materiałów rozprowadzających płyny, rdzeni chłonnych lub ich składników, oraz podobne.

Przedmiot wynalazku objaśniono na rysunku, na którym przedstawiono schemat blokowy przebiegu procesu nieskrępowanego wytwarzania papieru z suszeniem przelotowym, nadającego się do wytwarzania sprężystych na mokro struktur chłonnych według wynalazku.

Według korzystnego przykładu wykonania, przedmiotem wynalazku jest materiał chłonny, zwłaszcza niekrępowany, suszony przelotowo materiał papierniczy zawierający co najmniej około 10 procent wagowych w stanie suchym włókien masy celulozowej wysokowydajnej, do których dodano środek o wysokiej wytrzymałości mechanicznej w stanie mokrym w takiej ilości, że uzyskuje się stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym co najmniej rzędu 0,1, bardziej korzystnie co najmniej rzędu 0,2 lub więcej, a najbardziej korzystnie co najmniej rzędu 0,3. Włókna masy celulozowej wysokowydajnej zawierajądużo ligniny, dzięki której wykazują sprężystość na mokro. Żywica o wysokiej wytrzymałości mechanicznej na mokro spaja (unieruchamia) włókna sprężyste na mokro, w wyniku czego powstaje struktura dopasowująca się do konturu materiału włóknistego suszonego przelotowo. Podczas suszenia materiału, spoiny ze środka wytrzymałego na mokro zastygają, tworząc spojenia o dużej odporności na mokro, w wyniku czego powstaje arkusz materiału o wysokiej sprężystości na

181 318 mokro. Materiał zachowuje te cechę, ponieważ w procesie niekrępowanego suszenia przelotowego nie ma etapu krepowania ani żadnych innych etapów zrywania uformowanych spoin.

Według innego przykładu wykonania wynalazku materiał ma sprężystąna mokro strukturę o małej gęstości, zawierającą naturalne włókna sprężyste na mokro, unieruchomione spoinami odpornymi na mokro, przy czymjej gęstość wynosi około 0,3 grama na centymetr sześcienny lub mniej. Sprężystymi na mokro włóknami naturalnymi mogą być włókna masy celulozowej tzw. wysokowydajnej (o których mowa dalej), len, mlecz, manila, konopie, bawełna i wszelkie inne tego typu, które sąz natury sprężyste na mokro, albo dowolne włókna ścieru drzewnego zmodyfikowane chemicznie albo fizycznie, np. sieciowane albo kędzierzawione, zdolne do odzyskiwania kształtu po odkształceniu w stanie mokrym, w przeciwieństwie do włókien niesprężystych, które pozostają zniekształcone i nie odzyskują kształtu po odkształceniu w stanie mokrym. Spojenia odporne na mokro są to miejsca spojeń międzywłóknowych odporne na zrywanie w stanie mokrym, co daje stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym co najmniej rzędu 0,1.

W stosowanym tu znaczeniu, termin „włókna masy celulozowej wysokowydajnej” dotyczy takich włókien do produkcji papieru, które wytwarza się w procesie roztwarzania, zapewniającym wydajność co najmniej około 65%, bardziej korzystnie co najmniej około 75%, a najbardziej korzystnie od 75% do około 95%. Do tego typu procesów roztwarzania należą takie, w wyniku których powstaje bielona masa celulozowa chemotermomechaniczna (BCTMP), masa celulozowa chemotermomechaniczna (CTMP), masa celulozowa ciśnieniowo termomechaniczno ciśnieniowa (PTMP), masa celulozowa termomechaniczna (TMP), masa celulozowa termomechaniczno chemiczna (TMCP), siarczynowe masy celulozowe wysokowydajne, oraz siarczanowe masy celulozowe wysokowydajne, wszystkie dające włókna o wysokiej zawartości ligniny. Charakterystycznymi cechami zalecanych włókien mas celulozowych wysokowydajnych są całe, stosunkowo nieuszkodzone cewki, wysoka chudość (ponad 250 CSF) oraz mała zawartość drobnych cząstek (poniżej 25% według testu wstrząsowego Britta).

Włókna masy celulozowej wysokowydajnej stanowią co najmniej około 10% wagowych lub więcej masy suchej, bardziej korzystnie około 30% wagowych lub więcej masy suchej, a najbardziej korzystnie około 50% wagowych lub więcej masy suchej, a nawet do 100%. W przypadku materiałów warstwowych, te same ilości mogą być w jednej warstwie lub w większej ilości poszczególnych warstw. Włókna masy celulozowej wysokowydajnej są na ogół mniej miękkie niż inne włókna do wyrobu papieru, więc lepiej jest wprowadzać je do środkowych warstw gotowego wyrobu, na przykład do środkowej warstwy materiału trzywarstwowego lub, w przypadku wyrobu dwuwarstwowego, do skierowanych do wewnątrz podwarstw każdej z warstw.

Wyroby według wynalazku mająmałe gęstości (duże objętości właściwe). Generalnie, gęstość wyrobów według wynalazku może wynosić około 0,3 grama na centymetr sześcienny lub mniej, bardziej korzystnie około 0,15 grama lub mniej, a najbardziej korzystnie około 0,1 grama na centymetr sześcienny lub mniej. Za ważną cechę struktury chłonnej uważa się możliwość jej suszenia, po uformowaniu, bez znaczniejszego zmniejszania liczby sprężystych na mokro spoin międzywłóknowych. Suszenie przelotowe, powszechnie stosowany sposób suszenia bibułek i ręczników, jest zalecanym sposobem zachowywania takiej struktury. Struktury chłonne wytwarzane techniką formowania na mokro, a następnie suszenia przelotowego, mają zazwyczaj gęstość 0,1 grama na centymetr sześcienny, natomiast struktury formowane za pomocą powietrza, jakie zazwyczaj stosuje się we wkładach do pieluch, mają zazwyczaj gęstości rzędu 0,05 grama na centymetr sześcienny. Wszystkie struktury tego typu mieszczą się w zakresie wynalazku.

Materiał według wynalazku zawiera środek do unieruchamiania spoin pomiędzy włóknami w stanie mokrym. Typowymi środkami utrzymującymi włókna razem w wyrobach papierowych i bibułowych są wiązania wodorowe i pewne kombinacje wiązań wodorowych z wiązaniami kowalentnymi i/lub jonowymi. W wynalazku istotne znaczenie ma zapewnienie materiału umożliwiającego spajanie włókien w taki sposób, żeby unieruchomić punkty spojeń międzywłóknowych i nadać im odporność na pękanie w stanie mokrym. W takim przypadku stan mokry oznacza stan, w jakim wyrób znajduje się po działaniu na niego wodą lub innymi roztworami

1831 318 wodnymi, ale również po działaniu na niego płynami ustrojowymi takimi jak mocz, krew, śluz, płyny menstruacyjne, limfa i inne wydzieliny ustrojowe.

W przemyśle papierniczym stosuje się powszechnie wiele materiałów do nadawania papierowi i kartonowi wytrzymałości mechanicznej na mokro, które można zastosować w wynalazku. Materiały te znane sąw technice jako środki wytrzymałe na mokro i możnaje dostać z wielu źródeł. Dla celów wynalazku, pod pojęciem środka o wysokiej wytrzymałości mechanicznej na mokro należy rozumieć dowolny materiał, który po dodaniu do papieru lub bibuły zapewnia stosunek wytrzymałości na rozciąganie na mokro do wytrzymałości na rozciąganie na sucho ponad 0,1. Zazwyczaj materiały te określa się jako środki trwale wytrzymałe na mokro albo jako środki „czasowo” wytrzymałe na mokro. Dla odróżnienia trwałej i czasowej wytrzymałości na mokro, za trwałe uważa się te żywice, po wprowadzeniu których do wyrobów papierowych albo bibułowych uzyskuje się wyrób zachowujący ponad 50% swojej początkowej wytrzymałości na mokro po moczeniu w wodzie przez okres co najmniej pięciu minut. Środki czasowo wytrzymałe na mokro to takie, które wykazują poniżej 50% swojej początkowej wytrzymałości na mokro po moczeniu w wodzie przez okres pięciu minut. Według wynalazku znajdują zastosowanie obie klasy tych materiałów. Ilość środka o dużej wytrzymałości mechanicznej na mokro dodawana do włókien masy celulozowej może wynosić co najmniej około 0,1% wagowego masy suchej, bardziej korzystnie około 0,2% wagowego masy suchej, a najbardziej korzystnie od około 0,1 do około 3% wagowych masy suchej w odniesieniu do suchej masy włókien.

Środki trwale wytrzymałe na mokro zapewniają strukturze sprężystość na mokro przez dłuższy lub krótszy okres czasu. Struktury tego typu znajdują zastosowania w wyrobach wymagających zachowania dłuższej sprężystości na mokro, takich jak ręczniki papierowe oraz wiele innych chłonnych wyrobów konsumpcyjnych. W odróżnieniu, środki czasowo wytrzymałe na mokro zapewniają struktury o małej gęstości i wysokiej sprężystości, ale nie struktury, na które przez dłuższy okres działa woda lub płyny ustrojowe. Struktura tego typu ma początkowo dobrą zwartość, ale po pewnym czasie zaczyna tracić swoją sprężystość na mokro. Właściwość tę można wykorzystać do uzyskania materiałów o bardzo dużej chłonności po początkowym zmoczeniu, ale tracących po pewnym okresie czasu swoją zwartość. Właściwość tę można wykorzystać w wyrobach „przepłukiwanych”. Mechanizm powstawania wytrzymałości na mokro ma mały wpływ na wyroby według wynalazku dopóki uzyskuje się główną cechę, jakąjest wytwarzanie odpornych na wodę spoin w miejscach spajania włókien z włóknami.

Stosowane według wynalazku środki trwale wytrzymałe na mokro są zazwyczaj rozpuszczalnymi w wodzie, kationowymi żywicami oligomerowymi lub polimerowymi zdolnymi do sieciowania same z sobą (homosieciowanie) albo z celulozą lub z innym składnikiem włókna drzewnego. Najbardziej powszechnie stosowanymi do tego celu materiałami sąklasa polimerów znanych jako żywice typu poliamid-poliamina-epichlorohydryna (PAE). Materiały te ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,700,623 i 3,772,076.

Żywice poliamidowo-epichlorohydrynowe nadają się również do stosowania w wyrobie według wynalazku w roli żywic spajających. Materiałami, które można stosować według wynalazku, są również aktywowane zasadą żywice poliamidowo-epichlorohydrynowe. Materiały tego typu ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,885,158, 3,899,388,4,129,528 i 4,147,586 oraz 4,222,921. Pomimo mniej powszechnego zastosowania w wyrobach konsumpcyjnych, w wyrobach według wynalazku można również stosować do unieruchamiania miejsc spojeń żywice polietylenoiminowe. Inną klasą środków trwale wytrzymałych na mokro sążywice amiplastyczne uzyskiwane w reakcji formaldehydu z melaminalub mocznikiem.

Do żywic czasowo wytrzymałych na mokro, które można stosować według wynalazku, ale nie jedynych, należą żywice sprzedawane pod nazwą handlową Parez 631 NC. Te i podobne żywice ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,556,932 i 3,556,933. Do innych środków czasowo wytrzymałych na mokro, które mogą znaleźć zastosowanie w wynalazku, należą zmodyfikowane skrobie, takie jak te, które można nabyć pod nazwą Co-Bond 1000. Uważa się, że te i inne podobne skrobie ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,675,394. Użytecznymi materiałami zapewniającymi czasową wy6

181 318 trzymałość na mokro są również dwualdehydowe pochodne skrobi ujawnione w japońskim opisie patentowym nr 03,185,197. Należy się także spodziewać, że zastosowanie w rozwiązaniu według wynalazku znajdą również inne materiały czasowo wytrzymałe na mokro, takie jak ujawnione w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki o numerach 4,981,557; 5,008,344 i 5,085,736. Uwzględniając klasy i typy wymienionych żywic wytrzymałych na mokro, rozumie się samo przez się, że wykaz tenjest tylko przykładowy i nie jestjego intencją eliminacja innych typów żywic wytrzymałych na mokro, ani ograniczanie zakresu wynalazku.

Opisane powyżej środki wytrzymałe na mokro szczególnie nadają się do stosowania według wynalazku, ale do zapewnienia niezbędnej sprężystości na mokro można również stosować inne typy środków wiążących. Możnaje wprowadzać w części mokrej maszyny papierniczej albo natryskowo lub nadrukowo, etc., po uformowaniu albo wysuszeniu wstęgi.

Zauważono, że wyroby zawierające materiał według wynalazku mają znacznie większą sprężystość na mokro od innych tego typu. Przykładowo, po nasyceniu wyrobów według wynalazku wodą i zgnieceniu w jednej ręce w kulkę o wymiarach zbliżonych do piłki golfowej, a następnie puszczeniu, wyroby te szybko rozszerzały się prawie do stanu nie zgniecionego. W odróżnieniu, dostępne obecnie na rynku wyroby tego typu, takie jak bibułki kąpielowe i ręczniki papierowe, w zasadzie pozostawały w stanie zapadniętym do mokrej kulki. Do obiektywnego określenia tej właściwości służy kilka parametrów. Sąto: stosunek wytrzymałości na rozciąganie na mokro do wytrzymałości na rozciąganie na sucho (stosunek na mokro/na sucho), test odprężenia elastycznego po zgnieceniu na mokro, oraz sprężystość ściskania na mokro, wszystkie opisane dalej. Parametry te można stosować, alternatywnie albo razem, do określania własności materiałów chłonnych według wynalazku.

Stosunek na mokro/na sucho jest po prostu stosunkiem wynikającym z podzielenia wytrzymałości na rozciąganie na mokro przez wytrzymałość na rozciąganie na sucho. Można go wyrazić za pomocą wytrzymałości na rozciąganie w kierunku maszynowym (MD), w kierunku poprzecznym do maszynowego (CD) lub średniej geometrycznej wytrzymałości na rozciąganie (GMT). Stosunek GMT na mokro/na sucho struktur chłonnych według wynalazku wynosi co najmniej 0,1, bardziej korzystnie co najmniej 0,2 a jeszcze bardziej korzystnie co najmniej 0,35, zaś najkorzystniej co najmniej około 0,5.

Test odprężenia elastycznego po zgnieceniu na mokro jest nieco zmodyfikowanym testem AATCC Test Method 66-1990 wziętym z Technical Manual of the American Association of Textile Chemists and Colorists (1992), strona 99. Modyfikacja polega na tym, że przed wykonaniem badania, próbki najpierw się moczy. W tym celu próbki zanurza się przed testem na okres pięciu minut w wodzie zawierającej 0,01% środka TRlTON Χ-100. Próbki przygotowuje się w temperaturze 22,8°C (73°F) i przy 50 procentowej wilgotności względnej. Następnie próbkę delikatnie wyciąga się z wody pincetą, suszy prasując pomiędzy dwoma kawałkami papieru bibułowego obciążonego ciężarkiem o wadze 325 gramów, i umieszcza w uchwycie, po czym bada tak jak w teście odprężenia elastycznego po zgnieceniu na sucho. Podczas testu mierzy się największy kąt powrotu badanej próbki (w dowolnym kierunku, w tym w kierunku maszynowym i poprzecznym do maszynowego), przy czym kąt 180° oznacza powrót całkowity. Procentowe odprężenie elastyczne po zgnieceniu na mokro jest zmierzonym kątem powrotu podzielonym przez 180° i pomnożonym przez 100. Materiał według wynalazku na wyroby chłonne może wykazywać procentowe odprężenie elastyczne po zgnieceniu na mokro rzędu 60% lub większe, bardziej korzystnie rzędu 70% lub większe, a najbardziej korzystnie rzędu 80% lub większe.

Sprężystość na ściskanie na mokro nowych materiałów według wynalazku można zademonstrować za pomocą procedury wyznaczania właściwości materiałów, obejmującej zarówno charakterystyki na mokro jak i na sucho. Suchą, odpowiednio przygotowaną próbkę poddaje się badaniu w programowanej maszynie wytrzymałościowej pracującej w trybie ściskania, polegającym na poddaniu jej działaniu określonej serii cykli ściskania. Następnie próbkę delikatnie zwilża się w specyficzny sposób i poddaje tej samej sekwencji cykli ściskania. Umożliwia to porównanie właściwości na mokro i na sucho, ale najważnieeszą informacją z tego testu są właściwości na mokro. Wstępne badanie próbki suchej można potraktowaćjako etap kondycjonowania.

181 318

Każda z próbek badawczych składa się ze stosu dwóch lub więcej kondycjonowanych (24 godziny przy 50% wilgotności względnej, 22,8°C (73°F)) suchych arkuszy próbkowych pociętych na kwadraty o boku 6,35 cm (2,5), dających łączną masę stosu 0,2 do 0,6 g. Sekwencja badań rozpoczyna się od ściskania suchej próbki do ciśnienia 17,5 Pa (0,025 psi) do uzyskania grubości wyjściowej (cykl A), następnie dwa powtórzenia obciążania do 0,014 MPa (2 psi), po czym odciążanie (cykle B i C). Na końcu, próbkę ponownie ściska się do 17,5 Pa (0,025 psi) do uzyskania grubości końcowej (cykl D). (Szczegółowe informacje o tej procedurze, w tym prędkości ściskania, podano dalej). Po obróbce próbki suchej, próbkę równomiernie zwilża się spryskując ją dej ornzowanąwodądo uzyskania współczynnika zwilżenia (g wody/ g suchego włókna) około 1,1. Robi się to dodając 95-110% wilgoci, bazując na masie próbki kondycjonowanej. W ten sposób doprowadza się typowy materiał celulozowy do zakresu wilgotności, w którym właściwości fizyczne są stosunkowo niezmienne przy zmianach wartości wilgoci (np. wrażliwość jest znacznie mniejsza niż dla wilgotności poniżej 70%). Następnie zwilżonąpróbkę umieszcza się w urządzeniu testowym i powtarza cykle ściskania.

Za stosunkowo nie wrażliwe na liczbę warstw próbki w stosie uważa się trzy wskaźniki sprężystości na mokro. Pierwszym z nich jest objętość mokrej próbki przy ciśnieniu 0,014 MPa (2 psi). Określa się go jako „objętość w stanie ściśniętym”. Drugim jest parametr określany jako „wskaźnik sprężystości”; jest to stosunek grubości wilgotnej próbki pod ciśnieniem 17,5 Pa (0,025 psi) na końcu testu ściskania (cykl D) do grubości wilgotnej próbki przy ciśnieniu 17,5 Pa (0,025 psi) zmierzonej na początku testu (cykl A). Trzecim czynnikiem jest „wskaźnik energii obciążenia” będący stosunkiem energii obciążenia w drugim ściskaniu do 0,014 MPa (2 psi) (cykl C) do energii obciążenia w pierwszym ściskaniu do 0,014 MPa (2 psi) (cykl B) podczas opisanej powyżej sekwencji. Obie te energie mierzy się dla próbki mokrej. Po wykreśleniu obciążenia w funkcji grubości, energia obciążeniajest polem pod krzywą na odcinku pomiędzy punktem odnoszącym się do próbki nieobciążonej, a punktem maksymalnego obciążenia w danym cyklu. Dla materiału doskonale sprężystego wskaźnik sprężystości i wskaźnik energii obciążenia są równe jedności. Stwierdziliśmy, że trzy wymienione tu wskaźniki są stosunkowo niezależne od liczby warstw w stosie i służą jako użyteczne parametry definiujące sprężystość na mokro. Powołujemy się również na wskaźnik ściskania, definiowany jak stosunek grubości próbki mokrej przy maksymalnym obciążeniu w pierwszym cyklu ściskania do 0,014 MPa (2 psi) do początkowej grubości próbki w stanie mokrym przy ciśnieniu 17,5 Pa (0,025 psi).

Materiał według wynalazku mogą cechować się jedną lub kilkoma ze wspomnianych powyżej właściwości. Dokładniej, struktury chłonne według wynalazku mogą mieć wskaźnik ściskania rzędu 0,7 lub poniżej, bardziej korzystnie rzędu 0,6 lub poniżej, a najbardziej korzystnie rzędu 0,5 lub poniżej. Mogą one również mieć wskaźnik sprężystości rzędu 0,8 lub większy, bardziej korzystnie rzędu 0,85 lub większy, a najbardziej korzystnie rzędu 0,9 lub większy. Wskaźnik energii obciążenia może być rzędu 0,7 lub większy, a bardziej korzystnie rzędu 0,8 lub większy.

Podczas prowadzenia pomiarów sprężystego odkształcenia po zgnieceniu na mokro, próbki trzeba kondycjonować przez co najmniej 24 godziny w warunkach TAPPI (50% wilgotności względnej, 22,8°C (73°F)). Próbki badawcze tnie się na kwadraty o wymiarach 6,35 cm x 6,35 cm (2,5 x 2,5). Waga kondycjonowanej próbki powinna być zbliżona, w miarę możliwości, do 0,4 g, a dla celów porównawczych powinna wynosić od 0,25 do 0,6 g. Docelową masę 0,4 g uzyskuje się stosując stos złożony z 2 lub więcej arkuszy, o ile gramatura arkusza wynosi poniżej 65 g/m². Przykładowo, w przypadku arkuszy nominalnych o gramaturze 30 g/m2, łączna masa stosu złożonego z trzech arkuszy będzie równa w przybliżeniu 0,4 g. Pomiary ściskania prowadzono na Uniwersalnej Maszynie Wytrzymałościowej Instron 4502 podłączonej do komputera 826 PC z oprogramowaniem Instron Series XII (wydanie z 1989 r.) i oprogramowaniem układowym Version 2. Do ściskania próbek stosowano ogniwo obciążnikowe 100 kN z okrągłymi płytkami o średnicy 5,715 cm (2,25). Dolna płytka była zaopatrzona w zespół łożysk kulkowych do dokładnego strojenia pozycyjnego płytek. Dla zapewnienia równoległości powierzchni dolna płytka była blokowana pod obciążeniem (30-100 lbf) przez płytkę górną. Górną płytkę również trzeba ustalać w miejscu za pomocą standardowej nakrętki pierścieniowej dla wyeliminowaniajej luzu podczas obciążania.

181 318

Po co najmniej jednej godzinie rozgrzewania urządzenia po rozruchu, należy wyzerować z konsoli sterowania urządzenie do pomiaru wydłużeń na zerową odległość przy stykających się ze sobą płytkach (przy obciążeniu 4535,9 g - 13600,77 g (10-30 funtów)). Przy swobodnie zawieszonej górnej płytce nastawia się wzorcowe ogniwo obciążnikowe na zerowe wskazanie. Urządzenie do pomiaru wydłużeń i ogniwo obciążnikowe wymagają okresowego sprawdzania dla zapobiegnięcia płynięciu podstawy (wahania punktów zerowych). Pomiary należy prowadzić w warunkach regulowanej wilgotności i temperatury zgodnie ze specyfikacjąTAPPI (50% +/- 2% wilgotności względnej i 22,8°C (73°F)). Następnie podnosi się górnąpłytkę na wysokość 5,08 mm (0,2 cala) i sprawdza czy Instron przekazuje wyniki do komputera.

Zapomocąprogramu Instron Series XII Cyclic Test zadaje się sekwencję testową urządzenia z 7 znacznikami (wydarzenia o charakterze dyskretnym) złożoną z 3 bloków cyklicznych (zestawy instrukcji) w następującej kolejności:

Znacznik 1: Blok 1

Znacznik 2: Blok 2

Znacznik 3: Blok 3

Znacznik 4: Blok 2

Znacznik 5: Blok 3

Znacznik 6: Blok 1

Znacznik 7: Blok 3

Blok 1 poleca wodzikowi opaść o 3,81 cm/min (1,5 cala/min) do obciążenia 45,359 g (0,1 funta) (zadana wartość w Instronie wynosi -45,359 g (-0,1 funta), ponieważ ściskanie definiuje się jako siłę ujemną). Parametrem sterującym jest przemieszczenie. Po osiągnięciu obciążenia docelowego zmniejsza się przyłożone obciążenie do zera.

Blok 2 wydaje polecenie zadania zakresu wodzika od przyłożonego obciążenia 22,68 g (0,05 funta) do obciążenia maksymalnego 3,63 kg (8 funtów), a następnie z powrotem do 22,68 g (0,05 funta) z prędkością 1,016 cm/min (0,4 cala/min). W oprogramowaniu Instron trybem sterowania jest przemieszczenie, wartością granicznąjest obciążenie, pierwszy poziom wynosi -22,68 g (-0,05 funta), drugi poziom wynosi -3,63 g (-8 fantów), czas przerwy wynosi 0 sekund, a liczba przejść wynosi 2 (ściskanie, a następnie odprężanie); na końcu bloku jest instrukcja „koniec działania”.

Blok 3 steruje w trybie przemieszczania z typem ograniczenia, unosząc po prostu wodzik na wysokość 0,508 cm (0,2 cala) z prędkością 10,16 cm/min (4 cale/min), z przerwą 0 sekund. Inne zadane parametry programu Instron wynoszą 0 na pierwszym poziomie, 0,2 na drugim poziomie, 1 przejście, oraz „koniec działania” na końcu bloku.

Podczas realizacji pomiarów w podanym powyżej trybie (Znaczniki 1-7) kolejność pracy maszyny Instron jest następująca: ściskanie próbki do 17,5 Pa (0,025 psi) (0,1 lbf), zdjęcie obciążenia, następnie ściskanie do 0,014 MPa (2 psi - 9 funtów), a następnie odprężanie i podniesienie wodzika na wysokość 0,508 cm (0,2 cala), następnie ponowne ściskanie próbki do 0,014 MPa (2 psi), zdjęcie obciążenia, podniesienie wodzika na wysokość 0,508 cm (0,2 cala), ponowne ściskanie do 17,5 MPa (0,025 psi - 0,1 lbf) a następnie podniesienie wodzika. Rejestracja danych w Bloku 2 powinna odbywać się w przedziałach nie większych niż co 0,5 mm (0,02) lub 181,44 g (0,4 funta) (co jest pierwsze), natomiast w Bloku 1 w przedziałach nie większych niż 4,54 g (0,01 funta). Korzystnie, rejestracja danych w Bloku 1 powinna odbywać się co 1,82 g (0,004 funta), natomiast w Bloku 2 co 22,68 g (0,05 fanta) lub 0,127 mm (0,005 cala) (co jest pierwsze).

Wyniki wyjściowe z programu Series XII podawane są w kategoriach wydłużenia (grubości) przy obciążeniach szczytowych dla Znaczników 12,4 i 6 (przy każdym obciążeniu szczytowym 17,5 Pa i 0,014 MPa (0,025 i 2,0 psi), energia obciążenia dla Znaczników 2 i 4 (dwa ściskania do 0,014 MPa (2,0 psi) nazywane poprzednio, odpowiednio, cyklami B i C), stosunek dwóch energii obciążenia (cykl drugi/ cykl pierwszy), oraz stosunek grubości końcowej do grubości początkowej (stosunek grubości dla końcowego do pierwszego ściskania do 17,5 Pa (0,025 psi)). Wyniki obciążenia w funkcji grubości pokazują się na ekranie podczas realizacji Bloków 1 i 2.

Podczas pomiarów sucha, kondycjonowana próbka jest wycentrowana na dolnej płytce, po czym rozpoczyna się badanie. Po zakończeniu sekwencji próbkę natychmiast zdejmuje się i na18^ 318 wilża (dejonizowanąwodąo temperaturze 22,2-22,8°C (72-73°F)). Wilgoć doprowadza się równomiernie w postaci drobnych kropelek do osiągnięcia masy próbki po nawilżeniu około 2,0 razy większej niż masa próbki na początku (stosuje się 95-110 procentowe dodatkowe nawilżanie, korzystnie 100 procentowe dodatkowe nawilżanie, w stosunku do masy próbki kondycjonowanej. Ten poziom nawilżania powinien doprowadzić do stosunku wilgotności bezwzględnej od 1,1 do

1,3 g wody/g wysuszonych piecu włókien - przy czym suszenie w piecu trwa co najmniej 30 minut w temperaturze pieca 105°C). Mgłę wodną należy doprowadzać równomiernie do poszczególnych arkuszy (w przypadku stosów złożonych z więcej niż 1 arkusz), natryskując ją zarówno na wierzchniąjak na spodnią stronę każdego arkusza dla zapewnienia równomiernego wprowadzania wilgoci. Można to zrobić za pomocą typowej butelki rozpylającej z tworzywa sztucznego z pojemnikiem lub innym elementem barierowym blokującym większą część rozpylanej cieczy, umożliwiającym dolatywanie do próbki tylko około 10-20% górnej części chmury rozpylonej cieczy - mgły złożonej z najdrobniejszych kropelek. Źródło rozpylające powinno znajdować się podczas rozpylania w odległości co najmniej 25,4 cm (10) od próbki. Generalnie, należy zachować środki ostrożności dla zapewnienia równomiernego nawilżenia próbki silnie rozpyloną cieczą. Dla osiągnięcia docelowej zawartości wilgoci, podczas nawilżania próbkę należy kilka razy ważyć. Pomiędzy zakończeniem testu ściskania suchej próbki a zakończeniem nawilżania próbki nie może upłynąć więcej niż trzy minuty. Dla zapewnienia czasu na wewnętrzne przesiąkanie i wchłanianie cieczy, od chwili zakończenia nawilżania do rozpoczęcia następnego testu ściskania powinno upłynąć 45-60 sekund. Pomiędzy zakończeniem sekwencji ściskania na sucho a rozpoczęciem sekwencji ściskania na mokro powinno upłynąć od trzech do czterech minut.

Po osiągnięciu odpowiedniego zakresu masy, co wskazuje waga cyfrowa, próbkę centruje się na dolnej płytce urządzenia Instron i rozpoczyna sekwencję testową. Po pomiarach próbkę umieszcza się w celu wysuszenia w piecu o temperaturze 105°C, rejestrując później wagę suchąpróbki po suszeniu w piecu (próbkę suszy się przez 30-60 minut, po czym mierzy się jej masę suchą).

Należy zauważyć, że pomiędzy dwoma cyklami ściskania do 0,014 MPa (2 psi) może nastąpić powrót do stanu nie zgniecionego, więc czas pomiędzy nimi może mieć istotne znaczenie. W zadanych dla aparatury nastawach podczas tych testów na Instronie, czas pomiędzy rozpoczęciem ściskania podczas dwóch cykli do 0,014 MPa (2 psi) wynosi 30 sekund (+/- 4 sekundy). Początek ściskania definiuje się jako punkt, przy którym odczyt wskazań ogniwa obciążnikowego przekracza 13,61 g (0,03 funta). Podobnie, pomiędzy początkiem ściskania w pierwszym pomiarze grubości (ciśnienie do 17,5 Pa (0,025 psi)) a początkiem następnego cyklu ściskania do 0,014 MPa (2 psi) jest 5-8 sekundowy przedział czasowy. Odstęp czasowy pomiędzy rozpoczęciem drugiego cyklu ściskania do 0,014 MPa (2 psi) a rozpoczęciem ściskania dla końcowego pomiaru grubości wynosi w przybliżeniu 20 sekund.

Na rysunku pokazano sposób wytwarzania suszonych przelotowo arkuszy papieru zawierających materiał według wynalazku. (Dla uproszczenia, pokazane schematycznie różne walce naprężające prowadzące wstęgę w procesie produkcji, sąna rysunku widoczne, ale nie ponumerowane. Rozumie się samo przez się, że pokazane na rysunku urządzenie i sposób można modyfikować nie wychodząc poza zakres wynalazku). Na rysunku pokazano dwusitowe urządzenie formujące z warstwową skrzynią wlewową 10, z której podaje się strumień 11 wodnej zawiesiny włókien do wyrobu papieru i osadza na taśmie formuj ącej 13, której zadaniem jest podtrzymywanie i unoszenie nowo uformowanej mokrej wstęgi w dalszej części procesu do jej częściowego odwodnienia do konsystencji około 10% wagowych suchej masy. Dalsze odwadnianie mokrej wstęgi, spoczywającej na włóknistej taśmie formującej, można przeprowadzić, na przykład techniką odsysania podciśnieniowego.

Następnie mokrą wstęgę przenosi się z włóknistej taśmy formującej na włóknistą taśmę przenoszącą 17, biegnącą z mniejszą prędkością niż taśma formująca, w celu nadania wstędze większej rozciągliwości. Korzystnie, przenoszenie odbywa się za pomocą skrzyni podciśnieniowej 18 przez stałą szczelinę lub odstęp pomiędzy taśmą formującą a taśmą przenoszącą lub metodą przenoszenia stykowego dla uniknięcia ściskania mokrej wstęgi.

Następnie wstęgę przenosi się z taśmy przenoszącej na taśmę do suszenia przelotowego 19 za pomocą podciśnieniowego bębna przenoszącego 20 albo podciśnieniowej skrzyni przenoszącej, ewentualnie znowu stosując przenoszenie przez stałą szczelinę, jak opisano poprzednio. Taśma do suszenia przelotowego może biec w przybliżeniu z taką samąprędkością lub inną niż taśma przenosząca. W razie konieczności, taśma do suszenia przelotowego może biec z mniejsząprędkościąw celu dalszego zwiększenia rozciągnięcia. Korzystnie, przenoszenie odbywa się podciśnieniowo dla zapewnienia odkształcenia materiału i dopasowania się go do taśmy do suszenia przelotowego, co daje odpowiednią objętość i wygląd.

Poziom podciśnienia do przenoszenia wstęgi może wynosić od około 99,75x10² Pa do 505,4 x 10² Pa (3 do około 15 cali rtęci - 75 do około 380 milimetrów rtęci), korzystnie około 166,25x10² Pa (5 call-125 milimetrów rtęci). Skrzynię podciśnieniowa (ciśnienie ujemne) można wspomagać albo zastąpić ciśnieniem dodatnim z przeciwległej strony wstęgi, dociskającym wstęgę do następnej taśmy i wspomagającym lub zastępującym podciśnieniowe przysysanie jej do następnej taśmy. Zamiast skrzyni (skrzyń) podciśnieniowej można również stosować bęben lub bębny podciśnieniowe.

Poruszająca się na taśmie do suszenia podciśnieniowego wstęga jest ostatecznie suszona do konsystencj i około 94% lub większej za pomocą suszarki przelotowej 21, a następnie przenoszona na taśmę nośną 22. Wysuszoną wstęgę podstawową 23 przenosi się na rolę 24 za pomocą taśmy nośnej 22 i opcjonalnej taśmy nośnej 25. Dla ułatwienia przenoszenia wstęgi z taśmy nośnej 22 na taśmę 25 można zastosować opcjonalny ciśnieniowy bęben obrotowy 26. Odpowiednimi do tego celu taśmami nośnymi są Albany International 84M lub 94M oraz Asten 959 lub 937, wszystkie ze stosunkowo gładkiego materiału włóknistego z bardzo drobnym wzorem. Chociaż tego nie pokazano, dla poprawy gładkości i miękkości wstęgi podstawowej można stosować kalandrowanie w linii albo następne kalandrowanie poza linią.

Przykłady

Przykłady 1-4

Dla zilustrowania sposobu wytwarzania struktur chłonnych według wynalazku wytwarzano arkusze papierowe z nie sprężystych w stanie mokrym włókien siarczanowych z drzew iglastych z północy (NSWK) z dodatkiem i bez dodatku środka wytrzymałego na mokro (20 funtów Kymene na tonę), oraz z włókien sprężystych na mokro (sprouce BCTMP) z dodatkiem i bez dodatku środka wytrzymałego na mokro (20 funtów Kymene na tonę), z zastosowaniem procesu niekrępowanego suszenia przelotowego, jak pokazano na fig. 1.

Włókna roztwarzano przy konsystencji 4% w wodnej maszynie do roztwarzania przez 30 minut. Następnie pompowano je do skrzyni zbiorczej i rozcieńczano do konsystencji 1%». Do skrzyni zbiorczej dodawano 20#/tona Kymene 557 LX i mieszano przez 30 minut. Na taśmę formującą Albany 94M wylewano pojedyncząwarstwę mieszanki, formując arkusz o gramaturze odniesionej do masy suchej 30 g/m2, który odwadniano podciśnieniowo przy podciśnieniu 168,91xl02Pa(5 cali -127 milimetrów rtęci). Taśma formująca poruszała się z prędkością 0,35 metra na sekundę (69 stóp na minutę). Arkusz przenoszono przy 15% przenoszeniu skokowym na taśmę przenoszącą Lindsay 952-S05 biegnącą z prędkością 0,30 metra na sekundę (60 stóp na minutę). Podciśnienie w miejscu przenoszenia z taśmy formującej na przenoszącą wynosiło 337,82x102 Pa (10 cali - 254 milimetry rtęci).

Następne arkusze przenoszono skokowo przy ciśnieniu 405,65x102 Pa (12 calach - 305 milimetrach rtęci) na taśmę do suszenia przelotowego (Lindsay T116-1) biegnącą z tą samą prędkością co taśma przenosząca, 0,30 metra na sekundę (60 stóp na minutę). Arkusz wraz z taśmą do suszenia przelotowego przechodził nad czwartym zespołem podciśnieniowym o ciśnieniu 405,65 x 102 P_a (12 cali - 305 milimetrów rtęci) znajdującym się bezpośrednio przed wlotem do suszarki przelotowej Honeycomb pracującej w temperaturze 93°C (200°F), gdzie suszono go do końcowej konsystencji 94-98%.

Następnie arkusze starzono przez 5 dni przy wilgotności względnej poniżej 50% w temperaturze 21°C (70°F). Przeprowadzono badania parametrów fizycznych arkuszy w kontrolowanych warunkach 50% +/- 2% wilgotności względnej i w temperaturze 23°C +/-1 °. Wytrzymałość

181 318 na mokro i na sucho badano na maszynie Instron na próbkach o szerokości 7,62 cm (3 cali) i rozpiętości między szczękami 10,16 cm (4 cali) (przy prędkości wodzika 25,4 cm/min (10 cali na minutę). Grubość mierzono testerem TMI przy ciśnieniu 0,002 MPa (0,289 psi).

Parametr	Przykład 1 NSWK	Przykład 2 NWSK	Przykład 3 Spruce BCTMP	Przykład 4 Sprouce BCTMP
Kymene	0	20#/tona	0	20#/tona
MD gramy na sucho	1592	2761	1678	2257
MD % rozciągnięcia na sucho	7,6	10,0	1,8	1,8
CD gramy na sucho	1671	2459	1540	1872
CD % rozciągnięcia na sucho	5,0	5,7	3,5	3,2
GMT gramy na sucho	1631	2606	1608	2056
MD gramy na mokro	106	892	49	826
MD % rozciągnięcia na mokro	13,4	8,8	6,8	3,2
CD gramy na mokro	71	715	47	759
CD % rozciągnięcia na mokro	9,0	5,3	5,5	3,2
GMT gramy na mokro	87	798	48	792
MD % na mokro/sucho	6,6	32,3	2,9	36,6
CD % na mokro/sucho	4,2	29,1	3,1	40,5
GMT % na mokro/sucho	5,3	30,6	3,0	38,5
Gramatura g/m²	31,7	32,2	32,4	32,7
1-arkusz TMI mm	0,602	0,605	0,630	0,602
10-arkusz TMI mm	3,34	3,68	3,91	3,95
Gęstość g/cm³	0,053	0,053	0,051	0,054
Objętość właściwa cm³/g	19,0	18,8	19,4	18,4
Chłonność przy 0,75 psi (0,005 Mpa) pozioma g/g	7,6	8,7	10,2	10,1
45° g/g	7,1	7,6	9,7	9,3
Procentowe odprężenie elastyczne po zgnieceniu na mokro	34,4	52,7	35,0	81,6

Jak widać, wyrób z przykładu 4 (według wynalazku) ma znacznie większą sprężystość na mokro, mierzoną testem odprężenia elastycznego po zgnieceniu niż pozostałe trzy próbki. Ponadto wyrób z przykładu 4 ma również wysoki wskaźnik wytrzymałości na mokro/na sucho.

Przykłady 5-8

Pozostałe przykłady przeprowadzono podobnie do tych opisanych w przykładach 1-4, ale w celu zbadania wpływu gramatury na objętościową, chłonną i sprężystą, na mokro strukturę. Wytwarzano wyroby o czterech poziomach gramatury 30,24,18 i 13 g/m² z masy celulozowej w 100% Spruce BCTMP z 20# Kymene na tonę.

Włókna roztwarzano przy konsystencji 4% w wodnej maszynie do roztwarzania przez 30 minut. Następnie pompowano je do skrzyni zbiorczej i rozcieńczano do konsystencji 1%. Do skrzyni zbiorczej dodawano 20#/tona Kymene 557 LX i mieszano przez 30 minut. Na taśmę formującą Albany 94M wylewano pojedyńcząwarstwę mieszanki, którą odwadniano podciśnieniowo przy podciśnieniu 135,66x102 Pa (4 cali (102 milimetrów) rtęci). Taśma formująca poruszała się z prędkością 0,35 metra na sekundę (69 stóp na minutę). Arkusz przenoszono przy 15% przenoszeniu skokowym na taśmę przenoszącą Lindsay 952-SO5 biegnącą z prędkością 0,30 metra

181 318 na sekundę (60 stóp na minutę). Podciśnienie w miejscu przenoszenia z taśmy formującej na przenoszącą wynosiło 236,74x10² Pa (7 cali (178 milimetrów) rtęci). Wytwarzano próbkę o gramaturze 13 g/m² bez skokowego przenoszenia, przy czym prędkość poruszania się taśmy formującej wynosiła 0,30 metra na sekundę (60 stóp na minutę), czyli była taka sama jak taśmy przenoszącej i taśmy do suszenia przelotowego.

Następnie arkusz przenoszono podciśnieniowo przy 337,82x102 Pa (10 calach (254 milimetry) rtęci) na taśmę do suszenia przelotowego (Lindsay T116-1) biegnącą z tą samą prędkością co taśma przenosząca, 0,30 metra na sekundę (60 stóp na minutę). Arkusz wraz z taśmą do suszenia przelotowego przechodził nad czwartym zespołem podciśnieniowym o ciśnieniu 371,07x102 Pa (11 cali (279 milimetrów) rtęci) znajdującym się bezpośrednio przed wlotem suszarki przelotowej Honeycomb pracującej w temperaturze 127°C (260°F), gdzie suszono go do końcowej konsystencji 94-98%.

Następnie arkusze starzono przez 5 dni przy wilgotności względnej poniżej 50% w temperaturze 21°C (70°F). Przeprowadzono badania parametrów fizycznych arkuszy w kontrolowanych warunkach 50% +/- 2% wilgotności względnej i w temperaturze 23°C +/- 1°. Wytrzymałość na mokro i na sucho badano na maszynie Instron na próbkach o szerokości 7,62 cm (3 cali) i rozpiętości między szczękami 10,16 cm (4 cali) przy prędkości wodzika 25,4 cm/min (10 cali na minutę). Grubość mierzono testerem TMI przy ciśnieniu 0,002 MPa (0,289 psi). (Jedynymi różnicami w porównaniu z poprzednim przykładem był poziom podciśnienia i temperatura suszenia).

	Przykład 5	Przykład 6	Przykład 7	Przykład 8
Gramatura	13 g/m2	18 g m/²	24 g/m2	30 g/m2
MD gramy na sucho	1167	649	1091	1605
MD % rozciągnięcia na sucho	1,4	3,7	4,0	5,1
CD gramy na sucho	630	727	1130	1624
CD % rozciągnięcia na sucho	2,6	3,5	4,0	4,0
GMT gramy na sucho	857	687	1110	1614
MD gramy na mokro	393	294	465	671
MD % rozciągnięcia na mokro	1,5	5,0	5,5	5,5
CD gramy na mokro	223	251	429	586
CD % rozciągnięcia na mokro	2,4	3,3	3,5	3,5
GMT gramy na mokro	296	272	447	627
MD % na mokro/sucho	33,7	45,3	42,6	41,8
CD % na mokro/sucho	35,4	34,5	38,0	36,2
GMT % na mokro/sucho	34,5	40,0	40,3	38,8
2 Gramatura g/m	13,6	17,6	23,9	30,1
1-arkusz TMI mm	0,335	0,533	0,610	0,655
10-arkusz TMI mm	1,94	2,91	4,0	4,55
Objętość właściwa cm /g	24,6	30,3	25,5	21,8
Chłonność przy 0,75 psi (0,005 Mpa)
pozioma g/g	12,2	13,3	13,0	11,8
45° g/g , Gęstość g/cm'	11,4	11,8	11,3	10,2
0,041	0,053	0,039	0,046
Procentowe odprężenie elastyczne po
zgnieceniu na mokro	73,8	76,7	85,0	86,7

Jak widać, wyroby we wszystkich przykładach cechowały się wysoką sprężystością na mokro mierzoną testem odprężenia elastycznego po zgnieceniu.

Przykłady 9-12

Dla dalszego zilustrowania wynalazku wytwarzano sposobem w zasadzie pokazanym na fig. 1 niekrępowane suszone przelotowo bibułki. Bardziej dokładnie, wytwarzano jednowarstwowe z jedną podwarstwą bibułki, w których wszystkie warstwy składały się z surowych włókien roztwarzanej chemotermomechanicznie, bielonej masy celulozowej (BCTMP) z surowych włókien z drzew iglastych z północy. Przed formowaniem roztwarzano włókna BCTMP

181 318 przez 20 minut przy konsystencji 4,6% i rozcieńczano do 2,8% konsystencji po roztwarzaniu. Dodawano Kymene 557 LX w ilości 10-18 kilogramów na tonę metryczną masy celulozowej.

Za pomocączterowarstwowej skrzyni wlewowej formowano na mokro wstęgę zawierającąwe wszystkich czterech warstwach surowe włókna BCTMP z drzew iglastych z północy. Stosowano wkładki zaburzające z zagłębieniami o wielkości 75 milimetrów (3 cali) od linijki spiętrzającej oraz dzielniki warstw wychodzące około 150 milimetrów (6 cali) poza linijkę spiętrzającą. Stosowano również giętkie przedłużenia progów wystające na około 150 milimetrów (6 cali) poza linijkę spiętrzającą. Otwór w siatce linijki wynosił około 19 milimetrów (0,75 cala), a natężenia przepływu wody we wszystkich czterech warstwach skrzyni wlewowej były porównywalne. Zakres konsystencji surowca doprowadzanego do skrzyni wlewowej wynosił od około 0,3 do około 0,5% wagowych.

Powstający jednowarstwowy arkusz formowano w dwusitowym, bębnowym, podciśnieniowym zespole formującym, w którym obie taśmy formujące (12 i 13 na rysunku ) były taśmami typu Asten 866. Prędkość taśm formujących wynosiła od 5,3 do 6,6 metrów na sekundę. Następnie nowoutworzoną wstęgę odwadniano podciśnieniowo do konsystencji rzędu 20-27% za pomocą urządzenia próżniowego znajdującego się pod spodem taśmy formującej, po czym przenoszono ją na taśmę przenoszącą biegnącą z prędkością od 3,6 do 5,1 metra na sekundę. Ostateczne przenoszenie skokowe wynosiło od 30% do 50%. Taśmą przenoszącą była taśma włóknista Lindsay 2164. Do przenoszenia wstęgi na taśmę przenoszącą stosowano skrzynię podciśnieniowąo podciśnieniu około 199,5 - 505,4x102Pa (6-15 cali (150-380 milimetrów) rtęci).

Następnie wstęgę przenoszono na taśmę do suszenia przelotowego (Lindsay Wire T11 6-3). Taśma do suszenia przelotowego poruszała się prędkością w przybliżeniu taką samą jak taśma przenosząca. Wstęgę przepuszczano przez suszarkę przelotowąHoneycomb pracującąw temperaturze około 204°C (400°F) i suszono do końcowego stanu o konsystencji około 94-98%. Gotowe niekrępowane, suszone przelotowo arkusze bibuły miały następujące właściwości:

	Przykład 9	Przykład 10	Przykład 11	Przykład 12
Kymene	10	18	10	10
Przenoszenie skokowe, %	30	30	30	50
Prędkość taśmy formującej, M/S	6,6	6,6	5,9	5,3
Prędkość taśmy przenoszącej,M/S	5,1	5,1	4,6	3,6
Konsystencja formowania	0,3	0,4	0,4	0,5
MD gramy na sucho	4040	6340	7360	6190
MD % rozciągnięcia na sucho	22,0	24,4	24,6	40,3
CD gramy na sucho	2940	6560	4690	5140
CD % rozciągnięcia na sucho	5,3	4,0	4,7	4,1
GMT gramy na sucho	3446	6449	5875	5640
MD gramy na mokro	2702	4383	3786	3562
MD % rozciągnięcia na mokro	20,5	20,5	20,5	36,0
CD gramy na mokro	1252	1917	1917	2101
CD % rozciągnięcia na mokro	6,8	5,7	5,7	5,6
GMT gramy na mokro	1839	3528	2694	2736
MD % na mokro/sucho	66,9	69,1	51,4	57,5
CD % na mokro/sucho	42,6	43,3	40,9	40,9
GMT % na mokro/sucho	53,4	54,7	45,9	48,5
2 Gramatura g/m	65,2	82,8	88,8	109
1-arkusz TMI mm	0,899	0,884	0,950	1,01
10-arkusz TMI mm	7,01	7,21	7,89	8,92
Objętość właściwa cm /g Chłonność przy 0,75 psi (0,005 MPa)	13,8	10,7	10,7	9,27
pozioma g/g	10,8	8,3	8,3	7,6
45° g/g ₃ Gęstość g/cm Procentowe odprężenie elastyczne po	8,8	7,4	6,9	6,8
0,073	0,094	0,093	0,108
zgnieceniu na mokro	75,0	83,9	78,9	-

181 318

Jak widać, we wszystkich trzech przykładach, dla których przeprowadzono test odprężenia elastycznego po zgnieceniu na mokro, próbki wykazywały podczas badań tym testem bardzo wysoką sprężystość na mokro.

Dla dalszego zilustrowania właściwości struktur chłonnych według wynalazku mierzono właściwości sprężyste podczas ściskania na mokro wspomnianych powyżej próbek.

Sprężystość ściskania na mokro

	Przykład
1	2	3	4	6	7	8	9	10	12
Gramatura g/m²	31,7	32,2	32,4	32,7	17,6	23,9	30,1	65,2	82,8	109
A) Początkowa objętość właściwa przy 0,025 psi (0,00175 MPa)	18,4	18,5	19,9	21,3	28,7	22,9	21,2	15,2	12,5	11,0
B) Objętość właściwa po ściśnięciu	5,2	6,0	7,1	7,9	8,2	8,1	8,0	8,7	8,0	7,7
C) Końcowa objętość właściwa przy 0,025 psi	8,4	13,6	13,0	18,0	22,7	19,3	17,7	14,1	11,4	10,2
Wskaźnik ściskania (B/A)	0,28	0,32	0,36	0,37	0,286	0,345	0,378	0,571	0,639	0,704
Wskaźnik sprężystości (C/A)	0,46	0,73	0,66	0,85	0,791	0,841	0,838	0,929	0,917	0,926
Wskaźnik energii obciążenia	0,49	0,65	0,65	0,83	0,802	0,783	0,808	0,835	0,819	0,822

Jak widać, wszystkie przykładowe wyroby według przykładów wykonania wynalazku (przykłady 4-12) mają wysokie wskaźniki sprężystości i wysokie wskaźniki energii obciążenia w porównaniu z wyrobami kontrolnymi (przykłady 1-3). Ponadto, wyroby z niektórych przykładów wykonania według wynalazku mają również wysoką objętość właściwą po ściśnięciu rzędu

7,5 cm³/g albo większą (przykłady 9,10 i 12). Wszystkie przykłady wyrobów według wynalazku mająrównież wskaźniki ściskania około 0,7 lub mniejsze w połączeniu ze wskaźnikami sprężystości około 0,8 lub większymi i wskaźnikami energii obciążenia około 0,7 lub większymi, dzięki czemu uzyskuje się wstęgę o niskim module na mokro i wysokiej sprężystości na mokro.

Należy rozumieć, że powyższe przykłady, przytoczone do celów ilustracyjnych, nie ograniczają zakresu wynalazku, który jest określony w zastrzeżeniach patentowych i obejmuje wszystkie ekwiwalenty przedstawionych przykładowo rozwiązań.

181 318

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Materiał chłonny, zawierający włókna masy celulozowej i środek wiążący, znamienny tym, że zawiera co najmniej około 10% wagowych w suchej masie włókien masy celulozowej tzw. wysokowydajnej, korzystnie włókien naturalnych, w szczególności włókien ścieru drzewnego zmodyfikowanych chemicznie i/lub fizycznie, o dużej zawartości ligniny oraz co najmniej 0,1% wagowych w suchej masie środka wiążącego, dla którego stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchymjest wyższy niż 0,1, korzystnie żywicy.
2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera włókna masy celulozowej tzw. wysokowydajnej w ilości stanowiącej co najmniej około 30% wagowych w suchej masie.
3. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera włókna masy celulozowej tzw. wysokowydajnej w ilości stanowiącej co najmniej około 50% wagowych w suchej masie.
4. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera włókna masy celulozowej tzw·'. wysokowydajnej w ilości stanowiącej około 100% wagowych w suchej masie.
5. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że włóknami masy celulozowej tzw. wysokowydajnej są włókna bielonej chemotermomechanicznej masy celulozowej.
6. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że środek wiążący, dla którego stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym jest wyższy niż 0,1 zawiera żywice typu poliamid-poliamina-epichlorohydryna i/lub żywice typu poliamidowo-epichlorohydrynowe i/lub żywice polietylenoiminowe i/lub żywice amiplastyczne.
7. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera środek wiążący, dla którego stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym jest wyższy niż 0,1 w ilości co najmniej około 0,2% wagowych w suchej masie.
8. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera środek wiążący, dla którego stosunek wytrzymałości na rozciąganie w stanie mokrym do wytrzymałości na rozciąganie w stanie suchym jest wyższy niż 0,1 w ilości od około 0,1% do około 3% wagowych w suchej masie.