DE68925309T2

DE68925309T2 - Sanftes Tissuepapier

Info

Publication number: DE68925309T2
Application number: DE68925309T
Authority: DE
Inventors: Robert Stanley Ampulski; Wolfgang Ulrich Spendel
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1988-06-14
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2009-06-14
Also published as: EP0347154A2; AU3636389A; KR0140223B1; ATE132556T1; NZ229550A; KR910001168A; ES2081303T3; GR3018609T3; JPH02224626A; JP2806974B2; MX170318B; EP0347154B1; BR8902848A; DE68925309D1; CA1330382C; MX167009B; AU634963B2; EP0347154A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Tissue-Papier im allgemeinen; und insbesondere hochbauschiges Tissue-Papier, das sich weich, seidig, flanellartig anfühlt; sowie verstärkten, durch den Tastsinn spürbaren Bausch und physiologische Oberflächenglätte aufweist

HINTERGRUNDINFORMATION

Weiches Tissue-Papier wird allgemein für wegwerfbare Papierhandtücher sowie Gesichts- und Toiletten-Tissue bevorzugt. Bekannte Verfahren und Mittel zur Steigerung der Weichheit von Tissue-Papier üben jedoch im allgemeinen einen nachteiligen Einfluß auf die Reißfestigkeit aus. Daher ist das Design eines Tissue-Papierprodukts im allgemeinen ein Akt des Gleichgewichts zwischen Weichheit und Reißfestigkeit.
Sowohl mechanische als auch chemische Mittel kamen zur Anwendung bei der Verfolgung des Ziels der Herstellung von weichem Tissue-Papier: einem Tissue-Papier, von dem Verwender über ihren Tastsinn spüren, daß es weich ist. Diese durch den Tastsinn spürbare Weichheit kann, ohne darauf beschränkt zu sein, durch Nachgiebigkeit, Flexibilität und Glätte gekennzeichnet sein; sowie durch subjektive Beschreibungen, wie etwa seidigen oder flanellartigen Griff. Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung der durch den Tastsinn spürbaren Weichheit von Tissue-Papier -- insbesondere von hochbauschigem, gekrepptem Tissue-Papier -- durch den Einbau chemischer Additive: insbesondere von Materialien, die dem Tissue- Papier einen seidigen oder flanellartigen Griff verleihen, ohne es für den Tastsinn der Verwender jener Produkte, die ein solches Tissue-Papier umfassen, fettig oder ölig erscheinen zu lassen.
Beispiele solcher chemischer Additive sind zum Beispiel Polysiloxan-Materialien, auf die im folgenden der Einfachheit halber als Polysiloxane Bezug genommen wird. Außerdem kann oberflächenaktives Material zugesetzt werden, um die Weichheit und/oder Oberflächenglätte weiter zu erhöhen und/oder mindestens teilweise jede durch das Polysiloxan verursachte Herabsetzung der Benetzbarkeit auszugleichen; und es kann Bindematerial, wie etwa Stärke, zugesetzt werden, um mindestens teilweise Verminderungen der Festigkeit und/oder eine Steigerung der Fusselbildungseigenschaften, die auf das Polysiloxan und, sofern es verwendet wurde, das oberflächenaktive Additiv zurückzuführen sind, auszugleichen.
Repräsentative hochbauschige gekreppte Tissue-Papiere, die nach derzeitigen Standards einigermaßen weich sind und gegenüber einer Steigerung der Weichheit durch die vorliegende Erfindung empfänglich sind, sind in den folgenden US-Patenten geoffenbart: US-A-3,301,746, ausgegeben am 31.Jänner 1967 an Lawrence H. Sanford und James B. Sisson; US-A-3,974.025, ausgegeben am 10.August 1976 an Peter G. Ayers; US-A-3,994.771, ausgegeben am 30.November 1976 an George Morgan, Jr. und Thomas F. Rich; US-A-4,191.609, ausgegeben am 4.März 1980 an Paul D. Trokhan; und US-A-4,637.859, ausgegeben am 20.Jänner 1987 an Paul D. Trokhan. Jedes dieser Papiere ist durch ein Muster dichter Zonen gekennzeichnet: Zonen, die dichter sind als ihre jeweilige Umgebung, wobei solche dichten Zonen daher stammen, daß sie während der Papierherstellung, etwa durch die Überkreuzungsbuckel von Prägeträgerstrukturen, kompaktiert wurden. Andere hochbauschige, weiche Tissue-Papiere sind in der US-A-4,300.981 geoffenbart, die am 17.November 1981 an Jerry E. Carstens ausgegeben wurde; und in der US-A-4,440.597, die am 3.April 1984 an Edward R. Wells und Thomas A. Hensler ausgegeben wurde. Zusätzlich dazu ist das Erreichen von hochbauschigem Tissue-Papier durch die Vermeidung einer allgemeinen Kompaktierung vor der endgültigen Trocknung in der US-A-3,821.068 geoffenbart, die am 28.Juni 1974 an D. L. Shaw ausgegeben wurde; und die Vermeidung von Gesamtkompaktierung in Kombination mit der Verwendung von Debondern und elastomeren Bindern im Papierherstellungseintrag ist in der US-A-3,812.000, die am 21.Mai 1974 an J. L. Salvucci, Jr. ausgegeben wurde, geoffenbart.
Chemische Debonder wie solche, die von Salvucci in Betracht gezogen wurden und auf die oben Bezug genommen wurde, sowie die Theorie über ihre Wirkungsweise sind in solchen repräsentativen US-Patenten geoffenbart, wie etwa der US-A-3,755.220, die am 28.August 1973 an Friemark et al. ausgegeben wurde; der US-A-3,844.880, die am 29.Oktober 1974 an Meisel et al. ausgegeben wurde; und in der US-A-4,158.594, die am 19.Jänner 1979 an Becker et al. ausgegeben wurde. Andere chemische Behandlungen, die zur Verbesserung von Tissue-Papier vorgeschlagen wurden, umfassen zum Beispiel jene, die in der DE-C-3,420.940, Kenji Hara et al., geoffenbart ist, nämlich: die Imprägnierung von Toiletten-Tissue-Papier mit einer Kombination aus einem pflanzlichen, tierischen oder synthetischen Kohlenwasserstofföl und einem Silikonöl, um damit leichter zu reinigen und aufzuwischen.
Außerdem ist ein allgemein bekanntes mechanisches Verfahren zur Steigerung der Reißfestigkeit von Papier aus Zellulose- Zellstoff jenes, bei dem der Zellstoff vor der Papierherstellung mechanisch gemahlen wird. Im allgemeinen führt eine stärkere Mahlung zu einer größeren Reißfestigkeit. In Übereinstimmung mit der vorhergehenden Diskussion über Reißfestigkeit und Weichheit von Tissue-Papier beeinflußt jedoch eine verstärkte mechanische Mahlung des Zellulose-Zellstoffs die Weichheit von Tissue-Papier in negativer Weise, wenn alle anderen Aspekte des Papiermachereintrags und -verfahrens unverändert sind. Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Reißfestigkeit gesteigert werden, ohne daß die Weichheit negativ beeinflußt wird; oder es kann andererseits die Weichheit verbessert werden, ohne daß die Reißfestigkeit negativ beeinflußt wird.
Die DE-C-34 20 940 offenbart ein Tissue-Papier, das mit einem Silikonöl, insbesondere Dimethylsilikon, imprägniert ist.
Die US-A-4,028.172 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Papier, bei welchem zu dem nassen Zellstoff vor dessen Eintritt in den Pressenabschnitt der Papiermaschine ein Polysiloxan-Polymer zugesetzt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird Tissue-Papier zur Verfügung gestellt, das ein Flächengewicht von etwa 10 bis 65 g/m² sowie eine Faserdichte von etwa 0,6 g/cm³ oder weniger aufweist und welches eine wirksame Menge Polysiloxan zur Erzielung verstärkter Weichheit umfaßt, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die genannte Polysiloxanmenge von 0,004 % bis 2 %, bezogen auf das Trockenfasergewicht des genannten Tissue-Papiers, beträgt und daß das genannte Tissue-Papier trocken ist und nach einer Alterung von zwei Wochen nach seiner Herstellung eine Benetzungszeit von nicht mehr als 2 Minuten aufweist, wobei die nach außen gerichteten Oberflächen des Tissue-Papiers eine gleichmäßige Verteilung des Polysiloxans zeigen und das Polyslioxan ohne der Hilfe zusätzlicher Öle oder Lotionen vorliegt. Das Tissue-Papier hat einen hohen Grad an fühlbarer Weichheit und Glätte; und einen seidigen und/oder flanellartigen Griff. Vorzugsweise umfaßt das Tissue-Papier von etwa 0,004 bis etwa 0,3 % Polysiloxan.
Bevorzugte Polysiloxane umfassen ein aminofunktionelles Polydimethylpolysiloxan, in welchem weniger als etwa 10 Molprozent der Seitenketten an dem Polymer eine aminofunktionelle Gruppe enthalten. Als Richtwert ist das Ausmaß der Substitution indirekt mit dem mittleren Molekulargewicht in Beziehung; und da Molekulargewichte von Polysiloxanen schwierig zu bestimmen sind, wird die Viskosität eines Polysiloxans hierin als objektiv feststellbares Maß für das Molekulargewicht verwendet. Dementsprechend wurde zum Beispiel herausgefunden&sub1; daß etwa 2 % Substitution sehr wirksam bei Polysiloxanen mit einer Viskosität von etwa 125 x 10&supmin;&sup6;m²s&supmin;¹ (125 Centistokes) sind; und Viskositäten von etwa 5 m² s&supmin;¹ (5,000.000 Centistokes) oder mehr sind mit oder ohne Substitution wirkungsvoll. Zusätzlich zu einer solchen Substitution mit aminofunktionellen Gruppen kann eine wirksame Substitution mit Carboxyl-, Hydroxyl-, Ether-, Polyether-, Aldehyd-, Keton-, Amid-, Ester- und Thiolgruppen erzielt werden. Von diesen wirksamen Substituentengruppen ist die Familie der Gruppen, die Amino-, Carboxylund Hydroxylgruppen umfaßt, bevorzugter als die anderen; und aminofunktionelle Gruppen sind am meisten bevorzugt.
Beispiele für im Handel erhältliche Polysiloxane umfassen DOW 8075 und DOW 200, die von Dow Corning erhältlich sind; sowie Silwet 720 und Ucarsil EPS, die von Union Carbide erhältlich sind.
Chemisch behandeltes Tissue-Papier gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem eine wirksame Menge eines Surfactants umfassen, um die durch den Tastsinn wahrnehmbare Oberflächenglätte des Tissue-Papiers zu erhöhen und/oder mindestens teilweise jede Herabsetzung der Benetzbarkeit des Tissue-Papiers, die sonst durch den Einbau des Polysiloxans bedingt wird, auszugleichen. Vorzugsweise beträgt die Menge des Surfactants von etwa 0,01 bis etwa 2 Prozent, bezogen auf das Trockenfasergewicht des Tissue-Papiers; und beträgt bevorzugter von etwa 0,05 bis etwa 0,5 Prozent. Ebenso bevorzugt ist das Surfactant nicht-kationisch; und zeigt im wesentlichen keine Wanderungseigenschaften in situ, nachdem das Tissue-Papier hergestellt worden ist, um Veränderungen der Eigenschaften des Tissue-Papiers, die sonst durch den Einschluß von Surfactant bedingt sein können, im wesentlichen zu vermeiden. Das kann zum Beispiel durch die Verwendung von Surfactants erreicht werden, die Schmelztemperaturen haben, die oberhalb der üblicherweise während der Aufbewahrung, des Transports, des Verkaufs und der Verwendung erfindungsgemäßer Ausführungsformen des Tissue- Papierprodukts angetroffenen Temperaturen liegen: zum Beispiel Schmelztemperaturen von etwa 50ºC oder höher.
Ebenso kann Tissue-Papier, das ein chemisches Additiv in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt, außerdem eine wirksame Menge eines Bindematenais, wie etwa Stärke, umfassen, um mindestens teilweise jede Herabsetzung von Reißfestigkeit oder Steigerung der Neigung zur Fusselbildung, die sonst durch den Einbau des S&S Modifiziermittels und, sofern vorliegend, des oberflächenaktiven Materials bewirkt würden, auszugleichen. Die wirksame Menge des Bindematerials beträgt vorzugsweise etwa 0,01 bis etwa 2 Prozent, bezogen auf das Trockenfasergewicht des Tissue-Papiers.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tissue-Papiers umfaßt von etwa 0,004 bis etwa 0,3 Prozent eines chemischen Additivs, wie etwa Polysiloxan, um einen seidigen, flanellartigen Griff zu verleihen; von etwa 0,1 bis etwa 2 Prozent oberflächenaktives Material; und von etwa 0,1 bis etwa 2 Prozent Stärke, wobei alle Mengenangaben dieser Additive auf das Trockenfasergewicht des Tissue-Papiers bezogen sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Kurz gesagt, stellt die vorliegende Erfindung Tissue-Papier zur Verfügung, das sich durch den Zusatz eines chemischen Additivs, wie etwa zum Beispiel eines Polysiloxans, seidig und flanellartig anfühlt und eine gesteigerte durch den Tastsinn spürbare Weichheit aufweist. Solches Tissue-Papier kann weiters eine wirksame Menge eines oberflächenaktiven Materials und/oder eines Bindematerials, wie etwa Stärke, enthalten. Allgemein gesagt, kann das Surfactant enthalten sein, um die durch den Tastsinn fühlbare physiologische Oberflächenglätte zu erhöhen und/oder eine ausreichende Benetzbarkeit für die beabsichtigten Zwecke des Tissue-Papiers (z.B. als Toiletten-Tissue) zu gewährleisten; es kann auch ein Bindematerial, wie etwa Stärke, enthalten sein, um mindestens teilweise jede Herabsetzung der Reißfestigkeit des Tissue-Papiers und/oder Verschlimmerung der Neigung zur Fusselbildung wettzumachen, die sonst durch den Zusatz des chemischen Additivs und, sofern verwendet, des Surfactants auftreten würden. Es sei erwähnt, daß, sofern die bevorzugten chemischen Additive Polysiloxane sind, die Ausdrücke "chemisches Additiv" und "Polysiloxan" in gewissem Maße austauschbar verwendet werden, obwohl es hierin keineswegs beabsichtigt ist, hiedurch den Rahmen der Erfindung auf Polysiloxanhaltige Tissue-Papiere per se zu begrenzen oder den Ausdruck "chemisches Additiv" auf Polysiloxane per se einzuschränken.
Ohne daß es gewünscht wird, durch eine Theorie der Arbeitsweise gebunden zu sein oder auf andere Weise die vorliegende Erfindung einzuschränken, werden Ausführungsformen von Tissue-Papier gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein so ge- kennzeichnet, daß sie innerhalb eines tri-parametrischen Gebiets liegen, das durch empirisch bestimmte Bereiche der folgenden Parameter definiert ist: erstens das Verhältnis ihrer Gesamtflexibilität zu ihrer Gesamtfestigkeit; zweitens ihre Physiologische Oberflächenglätte; und drittens ihr Gleit-und- Kleb-Reibungskoeffizient. Zum Beispiel sind Tests, die in Überelnstimmung mit den folgenden Verfahren durchgeführt wurden, durch das tri-parametrische Gebiet der vorliegenden Erfindung definiert, wie etwa: ein Verhältnis von Gesamtflexibilität zu Gesamtreißfestigkeit von etwa 0,13 oder weniger; Physiologische Oberflächenglätte von etwa 0,95 oder weniger; und ein Gleit-und- Kleb-Reibungskoeffizient von etwa 0,033 oder weniger für musterverdichtete Tissue-Papiere und von etwa 0,038 oder weniger für Ausführungsformen von Tissue-Papier, die im wesentlichen gleichmäßige Dichten aufweisen. Im Gegensatz dazu fallen alle derzeitigen Tissue-Papiere, die untersucht worden sind und welche keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen, außerhalb dieses tri-parametrischen Gebiets. Diese Parameter und Tests werden im folgenden besprochen.

FLEXIBILITÄT und GESAMTFLEXIBILITÄT

Flexibilität, wie der Ausdruck hierin verwendet wird, ist als die Neigung der Sekante der graphisch dargestellten Kurve definiert, bei der die Werte für Kraft gegen Streckungsprozente aufgetragen sind, wobei diese Sekante durch den Ursprung (Null % Streckung, Null Kraft) und durch den Punkt auf der Kurve hindurchgeht, wo die Kraft pro Zentimeter Brelte bei 20 Gramm liegt. Für eine Probe, die sich bei einer Kraft von 20 Gramm pro Zentimeter Probenbreite um 10 % streckt (d.h. 0,1 cm/cm Länge), beträgt beispielsweise die Neigung der Sekante durch (0 %, 0) und (10 %, 20) 2,0 bei Verwendung der Formel:
Neigung = Y&sub2; - Y&sub1; / X&sub2; - X&sub1;
Gesamtflexibilität, wie der Ausdruck hierin verwendet wird, bedeutet das geometrische Mittel von Flexibilität in Maschinenrichtung und Flexibilität quer zur Maschinenrichtung. Mathematisch ist dies die Quadratwurzel des Produkts der Flexibilität in Maschinenrichtung und der Flexibilität quer zur Maschinenrichtung in Gramm pro cm.

GESAMTREISSFESTIGKEIT

Gesamtreißfestigkeit, wie der Ausdruck hierin verwendet wird, bedeutet das geometrische Mittel der Bruchfestigkeiten in Maschinenrichtung und quer zur Maschinenrichtung in Gramm pro cm Probenbreite. Mathematisch ist dies die Quadratwurzel des Produkts der Bruchfestigkeiten in Maschinenrichtung und quer zur Maschinenrichtung in Gramm pro cm Probenbreite.

WABY-FAKTOR

Das Verhältnis von Gesamtflexibilität zu Gesamtreißfestigkeit wurde als ein Faktor bestimmt, der die Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung als kräftig und dennoch mit hochbauschiger Weichheit kennzeichnet. Dieses Verhältnis wird hiemit als WABY-Faktor bezeichnet.
WABY-Faktor = Gesamtflexibilität / Gesamtreißfestigkeit
Zum Beispiel hat eine Probe mit einer Gesamtflexibilität von 20 g/cm und einer Gesamtreißfestigkeit von 154 g/cm einen WABY-Faktor von 0,13.
Kurz gesagt, steht die durch den Tastsinn fühlbare Weichheit von Tissue-Papier in umgekehrtem Zusammenhang mit dessen WABY-Faktor; und begrenzte empirische Werte deuten darauf hin, daß erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele von Tissue-Papier WABY-Faktoren von etwa 0,13 oder weniger aufweisen. Es sei auch festgehalten, daß der WABY-Faktor dimensionslos ist, da sowohl Flexibilität als auch Gesamtreißfestigkeit, wie sie oben definiert sind, in g/cm angegeben sind, wodurch ihr Verhältnis dimensionslos ist.

PHYSIOLOGISCHE OBERFLÄCHENGLÄTTE

Physiologische Oberflächenglätte, wie dieser Ausdruck hierin verwendet wird, ist ein Faktor (im folgenden der PSS- Faktor), der sich durch Prüfung von Proben des Tissue-Papiers in Maschinenrichtung mit einem (später beschriebenen) Profilometer, das einen Diamantgriffel aufweist, ergibt, wobei das Profilometer in einem Oberflächen-Testgerät, wie zum Beispiel dem Oberflächen-Tester KES-FB-4, der von KATO TECH CO., LTD. Karato-Cho, Nishikiyo, Minami-Ku, Koyota, Japan, erhältlich ist, eingesetzt ist. Bei dieser Testvorrichtung wird eine Probe des Tissue auf einer von einem Motor angetriebenen Trommel befestigt und ein Griffel wird durch die Schwerkraft in Richtung auf die Trommel an der 12 Uhr-Stellung abgesenkt. Die Trommel wird in Rotation versetzt, um eine Probengeschwindigkeit von ein (1) Millimeter pro Sekunde zu ergeben, und bewegt die Probe in bezug auf die Sonde um 2 cm. Somit überstreicht die Sonde eine Länge von 2 cm der Probe. Das Profilometer umfaßt Einrichtungen, um ein Gegengewicht für den Griffel zu bilden und eine normale Kraft von 270 mg auszuüben. Im Grund genommen tastet das Instrument die Auf- und Abverschiebungen (in mm) des Griffels ab, während eine Länge von 2 cm der Probe unter der Profilometer-Sonde geprüft wird. Die sich ergebenden Daten von Griffel-Amplitude gegen Griffel-Distanz werden festgehalten und dann in ein Spektrum von Griffel-Amplitude gegen Frequenz umgewandelt, indem eine Fourier-Transformation unter Verwendung des Proc Spectra Standardprogramms, das von SAS Institute Inc., Post Office Box 10066, Raleigh, North Carolina 27605, erhältlich ist, vorgenommen wird. Hiedurch werden die Spektralkomponenten in der Topographie der Probe identifiziert; und die Frequenz-Spektraldaten werden dann auf die Reaktion des menschlichen Tastsinns eingestellt, wie von Verrillo (Ronald T. Verrillo, "Effect of Contractor Area on the Vibrotactile Threshold", The Journal of the Accoustical Society of America, 35, 1962 (1963)) quantitativ bestimmt und berichtet wurde. Da jedoch die Daten von Verrillo im zeitlichen Bereich liegen (d.h. Zyklen pro Sekunde) und die Physiologische Oberflächenglätte mit der Finger-an-Probe-Geschwindigkeit zusammenhängt, werden die Ergebnisse von Verrillo in einen räumlichen Bereich umgewandelt (d.h. Zyklen pro Millimeter), wobei 65 mm/sec als ein Standardfaktor für die Finger-an-Probe-Geschwindigkeit verwendet wird. Schließlich werden die Ergebnisse von null (0) bis zehn (10) Zyklen pro Millimeter integriert. Das Ergebnis ist der PSS- Faktor. Graphisch ist der PSS-Faktor die Fläche unterhalb der Kurve von Verrillo-angepaßter Frequenz (Zyklen/mm) gegen Griffel-Amplitude zwischen null (0) und zehn (10) Zyklen pro Millimeter. Vorzugsweise sind die PSS-Faktoren Mittelwerte, die von der Überprüfung mehrfacher Proben stammen (z.B. zehn Proben), die sowohl vorwärts als auch rückwärts überprüft wurden.
Das oben beschriebene Profilometer umfaßt insbesondere einen Gould Surfanalyzer Equipment Controller #21-1330-20428, Sonde #21-3100-465, Diamantgriffelspitze (Radius 0,0127 mm) #21- 0120-00 und Griffelspitzenverlängerer #22-0129-00, die alle von Federal Products, Providence, RI, erhältlich sind. Die Profilometer-Sondenanordnung ist mit einem Gegengewicht ausgestattet und so aufgestellt, wie in Figur 22 der US-A-4,300.981 (oben angegeben) dargestellt ist.

GLEIT-UND-KLEB-REIBUNGSKOEFFIZIENT

Der Gleit-und-Kleb-Reibungskoeffizient (im folgenden S&S COF) ist als die mittlere Abweichung des Reibungskoeffizienten definiert. Er ist dimensionslos. Er kann unter Verwendung von im Handel erhältlichen Testgeräten, wie etwa zum Beispiel des oben genannten Kato-Oberflächentesters, bestimmt werden, der mit einem Griffel ausgestattet ist, der so gestaltet und angeordnet ist, daß er auf der Oberfläche der zu prüfenden Probe gleitet: zum Beispiel einer Glasfrittenscheibe. Wenn eine Probe nach obiger Beschreibung geprüft werden soll, nimmt das Instrument die seitliche Kraft an dem Griffel wahr, wenn die Probe unterhalb desselben vorbeibewegt wird: d.h. abgetastet wird. Die seitliche Kraft wird Reibungskraft genannt; und das Verhältnis von Reibungskraft zu Griffelgewicht ist der Reibungskoeffizient mu. Das Instrument löst dann die folgende Gleichung zur Bestimmung des S&S COF für jede Abtastung jeder Probe. S&S COF =
in welcher
u das Verhältnis von Reibungskraft zu Sondenbelastung ist;
u der Mittelwert von u ist; und
X 2 cm beträgt.
Nun zur Detaillierten Beschreibung der Erfindung rückkehrend umfaßt die vorliegende Erfindung -- Tissue-Papiere, die mit Polysiloxan behandelt sind und eine verstärkte fühlbare Reaktion aufweisen,-- folgendes, ist jedoch nicht darauf beschränkt: auf übliche Weise filzgepreßtes Tissue-Papier; musterverdichtetes Tissue-Papier, wie von Sanford-Sisson und dessen Nachfolgeprodukten beispielhaft angegeben; und hochbauschiges, nicht-kompaktiertes Tissue-Papier, wie durch Salvucci beispielhaft angegeben. Das Tissue-Papier kann einen homogenen oder mehrschichtigen Aufbau aufweisen; und Tissue-Papierprodukte, die daraus hergestellt sind, können einen einlagigen oder mehrlagigen Aufbau aufweisen. Das Tissue-Papier hat vorzugsweise ein Flächengewicht zwischen etwa 10 g/m² und etwa 65 g/m² sowie eine Dichte von etwa 0,60 g/cm³ oder weniger. Vorzugsweise wird das Flächengewicht unterhalb von etwa 35 g/cm² oder weniger liegen; und die Dichte wird bei etwa 0,30 g/cm³ oder weniger liegen. Am bevorzugtesten wird die Dichte zwischen etwa 0,08 g/cm³ und etwa 0,20 g/cm³ liegen.
Papiermacherfasern, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, umfassen Fasern, die von Holz-Zellstoff abgeleitet sind. Andere faserige Zellstoff-Fasern auf Zellulosebasis, wie etwa Baumwoll-Linters, Bagasse, etc. können verwendet werden und es ist gedacht, daß diese innerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegen. Synthetische Fasern, wie etwa Rayon, Polyethylen- und Polypropylen-Fasern können ebenfalls in Kombination mit natürlichen Fasern auf Zellulosebasis verwendet werden. Ein Beisdiel für eine Polyethylen-Faser, die verwendet werden kann, ist Pulpex , erhältlich von Hercules, Inc. (Wilmington, Delaware).
Verwendbare Holz-Zellstoffe umfassen chemische Zellstoffe, die nach den Kraft-, Sulfit- und Sulfat-Verfahren hergestellt sind; sowie mechanische Zellstoffe, die zum Beispiel Holzschliff, thermomechanischen Zellstoff und chemisch modifizierten thermomechanischen Zellstoff umfassen. Chemische Zellstoffe sind jedoch bevorzugt, da sie den daraus hergestellten Tissue-Blättern eine bessere mit dem Tastsinn fühlbare Weichheit verleihen. Es können Zellstoffe verwendet werden, die sowohl van Laubbäumen, die manchmal als "Hartholz" bezeichnet werden, sowie von Nadelbäumen, die manchmal als "Weichholz" bezeichnet werden, stammen.
Zusätzlich zu den Papiermacher-Fasern kann der Papiermacher-Eintrag, der zur Herstellung der Tissue-Papierstrukturen verwendet wird, andere Bestandteile oder Materialien als Zusatz enthalten: zum Beispiel Naßfestigkeitsharze und Harze zur Bewirkung von temporärer Naßfestigkeit.
Geeignete Polysiloxan-Materialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung als Modifiziermittel für S&S verwendbar sind, umfassen polymere, oligomere, copolymere und andere mehrfach- monomere Siloxan-Materialien. Wie er hierin verwendet wird, soll der Ausdruck Polysiloxan alle solchen polymeren, oligomeren, copolymeren und anderen mehrfach-monomeren Siloxan-Materialien umfassen. Zusätzlich dazu kann das Polysiloxan entweder eine geradkettige, eine verzweigtkettige oder eine zyklische Struktur aufweisen.
Bevorzugte Polysiloxan-Materialien umfassen jene, die monomere Siloxaneinheiten der folgenden Struktur aufweisen:
worin R&sub1; und R&sub2; für jede monomere Siloxaneinheit unabhängig für einen beliebigen Alkyl-, Aryl-, Alkenyl-, Alkaryl-, Aralkyl-, Cycloalkyl-, halogenierten Kohlenwasserstoff- oder anderen Rest stehen können. Jeder dieser Reste kann substituiert oder unsubstituiert sein. Die Reste R&sub1; und R&sub2; jeder speziellen monomeren Einheit können sich von den entsprechenden Funktionalitäten der nächsten angrenzenden monomeren Einheit unterscheiden. Zusätzlich dazu können die Reste entweder eine geradkettige, eine verzweigtkettige oder eine zyklische Struktur aufweisen. Die Reste R&sub1; und R&sub2; können zusätzlich und unabhängig voneinander, andere Silikon-Funktionalitäten sein, wie etwa, jedoch nicht darauf beschränkt, Siloxane, Polysiloxane und Polysilane. Die Reste R&sub1; und R&sub2; können auch beliebige unterschiedliche organische Funktionalitäten enthalten, inklusive zum Beispiel Alkohol-, Carbonsäure- und Amin-Funktionalitäten.
Es zeigte sich, daß der Grad der Substitution und die Art des Substituenten das relative Ausmaß von weichem, seidigem Gefühl und Hydrophilität beeinflußten, das der Tissue-Papierstruktur verliehen wird. Im allgemeinen nimmt das Ausmaß von weichem, seidigem Gefühl, das durch das Polysiloxan verliehen wird, in dem Maße zu, in welchem die Hydrophilität des substituierten Polysiloxans abnimmt. Aminofunktionelle Polysiloxane sind für die vorliegende Erfindung besonders bevorzugt.
Bevorzugte Polysiloxane umfassen geradkettige Organopolysiloxan-Materlalien der folgenden allgemeinen Formel:
worin jeder Rest R&sub1;-R&sub9; unabhängig voneinander ein beliebiger unsubstituierter C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkyl- oder -Aryl-Rest ist und R&sub1;&sub0; für einen beliebigen substituierten C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkyl- oder -Arylrest steht. Vorzugsweise ist jeder Rest R&sub1;-R&sub9; unabhängig eine beliebige unsubstituierte C&sub1;-C&sub4;-Alkylgruppe. Der Fachmann wird erkennen&sub1; daß hier technisch kein Unterschied darin besteht, ob zum Beispiel R&sub9; oder R&sub1;&sub0; der substituierte Rest ist. Vorzugsweise liegt das Molverhältnis von b zu (a + b) zwischen 0 und etwa 20 %, bevorzugter zwischen 0 und etwa 10 % und am bevorzugtesten zwischen etwa 1 % und etwa 5 %.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind R&sub1;-R&sub9; Methylgruppen und R&sub1;&sub0; ist eine substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Aryl- oder Alkenylgruppe. Solche Materialien werden hierin allgemein als Polydimethylsiloxan beschrieben, das eine spezielle Funktionalität aufweist, wie sie für diesen speziellen Fall geeignet sein kann. Beispielhafte Polydimethylsiloxane umfassen zum Beispiel Polydimethylsiloxan, Polydimethylsiloxan mit einem Kohlenwasserstoff-Alkylrest R&sub1;&sub0; und Polydimethylsiloxan mit einer oder mehreren Amino-, Carboxyl-, Hydroxyl-, Ether-, Polyether-, Aldehyd-, Keton-, Amid-, Ester-, Thiol- und/oder anderen R&sub1;&sub0;-Funktionalität, inklusive Alkyl- und Alkenyl-Analoga solcher Funktionalitäten. Zum Beispiel könnte eine aminofunktionelle Alkylgruppe als R&sub1;&sub0; ein aminofunktionelles oder ein aminoalkylfunktionelles Polydimethylsiloxan sein. Die beispielhafte Aufzählung dieser Polydimethylsiloxane ist nicht dazu gedacht, dadurch andere nicht speziell angegebene auszuschließen.
Die Viskosität von für diese Erfindung verwendbaren Polysiloxanen kann so breit variieren, wie die Viskosität von Polysiloxanen allgemein variiert, solange das Polysiloxan fließfähig ist oder für die Aufbringung auf das Tissue-Papier fließfähig gemacht werden kann. Das umfaßt, ist jedoch nicht beschränkt darauf, eine Viskosität, die so niedrig ist wie etwa 25 x 10&supmin;&sup6; m².s&supmin;¹ (25 Centistokes) bis etwa 20 m².s&supmin;¹ (20,000.000 Centistokes) oder sogar höher. Hochviskose Polysiloxane, die selbst nicht fließfähig sind, können in wirksamer Weise auf den Tissue-Papierbahnen durch solche Verfahren aufgebracht werden, wie zum Beispiel Emulgierung des Polysiloxans in Surfactant oder Auflösen des Polysiloxans mit Hilfe eines Lösungsmittels, wie etwa Hexan, das nur zum Zweck der beispielhaften Nennung angegeben ist. Spezielle Verfahren zur Aufbringung von Polysiloxanen auf Tissue-Papierbahnen werden detaillierter weiter unten beschrieben.
Beiläufig und ohne den Wunsch zu haben, durch eine Theorie hinsichtlich der Wirkungsweise gebunden zu sein, wird angenommen, daß die Wirksamkeit der mit dem Tastsinn fühlbaren Verbesserung durch das Polysiloxan direkt mit dessen mittlerem Molekulargewicht zusammenhängt; und daß die Viskosität direkt mit dem Molekulargewicht zusammenhängt. Dementsprechend wird, wegen der relativen Schwierigkeit der direkten Bestimmung von Molekulargewichten von Polysiloxanen im Vergleich zur Bestimmung ihrer Viskositäten, die Viskosität hierin als offensichtlicher Arbeitsparameter verwendet im Hinblick auf die Verleihung einer verstärkten fühlbaren Reaktion an das Tissue-Papier: d.h. Weichheit, Seidigkeit und Flanellartigkeit.
Literaturstellen, die Polysiloxane offenbaren, umfassen die US-A-2,826.551, ausgegeben am 11.März 1958 an Geen; US-A-3,964.500, ausgegeben am 22.Juni 1976 an Drakoff; US-A-4,364.837, ausgegeben am 21.Dezember 1982 an Pader und GB-A-849.433, veröffentlicht am 28.September 1960 für Woolston. Auch Silicon Compounds, S. 181-217, vertrieben von Petrarch Systems, Inc., 1984, enthält eine ausführliche Zusammenstellung und Beschreibung von Polysiloxanen im allgemeinen.
Das Polysiloxan kann, so wie es hergestellt wurde, auf einer Papiermaschine oder anschließend auf Tissue-Papier aufgebracht werden: entweder während dieses naß ist (d.h. vor der endgültigen Trocknung) oder während es trocken ist (d.h. nach der endgültigen Trocknung). Vorzugsweise wird eine wässerige Mischung, die das Polysiloxan enthält, auf das Tissue-Papier aufgesprüht, während dieses durch die Papiermaschine wandert: zum Beispiel, und nicht in Form einer Einschränkung, bezugnehmend auf eine Papiermaschine der allgemeinen Bauweise, wie sie bei Sanford-Sisson (cben angegeben) geoffenbart ist, entweder vor dem Vortrockner oder nach dem Vortrockner oder sogar nach der Yankee-Trockner/Krepp-Station, obwohl es bevorzugt ist, die Bahn nach dem Aufbringen des Polysiloxans zu kreppen.
Das Polysiloxan wird vorzugsweise in einer wässerigen Lösung, Emulsion oder Suspension auf die nasse Bahn aufgebracht. Das Polysiloxan kann auch in einer Lösung aufgebracht werden, die ein geeignetes, nicht-wässeriges Lösungsmittel enthält, in welchem sich das Polysiloxan löst oder mit welchem das Polysiloxan mischbar ist: zum Beispiel Hexan. Das Polysiloxan kann in seiner ursprünglichen Form oder vorzugsweise als Emulsion mit einem geeigneten oberflächenaktiven Emulgator zugeführt werden. Emulgiertes Polysiloxan ist wegen der leichteren Aufbringung bevorzugt, da eine einfache wässerige Lösung des Polysiloxans gerührt werden muß, um eine Auftrennung in eine wässerige und eine Polysiloxan-Phase zu verhindern. Das Polysiloxan wird vorzugsweise aufgebracht, nachdem die Bahnbildung vorgenommen wurde. Bei einem typischen Verfahren wird die Bahn gebildet und dann vor der Polysiloxanaufbringung entwässert, um den Verlust an Polysiloxan durch das Abfließen von freiem Wasser zu vermindern. Das Polysiloxan wird bei der Herstellung von auf übliche Weise gepreßtem Tissue-Papier vorzugsweise auf die nasse Bahn bei einer Faserkonsistenz von mehr als etwa 15 %; und bei der Herstellung von Tissue-Papier in Papiermaschinen, bei welchen die frisch geformte Bahn von einem feinmaschigen Fourdrinier auf eine relativ grobe Präge-/Trägerstruktur übertragen wird, auf eine nasse Bahn mit einer Faserkonsistenz zwischen etwa 20 % und etwa 35 % aufgebracht. Der Grund dafür ist, daß solche Übertragungen bei ausreichend niedrigen Faserkonsistenzen durchgeführt werden, damit die Fasern während der Übertragung eine deutliche Mobilität besitzen; und es ist bevorzugt, das Polysiloxan aufzubringen, nachdem ihre Mobilität mit der Wasserabscheidung in der Papiermaschine im wesentlichen verschwunden ist. Auch gewährleistet der Zusatz des Polysiloxans bei höheren Faserkonsistenzen größere Retention in und am Papier: d.h. es geht mit dem Wasser, das zur Erhöhung der Faserkonsistenz aus der Bahn abgezogen wird, weniger Polysiloxan verloren.
Verfahren zum Aufbringen des Polysiloxans auf die Bahn umfassen Aufsprühen und Tiefdruck. Es zeigte sich, daß das Aufsprühen wirtschaftlich und einer sorgfältigen Kontrolle über Quantität und Verteilung des Polysiloxans zugänglich ist, sodaß es am bevorzugtesten durchgeführt wird. Andere Verfahren, die weniger bevorzugt sind, umfassen das Ablegen des Polysiloxans auf ein Formgebungssieb oder eine Formgebungsstruktur, das dann mit der Tissue-Bahn in Kontakt gebracht wird; und Aufnahme des Polysiloxans in den Eintrag vor der Bahnbildung. Anlagen, die zum Auf sprühen von Polysiloxan-enthaltenden Flüssigkeiten auf nasse Bahnen geeignet sind, umfassen außenliegende Misch-Luftsprühdüsen, wie etwa die 2 mm-Düse, die erhältlich ist von V.I.B. Systems, Inc., Tucker, Georgia. Einrichtungen, die zum Aufdrucken von Polysiloxan-enthaltenden Flüssigkeiten auf nasse Bahnen geeignet sind, umfassen Rotationsdruckmaschinen.
Das Polysiloxan sollte auf die Tissue-Papierbahn gleichmäßig aufgebracht werden. Eine gleichmäßige Verteilung ist wünschenswert, sodaß praktisch das gesamte Blatt von der fühlbaren Wirkung des Polysiloxans profitiert. Kontinuierliche und mustermäßige Verteilungen liegen beide innerhalb des Rahmens der Erfindung und entsprechen den oben genannten Kriterien.
Polysiloxan kann auf trockene Papierbahnen nach den gleichen Verfahren aufgebracht werden, wie sie oben im Hinblick auf Polysiloxan-Behandlungen nasser Papierbahnen besprochen wurden.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß niedrige Mengen von Polysiloxan, wenn sie auf Tissue-Papierstrukturen aufgebracht werden, ein weicheres, seidiges, flanellartiges, nicht-fettiges durch den Tastsinn spürbares Gefühl bewirken können, ohne die Hilfe zusätzlicher Materialien, wie etwa von Ölen oder Lotionen. Wesentlich ist, daß diese Vorteile für viele Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung in Kombination mit hoher Benetzbarkeit innerhalb der für die Anwendung als Tollettepapier erwünschten Bereiche erzielt werden können. Mit Polysiloxan in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung behandeltes Tissue-Papier umfaßt etwa 2 % oder weniger Polysiloxan. Es ist ein unerwarteter Vorteil dieser Erfindung, daß Tissue-Papier, das mit etwa 2 % oder weniger Polysiloxan behandelt wurde, mit einer derart niedrigen Polysiloxanmenge deutliche Vorteile hinsichtlich Weichheit und Seidigkeit erhalten kann. Im allgemeinen kann Tissue-Papier mit weniger als etwa 0,3 % Polysiloxan, vorzugsweise weniger als etwa 0,2 %, deutliche Steigerungen hinsichtlich Weichheit und Seidigkeit und flanellartiger Qualität bewirken und dennoch ausreichend benetzbar zur Verwendung als Toilettepapier bleiben, ohne daß der Zusatz von Surfactant notwendig wäre, um irgendwelche negativen Wirkungen auf die Benetzbarkeit, die von dem Polysiloxan herrühren, wettzumachen.
Der Minimalgehalt an Polysiloxan, der von dem Tissue-Papier zurückgehalten werden soll, ist mindestens eine wirksame Menge, um dem Papier eine fühlbare Differenz in Weichheit oder Seidigkeit oder flanellartiger Qualität zu verleihen. Der minimale wirksame Gehalt kann je nach der speziellen Art des Blattes, dem Aufbringungsverfahren, der speziellen Art des Polysiloxans und der Tatsache variieren, ob das Polysiloxan mit Stärke, Surfactant oder anderen Addititven oder Behandlungen ergänzt wurde. Ohne den Bereich der anwendbaren Polysiloxan-Retention durch das Tissue-Papier zu begrenzen, wird mindestens etwa 0,004 %, bevorzugter mindestens etwa 0,01 %, sogar noch bevorzugter mindestens etwa 0,05 % und am bevorzugtesten mindestens etwa 0,1 % Polysiloxan von dem Tissue-Papier zurückgehalten.
Eine ausreichende Menge Polysiloxan, um ein spürbares Gefühl von Weichheit zu verleihen, wird vorzugsweise auf beiden Oberflächen des Tissue-Papiers aufgebracht: d.h. auf den nach außen gerichteten Oberflächen der im Oberflächenbereich vorliegenden Fasern. Wenn Polysiloxan auf eine Oberfläche des Tissue- Papiers aufgebracht wird, wird einiges davon im allgemeinen mindestens teilweise in das Innere des Tissue-Papiers eindringen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dringt ausreichend Polysiloxan zur Bewirkung einer fühlbaren Reaktion durch die gesamte Dicke des Tissue-Papiers ein, sodaß an beide Oberflächen die Vorteile des Polysiloxans verliehen werden. Eine Methode, die sich zur Erleichterung der Penetration des Polysiloxans zu der gegenüberliegenden Oberfläche als wirksam erwiesen hat, wenn das Polysiloxan auf eine Oberfläche einer nassen Tissue-Papierbahn aufgebracht wird, besteht darin, das Tissue- Papier am Punkt der Aufbringung des Polysiloxans von der anderen Oberfläche des nassen Tissue-Papiers her mit Hilfe von Vakuum zu entwässern.
Zusätzlich zur Behandlung von Tissue-Papier mit Polysiloxan nach der obigen Beschreibung hat es sich als wünschenswert erwiesen, derartiges Tissue-Papier auch mit oberflächenaktivem Material zu behandeln. Dieses ist zusätzlich zu jedem oberflächenaktiven Material, das als Emulgiermittel für das Polysiloxan vorliegen kann, zu verstehen.
Tissue-Papier mit mehr als etwa 0,3 % Polysiloxan wird vorzugsweise mit Surfactant behandelt, wenn es für Verwendungszwecke in Betracht gezogen wird, bei welchen hohe Benetzbarkeit erwünscht ist. Am bevorzugtesten wird ein nichtkationisches Surfactant auf die nasse Tissue-Papierbahn aufgebracht, um einen zusätzlichen Effekt der Weichheit auf der Basis konstanter Reißfestigkeit, wie oben beschrieben, zu erreichen. Die Menge an Surfactant, die zur Steigerung der Hydrophilität auf ein gewünschtes Ausmaß erforderlich ist, wird von der Art und der Menge des Polysiloxans sowie der Art des Surfactants abhängen. Als allgemeine Richtlinie wird jedoch angenommen, daß zwischen etwa 0,01 % und etwa 2 % Surfactant, vorzugsweise zwischen etwa 0,05 % und etwa 0,5 %, die von dem Tissue-Papier zurückgehalten werden, ausreichen, um eine genügend hohe Benetzbarkeit für die meisten Anwendungszwecke, inklusive Toilettepapier, bei Polysiloxangehalten von etwa 2 % oder weniger zu ergeben.
Surfactants, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind, sind nicht-kationisch; und sind bevorzugter nicht-lonisch. Es können jedoch auch kationische Surfactants verwendet werden. Nicht-kationische Surfactants umfassen anionische, nicht-ionische amphotäre und zwitterionische Surfactants. Vorzugsweise, wie oben angegeben, ist das Surfactant, nachdem das Tissue-Papier hergestellt wurde, ein im wesentlichen in situ nicht wanderndes Surfactant, um nach der Herstellung Veränderungen in den Eigenschaften des Tissue-Papiers, die sonst durch den Einschluß von Surfactant hervorgerufen würden, im wesentlichen zu vermeiden. Das kann zum Beispiel durch die Verwendung von Surfactants erreicht werden, die Schmelztemperaturen oberhalb der üblicherweise während der Lagerung, des Versands, des Verkaufs und der Verwendung von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen des Tissue-Papierprodukts angetroffenen Temperaturen aufweisen: zum Beispiel Schmelztemperaturen von etwa 50ºC oder höher. Auch ist das Surfactant vorzugsweise wasserlöslich, wenn es auf die nasse Bahn aufgebracht wird.
Der Gehalt an nicht-kationischem Surfactant, das auf nasse Tissue-Papierbahnen aufgebracht wird, um die oben erwähnten Vorteile hinsichtlich Weichheit/Reißfestigkeit zu ergeben, reicht, bezogen auf die Basis der konstanten Reißfestigkeit für das Endprodukt, von dem minimal wirksamen Gehalt, der zur Verleihung eines solchen Vorteils erforderlich ist, bis zu etwa zwei (2) Prozent: vorzugsweise zwischen etwa 0,01 % und etwa 1 % nicht-kationisches Surfactant, das von der Bahn zurückgehalten wird; bevorzugter zwischen etwa 0,01 % und etwa 0,5 %; und am bevorzugtesten zwischen etwa 0,05 % und etwa 0,3 %.
Die Surfactants weisen vorzugsweise Alkylketten mit acht oder mehr Kohlenstoffatomen auf. Beispiele für anionische Surfactants sind lineare Alkylsulfonate und Alkylbenzolsulfonate. Beispiel für nicht-ionische Surfactants sind Alkylglycoside, inklusive Alkylglycosid-Ester, wie etwa Crodesta SL-40, erhältlich von Croda, Inc. (New York, NY); Alkylglycosid-Ether, wie sie in der US-A-4,011.389, die am 8.März 1977 an W. K. Langdon et al. ausgegeben wurde, beschrieben sind; und alkylpolyethoxylierte Ester, wie etwa Pegosperse 200 ML, erhältlich von Glyco Chemicals, Inc. (Greenwich, CT).
Das Surfactant, zusätzlich zu jedem beliebigen emulgierenden Surfactant, das am Polysiloxan vorliegen kann, kann durch die gleichen Vorrichtungen und Geräte aufgebracht werden, wie sie zur Aufbringung von Polysiloxanen verwendet werden. Diese Verfahren umfassen Aufsprühen und Tiefdruck. Andere Verfahren umfassen die Aufbringung auf ein Formgebungssieb oder eine Formgebungsstruktur vor dem Kontakt mit der Bahn. Jedes Surfactant, das ein anderes als das zur Emulgierung des Polysiloxans verwendete oberflächenaktive Material ist, wird im folgenden hierin als "Surfactant" bezeichnet und jedes als der emulgierende Bestandteil von emulgiertem Polysiloxan vorliegende Surfactant wird im folgenden als "Emulgiermittel" bezeichnet.
Das Surfactant kann auf das Tissue-Papier gleichzeitig mit, nach oder vor dem Polysiloxan aufgebracht werden. Bei einem typischen Verfahren wird das Surfactant im Anschluß an die Bildung der nassen Bahn und vor der endgültigen Trocknung aufgebracht. Vorzugsweise werden nicht-kationische Surfactants bei Graden der Faserkonsistenz zwischen etwa 10 % und etwa 75 % aufgebracht; und bevorzugter zwischen etwa 15 % und etwa 35 %. Überraschenderweise sind die Retentionsraten von nicht-kationischem Surfactant, das auf nasse Bahnen aufgebracht wird, hoch, selbst wenn das Surfactant unter Bedingungen aufgebracht wird, unter welchen es für die Fasern nicht ionisch substantiv ist. Retentionsraten von über etwa 90 % werden bei den bevorzugten Faserkonsistenzen ohne Verwendung chemischer Retentionshilfen erwartet.
Wie zuvor angegeben, ist es auch wünschenswert, Polysiloxan-haltiges Tissue-Papier mit einer relativ geringen Menge eines Binders, wie etwa Stärke, zur Kontrolle von Fusselbildung zu behandeln. Vorzugsweise wird das Tissue-Papier mit einer wässerigen Stärkelösung behandelt und ebenso vorzugsweise ist das Blatt zum Zeitpunkt der Aufbringung feucht. Zusätzlich zur Herabsetzung der Fusselbildung des endgültigen Tissue-Papierprodukts bewirken niedrige Stärkemengen auch eine bescheidene Verbesserung der Reißfestigkeit des Tissue-Papiers, ohne Kartoneigenschaften (d.h. Steifheit) zu bewirken, wie sie durch Zusätze höherer Stärkemengen entstehen würden. Dadurch wird auch Tissue-Papier zur Verfügung gestellt, das verbesserte Verhältnisse von Festigkeit/Weichheit im Vergleich zu Tissue-Papier aufweist, das durch übliche Verfahren zur Erhöhung der Reißfestigkeit verfestigt wurde: zum Beispiel Blätter mit erhöhter Reißfestigkeit durch stärkeres Mahlen des Zellstoffs; oder durch die Zugabe anderer Trockenfestigkeits-Additive. Dieses Ergebnis ist besonders überraschend, da Stärke üblicherweise zum Aufbau von Festigkeit auf Kosten der Weichheit bei Anwendungen verwendet wurde, bei welchen die Weichheit kein wichtiges Merkmal darstellt: zum Beispiel bei Karton. Zusätzlich dazu und unabhängig davon wurde Stärke als Füllstoff für Druck- und Schreibpapier zur Verbesserung der Bedruckbarkeit der Oberfläche verwendet.
Im allgemeinen ist eine zur Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignete Stärke durch Wasserlöslichkeit und Hydrophilität gekennzeichnet. Beispiele solcher Stärkematerialien umfassen Maisstärke und Kartoffelstärke, wenn es auch nicht beabsichtigt ist, dadurch den Rahmen der geeigneten Stärkematerialien irgendwie zu begrenzen; und wachsartige Maisstärke, die technisch als Amioca-Stärke bekannt ist, wird besonders bevorzugt. Amioca-Stärke unterscheidet sich von üblicher Maisstärke dadurch, daß sie vollständig aus Amylopectin besteht, während übliche Maisstärke sowohl Amylopectin als auch Amylose enthält. Verschiedene einzigartige Merkmale der Amioca-Stärke sind weiters in "Amioca - The Starch From Waxy Corn", H. H. Schopmeyer, Food Industries, Dezember 1945, S. 106-108 (Bd. S. 1476-1478) beschrieben.
Die Stärke kann in gekörnter oder dispergierter Form vorliegen, obwohl die gekörnte Form bevorzugt ist. Die Stärke ist vorzugsweise ausreichend gekocht, um Quellung der Körner einzuleiten. Bevorzugter ist es, wenn die Stärkekörner, wie etwa durch Kochen, bis zu einem Punkt knapp vor der Dispersion der Stärkekörner gequollen sind. Derart stark gequollene Stärkekörner werden als "vollständig gekocht" bezeichnet. Die Bedingungen für Dispergierung im allgemeinen können je nach der Größe der Stärkekörner, dem Ausmaß der Kristallinität der Körner und der Menge der vorliegenden Amylose variieren. Vollständig gekochte Amioca-Stärke kann zum Beispiel durch Erhitzen einer wässerigen Aufschlämmung von Stärkekörnern mit etwa 4 % Konsistenz auf etwa 190ºF (etwa 88ºC) während etwa 30 bis etwa 40 Minuten hergestellt werden.
Andere beispielhafte Stärkematerialien, die verwendet werden können, umfassen modifizierte kationische Stärken, wie etwa solche, die modifiziert wurden, um stickstoffhaltige Gruppen, wie etwa Aminogruppen und an Stickstoff gebundene Methylolgruppen, zu enthalten, die von der National Starch and Chemical Company (Bridgewater, New Jersey) erhältlich sind. Derartige modifizierte Stärkematerialien wurden bisher in erster Linie als Zusätze zum Zellstoffeintrag verwendet, um die Naßund/oder Trockenfestigkeit zu erhöhen. Wenn sie jedoch gemäß dieser Erfindung durch Aufbringen auf eine nasse Tissue-Papierbahn aufgebracht werden, können sie einen verminderten Effekt auf die Naßfestigkeit im Verhältnis zu der Naßend-Zugabe der gleichen modifizierten Stärkematerialien haben. Wenn man bedenkt, daß derartige modifizierte Stärkematerialien teurer sind als unmodifizierte Stärken, sind die letztgenannten im allgemeinen bevorzugt gewesen.
Die Stärke sollte auf das Tissue-Papier aufgebracht werden, während sich das Papier in einem feuchten Zustand befindet. Das Material auf Stärkebasis wird auf die nasse Tissue-Papierbahn aufgebracht, vorzugsweise wenn die Bahn eine Faserkonsistenz von etwa 80 % oder weniger aufweist. Nicht-kationische Stärkematerialien werden in der Bahn in ausreichendem Maße zurückgehalten, um einen merkbaren Effekt auf die Weichheit bei einem speziellen Festigkeitsgrad im Verhältnis zu erhöhter Mahlung zu bewirken; und sie werden vorzugsweise auf nasse Tissue- Bahnen aufgebracht, die Faserkonsistenzen zwischen etwa 15 % und etwa 80 % aufweisen.
Vorzugsweise wird die Stärke in einer wässerigen Lösung auf Tissue-Papierbahnen aufgebracht. Verfahren zur Aufbringung umfassen die gleichen, wie sie oben unter Bezugnahme auf die Aufbringung von Polysiloxan beschrieben wurden: vorzugsweise durch Aufsprühen und, weniger bevorzugt, durch Aufdrucken. Die Stärke kann auf die Tissue-Papierbahn gleichzeitig mit, vor oder nach der Zugabe von Polysiloxan und/oder Surfactant aufgebracht werden.
Es wird vorzugsweise mindestens eine wirksame Stärkemenge auf das Blatt aufgebracht, um Fusselkontrolle und gleichzeitige Festigkeitssteigerung beim Trocknen im Verhältnis zu einem nicht mit Stärke behandelten, sonst jedoch identischen Blatt, zu bewirken. Vorzugsweise werden zwischen etwa 0,01 % und etwa 2,0 % Stärke in dem getrockneten Blatt, berechnet auf der Basis des Trockenfasergewichts, zurückgehalten; und bevorzugter werden zwischen etwa 0,2 % und etwa 1,0 % Material auf Stärkebasis zurückgehalten.
Eine Analyse der Mengen der hierin auf den Tissue-Papierbahnen zurückgehaltenen Behandlungs-Chemikalien kann durch beliebige in der einschlägigen Fachwelt akzeptierte Verfahren durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Menge an von dem Tissue-Papier zurückgehaltenem Polysiloxan durch Lösungsmittelextraktion des Polysiloxans mit einem organischen Lösungsmittel und anschließende Atomabsorptionsspektroskopie zur Bestimmung des Siliziumgehalts in dem Extrakt festgestellt werden; der Gehalt an nicht-ionischen Surfactants, wie etwa von Alkylglycosiden, kann durch Extraktion in einem organischen Lösungsmittel und anschließende Gas-Chromatographie zur Feststellung des Gehalts an Surfactant in dem Extrakt bestimmt werden; der Gehalt an anionischen Surfactants, wie etwa linearen Alkylsulfonaten, kann durch Wasserextraktion und anschließende kolorimetrische Analyse des Extrakts bestimmt werden; die Menge der Stärke kann durch Amylase-Abbau der Stärke zu Glucose und anschließende kolorimetrische Analyse zur Bestimmung des Glucosegehalts festgestellt werden. Diese Verfahren stellen Beispiele dar und sind nicht dazu gedacht, andere Verfahren auszuschließen, die zur Bestimmung der Gehalte spezieller Bestandteile, die von dem Tissue-Papier zurückgehalten werden, verwendbar sein können.
Hydrophilität des Tissue-Papiers bezieht sich allgemein auf die Neigung des Tissue-Papiers, mit Wasser benetzt zu werden. Hydrophilität des Tissue-Papiers kann bis zu einem gewissen Grad durch Bestimmung des Zeitraums, der erforderlich ist, bis trockenes Tissue-Papier von Wasser vollständig durchfeuchtet wird, quantitativ erfaßt werden. Dieser Zeitraum wird als "Benetzungszeit" bezeichnet. Um einen übereinstimmenden und wiederholbaren Test für die Benetzungszeit zur Verfügung zu stellen, kann das folgende Verfahren zur Bestimmung der Benetzungszeit verwendet werden: als erstes wird eine trockene (Grad der Faserkonsistenz mehr als 90 %) Probe eines Einheitsblatts, etwa 4-3/8 Inch x 4-3/4 Inch (etwa 11,1 cm x 12 cm) der Tissue- Papierstruktur bereitgestellt; zweitens wird das Blatt zu vier (4) übereinandergelegten Vierteln zusammengefaltet und dann zu einer Kugel von etwa 0,75 Inch (etwa 1,9 cm) bis etwa 1 Inch (etwa 2,5 cm) Durchmesser zusammengedrückt; drittens wird das zu einer Kugel zusammengedrückte Blatt auf die Oberfläche eines Körpers aus destilliertem Wasser bei 72ºF (etwa 22ºC) aufgelegt und gleichzeitig wird eine Stoppuhr laufengelassen; viertens wird die Stoppuhr gestoppt und abgelesen, wenn das zu einer Kugel geformte Blatt vollständig durchfeuchtet ist. Die vollständige Durchfeuchtung wird visuell festgestellt.
Die bevorzugte Hydrophilität des Tissue-Papiers hängt von dessen beabsichtigter endgültiger Verwendung ab. Es ist für Tissue-Papier, das für viele Anwendungszwecke eingesetzt wird, z.B. Toilettepapier, wünschenswert, daß es in einem relativ kurzen Zeitraum vollständig benetzt wird, damit ein Verstopfen verhindert wird, sobald das Wasser in der Toilette heruntergelassen wird. Vorzugsweise beträgt die Benetzungszeit 2 Minuten oder weniger. Bevorzugter beträgt die Benetzungszeit 30 Sekunden oder weniger. Am bevorzugtesten beträgt die Benetzungszeit 10 Sekunden oder weniger.
Hydrophilitätsmerkmale erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele des Tissue-Papiers können selbstverständlich unmittelbar nach der Herstellung bestimmt werden. Jedoch können deutliche Steigerungen der Hydrophobität während der ersten zwei Wochen nach der Herstellung des Tissue-Papiers auftreten: d.h. nachdem das Papier zwei (2) Wochen nach seiner Herstellung gealtert ist. Somit werden die oben angegebenen Benetzungszeiten vorzugsweise nach Ablauf eines solchen zweiwöchigen Zeitraums gemessen. Dementsprechend werden die am Ende eines zweiwöchigen Alterungszeitraums bei Raumtemperatur gemessenen Benetzungszeiten als "Zwei-Wochen-Benetzungszeiten" bezeichnet.
Die Dichte des Tissue-Papiers, wie dieser Ausdruck hierin verwendet wird, ist die mittlere Dichte, die als das Flächengewicht dieses Papiers, dividiert durch die Abgreifhöhe, errechnet wird, wobei die entsprechenden Umwandlungen der Einheiten darin enthalten sind. Die Abgreifhöhe des Tissue-Papiers, wie dieser Ausdruck hierin verwendet wird, ist die Dicke des Papiers, wenn es einer Kompressionsbelastung von 95 g/in² (15,5 g/cm²) ausgesetzt ist.

Claims

1. Tissue-Papier mit einem Flächengewicht von 10 bis 65 Gramm pro Quadratmeter und einer Dichte von nicht mehr als 0,6 Gramm/ml, wobei dieses Papier Fasern auf Zellulosebasis und eine Menge eines Polysiloxanmaterials umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Polysiloxanmenge von 0,004 % bis 2 %, bezogen auf das Trockenfasergewicht des genannten Tissue-Papiers, beträgt und daß das genannte Tissue-Papier trocken ist und nach einer zweiwöchigen Alterung nach seiner Herstellung eine Benetzungszeit von nicht mehr als 2 Minuten aufweist, wobei die nach außen gerichteten Oberflächen des Tissue-Papiers eine gleichmäßige Verteilung des Polysiloxans aufweisen und das Polysiloxan ohne die Hilfe zusätzlicher Öle oder Lotionen vorliegt.

2. Tissue-Papier nach Anspruch 1, worin die Polysiloxanmenge von 0,004 % bis 0,3 % Polysiloxan, bezogen auf das Trockenfasergewicht des genannten Tissue-Papiers, beträgt.

3. Tissue-Papier nach einem der Ansprüche 1 und 2, worin das genannte Polysiloxan Polydimethylpolysiloxan ist, das eine funktionelle Wasserstoffbindungsgruppe, ausgewählt aus Amino-, Carboxyl-, Hydroxyl-, Ether-, Polyether-, Aldehyd-, Keton-, Amid-, Ester- und Thiolgruppen, aufweist, wobei die genannte funktionelle Wasserstoffbindungsgruppe in einem molaren Prozentsatz der Substitution von 20 % oder weniger vorliegt.

4. Tissue-Papier nach Anspruch 3, worin das genannte Polysiloxan einen molaren Prozentsatz der Substitution von 10 % oder weniger und eine Viskosität von 25 x 10&supmin;&sup6;m²s&supmin;¹ oder mehr aufweist.

5. Tissue-Papier nach einem der Ansprüche 3 und 4, worin das genannte Polysiloxan einen molaren Prozentsatz der Substitution von 1,0 bis 5 % und eine Viskosität von 25 x 10&supmin;&sup6;m²s&supmin;¹ bis 20 m²s&supmin;¹ aufweist.

6. Tissue-Papier nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin der genannte molare Prozentsatz der Substitution bei etwa 2 % liegt und die genannte Viskosität etwa 125 x 10&supmin;&sup6;m²s&supmin;¹ beträgt.

7. Tissue-Papier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiters ein oberflächenaktives Material (Surfactant) umfaßt.

8. Tissue-Papier nach Anspruch 7, das eine ausreichende Menge eines oberflächenaktiven Materials umfaßt um zu gewährleisten, daß das genannte Tissue-Papier nach zweiwöchiger Alterung nach seiner Herstellung eine Benetzungszeit von nicht mehr als 30 Sekunden aufweist.

9. Tissue-Papier nach einem der Ansprüche 7 und 8, worin das genannte oberflächenaktive Material in einer Menge von 0,01 % bis 2 %, bezogen auf das Trockenfasergewicht des genannten Tissue-Papiers, vorliegt.

10. Tissue-Papier nach Anspruch 9, worin das genannte oberflächenaktive Material in einer Menge von 0,05 % bis 0,5 %, bezogen auf das Trockenfasergewicht des genannten Tissue-Papiers, vorliegt.

11. Tissue-Papier nach einem der Ansprüche 7 bis 10, worin das genannte oberfächenaktive Material nicht-kationisch ist.

12. Tissue-Papier nach einem der Ansprüche 7 bis 11, worin das genannte Surfactant einen Schmelzpunkt von mindestens 50ºC hat.

13. Tissue-Papier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiters eine wirksame Menge an Bindermaterial umfaßt, um mindestens teilweise jede Herabsetzung der Zugfestigkeit oder Steigerung der Neigung zur Fusselbildung des genannten Tissue-Papiers wettzumachen, die sonst aus dem Einbau des genannten Polysiloxans und, sofern anwesend, des genannten Surfactants entstehen würden

14. Tissue-Papier nach Anspruch 13, worin das genannte Bindermaterial Stärke ist.

15. Tissue-Papier nach Anspruch 14, worin die genannte wirksame Menge der genannten Stärke zwischen 0,01 % und 2 %, bezogen auf das Trockenfasergewicht des genannten Tissue-Papiers, liegt.