功能特性得以改善的层片状薄纸 本发明涉及薄纸，具体地说是涉及具有多个层片的薄纸。
薄纸在日常生活中应用很普遍。薄纸一般用作浴巾纸、面巾纸以及纸毛巾。薄纸典型地由纤维素和纤维制成，纤维可采用各种类型的制浆工艺由各种落叶木和针叶木制得。也可以采用再生和合成纤维。
薄纸需具备一些特性，主要需符合三个标准以使消费者能够接受：与厚度和密度性能成反比的膨松度、强度和柔软度。柔软度和强度一般通过辅絮包含薄纸的纤维来达到最佳值，而膨松度以其它方式来获得，例如按1987年1月20日授予Trokhan的，与本申请具有共同受让人的美国专利4,637,859所描述的那样将湿态原胚纸幅模压到光聚合带中，该专利公开的内容在此作为参考被引证。
在现有技术中，同时需将这种纤维素纤维均匀掺混并在造纸过程中将这种纤维铺絮成层。特别是，在现有技术中，在造纸过程中需多次将各种类型的纤维分离成各个层片。
这里所用的“层片”一词指的是在造纸机器的湿端形成的纤维薄层，它与相邻的薄层不同。区别可包括主要纤维种类，还可包括化学处理、制浆或其它因素，这些因素影响纤维薄层的性能。
层片一般沉积在成形网上。进一步说，一个层片指的是一般重叠在一个或多个不同的薄层上的单个的纤维薄层，并且该单个的纤维薄层与其它薄层一起沉积在共同的成形网上。沉积可通过将每个层片沉积在裂口型网前箱的不同通道来实现。或者，层片可从不同的网前箱出来然后沉积在共同的成形网上。
另一种确定纸是否为分层地方法是分析纸整个厚度的各个区域。最好是包括分析纸的相对两面的各个区域和在纸的相对面间的一些区域。
可如公知的那样，用胶带在纸整个厚度范围内的不同区域，在任一面或两面分离一些纤维，然后分析粘在胶带上的纤维的种类、化学处理、制浆以及其它影响纸的性能的其它因素。
如果1)纸的给定区域的纤维至少有25％与在纸的厚度内处于不同位置的其它区域的占多数的纤维不同，则认为纸是分层的；或者2)纸是按上面描述的那样采用从一个裂口型网前箱或多于一个网前箱中排出，然后沉积到共有成形网上制成的，则认为纸是分层的。
相反，“层”指的是一个层板，在从成形件上剥离后具有一个或多个层片。一个层继而可与其它层结合、如所述那样压花等。
1959年4月14日授予Thomas等人的美国专利2,881,669公开了一种具有三个层片的纸。三个层片为短纤维中央层片和两个长纤维外罩层片。据称这种安排可提高强度并能减少层的分离。据1979年8月28日授予Dunning等人的美国专利4,166,001所述，纸在起绉过程中会撕裂而发生层片分离，即分离成层片。Dunning等人公开了一种具有三个层片的纸，该纸具有弱粘合纤维的中央层片和强粘合纤维的两个外罩层。1980年9月30日授予Kearney等人的，与本申请有共同受让人的美国专利4,225,382也公开了层可分离的纸。Kearney等人公开的具有三个层片的纸中，两个由较好粘合的纤维构成的层片由中间的短纤维层片分隔开。
1976年11月30日授予Morgan,Jr.等人的，与本申请有共同受让人的美国专利3,994,771将分层的纸的概念延伸至穿透气体干燥的纸。
以Jujo名义于1993年3月10日公开的欧洲专利申请0531112A1公开了一种三层片手纸。这种纸的中央层片基本上为100％的木浆，外罩层片为木浆与人造纤维浆液按重量比40-80∶60-20混合。据称这种安排可提供强度较高、可吸湿的手纸，并且该手纸也可被水冲解。
1992年2月11日授予Awofeso等人的美国专利5,087,324公开了一种具有两层，每层具有两个层片的纸毛巾，该纸毛巾有两个外层片和两个内层片。两个外层片为软木牛皮纸与硬木牛皮纸的掺混，两个内层为高膨松度纤维或预热法木片化学磨木浆(chemi-thermomechanical pulp)。
典型地，现有技术中采用具有两个层片的纸，两个层片结合在一起形成两层叠层。但是，具有两个层片的纸，即使具有两叠层仍不能根据需要自由优化膨松度、柔软性和强度的程度。对于穿透气体干燥的纸来说，两叠层产品的价格吸引力不如单叠层产品的价格吸引力大。
现有技术中还存在有单层的，具有三个层片的纸，两个外罩层片提供柔软性，中间层片提供强度。
现有技术不能解决在维持适当强度的同时增加厚度的问题。典型地，纸的厚度增加，密度也增加。很遗憾，这种密度的增加将使拉伸强度降低，这一点在现有技术的层片中无法克服。在厚度和拉伸强度之间取折衷的同时，在分层的纸中还需具有消费者可感觉到的触感柔软。
因此，本发明的目的是提供一种分层片的薄纸，该薄纸具有相对较大的厚度和相对较高的拉伸强度。本发明的另一个目的是提供一种对使用者来说触感柔软的纸。
本发明为分层片的纸。该纸具有至少一个外罩层片，该外罩层片具有相对短的造纸纤维。外罩层片对使用者来说触感柔软。分层片的纸还包括至少一个具有相对较长的造纸纤维的中央层片。相对较长的纤维使纸具有一定的强度。该纸还包括至少一个具有低密度高膨松度纤维的中央层片。低密度高膨松度纤维增加了纸的膨松度。这些层片中的每一层与至少一个其它层以面对面的关系叠加在一起，从而外罩层片暴露给使用者。
在一个优选实施例中，纸可包括五个层片，其中具有两个包含相对短的造纸纤维的外罩层片。外罩层片暴露在外，并为使用者提供柔软的触感。该纸还可包括两个具有相对较长的造纸纤维的中间层片，中央层片与外罩层片叠置。优选实施例中的纸还包括一个低密度高膨松度纤维的中央层片，中央层片与中间层片叠置，并且分开两个中间层片。
图1为按照本发明制造出的纸的剖视图，该纸具有五个层片。
本发明为一种纤维素纤维纸20，该纸具有多个层片。这里所用的“层片”一词指的是一种由网前箱提供的湿态原胚纸幅，该原胚纸幅与一个或多个其它由网前箱提供的湿态原胚纸幅重叠。制作单个层片的原胚纸幅可由不同的网前箱提供，或由共有的花瓣裂口型网前箱提供。合适的裂口型网前箱可从Valmet Company of Karlstad,Sweden或Beloit Company of Rockton,Illinois处获得，如STRATA-FLO型网前箱。不同的层片在裂口型网前箱内可具有相同或不同的粘稠度以及相同或不同的纤维质量或流速。
按照本发明所述，合适的成层工艺在下述专利中有公开：1976年11月30日授予Morgan,Jr.等人的，与本申请有共同受让人的美国专利3,994,771；1980年9月30日授予Kearney等人的美国专利4,225,382；以及1981年11月17日授予Carstens的美国专利4,300,981。上述作为参考被引证的专利文献在此示出了合适的成层工艺。
参见图1，本发明的纸20包括多个层片。在一个优选实施例中，纸20可以有五个层片，尽管具有更多或更少层片的实施例也适合于本发明。
一个或多个层片可包括纤维素纤维，因此纸20为一种宏观上为单平面的纤维素纤维结构。纤维素纤维和纤维素纤维结构在1995年8月22日授予Phan等人的，与本申请有共同受让人的美国专利5,443,691中有完整的描述和定义。该专利文献在此作为参考被引证。此外，一个或多个层片可包括合成纤维，如在前述的授予Phan等人的专利中也提到的那样。
图1所示的纸20具有五个层片：两个外罩层片24O，两个中间层片24I以及一个中央层片24C。中间和中央层片总称为内部层片24IN。每个层片与其它一个或多个层片处于面对面的位置关系，并且在非渐进界面处相连。每个层片具有两个相对的表面，这些表面限定了所述界面。被称作层片的“向内面”和“向外面”的平面分别代表朝向纸20的中心的平面和朝向纸20的外露表面的平面。
如上所述，图1所示的纸20具有两个外罩层片24O。每个外罩层片24O具有一个朝外的表面和一个朝内的表面。外罩层片的朝外的表面暴露给使用者，并且使用者对该层片的触感主要取决于该表面。外罩层片的朝内表面在一个界面处与相应的中间层片24I叠置。
类似地，每个中间层片24I具有一个朝外的表面和一个朝内的表面。中间层片24I的这些朝外的表面在界面处与外罩层片的朝内的表面并置。中间层片24I的朝内的表面在另一界面处与中央层片24C并置。
中央层片24C将中间层片24I分隔开。中央层片24C有两个朝外的表面。中央层片24C的朝外的表面分别与中间层片24I的朝内的表面并置。
两个外罩层片的总的纤维重量可以占分层纸20总纤维重量的约20％至80％，最好为约50％。两个中间层片的总的纤维重量可以占分层纸20总纤维重量的约10％至50％，最好为约30％。两个中央层片的总的纤维重量可以占分层纸20总纤维重量的约5％至35％，最好为约20％。
更详细地研究每个层片可以看到，使用者的触感由两个外罩层片提供。优选的是，外罩层片24O包括相对短的硬木纤维。硬木纤维对外罩层片24O来说是优选的，因为它一般较少与其它纤维粘连。如前述的授予Carstens的美国专利4,300,981所述，这种硬木纤维的自由纤维端从外罩层片24O中凸出出来，对使用者来说具有柔软、有绒毛的触感。外罩层片24O中的纤维的纤维长度最好小于1.5mm。
外罩层片24O可包含桉树纤维，例如从Aracruz Company of Rio deJaneiro,Brazil处获得的纤维。如果希望在外罩层片24O中采用少于100％的桉树纤维，则可采用桉树、硬木牛皮纸和硬木亚硫酸盐纤维的混合物。
为了进一步提高外罩层片的柔软触感，在造纸过程中可向纸20中添加化学柔软剂。可按照1993年6月8日授予Phan的，与本申请有共同受让人的美国专利5,217,576和1993年11月16日授予Phan等人的美国专利5,262,007所教导的那样添加合适的化学柔软剂，这些专利文献公开的内容在此作为参考被引证。从National Starch and Chemical Corporation ofBridgewater,New Jersey处获得的Redibond5320可用于外罩层片24O中，以增加外罩层片24O中硬木的化学粘合性，并且减少最终的纸20中的纤维屑。
两个中间层片24I赋予纸20一定的强度。因为任何在纸20的X-Y平面内施加的拉伸力均平行作用在整个层片上，因此为纸提供强度的层片可以有效地位于赋予使用者以触感的外罩层片内部的任何位置处。
中间层片24I内最好是软木纤维，因为它们一般比其它纤维呈现出更大的粘结性，而这种粘结性可提高强度。位于中间层片24I内的纤维的纤维长度最好约为2.5mm或更大。
提供强度的中间层片24I可由软木制成，最好是北方软木牛皮纸(NSK)，一般由Weyerhaeuser Company of Tacoma,Washington提供，商品名为GrandPrairie Softwood Kraft。如果不希望在提供强度的层片内百分之百地用NSK，则可以在该层片中采用NSK与廉价的纤维的掺混物，或采用NSK与再生纤维的掺混物。但是，这种掺混物最好包括约至少50％的NSK。
如果需要的话，可以在中间层片24I中添加干态强度粘合剂、湿态强度粘合剂、暂时性湿态强度粘合剂、永久性湿态强度粘合剂以及其它可弥散或交联的不可溶解的粘合剂，如乳状液等。这种粘合剂可由Hercules Inc.Wilmington,Delaware提供，商品名为Kymene；由Cytec提供，商品名为Parez750；以及由National Starch提供，商品名为Cobond。
中央层片24C包括低密度高膨松度的纤维。低密度高膨松度的纤维为那些与大量传统的硬木或软木纤维相比密度降低而厚度增加的纤维。
有四种类型的低密度膨松纤维适合用于本发明中：1)弱粘合纤维；2)脱粘纤维；3)卷曲纤维和4)与填充物混合以增大体积的纤维。
合适的弱粘合纤维可以是合成的。用于中央层片24C的合适的合成纤维包括尼龙、聚酯、纤维素醋酸酯以及优选的人造丝。人造丝一般为优选的，因为它是合成纤维素纤维，并且它与其它层片推荐的纤维素纤维高度相容。合适的人造丝为从Courtaulds Fibers Inc.of Axis,AL处获得的Tencel型纤维。其它优选的弱粘合纤维为纤维素醋酸酯纤维。纤维素醋酸酯纤维是优选的，因为它们也是合成纤维，并且能够防止相邻的纤维素纤维结合在一起。合适的纤维素醋酸酯纤维可从Hoescht Cellanese Inc.of Rock Hill,SC处获得。
第二实施例在中央层片24C中采用脱粘纤维。纤维可相互用化学方法脱粘，从而使得它们易于分离，因此产生膨松度。脱粘纤维在造纸过程中，或在起绉过程中分离。
合适的脱粘剂包括季铵化合物。合适的季铵化合物在授予Phan等人的，与本申请有共同受让人的美国专利5,240,562中可以找到。该专利公开的内容在此作为参考被引证。其它合适的脱粘剂包括本领域公知的叔胺和其它表面活化剂。
第三实施例在中央层片24C中采用卷曲的纤维。优选的卷曲纤维包括交联纤维素纤维。交联纤维素纤维是优选的，因为它由诸如桉树的硬木如制成。较短长度的硬木纤维甚至在卷曲时也具有在造纸过程中更易于成形和可塑的优点。
合适的交联纤维素纤维可按1993年2月2日授予Herron等人的，与本申请有共同受让人的美国专利5,183,707和1993年3月2日授予Herron等人的美国专利5,190,563的教导制得。这些专利公开的内容在此作为参考被引证。另外，卷曲的纤维可以不是交联的。不是交联的卷曲纤维可采用闪击干燥(flash drying)、干燥纤维化以及湿法高粘度卷曲制得。用于制造卷曲纤维的合适的方法在以Farrington,Jr.等人的名义于1994年6月23日公开的欧洲专利申请GB2279372A中有描述，该专利文献在此作为参考被引证。
在第四实施例中，中央层片24C内的纤维可与增加中央层片24C体积的填充物混合，因此增加了整个纸20的体积。这种填充物能够防止相邻的纤维素纤维结合在一起，并且再次增加了这种层片的体积。
优选的填充物为非纤维素。更优选的是，填充物为颗粒。合适的非纤维素颗粒填充物包括粘土、碳酸钙、二氧化钛、滑石、硅酸铝、氧化铝的三水化物、活性碳、颗粒淀粉、玻璃微粒、硅藻土以及它们的混合物。非纤维素颗粒填充物可占薄纸20重量的约8％至约20％。
在一备选实施例中，希望即使在牺牲纸20的湿态强度情况下也要增加层片纸20的膨松度。在本发明的这种实施例中，纸的强度和膨松度均可以比相应的现有技术得以提高。
在这种安排中，层片纸20也可以具有给使用者提供柔软触感的两个外罩层片24O，但是两个中间层片24I中的每一个均是由低密度膨松纤维制成的。最后，给层片纸20提供强度的中央层片24C可由提供相对较强结合力的长纤维制得。
在一备选实施例中提供一种四个层片的纸20。四层片结构可具有两个由诸如桉树纤维的相对较短的纤维制成的外罩层片24O。这种纸还具有两个中间层片24IN：一个膨松纤维内部层片24I和一个由最好为软木纤维的长的纤维制成，而提供强度的内部层片24I。
另外，纸20可仅具有一个由相对较短的纤维制成的外罩层片24O以及如上所述的中间层片24IN。这种纸20可与其它的这种纸20联合重叠，从而形成两层纸20，该两层纸20的所有朝外表面包含相对较短的造纸纤维，从而对使用者来说是柔软的。
很显然，本发明的纸20既可经穿透气体干燥，又可采用压榨毛毯干燥。如果纸20经穿透气体干燥，则它可在提花织机上制得，例如象在以Wendt等人的名义于1995年10月18日公开的欧洲专利申请0677612A2中描述的那样。此外，本发明的纸20可以如公知的那样起绉或可以不起绉。纸20也可以如上述以Wendt等人名义公开的专利申请所示那样经微压缩，或不经微压缩。
很容易看出，可对本发明进行许多变换和重新安排，而所有这些变换均在权利要求书的保护范围内。
参考符号
20 纸
24O 外罩层片
24I 中间层片
24C 中央层片
24IN 内部层片