Tissue mit Lotion

Hintergrund

Gesichtstücher gehören zu einer Klasse von Papierprodukten, die in der modernen Gesellschaft in großem Umfang für die persönliche Hygiene verwendet werden. Andere Produkte dieser Art umfassen Papierhandtücher, Servietten und Hygiene- (oder Toiletten-)Tücher. Diese Produkte sind sehr saugfähig, weich und flexibel. Diese angenehmen haptischen Eigenschaften sind im Hinblick auf deren Verwendung besonders bei Kosmetiktüchern und Toilettentüchern wichtig. Um ein angenehmes Hautgefühl zu optimieren, wurden Tücher mit Weichmachern oder lotionsähnlichen Inhaltsstoffen entwickelt, um das Scheuern an empfindlichen Körperstellen zu reduzieren.

Gewebe dieser Art werden durch ein Verfahren hergestellt, bei dem der Vliesstoff aus einer Lösung von Zellulosefasern und Wasser hergestellt, zu einer Folie geformt und dann mit Weichmachern beschichtet wird. Schließlich wird das beschichtete Gewebe in einzelne Tücher geschnitten, gefaltet und für den Verkauf verpackt.

Die Weichheit des Gewebes ist eine taktile Wahrnehmung, die durch die physikalischen Eigenschaften des Blattes gekennzeichnet ist, wie Flexibilität oder Steifheit, Textur und Reibungseigenschaften. In der Vergangenheit war es schwierig, die Gewebeoberfläche weichzumachen, ohne andere Eigenschaften des Gewebes zu beeinträchtigen. Zum Beispiel kann die Weichheit durch Zugabe von Mitteln erhöht werden, die die Art und Weise, wie die Fasern innerhalb des Gewebes interagieren, stören, wodurch sie weniger eng aneinander gebunden werden. Diese werden als Debonder bezeichnet. Diese Materialien neigen jedoch dazu, die Zugfestigkeit des Gewebes zu verringern und können bei Kontakt die Haut reizen. Erhöhte Weichheit kann auch durch Beschichten des Gewebes mit öligen Materialien erreicht werden. Dies begrenzt jedoch die Feuchtigkeitsmenge, die das Gewebe aufnehmen kann. Tatsächlich kann die Beschichtung das Gewebe auch so hydrophob machen (wasserhassend), dass es in Kläranlagen nicht richtig verarbeitet werden kann. Ein weiteres Problem besteht darin, dass einige Beschichtungsmaterialien die Festigkeit des Gewebes bis zu einem Punkt verringern können, an dem das Gewebe nicht mehr verwendbar ist. Um dieses Problem zu überwinden, kann die Gewebefestigkeit durch Zugabe bestimmter Harze oder durch mechanische Verfahren erhöht werden, die eine bessere Verbindung der Fasern gewährleisten. Eine zunehmende Festigkeit führt jedoch dazu, dass das Gewebe steifer und härter anfühlt. Um sich diesen Herausforderungen zu stellen, haben Tissue-Hersteller Verfahren entwickelt, die Weichheit mit Saugfähigkeit und Festigkeit erfolgreich in Einklang bringen, um ein Produkt zu schaffen, das die Verbraucher akzeptabel finden.

Rohstoffe

Vliespapier

Seidenpapier ist ein Vliesstoff aus Zellulosefaserzellstoff. Zu den üblichen Fasern, die in Seidenpapierzellstoff verwendet werden, gehören Holz (entweder von Laub- oder Nadelbäumen), Rayon, Bagasse (eine Art Zuckerrohrstiel) und Recyclingpapier. Diese Fasern werden in einer als Hydropulper bekannten Maschine mazeriert, bei der es sich um einen zylindrischen Tank mit einem schnell drehenden Rotor am Boden handelt, der die Faserbündel auseinanderbricht. Dabei werden die Fasern in einer Kochlauge mit Wasser und entweder Calcium, Magnesium, Ammoniak oder Natriumbisulfit vermischt. Diese Mischung wird zu einer viskosen Aufschlämmung gekocht, die etwa 0,5% Feststoffe, bezogen auf das Gewicht, enthält. Bleichmittel werden dieser Mischung zugesetzt, um die Pulpe aufzuhellen und aufzuhellen. Übliche Bleichmittel umfassen Chlor, Peroxide oder Hydrosulfite. Anschließend wird der Zellstoff mehrmals gewaschen und gefiltert, bis die Fasern vollständig frei von Verunreinigungen sind. Diese Mischung aus Zellstoff und Wasser, bekannt als "Furnish", ist dann bereit für den Papierherstellungsprozess.

Lotion (weichmachende Zusatzstoffe)

Weichmacher sind ölige oder wachsartige Materialien, die auf das Tissue-Gewebe aufgetragen werden, um seine taktilen Eigenschaften zu verbessern. Diese Materialien sind zu konzentriert, um direkt auf das Papier zu streichen, daher müssen sie zuerst mit Wasser verdünnt werden. Diese Öle lösen sich jedoch nicht in Wasser auf, sie müssen mit Hilfe von Chemikalien, die als oberflächenaktive Mittel oder Tenside bekannt sind, in Wasser dispergiert werden. Eine Mischung aus Wasser, Ölen und einem Tensid wird als Emulsion bezeichnet. Mayonnaise ist ein Beispiel für eine Lebensmittelemulsion.

Die in Lotionen verwendeten öligen Materialien umfassen typischerweise Pflanzen- und Mineralöl, pflanzliche oder tierische Wachse, Fettmaterialien und Öle auf Silikonbasis. Während theoretisch alle diese Materialien geeignete Weichmacher für Tissue-Papier wären, hat die Erfahrung gezeigt, dass viele von ihnen nicht gut funktionieren, weil sie andere wünschenswerte Eigenschaften des Papiers, wie seine Absorptionsfähigkeit, beeinträchtigen. Die Tissueindustrie musste ihre eigenen patentierten Kombinationen von Lotionsmaterialien entwickeln, die, wenn sie im richtigen Verhältnis gemischt und aufgetragen werden, eine angemessene Erweichung bieten, ohne das Tissue zu beeinträchtigen. Diese Materialien umfassen Polyhydroxyverbindungen mit mehreren Sauerstoff-Wasserstoff-Gruppen, die es ihnen ermöglichen, mit Wasser zu interagieren. Daher sind diese Verbindungen in der Lage, die Papieroberfläche zu erweichen, ohne zu viel Wasser zu blockieren. Beispiele von Polyhydroxyverbindungen umfassen Glycerin, Propylenglycol, Polyoxyethylenglycol und Polyoxypropylenglycol. Sie werden in Konzentrationen zwischen 0,1 und 1 % bezogen auf das Gewebetrockengewicht eingesetzt. Andere nützliche Mittel umfassen Mischungen von Ölen auf Erdöl- und Silikonbasis, die mit Bedacht zugegeben werden, um das Papier weiter zu erweichen. Diese Öle müssen in geringen Mengen verwendet werden, um zu vermeiden, dass die Bahn wasserdicht wird und ihr die Saugfähigkeit genommen wird. Tenside werden zugesetzt, um die Öle in Wasser zu dispergieren. Ein typisches Tensid, das in Emulsionen zur Papierbehandlung verwendet wird, ist Cetylalkohol, ein Fettstoff, dessen chemische Struktur es ihm ermöglicht, Öl und Wasser zu verbinden.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Vorbereitung des Vlieses

Eine Vielzahl von spezialisierten Geräten wird verwendet, um die Zellstoffmischung oder den Faserstoff zu einem Vliesstoff aus gewebeähnlichem Papier zu pressen. Vliesstoffe unterscheiden sich von herkömmlichen Stoffen durch die Art und Weise, wie sie hergestellt werden. Herkömmliche Stoffe werden durch Verweben von Fasern hergestellt, um ein ineinandergreifendes Netzwerk aus Faserschlaufen zu schaffen. Vliesstoffe werden durch mechanisches, chemisches oder thermisches Ineinandergreifen der Fasern zusammengesetzt. Es gibt zwei Hauptverfahren zum Konfektionieren von Vliesstoffen, das Nasslegeverfahren und das Trockenlegeverfahren. Das Nasslegeverfahren wird zur Herstellung von Vliesstoffen verwendet, die in der Tissue-Produktion verwendet werden.

• 1 Die Gülle fließt in einen sogenannten Stoffauflauf, der sie wiederum auf ein sich bewegendes Drahtgitter, den sogenannten Fourdrinier, verteilt. Der Fourdrinier ist ein kontinuierliches Drahtband mit einer Länge von ungefähr 15 m oder mehr, das wie ein Tisch ausgestreckt ist. Während die Fasern dieses Band hinunterlaufen, läuft ein Großteil des Wassers durch die Löcher im Drahtgewebe ab. Die nasse Faserbahn wird von einer Reihe von Wolldecken, sogenannten Filzen, zwischen mehreren Rollensätzen getragen, die sie weiter komprimieren und mehr Wasser entfernen. An diesem Punkt ist der Bogen stark genug, um an eine Trocknungsmaschine übergeben zu werden, die speziell für die Herstellung von Tissue-Papieren geeignet ist.

• 2 Der Tissue-Papiertrockner wird Yankee-Trockner genannt und besteht aus einer dampfbeheizten, hochglanzpolierten Walze mit einem Durchmesser von 10-12 Fuß (3-4 m). Das nasse Tuch wird von einem schweren Canvas-Filz getragen, der über und um die Walzen gefädelt ist. Bei jedem weiteren Durchgang entfernen die Walzen mehr Wasser, bis das Papier ausreichend getrocknet ist. Falls gewünscht, kann ein Muster in das Tissue eingedruckt werden, indem die Bahn während des Entwässerungsprozesses nebeneinander auf einer Anordnung von Trägern angeordnet wird. (Alternativ kann die Bahn entwässert und auf eine separate Prägelinie übertragen werden.) Die erhöhten Stützen auf der Linie erzeugen Unebenheiten und Vertiefungen auf dem Stoff. Dies sind Bereiche mit unterschiedlicher Faserdichte und sind als winzig gemusterte "Kissen" auf dem fertigen Blatt sichtbar. Falls erforderlich, können diese Bereiche mit hohem Volumen noch weiter verdichtet werden, indem an ausgewählten Abschnitten des Blattes ein Vakuum angelegt wird.

  Nachdem der Stoff auf die gewünschte Dicke komprimiert wurde, wird er als "Bahn" bezeichnet. Das Web ist nun für die weitere Verarbeitung bereit. Es kann beschichtet oder auf großen vertikalen Walzen, sogenannten Kalanderstapeln, gelagert werden, um auf weitere Operationen zu warten.

Vorbereitung und Anwendung der Lotion

• 3 Die Lotion wird in dampfbeheizten Batch-Tanks zubereitet, die mit Hochgeschwindigkeits-Mischschaufeln ausgestattet sind. Die Öle und das Wasser können vorgewärmt werden und werden mit hoher Scherung zusammengemischt, um eine Emulsion zu bilden. Die fertige Lotion ist fertig zum Auftragen auf die Papieroberfläche und wird aus den Chargentanks in einen an die Beschichtungsanlage angeschlossenen Vorratsbehälter gepumpt.
• 4 Die Vliesbahn wird auf eine Reihe von Papierherstellungsbändern zugeführt. Während sie über die Bänder läuft, kommt die Bahn in Kontakt mit einer Emulsionsverteilungswalze, die Lotion aus dem Vorratsbehälter zieht und einen dünnen Film auf die Bahn aufträgt. Idealerweise werden geringe Mengen an Lotion aufgetragen (0,3% oder weniger), um zu verhindern, dass die Bahn überzogen wird. Höhere Mengen können jedoch verwendet werden, wenn die Beschichtung mit zusätzlichen Tensiden ausgestattet ist, die als Benetzungsmittel wirken, um dem Gewebe zu helfen, Feuchtigkeit durch seine hydrophobe Schicht zu absorbieren. Nach dem Durchlaufen der Beschichtungswalzen läuft die Bahn entlang der Bänder zu anderen Walzen, die überschüssige Lotion vom Stoff entfernen. Zwischen den Prozessen werden die Bänder durch Bandreinigungsduschen sauber gehalten, die Papierfasern, Klebstoffe und andere Zusätze entfernen.

Umformvorgänge und Verpackung

• 5 Die Bahn läuft durch eine Reihe von rotierenden Messern, die sie auf die gewünschte Breite schneiden. Das beschichtete Gewebe wird dann in gewebegroßen Intervallen geschnitten, gefaltet und in Schachteln oder Zellophanfolie verpackt.

Nebenprodukte/Abfälle

Der Herstellungs- und Beschichtungsprozess von Tissue erzeugt beträchtliche Mengen an Abfallmaterial, von dem jedoch ein Großteil wiederverwertet werden kann. Abfallfasern aus dem Aufschlussprozess können gewaschen und wiederverwendet werden. Das in der Aufschlämmung und in den nachfolgenden Arbeitsgängen verwendete Wasser kann recycelt werden. Leider gibt es wenig oder keine Rückgewinnung der Chemikalien, die bei der Beschichtung und anderen Behandlungen verwendet werden, und die Entsorgung der verschiedenen verbrauchten Lösungen ist ein Problem für die Industrie.

Qualitätskontrolle

In der Tissuepapierindustrie gibt es viele Maßnahmen zur Qualitätskontrolle. Diejenigen, die sich auf das Auftragen von Lotionen beziehen, umfassen analytische Tests und subjektive Panelbewertungen. Da die Menge des auf dem Tissue abgelagerten Materials kritisch ist, hat die Industrie verschiedene Tests etabliert, um zu messen, wie viel Material tatsächlich auf der Tissue-Oberfläche vorhanden ist. Zum Beispiel kann die Menge der vorhandenen Polyhydroxyverbindungen durch Strippen der Verbindungen aus einer Gewebeprobe unter Verwendung eines als Webul-Lösungsmittelextraktion bekannten Verfahrens bestimmt werden. Die Menge der Verbindung wird dann auf einem Spektroskop oder Chromatographen gemessen. In ähnlicher Weise kann die Konzentration an Tensiden eingestellt werden.

Während diese analytischen Techniken die Konzentrationen bestimmter Chemikalien genau bestimmen können, können sie die Weichheit des Gewebes nicht bewerten. Diese taktile Eigenschaft wird durch eine subjektive Bewertung durch geschulte Testpersonen beurteilt. Vor diesen Bewertungen wird das Tissue-Gewebe auf eine konstante Temperatur von 72–111 °F (22–44 °C) und eine relative Feuchtigkeit von 10–35 % äquilibriert. Anschließend wird das Gewebe weitere 24 Stunden bei 50 % Luftfeuchtigkeit konditioniert. Die Diskussionsteilnehmer werden dann gebeten, Muster zu fühlen und den Grad der Weichheit, Flexibilität und Glätte zu bewerten. Die Auswertung erfolgt durch paarweisen Vergleich, wie von der American Society for Testing Materials (ASTM) beschrieben. Die Probanden werden blind mit Mustern konfrontiert und müssen eine auf der Grundlage der taktilen Weichheit auswählen. Die Ergebnisse werden in Panel-Score-Einheiten angegeben, die den Stoff auf einer Skala von "viel weicher", "etwas weicher", "gleich weich", "weniger weich" usw. einstufen.

Die Saugfähigkeit, die Fähigkeit des Gewebes, mit Wasser benetzt zu werden, wird quantifiziert, indem die Zeitspanne gemessen wird, die benötigt wird, bis trockenes Gewebe vollständig mit Wasser gesättigt ist. Diese Messung wird als Benetzungszeit bezeichnet. Auch hier wird das Gewebe auf eine bestimmte Temperatur und Feuchtigkeit äquilibriert. Es wird dann in kleine Quadrate geschnitten, zu einer Kugel zerknüllt und auf die Oberfläche eines 3-qt (3-1)-Becherglases mit Wasser gelegt. Ein Timer wird gestartet, wenn der Ball das Wasser berührt, und die Zeitdauer, bis der Ball vollständig vom Wasser benetzt ist, wird gemessen. Fünf Sätze von fünf Bällen werden getestet, um eine durchschnittliche Messung zu erhalten. Die Saugfähigkeit wird an frischen Gewebeproben unmittelbar nach der Herstellung und an Proben, die mindestens zwei Wochen gealtert sind, gemessen. Dies ist wichtig, da die Saugfähigkeit mit der Zeit abnimmt, da die Beschichtungsmittel auf der Oberfläche des Gewebes aushärten.

Die Dichte des Gewebes wird auch mit einem Dickenprüfgerät gemessen, um zu beurteilen, wie dick das Gewebe ist, dann werden seine Masse, sein Volumen und seine Fläche berechnet. Flusen (die Menge an losen Flusen, die sich vom Gewebe lösen) wird gemessen, indem eine Probe mit einem motorbetriebenen Gerät, das als Sutherland Rub Tester bekannt ist, an einem Stück schwarzer Wolle abgerieben wird. Anhand einer farbmetrischen Analyse kann dann die Menge der auf die Wolle übertragenen Flusen bestimmt werden.

Die Zukunft

Die zunehmende Umweltbesorgnis über Abfallchemikalien kann in Zukunft zu verbesserten Lotionsformulierungen führen, die biologisch abbaubare oder recycelbare Rohstoffe verwenden. Die Industrie forscht ständig daran, den Herstellungsprozess schneller und energieeffizienter zu gestalten. Schließlich können Verfahren entwickelt werden, um die Festigkeit von Vliesstoffen zu verbessern, ohne die angenehmen taktilen Eigenschaften zu opfern, die mit Lotion beschichtete Tissues so wünschenswert machen.