BRPI1003024B1

BRPI1003024B1 - fibras celulósicas reticuladas individualizadas, e, método para formar fibras celulósicas individualizadas quimicamente reticuladas com intrafibras

Info

Publication number: BRPI1003024B1
Application number: BRPI1003024-7A
Authority: BR
Inventors: Angel Stoyanov; Charles E. Miller
Original assignee: Weyerhaeuser Nr Company
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2020-10-20
Also published as: CN102031694A; EP2305881A1; PL2305881T3; BRPI1003024A2; ES2792356T3; US20110077354A1; EP2305881B1; US8722797B2

Abstract

FIBRAS CELULÓSICAS RETICULADAS INDIVIDUALIZADAS, E, MÉTODO PARA FORMAR FIBRAS CELULÓSICAS INDIVIDUALIZADAS QUIMICAMENTE RETICULADAS COM INTRAFIBRAS. Uma fibra de celulose reticulada que foi reticulada com um agente de reticulação de ácido poliacrílico de baixo peso molecular, tendo fósforo incorporado na cadeia polimérica, e um método de reticulação da fibra.

Description

[0001] O campo da invenção atual refere-se a fibras de celulose de polpa de madeira que foram reticuladas com ácido poliacrílico.

[0002] As fibras de celulose são um componente básico de produtos absorventes, tais como fraldas. Estas fibras formam uma estrutura absorvente de líquido, um elemento da função principal no produto absorvente. A polpa de celulose felpuda, uma forma de fibras celulósicas, é uma fibra preferida para esta aplicação por causa do seu volume elevado de espaços vazios ou estrutura de fibras absorventes de líquido de grande volume. Esta estrutura, no entanto, tende a se colapsar quando é umidificada. O colapso ou redução no volume da estrutura de fibra reduz o volume de líquido que pode ser retido na estrutura umidificada e inibe a absorção de líquido na porção não umidificada da estrutura de fibras de celulose. Em conseqüência, a capacidade potencial da estrutura seca de fibras de volume elevado nunca é alcançada e é o volume umidificado da estrutura que determina a capacidade de retenção de líquido da estrutura total de fibras.

[0003] Adicionalmente, a habilidade de um produto absorvente que contém fibras de celulose inicialmente adquirir e distribuir líquido, geralmente dependerá do volume seco do produto e da estrutura capilar. No entanto, a habilidade de um produto de adquirir mais líquido nos contatos subseqüentes dependerá do volume a úmido do produto. As fibras celulósicas, apesar de serem absorventes, tendem a se colapsar quando umidificadas e a reterem o líquido absorvido próximo do ponto de contato com o líquido. A inabilidade das fibras celulósicas umidificadas em produtos absorventes para adquirirem ainda mais e distribuírem o líquido para locais remotos do contato ins com o líquido pode ser atribuída a uma velocidade diminuída de aquisição devida em parte à perda de volume de fibra associada com a absorção do líquido. Os produtos absorventes feitos a partir de polpa felpuda de celulose, uma forma de fibras de celulose tendo um volume extremamente elevado de espaços vazios, perdem volume com a aquisição de líquido e a habilidade de absorver ainda mais e reter o líquido, provocando a saturação local.

[0004] As fibras celulósicas reticuladas com intra-fibras e as estruturas de fibra formadas a partir de fibras celulósicas reticuladas com intra-fibras, geralmente têm um volume umidificado aumentado em comparação com as fibras não reticuladas. O volume aumentado é uma conseqüência da rigidez, torção, e ondulação feita na fibra como resultado da reticulação. Assim sendo, as fibras reticuladas são vantajosamente incorporadas em produtos absorventes para aumentar o seu volume umidificado e a velocidade de absorção de líquido, e também para reduzir a reumidificação.

[0005] Os ácidos policarboxílicos têm sido utilizados para a reticulação das fibras celulósicas. Ver, por exemplo, a patente americana de número 5.137.537; a patente americana de número 5.183.707; e a patente americana de número 5.190.563. Estas referências descrevem estruturas absorventes contendo fibras celulósicas individualizadas reticuladas com um ácido policarboxílico C2-C9. As estruturas absorventes feitas a partir destas fibras reticuladas individualizadas apresentam uma resistência a seco e úmida aumentadas e têm uma capacidade de resposta melhorada à umidificação em relação às estruturas contendo fibras não reticuladas. Além disso, um agente de reticulação policarboxílico preferido, o ácido cítrico, é disponível em grandes quantidades a preços relativamente baixos, fazendo com que ele seja comercialmente competitivo com formaldeído e produtos de adição de formaldeído.

[0006] Apesar das vantagens que os agentes de reticulação de ácido policarboxílico apresentam, as fibras celulósicas reticuladas com ácidos policarboxílicos (monoméricos) de baixo peso molecular, tais como o ácido cítrico, tendem a perder a sua reticulação ao longo do tempo e voltar a serem fibras não reticuladas. Por exemplo, as fibras reticuladas com ácido cítrico mostram uma perda considerável de reticulação durante a estocagem. Tal reversão de reticulação destrói a finalidade da reticulação das fibras, que é aumentar o volume e a capacidade da fibras. Assim sendo, a vida de prateleira útil das fibras reticuladas com estes ácidos policarboxílicos é relativamente curta e faz com que as fibras sejam um pouco limitadas na sua utilidade. As fibras reticuladas com ácido policarboxílico polimérico, no entanto, apresentam uma densidade que permanece substancialmente inalterada durante o tempo de vida das redes fibrosas preparadas a partir destas fibras. Ver, por exemplo, a patente americana de número 6.620.865. Esta resistência ao envelhecimento ou reversão de densidade refere-se à formação de reticulações intra-fibras estáveis múltiplas utilizando-se agentes de reticulação de ácido policarboxílico polimérico. Ao contrário, as fibras de celulose reticuladas com ácido cítrico mostram um aumento considerável na densidade, acompanhada por uma perda de volume e de capacidade de absorção ao longo do tempo. Geralmente, o aumento na densidade indica uma redução no nível de reticulação (i.e., reversão) nas fibras. Além do aumento de densidade, a perda de reticulação na rede de fibras resulta em uma rede menos volumosa, e em conseqüência, uma capacidade de absorção diminuída de capacidade de aquisição de líquido.

[0007] A razão da diferença na reversão é que a molécula de ácido cítrico participa com dois dos seus grupos carboxilatos na reação de reticulação, enquanto que a molécula de ácido poliacrílico participa com muitos dos seus grupos carboxílicos.

[0008] Infelizmente, o ácido cítrico ou agente de reticulação do ácido a- hidroxi-policarboxílico monomérico pode também provocar a perda de cor (i.e., amarelamento) das fibras celulósicas brancas nas temperaturas elevadas requeridas para se efetuar a reação de reticulação.

[0009] O branqueamento é um método comum para o aumento do brilho da polpa. A prática da indústria para melhorar a aparência da polpa felpuda é o branqueamento da polpa para níveis cada vez mais elevados de brancura (the "Technical Association of the Pulp & Paper Industry ("TAPPI") or the International Organization for Standardization ("ISO"))). Agentes de branqueamento tradicionais incluem cloro elementar, dióxido de cloro, e hipocloritos. No entanto, o branqueamento é dispendioso, agressivo ambientalmente, e com freqüência é uma fonte de estrangulamentos na fabricação. A preferência dos consumidores generalizada por uma polpa mais brilhante, mais branca, direciona os fabricantes para perseguirem estratégias de branqueamento cada vez mais agressivas. Embora as polpas altamente branqueadas sejam mais "brancas" do que os seus primos menos branqueados, estas polpas ainda são brancas amareladas na cor. Um produto branco amarelado é indesejável. Vários estudos sugerem que os consumidores claramente preferem um branco azulado em relação a uma cor branca amarelada. O primeiro é percebido como sendo mais branco, i.e., "fresco", "novo" e "limpo", enquanto que o último é avaliado como sendo "velho", "manchado", e "sujo".

[0010] Além da perda de cor da fibra, odores desagradáveis também podem ser associados com o uso de ácidos a-hidroxi- carboxílicos, tais como o ácido cítrico. Recentemente, verificou-se que o odor característico associado com fibras celulósicas reticuladas com ácido cítrico poderia ser removido e o brilho ser melhorado através do contato das fibras com uma solução alcalina (por exemplo, uma solução aquosa de hidróxido de sódio) e um agente de branqueamento oxidante (por exemplo, peróxido de hidrogênio). Ver a patente americana de número 5.562.740. No método, a solução alcalina eleva o pH da fibra acabada, de preferência, para uma faixa de 5,5 - 6,5 partindo de cerca de 4,5. Isto, em combinação com o agente de branqueamento oxidante, elimina as características de odor de "fumaça e de queimado" das fibras reticuladas com ácido cítrico. O agente de branqueamento oxidante também ajuda a aumentar o brilho final do produto.

[0011] Assim sendo, existe uma necessidade por fibras celulósicas reticuladas tendo volume, brilho e brancura melhorados vantajosamente. A invenção atual procura atender a estas necessidades e apresenta vantagens adicionais relacionadas às mesmas.

[0012] O agente de reticulação de ácido poliacrílico da invenção atual é um ácido poliacrílico, tendo fósforo incorporado na cadeia polimérica (como um fosfinato) através da introdução de hipofosfito de sódio durante o processo de polimerização com um peso molecular na faixa de 500 a 3000 e viscosidade Brookfield menor do que 200 cP. Dois agentes de reticulação de ácido poliacrílico que estão dentro desta definição são os produtos da Rohm & Haas: Aquaset 1676 (QRXP 1676) e QRXP 1708. Em uma realização (tipo 1676), o agente de reticulação de ácido poliacrílico tem um peso molecular na faixa de 2300 a 2700 e uma viscosidade Brookfield menor do que 200 cP. Em outra realização (tipo 1708), o agente de reticulação de ácido poliacrílico tem um peso molecular na faixa de 1000 a 1400 e uma viscosidade Brookfield menor do que 100 cP. Como um exemplo da técnica anterior, a viscosidade do Acumer 9932 (tipo 9932) é 320 cP e o peso molecular é 4000.

[0013] As fibras celulósicas reticuladas por ácido poliacrílico podem ser preparadas aplicando-se o ácido poliacrílico nas fibras celulósicas em uma quantidade suficiente para efetuar a reticulação intra-fibras. A quantidade aplicada nas fibras celulósicas pode ser de cerca de 1 a cerca de 10% em peso, com base no peso total das fibras. Em uma realização, o agente de reticulação está em uma quantidade de cerca de 4 a cerca de 6% em peso, com base no peso total das fibras secas.

[0014] Apesar de não ser necessário, as fibras celulósicas reticuladas por ácido poliacrílico da invenção atual podem ser preparadas utilizando-se um catalisador de reticulação. Catalisadores adequados podem incluir sais ácidos, tais como cloreto de amónio, sulfato de amónio, cloreto de alumínio, cloreto de magnésio, nitrato de magnésio, e mais de preferência, sais de metal alcalino de ácidos contendo fósforo, tais como o ácido fosfórico, polifosfórico, fosforoso e hipofosforoso. Em uma realização, o catalisador de reticulação é o hipofosfito de sódio. A quantidade de catalisador usada pode variar de cerca de 0,1 a cerca de 5% em peso, com base no peso total das fibras secas.

[0015] As fibras celulósicas úteis para a produção das fibras celulósicas reticuladas por ácido poliacrílico branqueadas da invenção são derivadas principalmente de polpa de madeira. Fibras de polpa de madeira adequadas para uso com a invenção podem ser obtidas de processos químicos bem conhecidos, tais como os processos kraft e de sulfito, com ou sem o branqueamento subseqüente. As fibras de polpa também podem ser processadas por métodos termo- mecânicos, quimio-termomecânicos, ou combinações dos mesmos. A fibra de polpa preferida é produzida por métodos químicos. Podem ser utilizadas fibras de madeira moídas, fibras de polpa de madeira recicladas ou secundárias, e as fibras de polpa de madeira não branqueadas. O material inicial preferido é preparado a partir de espécies de fibras coníferas de fibra longa, tais como o pinheiros sulino, "Douglas fir", abeto, e "hemlock". Os detalhes da produção das fibras de polpa de madeira são bem conhecidos por aqueles adestrados na técnica. Fibras adequadas são disponíveis comercialmente de várias companhias, incluindo a Weyerhaeuser Company. Por exemplo, fibras de celulose adequadas produzidas a partir do pinheiro sulino que são utilizáveis na produção da invenção atual, são disponíveis da Weyerhaeuser Company com as designações CF416, CF405, NF405, NB416, FR416, FR516, PW416 e PW405.

[0016] As fibras celulósicas reticuladas por ácido poliacrílico úteis na produção da invenção atual poderão ser preparadas por um sistema e aparelhos, conforme descrito abaixo. Em resumo, as fibras são preparadas por um sistema e aparelho que inclui um dispositivo de direcionamento para o transporte de uma manta ou rede de fibras celulósicas através de uma zona de tratamento de fibras; e um aplicador para a aplicação de uma substância de tratamento de uma fonte nas fibras, na zona de tratamento de fibras; um equipamento de produção de fibras para a separação das fibras celulósicas individuais, que é constituído pela manta, para formar um suprimento de fibras constituído de fibras celulósicas substancialmente não quebradas e essencialmente sozinhas; um secador acoplado no equipamento de produção de fibras para a evaporação por expansão da umidade residual; e uma zona de temperatura controlada para o aquecimento adicional das fibras em um forno para a cura do agente de reticulação, para formar fibras reticuladas individualizadas secadas e curadas.

[0017] Conforme utilizado aqui, o termo "manta" refere-se a qualquer estrutura de pano não tecido constituída de fibras celulósicas ou outras fibras que não estão ligadas co valentemente em conjunto. As fibras incluem fibras obtidas de polpa de madeira e outras fontes, incluindo tecido de algodão, cânhamo, gramados, cana, espigas de milho, "cornhusks", ou outras fontes adequadas de fibras de celulose que podem ter sido aplicadas em um pano. A manta de fibras de celulose, de preferência, está na forma de um pano estendido, e pode ser uma de uma quantidade de pacotes de panos de tamanho distinto, ou poderão ser um rolo contínuo.

[0018] Cada manta de fibras celulósicas é transportada por um dispositivo de direcionamento, por exemplo, uma correia transportadora ou uma série de rolos acionados. O dispositivo de direcionamento transporta as mantas através da zona de tratamento de fibras.

[0019] Na zona de tratamento de fibras, uma solução de agente de reticulação é aplicada na manta de fibras de celulose. A solução de agente de reticulação, de preferência, é aplicada em uma ou ambas as superfícies da manta, utilizando-se qualquer um de vários métodos conhecidos na técnica, incluindo aspersão, rolagem, ou imersão. Tão logo tenha sido aplicada a solução de agente de reticulação na manta, a solução poderá ser distribuída uniformemente através da manta, por exemplo, passando-se a manta através de um par de rolos.

[0020] Depois que as fibras da manta forem tratadas com o agente de reticulação, a manta impregnada é transformada em fibras alimentando-se a manta através de um moinho de martelo. O moinho de martelo serve para desintegrar a manta nas suas fibras componentes individuais de celulose, que são então direcionadas por ar através de uma unidade de secagem, para a remoção da umidade residual. Em uma realização preferida, a manta de fibras é transformada em fibras na forma úmida.

[0021] A polpa tratada resultante é então direcionada pelo ar através de uma zona adicional de aquecimento (por exemplo, um secador) para trazer a temperatura da polpa para a temperatura de cura. Em uma realização, o secador é constituído por uma primeira zona de secagem para o recebimento das fibras e para a remoção da umidade residual das fibras, através de um método de secagem por expansão, e uma segunda zona de aquecimento para a cura do agente de reticulação. Alternativamente, em outra realização, as fibras tratadas são sopradas através de um secador de expansão para a remoção da umidade residual, são aquecidas até a temperatura de cura, e então são transferidas para um forno, onde as fibras tratadas são posteriormente curadas. De uma forma geral, as fibras tratadas são secadas e então são curadas durante um tempo suficiente e em uma temperatura suficiente para efetuar a reticulação. Tipicamente, as fibras são secadas em forno e são curadas durante cerca de 1 a cerca de 20 minutos em uma temperatura de cerca de 120 ° C a cerca de 200 ° C.

[0022] As fibras feitas de acordo com a invenção atual apresentam combinações únicas de rigidez e elasticidade, o que permite que as estruturas absorventes feitas a partir das fibras mantenham os níveis elevados de capacidade de absorção, e apresentem níveis elevados de elasticidade e uma capacidade de resposta à expansão em relação à umidificação de uma estrutura absorvente comprimida seca.

[0023] As fibras reticuladas com os agentes de reticulação poliacrílicos tendo fosfinatos na cadeia polimérica e tendo pesos moleculares abaixo de 3000 produzem fibras reticuladas tendo um volume umidificado maior, densidade 5K menor, brilho ISO maior, e "Hunter b" menor, do que os agentes de reticulação de ácido poliacrílico que não possuem fosfinatos na cadeia polimérica ou agentes de reticulação de ácido poliacrílico tendo fosfinatos na cadeia polimérica e tendo pesos moleculares maiores.

Volume a úmido

[0024] Método para a determinação do volume a úmido das fibras. O volume a úmido das fibras celulósicas reticuladas foi determinado através do analisador de qualidade de absorção de fibras (FAQ) (Weyerhaeuser Co. Federal Way, Washington) utilizando-se o seguinte procedimento.

[0025] No procedimento, uma amostra de 4 g da polpa é colocada em um moinho de pinos para a abertura da polpa e então é depositada pelo ar dentro de um tubo. O tubo é então colocado no analisador FAQ. Um pistão então desce sobre a pilha felpuda com uma pressão de 0,6 kPa e a altura da pilha é medida, e o volume da pilha é determinado a partir da altura da pilha.

[0026] O peso é aumentado para atingir uma pressão de 2,5 kPa e o volume é recalculado. O resultado são duas medições do volume sobre a polpa felpuda e seca em duas pressões diferentes. Quando na pressão de 2,5 kPa, a água é introduzida no fundo do tubo (fundo da pilha). O tempo requerido para que a água alcance o pistão, é medido. Com base nisto, são determinados o tempo e a velocidade de absorção. O volume final da pilha úmida a 2,5 kPa é também calculado. O pistão é então retirado do tubo e a pilha úmida é deixada expandir-se durante 60 segundos. O pistão é reaplicado a 0,6 kPa e é determinado o volume. O volume final da pilha umidificada a 0,6 kPa é considerado como o volume a úmido (cm3/g) do produto de polpa.

Teste de densidade 5K

[0027] O teste de densidades 5K aqui é uma medida da rigidez das fibras e da elasticidade a seco de uma estrutura feita a partir das fibras (i.e., a habilidade da estrutura de expandir-se após a liberação da força de compressão aplicada, enquanto as fibras estão substancialmente na condição seca) e é executada de acordo com o seguinte procedimento:

[0028] Uma pilha quadrada de 4 polegadas (10,16 cm) por 4 polegadas (10,16 cm) tendo uma massa em torno de 7,5 g é preparada a partir das fibras para as quais está sendo determinada a elasticidade a seco, e é comprimida, no estado seco, através de uma prensa hidráulica, até uma pressão de 5000 psi (34.474 kPa), e a pressão é rapidamente aliviada. A pilha é invertida e a pressão é repetida e aliviada. A espessura da pilha é medida após a prensagem (equipamento de teste de espessura Ames). São feitas cinco leituras da espessura, uma no centro e a 0,001 polegadas (0,00254 cm) de cada um dos quatro cantos, e é feita a média dos cinco valores. A pilha é aparada para 10,2 cm por 10,2 cm (4 polegadas (10,16 cm) por 4 polegadas (10,16 cm)) e então é pesada. A densidade após a prensagem é então calculada como massa/(espessura da área X). A densidade é chamada aqui de densidade 5K. Quanto menores forem os valores no teste de densidade 5K , i.e., a densidade após a prensagem, maior será a rigidez das fibras e maior será a elasticidade a seco.

Brancura e brilho

[0029] O dicionário Webster define branco como "a cor do objeto com a maior claridade percebida caracteristicamente como pertencente a objetos que refletem difusamente quase toda a energia incidente através do espectro visível". Usado como um substantivo ou adjetivo, branco é definido como "isento de cor". A maioria dos produtos naturais e muitos dos produtos feitos pelo homem não são nunca "isentos de cor". Enquanto o produto "branco" é a polpa felpuda, papel, produtos têxteis, plásticos, ou dentes, existe quase sempre uma cor intrínseca, diferente de branco, associada com o mesmo. Consideremos dois objetos hipotéticos. O primeiro atende à definição do Webster de branco: um é caracterizado por um espectro plano com alta refletância e um segundo, que é o primeiro com uma pequena quantidade de cor azul adicionada (resultando em um espectro diferente). A maioria das pessoas avaliará o segundo como sendo mais branco, mesmo se a sua refletância total é menor em certas regiões do espectro. O primeiro será avaliado como um "branco amarelado" enquanto que o segundo, um "branco azulado". Além disso, com a subjetividade da visão humana de cor, certas associações são feitas inconscientemente. O branco azulado é associado com "limpo e puro", enquanto que o "branco amarelado" significa "sujo, velho ou impuro". Em conseqüência, os tipos e quantidades de cargas e corantes, cujas tonalidades são apropriadas (por exemplo, o azul avermelhado, o azul esverdeado) e a prescrição ótica ótima a ser atingida tem sido assunto de interesse considerável.

[0030] O atributo de brancura, não de brilho TAPPI, se correlaciona melhor com a preferência do consumidor para a brancura do produto. Quando as pessoas têm uma escolha entre dois produtos tendo um brilho TAPPI igual, usualmente o produto que exibiu o atributo de brancura maior é o preferido. A aplicação da brancura CIE é somente uma medição de tal atributo de brancura. Da mesma forma, um produto tendo uma brancura maior do que o produto com o qual ele está sendo comparado é o preferido, mesmo quando o primeiro apresenta um brilho menor. O brilho TAPPI na América do Norte e o brilho ISO (ISO BRT) no resto do Mundo, são padrões específicos da indústria para polpa e papel utilizados para quantificarem de forma livre a "brancura" de um produto. Independentemente de qual o padrão que for aplicado, TAPPI ou ISO, o brilho é definido como a percentagem de refletância do produto, medido em um comprimento de onda de 457 nm. Em geral, um brilho maior é percebido pela indústria como significando uma brancura maior, mas este nem sempre é o caso. Como o brilho é uma medição limitada pela banda feita na extremidade azul do espectro visível, ele essencialmente mede quanto de azul é um produto. Se a base é a especificação do brilho, é possível maximizar o brilho TAPPI, e no entanto, produzir um produto que ainda parece azul, não branco. O brilho fornece pouca indicação de quanto branco é um produto, nem diz nada sobre a clareza, tonalidade, ou saturação; Como uma especificação de brancura, ele é insuficiente. Esse é o perigo de se procurar o brilho quando a brancura é o objetivo principal.

[0031] Os valores Hunter L, a e b são utilizados para designarem valores medidos de três atributos de aparência de cor na superfície, como se segue: L representa a clareza, aumentando de zero para preto até 100 para branco perfeito; a representa o vermelho quando positivo, verde quando negativo, e zero para cinza; e b representa o amarelo quando positivo, azul quando negativo e zero para cinza. O conceito de cores opostas foi proposto por Hering em 1878. Desde os anos de 1940, uma quantidade de dimensões mensuráveis L, a e b foram definidas por equações que relacionam as mesmas as quantidades tri-estímulos básicos CIE XYZ definidas no documento CIE Nr. 15. Os valores medidos para uma determinada cor dependerão do espaço da cor no qual ele são expressos [(TAPPI T 1213 sp-98 "Optical measurements terminology (relacionada com a avaliação da aparência do papel")].

[0032] A medição da cor básica é feita utilizando-se instrumentos disponíveis comercialmente (por exemplo, Technibrite MicroTB-lC, Technydine Corp.). O instrumento faz a varredura através dos filtros de brilho e cor. São feitas 50 leituras em cada posição do filtro e é feita a média. As medições são registradas como brilho, R(X), R(Y), e R(Z). O brilho é o brilho ISO (457 nm), R(X) é a refletância absoluta do vermelho (595 nm), R(Y) é a refletância absoluta do verde (557 nm), e o R(Z) é a refletância absoluta do azul (455 nm). As funções tri-estímulos CIE X, Y, e Z são então computadas de acordo com as seguintes equações: X= 0,782 R(X)+0,198 R(Z), Y=R(Y), e Z= 1,181 R(Z). A seguir, os valores de L, a e b são computados utilizando-se as equações estabelecidas (Technibrite MicroTB-lC Instruction Manual TTM 575-08, Oct 30, 1989). O índice de brancura, WI(CDM-L), foi calculado de acordo com a equação, WI(CDM-L)=L-3b, de acordo com o TAPPI T 1216 sp- 98 (TAPPI T 1216 sp-98 "índices for whiteness, yellowness, brightness and luminous reflectance factor").

Teste de penetração na rede

[0033] Este método é utilizado para medir o tempo para a química de reticulação na concentração apropriada e para penetrar totalmente no lençol de polpa. O princípio de operação é semelhante ao equipamento de teste de tamanho Hercules (Tappi T530 om-02). Uma amostra mínima do lençol de polpa com diâmetro de 1" ou uma tira de 1" é colocada sobre uma abertura. A luz de um LED branco brilhante é direcionada através da abertura para o fundo do lençol de polpa. Utilizando-se uma foto-célula, a refletância do lado do fundo do lençol de polpa é medida continuamente utilizando-se um sistema de aquisição de dados (por exemplo, o equipamento DI-700 da Dataq Instruments e o programa Windaq). O líquido da amostra (0,75 ml) é adicionado em um poço com diâmetro de meia polegada (1,27 cm) colocado no topo do lençol de polpa (por exemplo, através de uma pipeta automática). O tempo inicial é registrado quando o líquido é adicionado e a refletância é monitorada. O tempo é aquele medido para a amostra penetrar através da espessura inteira do lençol de polpa, do topo para o fundo.

[0034] Nos exemplos, foram utilizados os seguintes agentes de reticulação de ácido poliacrílico não fosfinado: um produto Alco: Aquatreat AR900A (Tipo 900) tendo um peso molecular de 2600; um produto da Rohm &Haas: Acumer 1020 (tipo 1020) tendo um peso molecular de 2000; produtos BASF: Sokalan PA 15 (Tipo 15) tendo um peso molecular de 1200, Sokalan PA 20PN (tipo 20) tendo um peso molecular de 2500, Sokalan PA 25 CL PN (tipo 25) tendo um peso molecular de 4000, e Sokalan PA 30 CL PN (tipo 30) tendo um peso molecular de 8000. Os seguintes agentes de reticulação de ácido poliacrílico fosfinado Rohm & Haas tendo dialquil fosfinatos na cadeia polimérica também foram utilizados: Aquaset 1676 (QRXP 1676) (também chamado de tipo 1676), tendo um peso molecular de 2500; Acumer 9932 (tipo 9932) tendo um peso molecular de 4000; e QRXP 1708 (tipo 1708) tendo um peso molecular de 1200. Outro agente de reticulação Rohm & Haas com um peso molecular entre 1200 e 2500 (tipo 1700) também foi testado.

[0035] Nos exemplos que se seguem, as fibras de polpa kraft de pinheiro sulino foram tratadas com o agente de reticulação de ácido poliacrílico. A quantidade de agente de reticulação aplicada no lençol de polpa, por peso (% COP) é especificada. Em alguns exemplos, as fibras também foram tratadas com um catalisador, hipofosfito de sódio (SHP), e a quantidade por peso (% COP) é especificada nas tabelas. As fibras foram curadas na temperatura de cura no período de tempo especificado (tempo de cura). Em alguns casos as fibras foram branqueadas com peróxido de hidrogênio e hidróxido de sódio, ou somente com peróxido de hidrogênio. A quantidade de produto químico por tonelada métrica de ar seco (ADMT) é especificada. As características da fibra foram medidas pelos testes mencionados acima.

[0036] Com base nos exemplos, pode ser visto que o agente de reticulação de ácido poliacrílico tendo um dialquil fosfinato na cadeia polimérica e tendo um peso molecular abaixo de 3000 produz um brilho maior, um melhor índice de brancura, com um volume a úmido melhor e uma densidade 5K melhor do que os agentes de reticulação de ácido poliacrílico de peso molecular mais elevado tendo dialquil fosfinatos na cadeia polimérica e muito melhor do que aqueles agentes de reticulação de ácido poliacrílico que não têm dialquil fosfinatos na cadeia polimérica.

[0037] Na tabela 1, foram reticuladas duas polpas com Aquaset 1676 tendo um peso molecular de 2500. As fibras reticuladas tinham um volume a úmido maior, uma densidade 5K menor, um brilho ISO maior e um Hunter b menor do que as polpas tratadas com Acumer 9932 tendo um peso molecular de 4000. Não foi usado nenhum catalisador. Isto também permanece verdadeiro por muito tempo quando é utilizado um catalisador, mas as diferenças são menores.

[0038] Na tabela 2, foram comparados o volume AFAQ a 0,6 kPa e densidades 5K para uma quantidade de agentes de reticulação de ácido poliacrílico. O volume a úmido das fibras tratadas com Aquaset 1676 (sem catalisador) é marcadamente mais elevado do que os outros agentes de reticulação, incluindo o Acumer 9932, e a densidade 5K do Aquaset 1676 é marcadamente menor (melhor) do que os outros agentes de reticulação, incluindo o Acumer 9932. Outra vez, a aplicação e a cura do agente de reticulação eram conforme descrito acima. Havia 5% em peso de agente de reticulação na polpa. Não foi utilizado nenhum catalisador para os agentes de reticulação Aquaset e Acumer. Os outros agentes de reticulação tinham 0,175% em peso de SHP na polpa. Os agentes de reticulação Aquaset e Acumer foram curados a 380 ° F (188 ° C) durante 7 minutos. As densidades do volume a úmido AFAQ em centímetro cúbico/grama (cm3/g) era 17,89 para o Aquaset 1676, 16,89 para o Acumer 9932, 16,02 para o Sokalan 30 CL PN, 15,76 para o Sokalan PA CL PN, 15,72 para o Sokalan PA 20 PN e 14,41 para o Sokalan PA 15. A densidade 5K em g/cm3 era de 0,124 para o Aquaset 1676, 0,145 para o Acumer 9932, 0,181 para o Sokalan PA 30 CL PN, 0,193 para o Sokalan PA CL PN, 0,218 para o Sokalan PA 20 PN e 0,266 para o Sokalan PA 15. Tabela 1

Tabela 2

Tabela 3

Tabela 4

Tabela 5

[0039] Isto demonstra que a colocação do fósforo dentro da cadeia polimérica e um peso molecular baixo produzem uma reticulação melhor e propriedades melhores.

[0040] Pode ser visto que os dialquil fosfinatos produzem um efeito auto-catalítico permitindo o uso de polímeros com peso molecular menor, porque existem mais fosfinatos disponíveis para o início da reação de reticulação. As amostras de Sokalan (tipos 15, 20, 25 e 30) com o catalisador requerido mostram uma densidade 5K melhorada (uma redução no valor) com o aumento do peso molecular. A observação é o oposto para agentes de reticulação fosfinados. O peso molecular foi então reduzido ainda mais para confirmar o efeito auto-catalítico. O tipo 1708 (peso molecular aproximadamente 1200) tem uma densidade 5K de 0,142 g/cm3 que é melhor do que o tipo 1676 (0,153 g/cm3) nas condições descritas na tabela 3, no nível de aplicação de 6% de COP. É confirmada a mesma tendência no nível de aplicação de 9% de COP: 0,117 (para o tipo 1708 contra 0,134 (para o tipo 1676).

[0041] Os tempos de penetração do tipo 1676 foram comparados com os tempos de penetração do tipo 1708 e do tipo 1700, (peso molecular intermediário, conforme mencionado acima) em dois níveis de aplicação, 7 % e 9% de agente de reticulação na polpa. A 7%, o tempo de penetração era de 1,37 segundos para o tipo 1676, 1,12 segundos para o tipo 1700 e 0,76 segundos para o tipo 1708. A 9%, o tempo de penetração era de 2,22 segundos para o tipo 1676, 1,30 segundos para o tipo 1700 e 0,92 segundos para o tipo 1708.

[0042] As viscosidades de alguns agentes de reticulação PAA foram determinadas. A 7% de agente de reticulação na polpa, o QRXP 1676 tinha uma viscosidade Brookfield de 13,11 cP, o tipo 1700 tinha uma viscosidade Brookfield de 10,67 cP, e o tipo 1708 tinha uma viscosidade Brookfield de 10,29 cP. A 9%, o agente de reticulação na polpa QRXP 1676 tinha uma viscosidade Brookfield de 14,60 cP, o tipo 1700 tinha uma viscosidade Brookfield de 11,39 cP, e o tipo 1708 tinha uma viscosidade Brookfield de 10,93 cP.

[0043] Viscosidades menores permitem uma melhor penetração do lençol de polpa. A penetração do lençol de polpa é mais rápida com agentes de reticulação com viscosidade menor. Existe um tempo finito para que o agente de reticulação esteja no lençol de polpa e assim sendo, a penetração mais rápida do lençol significa que mais do lençol de polpa será tratado com o agente de reticulação, e mais de fibras serão reticuladas na operação de cura. Aquelas fibras que não são tratadas com o agente de reticulação não serão reticuladas. Assim sendo, um tempo de penetração mais rápido significa uma reticulação mais uniforme das fibras. Uma viscosidade menor significa uma penetração mais rápida e mais fibras sendo reticuladas. Podem ser obtidos tempos de penetração de menos de 3 segundos, de menos de 2 segundos e de menos de 1 segundo.

[0044] Inicialmente, foi indicado que os agentes de reticulação fosfinados da invenção atual também produzem uma cor e brancura melhorados. O índice de brancura do Aquaset 1676 foi comparado com os produtos Sokalan BASF (ver a tabela 2). O índice de brancura da polpa tratada com Aquaset era 71,22. O índice de brancura da polpa tratada com Sokalan PA 20 PN era 66,64, enquanto que aquele tratado com Sokalan 30 CLPNera 63,1.

[0045] Na tabela 4, o índice de brancura do Aquaset 1676 foi comparado com o Acumer 1020 (tipo 1020) e com o Aquatreat AR900A (tipo 900). Os agentes de reticulação foram aplicados a 8% em peso na polpa. Não foi utilizado nenhum catalisador. A polpa tratada com Aquaset foi curada a 350 ° F (177 ° C) durante 7 minutos. As polpas tratadas com Acumer e Aquatreat foram curadas a356 ° F (170 ° C) durante 7 minutos. O índice de brancura da polpa tratada com Aquaset era 74,99. O índice de brancura da polpa tratada com Acumer é 67,17. O índice de brancura da polpa tratada com Aquatreat (tipo 900) era 69,59.

[0046] Ainda em um outro exemplo, o brilho ISO em % de uma polpa tratada com o agente de reticulação de ácido poliacrílico tendo fósforo na cadeia (tipo 1676) foi comparado com duas polpas reticuladas com um agente de reticulação de ácido poliacrílico que não tinha fósforo na cadeia, um deles sendo terminado com um fosfito (terminado com PO3) e um sendo terminado com IPA (terminado com IPA). Os agentes de reticulação foram aplicados a 5% em peso de agente de reticulação nas polpas. Um conjunto foi curado a 350 ° F (177 ° C) durante 7 minutos. Os valores do brilho ISO eram 80,4% para o agente de reticulação de ácido poliacrílico contendo fósforo, 71,9% para o controle com terminação em fosfito e 69,3 para o controle com terminação em IPA. Os índices de brancura correspondentes eram 74,2 (para o tipo 1676), 65,8 (para o terminado em PO3) e 58,7 (para o terminado em IPA.) Outro conjunto foi curado a 370 ° F (188 ° C) durante 7 minutos. Os valores do brilho ISO era um 75,9% para o agente de reticulação de ácido poliacrílico contendo fósforo, 69,1% para o controle com terminação em fosfito e 64,1 para o controle com terminação em IPA. Os índices de brancura correspondentes eram 67 (para o tipo 1676),61,1 (para o terminado em PO3) e 51 (para o terminado em IPA).

[0047] Na tabela 5 são comparadas amostras reticuladas com 5,34% de COP do tipo 1676 (nenhum catalisador) e as amostras branqueadas com peróxido de hidrogênio e hidróxido de sódio, assim como somente com peróxido de hidrogênio, durante o estágio de umidificação pós-tratamento. Foram preparados dois conjuntos de amostras. Um conjunto de amostras foi curado a 380 ° F (193 ° C) durante 8 minutos, e o segundo conjunto a 360 ° F (182 ° C) durante 8 minutos. Ambos os casos mostraram um brilho (valores mais elevados) e características de cor (valores Hunter b menores) melhorados quando foram branqueados adicionalmente.

[0048] As fibras celulósicas reticuladas com ácido poliacrílico da invenção podem ser incorporadas vantajosamente em vários produtos, incluindo, por exemplo, papelão, tecidos, toalhas, lenços, e produtos absorventes de higiene pessoal, tais como fraldas para crianças, produtos de incontinência, e produtos de higiene feminina. Assim sendo, em outro aspecto, a invenção apresenta produtos absorventes, incluindo lenços, toalhas, e tecidos, assim como fraldas para crianças, produtos de incontinência adulta, e produtos de higiene feminina, que incluem fibras celulósicas reticuladas por ácido poliacrílico branqueado.

[0049] Embora as realizações preferidas da invenção tenham sido ilustradas e descritas aqui, será visto que podem ser feitas várias alterações nas mesmas sem se afastarem do espírito e do escopo da invenção.

Claims

1. Fibras celulósicas reticuladas individualizadas, caracterizadaspelo fato de terem entre 1,0% em peso e 10,0% em peso de um agente de reticulação de ácido poliacrílico, calculado em uma base de peso de fibra seca, as reticulações das referidas fibras estando em uma forma de uma ligação de éster de reticulação de intra-fibras, o referido agente de reticulação de ácido poliacrílico compreendendo dialquil fosfinato, e referido agente de reticulação de ácido poliacrílico tendo um peso molecular de 500 a 3.000 e uma viscosidade Brookfield menor do que 200 cP.

2. Fibras de acordo com a reivindicação, 1 caracterizadaspelo fato do referido agente de reticulação ter um peso molecular na faixa de 2300 a 2700 e uma viscosidade Brookfield menor do que 200 cP.

3. Fibras de acordo com a reivindicação, 1 caracterizadaspelo fato do referido agente de reticulação ter um peso molecular na faixa de 1000 a 1400 e uma viscosidade Brookfield menor do que 100 cP.

4. Fibras de acordo com a reivindicação, 1 caracterizadaspelo fato de um catalisador selecionado de sais de metal alcalino de ácidos contendo fósforo estar presente na quantidade de 0,1 a 5% em peso.

5. Fibras de acordo com a reivindicação 4, caracterizadaspelo fato do catalisador ser hipofosfito de sódio.

6. Fibras de acordo com a reivindicação, 1 caracterizadaspelo fato das fibras reticuladas serem adicionalmente branqueadas com uma formulação contendo peróxido de hidrogênio, de 0,045 até 2,268 kg por tonelada métrica a seco e hidróxido de sódio, de 0,045 até 2,268 kg por tonelada métrica a seco.

7. Fibras de acordo com a reivindicação 1, caracterizadaspelo fato das fibras adicionalmente serem branqueadas somente com peróxido de hidrogênio, de 0,045 até 2,268 kg por tonelada métrica a seco.

8. Método para formar fibras celulósicas individualizadas quimicamente reticuladas com intra-fibras como definidas na reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender as etapas de: aplicação de um agente de reticulação de ácido poliacrílico a uma manta de fibras celulósicas, o agente de reticulação de ácido poliacrílico compreendendo dialquil fosfinato e tendo um peso molecular de 500 a 3000 e uma viscosidade Brookfield menor do que 200 cP; separação da manta em fibras individualizadas não quebradas; e cura do agente de reticulação para formar fibras celulósicas individualizadas reticuladas por ácido poliacrílico.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato do referido agente de reticulação ter um peso molecular na faixa de 2300 a 2700 e uma viscosidade Brookfield menor do que 200 cP.

10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato do referido agente de reticulação ter um peso molecular na faixa de 1000 a 1400 e uma viscosidade Brookfield menor do que 100 cP.

11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de um catalisador ser utilizado com o agente de reticulação.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do catalisador ser selecionado de sais de metal alcalino de ácidos contendo fósforo.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do catalisador ser hipofosfito de sódio.

14. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato do tempo de penetração na rede ser menor do que 3 segundos, o tempo de penetração na rede sendo aquele medido para a amostra penetrar através da espessura inteira do lençol de polpa, do topo para o fundo.

15. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato do tempo de penetração na rede ser menor do que 2,5 segundos, o tempo de penetração na rede sendo aquele medido para a amostra penetrar através da espessura inteira do lençol de polpa, do topo para o fundo.

16. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do tempo de penetração na rede ser menor do que 3 segundos, o tempo de penetração na rede sendo aquele medido para a amostra penetrar através da espessura inteira do lençol de polpa, do topo para o fundo.

17. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do tempo de penetração na rede ser menor do que 2,5 segundos, o tempo de penetração na rede sendo aquele medido para a amostra penetrar através da espessura inteira do lençol de polpa, do topo para o fundo.

18. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato das fibras celulósicas reticuladas serem adicionalmente branqueadas com uma formulação contendo peróxido de hidrogênio, de 0,045 até 2,268 kg por tonelada métrica a seco, e hidróxido de sódio, de 0,045 até 2,268 kg por tonelada métrica a seco, durante um estágio de umidificação de pós- tratamento.

19. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato das fibras reticuladas serem adicionalmente branqueadas somente com peróxido de hidrogênio, de 0,045 até 2,268 kg por tonelada métrica a seco, durante um estágio de umidificação de pós- tratamento.

20. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato da temperatura do processo de secagem e/ou cura estar na faixa de 350 a 390°F (177 a 199°C).

21. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de nenhum catalisador ser utilizado com o agente de reticulação.