DE2516380A1 - Zellulosepfropfmischpolymerisat und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Zellulosepfropfmischpolymerisat und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Zellulosepfropfmischpolymerisat, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Verwendung dieses Materials als neues, stark Wasser-absorbierendes, weiches, nicht brennbares Fasermaterial, das für eine Vielzahl von Wasser oder wäßrige Flüssigkeiten absorbierende Produkte geeignet" ist, insbesondere für Körperflüssigkeiten absorbierende Produkte, wie Windeln, hygienische Binden, Tampons, chirurgische Schwämme und dgl.
Die Zellulosefaser ist ein Ausgangsmaterial für viele, kommerziell vertriebene absorbierende Produkte. Wegen der ständigen Nachfrage für die Verbesserung des Absorptionsvermögens dieser Produkte besteht ein anhaltendes Bedürfnis für die Verbesserung des Absorptionsvermögens von natürlicher
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und regenerierter Zellulosefaser. Da die Zellulose ein natürlich vorkommendes Polymerisat ist und nicht synthetisch hergestellt wird, ist die Struktur dieses Materials den Veränderungen durch die Mischpolymerisationsmethoden nicht zugänglich, die bei der Herstellung synthetischer Polymerisate angewandt werden. Das Absorptionsvermögen von Zellulosefasern ist jedoch durch das Modifizieren ihrer chemischen Struktur verbessert worden, wobei die bekannten Techniken darin bestehen, daß man (1) die ursprünglichen Hydroxylgruppen der Zellulosefasern durch neue chemische Gruppen substituiert, (2) die Zelluloseketten zu einem Netzwerk vernetzt, (3) neue Gruppen einführt und sie vernetzt, oder (4) Polymerisatseitenketten auf das Zellulosegerüst oder -rückgrat aufpfropft.
Diese chemischen Veränderungen werden im allgemeinen in flüssigen (vorzugsweise wäßrigen) Aufschlämmungen durchgeführt, worauf die gebildeten modifizierten Fasern zu Zellstoffpappe getrocknet werden, die anschließend zu Zellstoffflaum oder -flocken vermählen wird. Obwohl diese herkömmlichen Verfahren im allgemeinen zu absorbierenderen Zellulosefasern führen, sind die Fasern im allgemeinen sehr spröde und verlieren leicht ihre Faserstruktur, so daß sie schon durch milde mechanische Behandlung, beispielsweise beim Vermählen der Zellstoffpappe zu dem Zellstoffflaum zu äußerst kurzen Fasern oder zu einem Pulver zerfallen. Es hat sich ferner gezeigt, daß diese vorbekannten Produkte dazu neigen, wenn sie aus wäßrigen Aufschlämmungen zu einer Zellstoffpappe getrocknet werden, in starkem Maße Bindungen zwischen den Fasern auszubilden und Zusammenballungen aus einem harten, knotenartigen Material ähnlich wie ein festes Harz zu ergeben, ein Prozeß, der als Verhornung bekannt ist.
Diese Knoten sind nicht faserig und werden, wenn die Zellstoffpappe zu einem Flaum vermählen wird, entweder zu einem Pulver
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vermählen oder bleiben als Ganzes bestehen, so daß diese Produkte, gleichgültig, in welcher Form sie vorliegen, als absorbierende Verbandmaterialien nicht geeignet sind. Obwohl die modifizierten Zellulosefasern des Standes der Technik im Vergleich zu den nichtmodifizierten Zellulosefasern ein größeres Absorptionsvermögen besitzen, erlangen sie diese Eigenschaft auf Kosten einer verminderten Weichheit und auf Kosten eines Verlustes anderer erwünschter Fasereigenschaften.
Erfindungsgemäß wird nun eine (natürliche oder regenerierte) Zellulosefaser mit modifizierter chemischer Struktur geschaffen, die ein wesentlich größeres Absorptionsvermögen als eine nichtmodifizierte Zellulosefaser aufweist und diese Faserqualitäten beibehält und die Probleme vermeidet, die bei den herkömmlichen modifizierten Zellulosefasern auftreten.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Zellulosepfropfmischpolymerisat in Faserform mit einem Gerüst oder einem Rückgrat aus natürlicher oder regenerierter Zellulose in Faserform, an das seitenständige Polymerisatreste aufgepfropft sind. Bei diesem Zellulosepfropfmischpolymerisat handelt es sich um ein stark wasserabsorbierendes, weiches, nicht brennbares Fasermaterial, das für eine Vielzahl von Wasser oder wäßrige Fluide absorbierenden Produkten geeignet ist, wie absorbierende Verbandmaterialien im allgemeinen und insbesondere Windeln, Damenbinden, Tampons, chirurgische Schwämme und dgl.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Zellulosepfropfmischpolymerisat in Faserform, das gekennzeichnet ist durch ein Zellulosegerüst und darauf aufgepfropfte Seitenketten aus Polymerisatresten, die aus der ionische und nichtionische Polymerisatreste umfassenden Gruppe ausgewählt sind und etwa 10 bis etwa 90 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropf-
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mischpolymerisats stellen, wobei es sich bei einigen der seitenständigen Polymerisatreste um ionische Polymerisatreste handelt, die etwa 10 bis etwa 8 0 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats ausmachen, und es sich bei den übrigen seitenständigen Polymerisatresten um nichtionische Polymerisatreste handelt, die etwa 0,5 bis etwa 6 0 Gew.-% des Zellulosepfropfmischpolymerisats bilden.
Die Seitenketten des Zellulosegerüstes des Mischpolymerisats bestehen aus ionischen und nichtionischen Polymerisatresten. Diese Seitenketten des Mischpolymerisats können von etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% des Zellulosepfropfmischpolymerisats ausmachen, stellen jedoch vorzugsweise etwa 50 bis etwa 85 Gew. des Zellulosepfropfmischpolymerisats.
Diese Mischpolymerisatseitenketten bestehen im Idealfall· aus alternierend angeordneten ionischen und nichtionischen PoIymerisatresten, können jedoch auch aus aiternierenden Gruppen aus ionischen und nichtionischen Poiymerisatresten bestehen. Bestimmte Seitenketten können auch vollständig aus dem Polymerisatrest eines Typs oder des anderen bestehen, vorausgesetzt, daß das Gesamtverhältnis von ionischen und nichtionischen Resten (das im folgenden näher erläutert werden wird)
aufrechterhalten wird.
Als ionischer Polymerisatrest kann irgendein ionischer Polymerisatrest vorhanden sein, wie beispielsweise Pol·yacryl·säure, Natriumpolyacrylat, Polymethacrylsäure, Kaliumpolymethacrylat, PolyVinylalkoh^sulfat, Polyphosphorsäure, Polyvinylamin, Poly-(4-vinylpyridin), hydrolysiertes Polyacrylnitril und dgl. Diese Reste können etwa 10 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% des Zel^^sepfropfmischpolymerisats ausmachen, obwohl sie vorzugsweise etwa 20 bis etwa 70 Gew.-% des Zellulosepfropfmischpolymerisats stellen.
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Als nichtionische Polymerisatreste können irgendwelche nichtionischen Polymerisatreste vorhanden sein, beispielsweise PoIymethylmethacrylat, Polyäthylmethaorylat, Polyäthylacrylat, Polybutylacrylat, Polyvinylacetat, Polystyrol, Polybutadien, Polyisopren und dgl. Diese Reste stellen etwa 0,5 bis etwa 60 Gew.-t, des Zellulosepfropfmischpolymerisats, obv/ohl sie vorzugsweise etwa 10 bis etwa 60 Gew.-% des Zellulosepfropfmischpolymerisats ausmachen.
Bei den zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern verwendeten Zellulosefasern kann es sich um natürliche Zellulosefasern, beispielsweise Holzzellstoff (Holzschliff), Hanf, Bagasse, Baumwolle und dgl., oder um regenerierte Zellulosefasern, wie beispielsweise Reyon, handeln.
Es versteht sich auch, daß verschiedene modifizierte Zellulosefasern, wie Zelluloseäther und Zelluloseester verwendet werden können, vorausgesetzt, daß diese Änderungen den erfindungsgemäß angestrebten Maßnahmen nicht zuwiderlaufen.
Die Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern werden vorzugsweise mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Mischpolymerisation von (a) faserförmiger Zellulose, (b) einem mischpolymerisierbaren Monomeren, das nach der Mischpolymerisation unter Bildung eines ionischen Polymersatrestes hydrolysiert werden kann, und (c) eines mischpolymerisierbaren, nichtionischen, mindestens teilweise nichthydrolysierbaren Monomeren, hergestellt. Das gebildete nichthydrolysierte Zellulosepfropfmischpolymerisat wird mit einem Überschuß einer Lösung einer starken Base behandelt, um eine Hydrolyse der hydrolysierbaren Anteile der aufgepropften Polymerisatreste zu bewirken und sie in die ionische Form, beispielsweise die Salze der starken Base, zu überführen, während der nichtionische, nichthydrolysierbare Anteil der aufgepfropften Polymerisatreste unverändert verbleibt.
Es versteht sich, daß es im Rahmen der Erfindung liegt, entweder vorgebildete Mischpolymerisate oder vorgebildete Homopolymerisate zu Bildung des gewünschten Zellulosepfropfmisch-
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Polymerisats auf ein faserförmiges Zellulosegerüst aufzupfropfen, obwohl die oben beschriebene in situ-Bildung bevorzugt ist. Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, eine Mischung aus einer Zellulose und den beiden Monomeren in einer einzigen Reaktionsmischung (was bevorzugt ist) zu polymerisieren, oder die Polymerisation stufenweise durchzuführen, indem zunächst das eine Monomere und dann das andere Monomere zugesetzt wird.
Das erfindungsgemäße Zellulosepfropfmxschpolymerxsat wird vorzugsweise durch Mischpolymerisation einer (a) faserigen Zellulose, (b) eines mischpolymerisierbaren Monomeren, das nach der Mischpolymerisation unter Bildung eines ionischen Polymerisatrestes hydrolysiert werden kann, und (c) eines mischpolymerisierbaren, nichtionischen, mindestens teilweise nicht hydrolysierbaren Monomeren hergestellt. Die Reaktionsteilnehmer können dispergiert und die Reaktion in einem Dampfmedium oder einem nichtwäßrigen Medium, beispielsweise in Aceton, einem Alkohol (beispielsweise Methanol, Äthanol, Isopropanol etc.), Benzol, flüssigem Ammoniak und dgl. bewirkt werden. Vorzugsweise wird die Reaktion jedoch in einem wäßrigen Medium durchgeführt.
Wenn man in einem flüssigen Medium arbeitet, ist es zur Förderung der Dispersion und damit zur Begünstigung einer gleichmäßigen Mischpolymerisation einiger Monomerer (beispielsweise Butadien) erwünscht, einige wenige Tropfen eines Emulgiermittels zu der Reaktionsmischung zuzusetzen. Beispiele solcher Emulgiermittel sind Acrylalkylpolyätheralkohole, -sulfonate und -sulfate (Triton X-100^aer Firma Röhm and Haas); Natriumlaurylsulfat; Lauryltrimethylammoniumchlorid; kationische quartäre Ammoniumsalze von Alkyltrimethylarnmoniumchloriden und Dialkyldimethylammoniumchloriden, die im Schnitt im Alkylteil 90 % Dodecylgruppen, 9 % Tetradecylgruppen und 19 % Octadecy!gruppen enthalten, und die in Form einer Lösung vertrieben werden, die 33 % des Wirkstoffs, 17 % Natriumchlorid und 50 % Wasser enthalten (Arquad 12 der Armour and Company);
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Laurylpyridiniumchlorid und dgl.
Die Mischpolymerisationsrcaktion kann mit einem ionischen Initiator (beispielsweise einem Alkalihydroxid), einem kationischen Initiator (beispielsweise einer Lewis-Säure, wie Bortrifluorid), oder mit Strahlung (Ultraviolett-Strahlen, amraa-Strahlen oder Röntgenstrahlen) in Gang gesetzt werden. Vorzugsweise erfolgt die Polymerisation nach einem freiradikalischen Mischpolymerisationsmechanismus unter Verwendung von freie Radikale bildenden Initiatoren, wie beispielsweise Cer (IV)-ionen, Eisen (II)-ionen, Kobalt (III)-ionen, (NH4) S2O , Kupfer(I)-ionen und dgl. Der Cer(IV)-ionen-Initiator ist bevorzugt.
Da die meisten freie Radikale umfassenden Reaktionen durch die Anwesenheit von Sauerstoff inhibiert werden, ist es erwünscht, im wesentlichen den gesamten Sauerstoff aus der Reaktionsmischung und den Reaktionsgefäßen auszuspülen, indem man vor der Zugabe des freie Radikale bildenden Initiators ein nichtoxidierendes Gas, wie Stickstoff, Helium, Argon, etc., durch das System führt.
Der bei der Reaktion angewandte pH-Bereich hängt von dem besonderen verwendeten Initiator ab. In Abhängigkeit von dem besonderen Initiator kann man irgendeinen pH-Wert von einem stark sauren pH-Wert (pH 0,8 bis 2,3) bis zu einem stark basischen pH-Wert (pH 12 bis 14) anwenden. Für den bevorzugten Cer(IV)-ionen-Initiator sollte der pH-Wert sauer sein, d. h. weniger als 7 und vorzugsweise etwa 0,8 bis etwa 2,3 betragen.
Die bei der Mischpolymerisationsreaktion anzuwendende Temperatur kann sich zwischen Raumtemperatur (d. h. 20 bis 300C) bis zu dem normalen Siedepunkt des am niedrigsten siedenden Bestandteils der Mischung erstrecken. Wenn die Reaktion unter überatmosphärischeju Druck durchgeführt wird, kann die Temperatur über den Siedepunkt des am niedrigsten siedenden Bestandteils der Mischung gesteigert werden. Die Mischung kann gewünschten-
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falls auch unter Raumtemperatur abgekühlt werden.
Die hydrolysierbaren Polymerisatreste der gebildeten Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern werden dadurch hydrolysiert, daß man die Fasern, vorzugsweise unter Rückfluß, mit einem Überschuß einer Lösung einer starken Base, beispielsweise Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid oder einer Base ähnlicher Art, umsetzt. Die Konzentration dieser Lösung kann etwa 1 bis etwa 50 Gew.-% betragen, während die Hydrolysetemperatur sich von Raumtemperatur bis zu der Rückflußtemperatur erstrecken kann.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern ist das folgende:
Nach der von E. Schwab et al. beschriebenen (TAPPI, _45_ (1962) Seite 39 0) Verfahrensweise bereitet man durch Auflösen des Cer(IV)-salzes in 100 ml 1n Salpetersäure eine Cer(IV)-ammoniumnitrat-Initiatorlösung. Dann dispergiert man Zellstoff in Wasser und leitet Stickstoff unter Rühren in die Dispersion ein. Dann gibt man unter kontinuierlichem Einleiten von Stickstoffgas eine geringe Menge der Initiatorlösung zu der gewünschten Dispersion und setzt dann eine Mischung aus den oben beschriebenen hydrolysierbaren und nichthydrolysierbaren Monomeren zu. Üblicherweise werden die Monomeren in einem Gesamtgewicht zugesetzt, das mindestens viermal so groß ist wie das Gewicht des vorhandenen Holzzellstoffs (Holzschliff). Nachdem die Reaktion während der gewünschten Zeitdauer abgelaufen ist (die im allgemeinen etwa 1 bis etwa 5 Stunden beträgt), werden die gebildeten Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern gewaschen, in der oben beschriebenen Weise hydrolysiert, erneut gewaschen und getrocknet.
Der bevorzugte ionische Polymerisatrest ist Natriumpolyacrylat, während Polymethylmethacrylat, Polyäthylacrylat und Polybutadien bevorzugte nichtionische Polymerisatreste darstellen.
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Bei früheren Untersuchungen hat sich gezeigt, daß die Anwendung von Acrylsäure als hydrolysierbares Ausgangsmonomeres für die Einführung des bevorzugten ionischen Polymerisatrestes zu einer erheblichen Homopolymerisation des hydrolysierbaren Monomeren statt zu einer Pfropfmischpolymerisation sowohl der hydrolysierbaren als der nichthydrolysierbaren Monomeren an das Zellulosegerüst führt. Daher wurden andere hydrolysierbare Acrylmonomeren untersucht, was zu der Erkenntnis geführt hat, daß Acrylnitril als hydrolysierbares Ausgangsmonomeres für die Einführung des bevorzugten ionischen Polymerisatrestes verwendet wird. Die eingesetzten nichthydrolysierbaren Monomeren sind natürlich lediglich die die nichtionischen Polymerisatreste ergebenden Monomeren, d. h. Methylmethacrylat, Äthylacrylat und Butadien.
Nachdem die Mischpolymerisationsreaktion vollständig abgelaufen ist, erhält man durch die oben beschriebene Hydrolyse der Polyacrylnitrilreste die ionischen "Alkalimetall-Polyacrylat"-Reste.
Die erfindungsgemäßen Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern besitzen ein wesentlich größeres Absorptionsvermögen (das etwa um den Faktor 4 bis etwa 9 größer ist) als der nichtmodifizierte Holzzellstoff (Holzschliff), obwohl das Material eine Faserform beibehält. Weiterhin unterliegen die erfindungsgemäßen Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern nicht der Versprödung und der Verhornung, die bei den in herkömmlicher Weise modifizierten Zellulosefasern auftreten.
Eine weitere unerwartete, nützliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen hydrolysierten Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern ist die Tatsache, daß sie nicht brennbar sind, während die nichtmodifizierten Zellulosefasern leicht entzündlich sind. Die aus den erfindungsgemäßen Fasern hergestellten absorbierenden Materialien können daher mit Vorteil dort eingesetzt werden, wo scharfe Brandschutzmaßnahmen erfüllt werden müssen,
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beispielsweise in Krankenhäusern, Kindergärten etc.
Die erfindungsgexnäßen Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern können als solche oder in Form von Mischungen mit nichtmodifizierten Zellulosefasern oder anderen absorbierenden Materialien für die Herstellung von absorbierenden Windeln, Tampons, Schwämmen und dgl. angewandt werden. Die erfindungsgemäßen Fasern können auch zu Vliesstoffen verarbeitet werden, die zur Herstellung von absorbierenden Windeln, Tampons, Schwämmen und dgl. geeignet sind.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Zellulosepfropfmischpolymerisats und seiner Herstellung.
Beispiel 1
Durch Auflösen eines Cer(IV)-salzes in 1n Salpetersäure bereitet man eine Cer(IV)-ammoniumnitrat-Initiatorlösung mit einer Konzentration von 10 mMol pro 100 ml. Dann beschickt man einen mit einem Rührer, einem Gaseinleitungsrohr und einem Tropftrichter versehenen Dreihalskolben mit 500 ml Wasser und 5 g Zellstoff (Holzschliff). Der Zellstoff wird unter Rühren in dem Wasser dispergiert, und es wird unter ständigem Rühren während 15 Minuten trockener Stickstoff durch die Dispersion geleitet. Zu der gerührten Dispersion gibt man unter ständigem Einleiten von Stickstoff 12,5 ml der Cer(IV)-ammoniumnitrat-Initiatorlösung. Dann gibt man zu der gerührten Suspension eine Mischung aus 5,5 g Methylmethacrylat und 15,0 g Acrylnitril und läßt das Ganze während 1 Stunde bei Raumtemperatur reagieren. Nach Ablauf einer Stunde werden die gebildeten nichthydrolysierten Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern in einen Büchner-Trichter überführt und gut mit Wasser und Aceton gewaschen. Die gewaschenen Fasern werden dann während einer halben Stunde mit überschüssiger 6 %iger Natriumhydroxidlösung zum Sieden am
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Rückfluß erhitzt, um die hydrolysierbaren Polymerisatrest'=! zu hydrolysieren. Die erhaltenen hydrolysierten Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern werden gut mit Wasser gewaschen, zur Entfernung des überschüssigen Wassers abgepreßt und in einem Ofen bei 1000C unter Bildung einer ZeIIstoffpappe getrocknet. Die Zusammensetzung des erhaltenen Produkts ist in der folgenden Tabelle I (Probe Nr. 5) angegeben.
Beispiel 2
Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1 mit dem Unterschied, daß man variierende Mengen Methylmethacrylat und Acrylnitril einsetzt. Die verwendeten Mengen an Methylmethacrylat und Acrylnitril sowie die Zusammensetzung der erhaltenen Produkte sind ebenfalls in der folgenden Tabelle I aufgeführt.
Beispiel 3
Man wiederholt die Maßnahme des Beispiels 2 mit dem Unterschied, daß man anstelle von Methylmethacrylat Äthylacrylat verwendet. Die angewandten Mengen Äthylacrylat und Acrylnitril sowie die Zusammensetzungen der erhaltenen Produkte sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.
Beispiel 4
Man zerreisst die Zellstoffpappen der Beispiele 1, 2 und 3 zu Zellstoffflaum und verarbeitet diesen zu absorbierenden Kissen. Zu Vergleichszwecken wird auch ein Kissen aus nichtmodifiziertem Zellstoff hergestellt. Die Kissen werden unter Anwendung der genauer in Textile Res. Journal _3_7 (1967), Seiten 356-366 beschriebenen Testvorrichtung (Porous Plate Testing Apparatus) auf ihr Flüssigkeitsrückhaltevermögen getestet. Kurz gesagt besteht dieser Test darin, das Testkissen in ein Büchner-Trichter-artiges Gerät mit einer porösen Unterplatte einzubringen und die Probe unter Anwendung eines Standardgewichts, das ei-
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nen standardisierten Zusammenpreßdruck ausübt, an Ort und Stelle festzulegen. Die poröse Platte wird dann mit einem Flüssicrkeitreservoir in Kontakt gebracht, und man läßt die Probe bis zur Sättigung Flüssigkeit durch die poröse Platte absorbieren. Indem man die Probe im wesentlichen auf dem Niveau des Reservoirs hält, wird die absorbierte Flüssigkeit auf einem 0 mm Flüssigkeitsäule entsprechenden Druck in bezug auf das Reservoir gehalten. Zur Bestimmung der Flüssigkeitsrückhaltung wird die gesättigte Probe in bezug auf das Flüssigkeitsreservoir angehoben, wodurch ein hydraulischer Druck auf die absorbierte Flüssigkeit ausgeübt wix'd, wobei dieser Druck willkürlich mit einer Flüssigkeitssäule von 91,4 cm (36· inches) angenommen wird. Die Vorrichtung ist mit einer Einrichtung versehen, mit der das Volumen der bei dem Druck dieser Flüssigkeitssäule zurückgehaltenen Flüssigkeit bestimmt werden kann. Die Rückhaltwerte sind als zurückgehaltenes Volumen pro Einheitsgewicht der absorbierenden Faser angegeben. Die erhaltenen Werte sind in den folgenden Tabellen III und IV unter der Überschrift "Rückhaltewerte in nichtzusammengedrücktem Zustand" angegeben. Die bei diesen Untersuchungen angewandte Flüssigkeit ist eine 1 Gew.-%ige wäßrige Natriumchloridlösung, die den Absorptionseigenschaften der Menstruationsflüssigkeit sehr nahe kommt.
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Tabelle I
Chemische Zusammensetzung von MMA AN Zellulose - natrium-poly(acrylat-methylmethacrylat)-Misch Gesaint- MMA AN Zellu hydrolysiert Na- ι Molekularverhältnis MMA Natrium-
polymerisaten polyme- lose Gesamt MMA trium- hydrolysiert acrylat
risat polyme acry- Gluko
gepfropfte
Probe Nr.
risat lat seein
4,7 0 58,1 0 heit 2,2
2,3 2,1 58,5 45,9 12,2 41,7 58,3 0 1,8 0
1,9 2,4 Produktzusammensetzung (%) 58,1 41,5 15,9 38,3 58,3 42,0 19,7 1,6 0,9
Reaktionsteilnehmer
Gewichtsteile
1,5 2,7 nichthydrolysiert 57,4 29,3 25,4 37,9 61,7 37,0 25,1 1 1,0 1,2
CD 1 Zellulo 1,1 3,0 Zellu 54,7 26,9 27,3 37,9 62,1 24,5 37,6 1 1,0 1,7
σ
cn
2 se 0,7 3,3 lose 54,2 27,3 29,3 37,8 62,1 22,2 39,9 1 1,0 1,9
CO 3 0,6 3,5 56,6 6,7 46,9 35,4 62,2 22,3 42,3 1 0,2 2,0
-F- 4 0,5 3,6 53,6 1,4 54,2 34,1 64,6 4,9 61,0 1 0,1 3,0
O 5 0,4 3,7 55,6 0 55,5 31,3 65,9 0,9967,7 1 0 3,8
CD
/γ*
6 1 0 4,0 41,5 54,5 0 54,2 31,6 68,7 0 68,4 1 0 3,6
7 1 41,9 54,2 31,7 68,4 0 66,3 1 3,6
8 1 42,6 66,3 1
9 1 45,3 1
10 1 45,8
1 43,4
1 46,4
1 44,4
1 45,5
1 45,8
Zellulose = Zelluloserest; MMA. = Polymethylitethacrylatrest; AN = Poiyacrylnitrilrest; NA-Acrylat = Natriumpolyacrylatrest <ji
Tabelle II
Chemische Zusammensetzung von Zellulose-natrium-poly(acrylat-äthylacrylat)-
Mischpolymerisaten
gepfropfte
Probe Nr.
Reaktionsteilnehmer
Gewichtsteile
EA AN nicht Produktzusammensetzung EA hydrolysiert Gesamt
polyme
risat
EA Molekularverhältnis 1 EA Natrium-
acrylat
cn
cn
eo
GO
O
1 Zellu
lose
4,5 0 hydrolysiert 79,3 AN Zellu
lose
79,3 79,3 hydrolysiert 1 6,1 0
2 1 3,6 0,8 Zellu
lose
Gesamt
polyme
risat
63,5 0 20,7 79,8 57,3 Na- Gluko-
trium- seein-
acry- heit
lat
1
1
4,6 2,0 ,
cn 3
4
1 2,9
2,3
1,4
2,0
20,7 79.3 56,7
42,5
14,1 20,2 79,7
80,2
49,2
33,9
0 1 4,1
2,9
2,7 £
I
4,1
ο
co
co
5 1
1
1,6 2,5 22,4 77,5 34,9 19,9 20,3
32,7 19,8
77,4 27,3 22,5 1 2,0 . 3,8
OJ 6 1 1,1 3,0 23,4
24,8
76,6
75,2
25,6 36,2 22,6 75,9 19,3 30,5
46,3
1 1,3 4,0
O
CD
00
7 1 0,7 3,4 28,9 71,1 16,3 42,4 24,1 66,8 12,4 50,1 1 0,6 2,8
8 1 0 4,0 32,0 68,0 0 40,2 33,2 65,6 0 56,6 0 3,3
1 Zellulose"= Zelluloserest; AN = 43,5 56,5 51,9 34,4 = Polyäthylacrylatxest; N 54,3 Natriumpolyacrylrest.
48,1 51,9 65,6
Polyacrylnitrilrest; EA = a-Acrylat =
Beispiel 5
Die Materialien der Beispiele 1,2 und 3 werden zu Zellstoffflaum zerfasert und mit einer gleichgroßen Menge von nichtmodifiziertem Zellstoffflaum vereinigt. Die Flaummi£;chung wird zu verdichteten zylindrischen Tampons mit einer Dichte von 0,4 g/ccm3, einem Durchmesser von etwa 1,45 cm (0,57 inches) und einer axialen Länge von etwa 4,27 cm (1,68 inch) verformt. Dann wird das Fassungsvermögen dieser Tampons beim Absorbieren einer 1 Gew.-%igen wäßrigen Natriumchloridlösung unter simulierten Verwendungsbedingungen bestimmt, indem man ein Ende des Tampons während 20 Minuten in die Lösung eintaucht, währenddem man auf die Seite des Tampons einen Druck von 61 cm (24 inches) Wassersäule ausübt, indem man die Tampons in eine hydraulisch aufgeblasene Polyäthylenhülle einführt. Die überschüssige Flüssigkeit wird von dem Tampon abgetropft, der Druck wird erniedrigt, und das Gewicht des von dem.Tampon absorbierten Wassers wird bestimmt.und ist in den folgenden Tabellen III und IV als Fassungsvermögen des Tampons in Volumeneinheiten absorbierter Flüssigkeit pro Einheitsgewicht des Tampons angegeben.
Aus den folgenden Tabellen III und IV ist ersichtlich, daß die gepfropfte Zelluloseprobe (1), die.nur nichtionische Polymerisatreste aus Methylmethacrylat enthält (siehe MMA in den Tabellen III und EA in Tabelle IV) eine Absorptionskapazität besitzt,die im Vergleich zu der Holzzellstoffprobe nur geringfügige Unterschiede zeigt. Es ist in diesem Zusammenhang festzuhalten, daß die aus Methylmethacrylat und Äthylacrylat aufgepfropften Reste im allgemeinen nichtionisch und damit hydrophob sind, jedoch einer Hydrolyse unterzogen wurden, wodurch die Oberflächeneigenschaften der gepfropften Fasern und insbesondere der mit Methylacrylat gepfropften Fasern verändert wurden, wodurch sich der Unterschied der Absorptionseigenschaften in bezug auf Zellstoff erklärt.
609843/0984
Tabelle III
Physikalische Eigenschaften der Zellulose-Natrium-Poly(acrylat-methylmethacrylat)-
Mischpolymerisate
Gepfropfte Probe
Nr.
Produktzusammensetzung (%) MMA Natrium-
acrylat
Absorptionsvermögen (ccm3/g)
Holzzellstoff
1
Zellulose 58,3 0 Flüssigkeitsrück
haltung
Tamponkapazität
(50 %ige Mischung
mit Zellstoff)
6098 2 100
4V'7
42,0 19,7 1,5
0
2,6
3,08
CO " 3
4
38,3 ■37,0
24,5
25,1
37,6
0,8 3,49
•7860/ 5 37,9
37,9
22,2 39,9 Ί,5
5,3
3,81
5,01
6 37,8 22,3 42,3 7,0 5,37
7 35,4 4,9 61 ,0 6,9 5,27
8 34,1 1,0 67,7 5,4 4,96
9 31,3 0 68,4 4,2 4,40
10 31,6 0 66,3 geliert -
31,7 geliert _
Tabelle IV
Physikalische Eigenschaften der Zellulose-Natrium-Poly(acrylat-methylmethacrylat)
Mischpolymerisate
Produktzusammensetzung (%) Absorptionsvermögen (ccm3/g)
Gepfropfte Zellulose EA Natrium-
Probe Nr. acrylat
Holzzellstoff 100 - -
1 20,7 79,3 0
2 20,2 57,3 22,5
3 20,3 49,2 30,5
4 19,8 33,9 46,3
5 22,6 27,3 50,1
6 24,1 19,3 56,6
7 33,2 12,4 54,3
8 34,4 0 65,6
Flüssigkeitsrück- Tampcnkapazität
haltung (50 %ige Mischung mit
Zellstoff)
1,5
2,9 12,0 14,0 9,5 9,3
9,5 10,8 geliert
2,7 3,45 6,27 6,54
5,29 5,81 5,92
fei anderen Extremfall sind die lediglich mit einem ionischen
Proben
Polymerisat gepfropften /'(siehe Natriumacrylat in den Tabellen III und IV) als geliert angegeben, d. h. es ist an der Außenseite der untersuchten absorbierenden Probe eine Gelbildung erfolgt, die die weitere Absorption der Flüssicjkeit in den Mittelbereich der Probe verhindert. Im Gegensatz zu diesen Extremen ist ferner zu ersehen, daß Proben, die die erfindungsgemäße Kombination von auf das Zelluloscgerüst aufgepfropften ionischen und nichtionischen Polymerisatresten aufweisen, eine sprunghafte Steigerung ihrer Absorptionseigenschaften zeigen, und zwar sowohl .in bezug auf die Flüssigkeit sr ückhaltung bei nichtzusammengepreßten absorbierenden Kissen als auch auf die Absorptionskapazität von zusammengepreßten Faserkörpern, wie Tampons. Es ist ferner ersichtlich, daß innerhalb der bevorzugten Bereiche hinsichtlich der Zusammensetzung aus den ionischen und den nichtionischen Polymerisatresten, die Absorptionseigenschaften ein Maximum durchlaufen.
Beispiel 6
Die Produkte der Beispiel 1, 2 und 3 werden hinsichtlich ihrer Fähigkeit untersucht, ihre Fasereigenschaften bei einer mechanischen Bearbeitung beizubehalten, die darin besteht, daß man sie mit einer Weber-Hammer-Mühle unter Verwendung eines 0,64 mm (1/4 inch) Siebes zu einem Zellstoffflaum vermahlt. Der Knotengehalt des gebildeten Flaums wird mit Hilfe der Luftblastechnik bestimmt. Bei dieser Technik wird eine 5 g Probe des Flaums auf den Boden einer 100 0 ml Bürette gelegt, wonach man Luft mit einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit von 99 l/min (3,5 cubic feet per minute) über den unteren Hahn einströmen läßt, um eine Verwirbelung der Probe zu erreichen. Hierdurch wird erreicht, daß die vereinzelten Fasern der Prooe^as obere offene Ende der Bürette entweichen, während die schwereren Knoten oder Klumpen am Boden zurückbleiben. Dann werden die Knoten entnommen und gewogen,
609S43/0984
und es wird der Knotengehalt (als Gewichtsprozentsatz der Probe ausgedrückt) bestimmt. Diese Ergebnisse sind in den Tabellen V und VI angegeben. Zusätzlich werden Proben des faserigen Flaums untersucht,und es wird die mittlere arithmetische Faserlänge mikroskopisch bestimmt. Hierzu werden die Fasern auf einen Objektträger gelegt und mit einem Deckgläschen bedeckt. Dann wird eine Mikrophotographie mit einer 53-fachen Vergrößerung hergestellt und die Länge eineo. jeden fotografierten Faser bestimmt. Dann wird das arithmetische Mittel der Faserlänge berechnet, das in den Tabellen V und VI angegeben ist.
. 609843/0984
Tabelle V
Verhornungseigenschaften der gepfropften Fasern
1. Zellulose-Natrium-Poly(acrylat-methylmethacrylat)
gepfropfte
Probe Nr.
Produktzusammensetzung (%) MMA Natrium-
acrylat
trockene Faser (auf einer Weber-Mühle vermählen) 0-10
0-10
geschätztes arithme
tisches Mittel der
Faserlänge der ein
zelnen Fasern (ram)
Zellstoff
1
Zellulose 58,3 0 physikalische Form geschätzter Knoten
gehalt
0-10 1,3
1.2
O
609843 2 100
41,7
42,0 19,7 faserig
faserig
0-10
0-10
1,4 ι
ο 3
4
38,3 37,0
24,5
25,1
37,6
faserig 0-10 0,8
0,9
984 5 37,9
37,9
22,2 39,9 faserig
faserig
0-10 1,0
6 37,8 22,3 42,3 faserig 0-10 1,0
7 35,4 4,9 61 ,0 faserig 73 1,2
8 ■ 34,1 1,0 67,7 faserig 81
00
1,1 ivJ
9
10
31,3 0
0
68,4
66,3
faserig (gebunden) 0,7 fl
cn
0,02 W
31,6
31,7
stark gebundene Fasern
stark gebundene Fasern 1
Tabelle VI
Verhornungseigenschaften der gepfropften Fasern 2. Zellulose-Natrium-Poly(acrylat-äthylacrylat)
gepfropfte
Probe Nr.
Produktzusammensetzung (%) EA Natrium-
acrylat
trockene Faser (auf einer Weber-Mühle vermählen) sern 9 0 geschätztes arithme
tisches Mittel der
Faserlänge der ein
zelnen Fasern (mm)
■'-Π
Zellulose physikalische Form geschätzter Kno
tengehalt
16380
CJJ Zellstoff - - 1,3
O
CD
1
2
100 79,3
57,3
0
22,5
faserig 0-10 1,2
1,3
to
843/0 3 20,7
20,2
49,2 30,5 faserig
faserig
0-10
0-10
1,0 7
CD
CO
4 20,3 33,9 46,3 faserig 0-10 1,2
£-- 5 19,8 27,3 50,1 faserig 0-10 1,3
6 22,6 19,3 56,6 faserig 0-10 1,3
7 24,1 12,4 54,3 faserig 0-10 1,4
8 33,2 0 65,6 gebundene Fasern 70 0,02
34,4 stark gebundene Fa
OO _ Δ, £.
Aus den obigen Tabellen V und VI ist zu ersehen, daß das Zellulosepfropfmischpolymerisat so lange die gleichen physikalischen Eigenschaften in bezug auf die Faserlänge und den Knotengehalt nach der mechanischen Behandlung wie Holzzellstoff beibehält, so lange der Gehalt der nichtionischen Polymerisatreste innerhalb des angegebenen Bereiches liegt. Wenn die Menge des nichtionischen Polymerisatrestes in einer ionische Polymerisatreste enthaltenden Faser vermindert wird, nimmt der Knotengehalt dramatisch zu, so daß dieser vermahlene Zellstoffflaum für Verbandmaterialien nicht geeignet ist. Hinsichtlich der Faserlänge ist festzuhalten, daß die durchschnittliche Faserlänge bei einer Absenkung des Gehalts des nichtionischen Polymerisatrestes auf einen Wert unterhalb der angegebenen Grenze bis zu dem Wert abnimmt, bei dem das Material in der Tat als Pulver angesehen werden kann. In diesem Zustand kann das Material nicht als Ersatz für Zellstoffasern verwendet werden.
Beispiel 7
In einem mit einem Rührer, einem Gaseinlaßröhrchen und einem Tropftrichter versehenen Dreihalskolben bereitet man eine Dispersion von 5 g Zellstoff (Holzschliff) in 500 ml Wasser. Dann leitet man während 5 Minuten trockenen Stickstoff durch die Dispersion. Dann gibt man unter Einleiten von Stickstoff und Rühren 12,5 ml der in Beispiel 1 beschriebenen Cer(IV)-ammoniumnitrat-Initiatorlösung zusammen mit einigen Tropfen eines Emulgiermittels (Triton X-100) zu. Zu dieser gerührten, mit Stickstoff gespülten Dispersion setzt man eine Mischung aus 23 g Acrylnitril und 2 g verflüssigten Butadiens zu. Dann verschließt man das System gegenüber der Atmosphäre und läßt während 4 Stunden bei Raumtemperatur reagieren. Nach Ablauf dieser Zeit werden die gebildeten Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern in einen Büchner-Filter überführt und gut mit Wasser und Aceton gewaschen. Die gewaschenen Fasern werden während 30 Minuten mit überschüssiger 1,5 η Natrium-
6098/. 3/0984
hydroxidlösumj am Rückfluß gekocht, dann mit Wasser gewaschen und schließlich in einem Heißluftofen bei 600C getrocknet. Die erhaltenen hydrolysierten Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern besitzen in dem nichtzusammengepreßten Zustand ein maximales Fassungsvermögen von 13 ecm3 Flüssigkeit pro g und einen Flüssigkeitshaltevermögens von 8,4 ccm3/gt Die Tamponkapazität beträgt 5,2 ccm3/g, wenn man das Material in Form einer 50 Gew.-%igen Mischung mit nichtbehandeltem Zellstoff in einem Tampon mit einer Dichte von 0,4 g/ccm3 verwendet. Bei der bei diesen Untersuchungen verwendeten Flüssigkeit handelt es sich um eine 1 %igc Natriumchloridlösung.
Beispiel 8
Unter Einleiten von Stickstoff rührt man in einem Dreihalskolben, der mit einem Rührer, einem Gaseinleitungsrohr und einem Tropftrichter ausgerüstet ist, eine Dispersion von 5 g Baumwolle (Johnson & Johnson Red Cross Brand) in 500 ml Wasser während 30 Minuten. Zu dieser gerührten, mit Stickstoff gespülten Dispersion gibt man 12,5 ml einer Cer(IV)-ammoniumnitrat-Initiatorlösung mit einer Konzentration von 1 Mol Cer (IV)-ammoniumnitrat pro 1 1 η Salpetersäure. Nach weiterem Rühren und Stickstoffeinleiten während 1 Minute gibt man eine Mischung aus 12,5 ml Acrylnitril und 12,5 ml Äthylacrylat zu der gerührten Dispersion und läßt während 1 Stunde bei Raumtemperatur reagieren. Die gebildeten Fasern werden nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 gewaschen und hydrolysiert. Die gebildeten hydrolysierten Zellulosepfropfmischpolymerisatfäsern werden zur Entfernung des überschüssigen Wassers gepreßt und unter Bildung eines Blattes in einem Ofen bei 1000C getrocknet. Das Blatt wird zu einem Flaum vermählen, der ausgezeichnete Fasereigenschaften und ein ausgezeichnetes Absorptionsvermögen besitzt.
609843/098
Beispiel 9
Es werden Proben hergestellt, die aus 2 g schweren Kissen aus zusammengepreßten und nichtzusammengepreßten Zellulosepfropfmischpolymerisatfasern bestehen, deren Zusammensetzung denen der Proben 2 bis 8 in der Tabelle III und 2 bis 7 der Tabelle IV entsprechen. Zusätzlich werden weitere Kissen unter Verwendung der nach Beispiel 1, 2 und 3 hergestellten Fasern bereitet, die in sämtlicher Hinsicht den oben angegebenen Proben mit dem Unterschied entsprechen, daß diese zusätzlichen Proben nicht hydrolysiert sind und eine Zusammensetzung aufweisen, die in den Tabellen III und IV für die Proben 2 bis 8 bzw. 2 bis 7 unter der Überschrift "nichthydrolysiertes Produkt" angegeben sind. In ähnlicher Weise werden hydrolysierte und nichthydrolysierte Proben der Zellulose-Acrylnitril-Butadien-Pfropfmischpolymerisate von Beispiel 7 hergestellt. Die Probekissen aus hydrolysierten Fasern und nichthydrolysierten Fasern werden einem Flammentest unterzogen, bei dem jede Probe mit Hilfe einer Zange während 10 Sekunden in deri heißesten Bereich einer Bunsenbrennerflamme gehalten werden. Dann wird die Probe aus der Flamme herausgezogen, und es werden jene Proben, die dann weiterbrennen oder glimmen, als brennbar und die andere Proben als nicht brennbar bezeichnet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen in jedem Fall, daß die nichthydrolysierten Fasern leicht entzündlich sind, während die hydrolysierten Fasern nicht brennbar sind.
609843/098A

Claims (10)

Patentansprüche
1. Zellulosepfropfmischpolymerisat in Faserform, gekennzeichnet durch ein Zellulosegerüst und darauf aufgepfropfte Seitenketten aus Polymer isatre.y ten, die aus der ionische und nichtionische Polymerisatreste umfassenden Gruppe ausgewählt sind und etwa 10 bis etwa 90 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats stellen, wobei es sich bei einigen der seitenständigen Polymerisatreste um ionische Polymerisatreste handelt, die etwa 10 bis etwa 80 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats ausmachen, und es sich bei den übrigen seitenständigen Polymerisatresten um nichtionische Polymerisatreste handelt, die etwa 0,5 bis etwa 60 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats bilden.
2. Zellulosepfropfmischpolymerisat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zellulose natürliche Zellulose enthält.
3. Zellulosepfropfmischpolymerisat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zpllulose regenerierte Zellulose enthält.
4. Zellulosepfropfmischpolymerisat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisatreste etwa 60 bis etwa 80 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats ausmachen, wobei die ionischen Polymerisatreste etwa 20 bis etwa 70 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats und die nichtionischen Polymerisatreste etwa 1 bis etwa 60 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats ausmachen.
609843/098^
5. Zellulosepfropfmischpolymerisat in Faserform, gekennzeichnet durch ein Gerüst aus Zellstoff (Holzschliff) und darauf aufgepfropfte Seitenketten aus Polymerisatresten, die aus der ionische und nichtionische Polymerisatreste umfassenden Gruppe ausgewählt sind und etwa 57 bis etwa 67 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats stellen, wobei es sich bei einigen der seitenständigen Polymerisatreste um Natriumpolyacrylatreste handelt, die etwa 37 bis etwa 42 Gew.--% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats ausmachen, und es sich bei den übrigen seitenständigen Polymerisatresten um Polymethylmethacrylatreste handelt, die etwa 20 bis etwa 25 Gew.-% des Zellulosepfropfmischpolymerisats bilden.
6. Zellulosepfropfmischpolymerisat in Faserform mit einem Gerüst aus Zellstoff (Holzschliff) und darauf aufgepfropften Seitenketten aus Polymerisatresten, die aus der ionische und nichtionische Polymerisatreste umfassenden Gruppe ausgewählt sind und etwa 75 bis etwa 85 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats stellen, wobei es sich bei einigen der seitenständigen Polymerisatreste um Natriumpolyacrylatreste handelt, die etwa 28 bis etwa Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulcsepfropfmischpolymerisats ausmachen, und es sich bei den übrigen seitenständigen Polymerisatresten um Polyäthylacrylatreste handelt, die etwa 47 bis etwa 52 Gew.-% des Gesamtgewichts des Zellulosepfropfmischpolymerisats bilden.
7. Absorbierendes Verbandmaterial, umfassend das Zellulosepfropfmischpolymerisat von Anspruch 5 und unbehandelte Zellulosefasern .
8. Tampon, umfassend das Zellulosepfropfmischpolymerisat nach Anspruch 5 und unbehandelte Zellulosefasern.
609843/0984
- 27 -
9. Absorbierendes Verbandmaterial, umfassend das Zellulosepfropfmischpolymerisat nach Anspruch 6 und unbehandelte Zellulosefasern.
10. Tampon, umfassend das Zellulosepfropfmischpolymerisat nach Anspruch 6 und unbehandelte Zellulosefasern.
11J Verfahren zur Herstellung eines Zellulosepfropfmischpolymerisats in Faserform, dadurch gekennzeichnet, daß man natürliche und/oder regenerierte Zellulosefasern, ein nach der Mischpolymerisation unter Bildung von ionischen Polymerisatresten hydrolysierbares Monomeres und ein nichtionisches, mindestens teilweise nichthydrolysierbares Monomeres unter Bildung eines Zellulosepfropfmischpolymerisats mit einem Zellulosegerüst, auf das Mischpolymerisatseitenketten, die aus hydrolysierbaren Polymerisatresten und nichtionischen nichthydrolysierbaren Polymerisatresten bestehen, aufgepfropft sind; und das Zellulosepfropfmischpoiymerisat hydrolysiert, um die hydrolysierbaren Polymerisatreste auf dem Zellulosepfropfmischpolymerisat in ionische Polymerisatreste unter Bildung eines Zellulosepfropfmischpolymerisats umzuwandeln, das ein Zellulosegerüst aufweist, auf das Mischpolymerisatseitenketten aufgepfropft sind, die aus ionischen Polymerisatresten und nichtionischen Polymerisatresten bestehen.
60 9 8 k 3 / 0 9 8 U
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