DE2646317A1

DE2646317A1 - Verfahren zur herstellung von vernetzten zellstoffasern

Info

Publication number: DE2646317A1
Application number: DE19762646317
Authority: DE
Inventors: Claude H Lesas; Michel Pierre
Original assignee: Beghin Say SA
Current assignee: Kaysersberg SA
Priority date: 1975-10-20
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1977-06-23
Also published as: FR2328796B1; ES452541A1; FI60220B; PT65732B; DE2646317B2; GB1511595A; CA1072263A; FI762991A; FR2328796A1; NL7611621A; NL178895B; BR7607023A; CH616438A5; ATA763476A; AT353603B; NO146399C; BE847172A; NL178895C; FI60220C; SE432938B

Description

Arm.: Societe Anonyme BEC-H3 N-SAY
59239 Thumeries (Nerd)

Verfahren zur Herstellung von vernetzten Zellstoffasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Formaldehyd vernetzten Zellstoffasern, insbesondere Holzzeilstoffasern.

Die Vernetzung erteilt den Fasern neue Eigenschaften« u.a. eine erhöhte Wassersaugfähigkeit.

Die Verbindungen zwischen den Anhydroglucose-Einheiten der Zellstoffkette verhindern die Faserverbindungen und erteilen dadurch den Fasern Steifheit und durch Kapillarität Wassersaugfähigkeit .

Vernetzte Fasern werden nicht nur zur Herstellung von Windeln, Tampons und Damenbinden vorteilhaft gebraucht, sondern auch zur Herstellung von Bahnen, die eine verbesserte Griffigkeit und Weichheit und eine verminderte Reisslänge aufweisen·

Wenn die modifizierten Fasern mit einem synthetischen Bindmittel benutzt werden, sind sie sehr brauchbar zur Herstellung von nicht-gewobenen Vliessen, die weicher, griffiger und aufsaugender sind.

Vernetzte Fasern sind seit langer Zeit beschrieben worden : Siehe, z.B., die FR 892 799 (Westfälische Zellstoff) und die US 2OIO635 (J.Kantorowicz) Patentschriften. Ausserdem haben die technischen Schwierigkeiten zahlreiche" Forschungen herbeigeführt : Siehe, z.B., die US Patentschriften 3224926, 3440135, 37OO549. Die. US Patentschriften 3224926 und 3440135 beschreiben Verfahren, die eine Tränkungsstufe - mit dem vernetzenden Mittel und/oder dem Katalysator - eine Trocknungs- oder eine Lagerungsstufe, eine Defibrierungsstufe und eine heisse Behandlung erfordern.

Formaldehyd wurde als das billigste und das wirksamste Vernetzungsmittel (Siehe US 3224926 Laut Spalte 2, 1. 23-27) aber auch als ein wegen seiner Flüchtigkeit unerwünschtes Mittel (Siehe US 3440135 Laut Spalte 7, 1. 55-57) beschrieben. Die Anwendung von teureren Mitteln und/oder die zu lange dauernde Lagerungs- oder Trocknungsstufe haben die industrielle Entwicklung der vernetzten Fasern verhindert.

Es ist auch bekannt, dass das Papier und die Wellpappe mit Formaldehyd· behandelt werden können. ( Siehe, z.B., US 1O16973, US 3264054, US 3310363). Diese Verfahren zielen darauf, die physikalischen Eigenschaften - besonders die Nassfestigkeit zu verbessern : sie erklären nicht, wie man einzelne Fasern behandeln kann.

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Die Vernetzung des Zellstoffes ist eine Reaktion der primären alkoholischen Gruppen der Anhydroglucoseeinheiten mit dem vernetzenden Mittel. Mehrere Verbindungen können gebraucht werden : formaldehyd, polyoxymethylen, trioxan, aminoplasten, glyoxal usw.

Die Reaktion wird durch Säuren katalysiert (Lewis Säuren, organische Säuren mit niedrigem Molekulargewicht).

Andere Verbindungen wie Epichlorhydrin oder Expoxyden erfordern einen basischen Katalysator.

Eine sehr wichtige Stufe der Vernetzungsreaktion ist die thermische Behandlung : es ist wohl bekannt, dass der Zellstoff durch Wärme und Säuren zerstört wird. Ein Ausgleich zwischen dir Säurekonzentration und der Temperatur muss gefunden werden.

Die Vernetzung geschieht entweder in einer flüssigen Phase oder in einer gasförmigen Phase. Was die flüssige Phase betrifft, bestehen zwei verschiedene Verfahren :

- das eine, mit einer niedrigen Faserkonzentration

- das andere, mit einer hohen Faserkonzentration.

Die geringste Menge des Vernetzungsmittels wird zu den Fasern zugeführt oder das Ubermass der Chemikalien wird durch das Drücken einer getränkten Bahn abgezogen. Stiche Verfahren lassen eine befriedigende Verteilung der Chemikalien und ein Aufschwellen der Fasern erreichen, besonders, wenn Wasser oder Phosphorsäure benutzt werden.

Einer der wichtigsten Parameter ist der Wassergehalt des Reaktionsmediums : um flache vernetzte Fasern herzustellen, soll weniger als 18 % Wasser angewandt werden. In dem Fall ist die Vernetzung eine oberflächige Reaktion und nach einer Trocknung - wie bei der Papierherstellung - bleiben die Fasern ungebunden. Wenn man weniger Wasser verlangt, kann man organische Lösungsmittel - Azeton, Dioxan, Essigsäure usw.- benutzen.

In siedendem Azeton dauert die Reaktion von 30 Sek. bis 10 Minuten. Gemäss der FR Offentlegungsschrift 2224485 wird die folgende Reaktion geführt :

Fasern Formaldehyd HCl- Wasser Azeton Konzentration % 5 4 4,9 9,5 76,6

Dauer : 10 min
Wasserabsorption : 31 g/g

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Λ"

Die Anwendung solcher Azetonmengen und die Rückgewinnung der Lösungsmittel - Katalysator Mischung verhindert eine industrielle Entwicklung dieses Verfahrens.

Mit der gasförmigen Reaktion wird eine sehr gute Verteilung der Chemikalien auf die Fasern erreicht. Jedoch muss die Anwendung von Salzsäure oder von anderen starken Säuren vormieden werden. Organische Säuren wie Ameisen- oder Essigsäure werden dann verwandt : Die Dauer der Reaktion ist länger, die Fasern werden nicht zerstört,aber die Rückgewinnung der Chemikalien und die Säureverluste sind sehr teuer. Wasserabsorption von 2?s/S ^{fcis 2}9 g/g werden erreicht.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von vernetzten Zellstoffasern durch das Sprühen der Chemikalien auf die einzelnen Fasern und durch die Erwärmung der Fasern in einem für den Lufttransport benutzten Apparat. Die Reaktionsdauer ist sehr kurz : von 1 Sek. bis 10 Sek. In der 200°C heissen Luft übertrifft die Temperatur der Fasern nicht 5O⁰C. So werden die Fasern nicht zerstört. Der Zellstoff wird erst zerfasert, gelüftet und an die Chemikalien - gasförmige Phase oder fein verteilte Tröpfchen — gestellt.

Die Reagentien bestehen aus 1 - 6 % (% Gewicht der Fasern) Vormaldehyd, einem Katalysator ( mindestens sehr geringe Mengen von Salzsäure) und Ameisensäure. Die nassen Fasern werden in die heisse Luft geführt und endlich von den Abfallgasen getrennt.

Um Zellstoffasern mit Formaldehyd zu vernetzen, beschreibt die Erfindung ein neues Verfahren, das keine Tränkungs- und/ oder Lagerungsstufe erfordert, Gemäss der Erfindung ist die ganze Dauer des Verfahrens - vom Zerfasern bis zur «Gewinnung der vernetzten Fasern - kürzer als 1 Minute.

Die Figur Ί bietet einen vereinfachten Entwurf der Einrichtung dar. Die Fasern kommen aus dem Zerfaserungsapparat 2, werden getrocknet und gelüftet in dem Zyklon 3t dann in das Besprühteil 4 und in das heisse Rohr 5 zusammen mit der heiseen Luft geführt.

Die vernetzten Fasern werden im Zyklon 7 getrennt und in 8 gewonnen. Die Luft und die Abfallgase kommen bei 9 heraus.

Der Zellstoff wird durch ein trockenes Verfahren zerfasert. Er enthält vorzugsweise oberflächenaktive Mittel. Einzelne Fasern ohne Knoten müssen erhalten werden. Wenn die Fasern agglomeriert oder nicht genug gelüftet sind, werden sie in einen mit einer hohen Geschwindigkeit sich bewegenden Luftzug geführt. Die Fasern können vorgewärmt werden.

Auf die gelüfteten Fasern werden die Reagentien regelmässig gebracht - durch das Kondensieren der Gase oder durch das Besprühen - bis der Trockengehalt der Fasern 70-80 % erreicht.

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Wenn die Reagentien besprüht werden, ist die Grosse der Tröpfchen für die Wirksamkeit und die Geschwindigkeit der Reaktion sehr wichtig.

Vorzugsweise werden die folgenden Verhältnisse angewandt: Chemikalien % Gewicht der Fasern

Formaldehyd 1 - 6

Salzsäure £ - 2

Ameisen-oder Essigsäure 0-12

Wasser 2-19

Das Verhältnis der Ameisen- oder Essigsäure soll weniger als 50 % der Chemikalien insgesamt sein.

Eine Vernetzung der Fasern ohne Ameisensäure ist aucl möglich: mehr Salzsäure oder Formaldehyd müssen benutzt werden. Andere Gründe bestehen darin, dass ohne Ameisensäure das Formaldehyd flüchtiger, dass die Reaktion schwieriger zu kontrollieren ist und dass die vernetzten Fasern minder saugfähig sind.

Die Ameisensäure hat mehrere Wirkungen : schwach Katalysator, Fixiermittel für das Formaldehyd und Schwellmittel der Fasern.

Die Salzsäurenmenge ist einer der wichtigsten Parameter : zu viel Salzsäure führt zu gelben Fasern. 0,1 % bis 0,2 % (% Gew. des Zellstoffs) Salzsäure (oder eines Salzes dieser Säure) sind die besten Verhältnisse.

Wasser kann, um die Mischung zu verdünnen, verwendet werden.

Die nassen Fasern werden in die Trocknungsluftleitung geführt, wo eine Temperatur von 80°C bis 25O⁰C herrscht und die Geschwindigkeit der Luft von 1 bis 20m/sek. gewählt ist·

Beispiele I bis V.

Lufttemperatur: l80°C

Dauer der heissen Behandlung: 2,5 Sek.

Besprühte Mengen : von 20 bis 25% (% Gew. der

Fasern)

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-b

rhältnisse der Reagentien	Farbe der vernetzten Fasern	Wasserabsorption s/g
HCIIO 20 HCl 12 Wa s s er 68	dunkel braun	29
IICHO 19,5 HCOOH 28 Wasser 52,5	Weiss	15
IICHO 19 HCOOH 27,7 IIC1 0,8 Wasser 52,5	weiss	33
IICHO 19 HCl 0,8 Wasser 80,2	leicht gelb	30-31
HCIIO l8 HCOOH 27,5 NH4CI k.k	Gelb	31

Kommentar

Chemikalien in den Fase] noch anwesei

mit weniger Katalysator sind weisse Fasern zu erwarten.

Die Wasserabsorption wurde nach der folgenden Methode gemessen Ein Handblatt ( 5g Zellstoff) wurde auf einem Laboratoriumsapparat vorbereitet und 2 Minuten unter 3,5kg/cm'^!' getrocknet· Das Blatt wurde 2 Stunden bei 105°C in einen Trocknungsapparat gelegt.

Das Blatt wurde dann in ein mit einem Drahtgewebe versehenes kegelförmigen Körbchen gestellt. Das zugemachte Körbchen wurde in einen mit Wasser gefüllten Behälter während 3 Minuten getaucht. Das Körbchen wurde entfernt und während 1 Minute entwässert. Die in dem Behälter übrig bleibende Wassermenge wurde gemessen.

Ein mit normalen Fasern vorbereitetes Blatt hat eine Saugfähigkeit von 3 bis 5g/g·

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COPY

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von mit Formaldehyd vernetzten Zellstoffasern, dadurch gekennzeichnet, dass Zellstoff während einer kürzeren Zeit als 1 Minute zerfasert, gelüftet, mit einer von 1% bis 6% (% Gewicht der Pasern) Formaldehyd, Salzsäure und Ameisensäure enthaltenden Mischung besprüht, in einen heissen Luftzug geführt und von den Abfallgasen getrennt wird.

Verfahren gemäss Patentanspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Ameisensäure geringer als 50 % der ganzen Chemikalien ist.

Verfahren gemäss Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Ameisensäure geringer als 12% des Gewichts der Fasern ist.

Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reagentien Salzsäure von Spuren bis 2 % des Gewichts der Fasern enthalten.

Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Luftzugs von 1 bis 20m/sek. beträgt.

Verfahren gemäss eines der anderen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der heissen Behandlung von 1 bis 10 Sek., vorzugsweise 2 bis 3 Sek., beträgt.

Verfahren gemäss eines der anderen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zerfaserte Zellstoff erwärmt wird.

Verfahren gemäss eines der anderen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Luftzuges von 80°C bis 25O°C, vorzugsweise 170 bis l80°C, beträgt.

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