DE60211989T2

DE60211989T2 - Herstellung von modifiziertem geflocktem Zellstoff, Produkte und Verwendung

Info

Publication number: DE60211989T2
Application number: DE60211989T
Authority: DE
Inventors: Michele Merrette Bridgewater Shore; A. Levent Princeton Cimecioglu
Original assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Current assignee: National Starch and Chemical Investment Holding Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: DE60211989D1; CA2376741A1; NO20021420D0; EP1245722B1; ES2264709T3; US20030024661A1; EP1245722A3; IL148706A0; ATE329077T1; EP1245722A2; NO20021420L; KR20020077064A; US6821383B2; AU2756802A; JP2003026701A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von modifiziertem geflocktem Zellstoff, umfassend Behandlung von Cellulose-Zellstoff mit einem Nitroxid-vermittelten Oxidationsverfahren und Flockigmachen des behandelten Cellulose-Zellstoffs. Die Erfindung betrifft außerdem den modifizierten geflockten Zellstoff, der daraus hergestellt wurde, und absorbierende Gegenstände, die den modifizierten, geflockten Zellstoff umfassen.
Hintergrund der Erfindung
Celluloseprodukte, z.B. absorbierende Pads und andere Strukturen, bestehen aus geflockten Cellulosefasern, die wiederum in erster Linie aus einzelnen Celluloseketten bestehen. Üblicherweise werden Cellulosefasern vernetzt, um Produkten, die solche vernetzten Fasern enthalten, vorteilhafte Eigenschaften, erhöhtes Absorptionsvermögen, Masse und Rückprallelastizität zu verleihen.
Vernetzte Cellulosefasern und Verfahren zu ihrer Herstellung sind umfangreich bekannt. Siehe z.B. Tersoro und Willard, Cellulose and Cellulose Derivatives, Bikales and Segal, Herausg., Part V, Wiley-Interscience, New York (1971), S. 835-875. Vernetzte Cellulosefasern werden durch Behandlung von Fasern mit einem Vernetzungsmittel hergestellt. Vernetzungsmittel sind im Allgemeinen bifunktionelle Verbindungen die im Kontext einer Cellulosevernetzung eine Hydroxylgruppe einer Cellulosekette mit einer anderen Hydroxylgruppe an einer benachbarten Cellulosekette kovalent verknüpfen. Trotz eines Waschens der Faser nach dem Vernetzungsprozess bleiben Restmengen dieser oft teuren Vernetzungsmittel in der Faser zurück. Von Vernetzungsmitteln ist bekannt, dass sie die Haut reizen und zusätzliche Produktionsschritte erfordern, um die störenden Chemikalien zu entfernen und zu entsorgen; dies gilt insbesondere bei Anwendungen, bei denen die aus diesen Fasern bestehenden Gegenstände direkt auf der Haut verwendet werden. Solche Verfahren sind oft kompliziert und wirtschaftlich nicht machbar.
EP-A-1 077 285 offenbart ein Verfahren zum selektiven Oxidieren der Cellulosepulpe bzw. des Cellulose-Zellstoffs mit einer begrenzten Menge an Oxidationsmittel und einem Nitroxyl-Radikal-Mediator. Dieses Dokument offenbart keine anschließende Behandlung des Flockigmachens des Zellstoffs.
Im Allgemeinen haben absorbierende Gegenstände, die geflockte, vernetzte Fasern umfassen, ein größeres Absorptionsvermögen, eine größere Masse und eine größere Rückprallelastizität als geflockte, nicht-vernetzte oder unbehandelte Cellulosefasern. Zusätzlich kann eine übermäßige Vernetzung brüchige Fasern mit übermäßiger Steifheit produzieren, was es schwierig macht, sie zu verdichteten Bögen zum Transport zu formen und anschließend ohne Faserschädigung flockig zu machen. Wenn diese Fasern in einem trockenen Zustand komprimiert werden, weisen sie im Allgemeinen ein geringes Ansprechen auf Vernetzen auf. Das heißt, sobald Pads aus auf herkömmliche Weise vernetztem geflocktem Zellstoff einmal in einem trockenen Zustand komprimiert wurden, erzielen sie nach Benetzung nicht wieder wesentliche Mengen ihres früheren Absorptionsvermögens und können ihre Fähigkeit "zu saugen", wie sie durch die Fähigkeit definiert ist, Flüssigkeit vom Insult-Punkt weg zu transferieren, verlieren.
Umgekehrt sind absorbierende Gegenstände, z.B. Pads, die aus unmodifizierten Cellulosefasern hergestellt sind, oft übermäßig flexibel und können ihre Strukturintegrität im nassen Zustand durch Kollabieren verlieren. Obgleich solche absorbierenden Gegenstände für einige Anwendungen, die ein Pad höherer Dichte erfordern, geeignet sind, haben solche absorbierenden Gegenstände eine geringe Rückprallelastizität und werden durch niedrigere Gesamtabsorptionseigenschaften insbesondere unter Bedingungen hoher Feuchtigkeit charakterisiert.
Außerdem sind solche Gegenstände oft unfähig, ihr "Saugvermögen" aufrecht zu erhalten, wenn sie befeuchtet werden, da das Pad kollabiert und sich auftrennt, wenn es komprimiert wird; wodurch die Fähigkeit des Pads, Feuchtigkeit zu übertragen, gestört wird. Die Unfähigkeit, Saugvermögen aufrecht zu erhalten, tendiert dazu, das Flüssigkeitsspeichervermögen des absorbierenden Gegenstands negativ zu beeinflussen, führt zum Auslecken der Flüssigkeit aus dem Gegenstand und zur anschließenden Reizung der Haut des Trägers. Anstrengungen, um die Absorption von solchen Artikeln durch Einbau von super-absorbierenden Polymeren (insbesondere Hydrogel-bildenden polymeren Materialien) zu erhöhen, können bei bestimmten Konzentrationen auch einen nachteiligen Effekt auf die Saugfähigkeit haben. Der Grund dafür ist ein Phänomen, das als "Gelblockierung" bekannt ist, bei dem das expandierende super-absorbierende Polymergel die offenen Poren in dem Gegenstand blockiert und die Übertragung von Flüssigkeit zu den äußeren Teilen des Gegenstandes verhindert.
Anstrengungen, um die Flüssigkeitstransporteigenschaften von absorbierenden Gegenständen zu verbessern, wurden in der Literatur beschrieben. Flüssigkeitstransporteigenschaften sind als die Menge an Flüssigkeit, die durch einen Gegenstand aufgesaugt oder transportiert werden kann, definiert und können durch Kombination von Aufsaugrate bzw. -geschwindigkeit und Aufsaugkapazität gemessen werden. Anstrengungen, um Flüssigkeitstransporteigenschaften zu verbessern, umfassen die Verdichtung des absorbierenden Gegenstands oder die Zugabe von Fasern mit hoher spezifischer Oberfläche oder von Partikeln zu dem Gegenstand mit der Absicht, die Aufsaugrate zu erhöhen. Obgleich diese Verfahren effektiv kleinere Porengrößen in dem absorbierenden Gegenstand erzeugen, wodurch die Aufsaugrate verbessert wird, zeigen sie auch die Tendenz, die Aufsaugkapazität des Gegenstandes zu verringern, was aber unerwünschte Beeinträchtigung der Gesamtflüssigkeitstransporteigenschaften hat.
Folglich bleibt ein Bedarf für ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines modifizierten, geflockten Cellulose-Zellstoffs mit verbesserten Absorptionseigenschaften, einschließlich Absorptionskapazität, strukturelle Integritiät, Aufsaugrate bzw. Aufsauggeschwindigkeit und Aufsaugkapazität, der in absorbierenden Gegenständen eingesetzt werden können.
Figurenbeschreibung
1 ist eine mikroskopische Aufnahme einer nicht-modifizierten Cellulose-Zellstofffaser, die anzeigt, dass die Faser einen geringen Kräuselgrad hat.
2 ist eine mikroskopische Aufnahme einer mit Aldehyd- und Carboxylgruppen-modifizierten Faser, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist (siehe Beispiel 1 unten), die anzeigt, dass die Faser einen höheren Kräuselgrad hat als die entsprechende unmodifizierte Cellulose-Zellstofffaser von 1.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wurde nun ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines modifizierten, geflockten Zellstoffs entdeckt, das keine Verwendung von Vernetzungsmitteln erfordert.
Das Verfahren zur Herstellung von modifiziertem, geflocktem Zellstoff umfasst a) Behandeln von Cellulose-Zellstoff mit einem Nitroxid-vermittelten Oxidationsverfahren und b) Flockigmachen der behandelten Fasern, wodurch der modifizierte Cellulose-Zellstoff etwa 1 bis etwa 50 mmol Aldehyd/100 g Cellulose-Zellstoff enthält.
Der modifizierte, geflockte Zellstoff, der nach diesem Verfahren hergestellt wird, wird durch hoch absorbierende Eigenschaften, einschließlich Absorptionskapazität, strukturelle Integrität, Aufsaugrate und Saugkapazität, gekennzeichnet.
Die absorbierenden Gegenstände, die den modifizierten geflockten Zellstoff der vorliegenden Erfindung umfassen, stellen eine Vielzahl von wesentlichen Leistungsvorteilen bereit und sind in einer Vielzahl von absorbierenden Produkten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Erwachsenen-Inkontinenz-Produkte, (Einweg-) Windeln, Damenbinden, Tampons und Bandagen, einsetzbar.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wurde nun ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines modifizierten geflockten Cellulose-Zellstoffs entdeckt, das die Notwendigkeit für Vernetzungsmittel eliminiert. Das Verfahren zur Herstellung von modifiziertem Zellstoff umfasst a) Behandeln von Cellulose-Zellstoff mit einem Nitroxidvermittelten Oxidationsverfahren und b) Flockig-machen der behandelten Fasern.
Der modifizierte geflockte Zellstoff, der über dieses Verfahren hergestellt wird, ist durch einen Aldehydgehalt zwischen etwa 1 und etwa 50 mmol/100 g Cellulose gekennzeichnet. Die Aldehyd-Funktionalität, die an der Cellulose dieser Erfindung erzeugt wurde, ermöglicht durch ihre Reaktivität mit Hydroxylgruppen an benachbarten Celluloseketten in der Tat "selbst-vernetzende" Wechselwirkungen entweder in (innerhalb der Faser) der Cellulosefaser oder zwischen benachbarten (zwischen Fasern) Cellulosefasern.
Diese selbst-vernetztenden Cellulose-Zellstofffasern werden durch Oxidation von Cellulose-Zellstoff in einem wässrigem Medium mit einem Oxidationsmittel, das eine Oxidationskraft hat, die bis zu 15,0 g aktivem Chlor pro 100 g Cellulose äquivalent ist, und einer wirksamen vermittelnden Menge an Nitroxylradikal erhalten, wobei die Reaktion bei einem pH von etwa 3,0 bis etwa 10,5 und einer Temperatur von etwa 5 bis etwa 50°C durchgeführt wird. Es werden insbesondere die primären ("C-6")-Alkohole am Cellulose-Zellstoff selektiv oxidiert. Der Nitroxyl-Radikal-Mediator, der hierin verwendet wird, ist ein Di-tert-alkyl-nitroxyl-Radikal, das eine der folgenden Formeln hat:
worin A eine Kette aus vorzugsweise zwei oder drei Atomen (gesättigt oder ungesättigt), insbesondere Kohlenstoffatomen, oder eine Kombination aus einem oder zwei Kohlenstoffatomen mit einem Sauerstoff- oder Stickstoffatom darstellt und die R₁-R₆-Gruppen dieselben oder unterschiedliche Alkylgruppen darstellen. Die Kette A kann mit einer Gruppe oder mehreren Gruppen, z.B. Alkyl-, Alkoxy-, Aryl-, Aryloxy-, Amino-, Amido- oder Oxo-Gruppen substituiert sein oder kann mit einer zweiwertigen Gruppe oder mehrwertigen Gruppe substituiert sein, die an eine oder mehrere andere Gruppen mit der Formel I gefunden ist/sind. Besonders nützliche Nitroxyl-Radikale sind Di-tert.-alkyl-nitroxyl-Radikale mit der Formel:
worin Y entweder H, OH, OR', NH-C(O)-R', OC(O)R' ist, Keto- oder Acetalderivate davon, worin R' Alkyl oder Aryl ist. Jede der Gruppen R₁-R₄ stellen dieselben oder unterschiedliche Alkylgruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen dar und insbesondere Methylgruppen dar. Nitroxyl-Radikale dieses Typs umfassen solche, worin a) die Gruppen R₁ bis R₄ alle Methyl sind und Y H ist, d.h. 2,2,6,6-Tetramethyl-1-piperdinyloxy (TEMPO); b) R₁-R₄-Gruppen Methyl sind und X OH ist und als 4-Hydroxy-TEMPO identifiziert wird, und c) R₁-R₄-Gruppen Methyl sind und Y NH-C(O)-CH₃ ist und als 4-Acetamido-TEMPO identifiziert wird. Das bevorzugte Nitroxyl-Radikal ist TEMPO oder 4-Acetamido-TEMPO. Das Nitroxyl-Radikal wird in einer wirksamen Menge verwendet, um die Oxidation zu vermitteln und insbesondere in einer Menge von etwa 0,001 bis etwa 20 %, sogar noch bevorzugter von etwa 0,005 bis etwa 5 Gew.% und noch bevorzugter von etwa 0,01 bis 0,1 %, wobei alle Prozente Gew.% sind, bezogen auf das Gewicht von Cellulose-Zellstoff. Das Nitroxyl-Radikal kann dem Reaktionsgemisch zugesetzt werden oder kann in situ aus den entsprechenden Hydroxylamin- oder Oxoammoniumion erzeugt werden. Ins Auge gefasste Nitroxyl-Radikal-Mediatoren umfassen z.B. Nitroxyl-Radikale, die aus Vorläufern, z.B. Hydroxybenzotriazol, erhalten werden.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Oxidationsmittel kann ein beliebiges Material sein, das fähig ist, Nitroxyl-Radikale in ihr entsprechendes Oxoniumsalz umzuwandeln. Besonders nützliche Oxidationsmittel sind die Alkali- oder Erdalkalimetallhypohalogenitsalze, z.B. Natriumhypochlorit, Lithiumhypochlorit, Kaliumhypochlorit oder Calciumhypochlorit. Es kann auch ein Alkali- oder Erdalkalimetallhypobromitsalz verwendet werden, und es kann in Form des Hypobromitsalzes selbst, z.B. Natriumhypobromit, eingesetzt werden, oder es kann in situ aus dem Zusatz eines geeigneten Oxidationsmittels, wie z.B. Natriumhypochlorit, und einem Alkali- oder Erdalkalimetallbromidsalz gebildet werden. Zusätzliche Oxidationsmittel, die in diesem Verfahren eingesetzt werden können, umfassen Wasserstoffperoxid in Kombination mit einem Übergangsmetallkatalysator, z.B. Methyltrioxorhenium (VII); Wasserstoffperoxid in Kombination mit einem Enzym; Sauerstoff in Kombination mit einem Übergangsmetallkatalysator; Sauerstoff in Kombination mit einem Enzym; Peroxysäuren, wie Peressigsäure und 3-Chlorperoxybenzoesäure; Alkali- oder Erdalkalimetallsalze von Persulfaten, z.B. Kaliumpersulfat und Natriumpersulfat, Alkali- oder Erdalkalimetallsalze von Peroxymonosulfaten, z.B. Kaliumperoxymonosulfat; Chloramine, wie z.B. 1,3,5-Trichlor-1,3,5-triazin-2,4,6(1H,3H,5H)trion, 1,3-Dichlor-1,3,5-triazin-2,4,6-(1H,3H,5H)trion-Natriumsalz, 1,3-Dichlor-5,5-dimethylhydantoin, 1-Brom-3-chlor-5,5-dimethylhydantoin und 1-Chlor-2,5-pyrrolidindion; und Alkali- oder Erdalkalimetallsalze von Ferricyanid. Diese Liste an Oxidationsmitteln ist nur erläuternd und soll nicht erschöpfend sein. Die Oxidationsmittel können einzeln oder in Kombination mit einem Alkali- oder Erdalkalimetallbromidsalz verwendet werden. Das bevorzugte Oxidationsmittel ist Natriumhypochlorit oder Natriumhypobromit, das durch Zusatz von Natriumhypochlorit und Natriumbromid gebildet wird.
Der wichtige Faktor bei der Verwendung des Oxidationsmittels ist der, dass es in einer beschränkten Menge verwendet werden muss, die die Oxidationskraft hat, die der von etwa 09,05 g bis etwa 15,0 g aktivem Chlor pro 100 g Cellulose-Zellstoff äquivalent ist. Geeignete Mengen an Oxidationsmittel werden auch eine Oxidationskraft haben, die äquivalent der von etwa 0,5 g bis 10 g aktivem Chlor, etwa 0,5 g bis etwa 5 g aktivem Chlor und etwa 0,5 g bis etwa 2,5 g aktivem Chlor äquivalent sind, wobei alle Werte auf 100 g Cellulose-Zellstoff bezogen sind. Wenn Natriumhypochlorit verwendet wird, wird es in einer begrenzten Menge von bis zu 30 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs, eingesetzt. Geeignet sind auch Mengen von Natriumhypochlorit, die im Bereich von etwa 0,05 % bis etwa 20 %, von etwa 1 % bis etwa 10 % und von etwa 1 % bis etwa 5 Gew.% reichen, wobei alle Werte auf das Gewicht von Cellulose-Zellstoff bezogen sind. Im Allgemeinen wird Bromid in der Form von Natriumbromid verwendet werden, und zwar in einer Menge von bis zu 5 Gew.% und vorzugsweise von etwa 0,1 bis 2 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs.
Um die Rate und/oder Selektivität des Nitroxid-vermittelten Oxidationsverfahrens zu erhöhen, kann auch ein Co-Katalysator verwendet werden. Besonders geeignete Co-Katalysatoren werden in US-Serial Number 09/573,303 beschrieben, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. Der Co-Katalysator liegt im Allgemeinen in einer Katalysator-wirksamen Menge, vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,005 bis 5,0 Gew.%, bevorzugter in einer Menge von etwa 0,01 bis 0,5 Gew.%, am bevorzugtesten in einer Menge von etwa 0,01 bis 0,2 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs, vor.
Das als Ausgangsmaterial verwendete Cellulosematerial kann ein beliebiges Cellulose-Zellstoffmaterial sein. Dieses umfasst Hartholz- oder Weichholz-Cellulosefasern, z.B. gebleichte und ungebleichte Sulfat (Kraft)-Fasern, gebleichte und ungebleichte Sulfitfasern, gebleichte und ungebleichte Sodafasern, neutrale Sulfitfasern, semi-chemische Sägemehlfasern, chemische Sägemehlfasern und Kombinationen dieser Fasern. Außerdem können auch Baumwoll-, Baumwolllinter- und regenerierte Cellulosefasern, einschließlich regenerierter Viskose, Rayon oder Lyocell verwendet werden, ebenso recycelte Abfallpapiere aus verschiedenen Quellen. Es kann auch trockener Halbstoff-Zellstoff oder niemals getrockneter Zellstoff verwendet werden. Bevorzugte Fasern in geflockten Zellstoff-Anwendungen sind im Allgemeinen lange Weichholzfasern, z.B. Kiefer, Douglasie, Fichte usw. Die Konsistenz der Cellulose oder des Zellstoffs in Wasser, die verwendet wird, wird etwa 0,1 bis 15 Gew.% Feststoffe in Wasser und vorzugsweise etwa 1 bis 5 Gew.% sein.
Die Oxidationsreaktion des Cellulosematerials wird vorzugsweise in einem wässrigen Medium durchgeführt. Der pH der Reaktion wird bei einem pH zwischen etwa 3,0 und etwa 10,5 gehalten. Ein geeigneter Reaktions-pH-Bereich kann auch zwischen etwa 4,0 bis 9,5 und von etwa 7,0 bis etwa 9,5 sein. Die Temperatur wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 5°C bis etwa 50°C gehalten. Geeignete Reaktionstemperaturen liegen auch im Bereich von etwa 20°C bis etwa 40°C. Das Ausmaß der Reaktion wird durch die Menge an Oxidationsmittel, die verwendet wird, oder die Reaktionszeit kontrolliert. Im Allgemeinen wird die Reaktionszeit von etwa 1 Minute bis etwa 5 Stunden sein.
Geeignete Reaktionszeiten liegen auch im Bereich von etwa 5 Minuten bis etwa 60 Minuten und von etwa 10 Minuten bis etwa 30 Minuten.
Durch Verwendung der Reagens- und Komponentenmengen, wie sie vorher definiert sind, und der angegebenen Reaktionsbedingungen können kontrollierte Mengen an Aldehyd-Funktionalität, insbesondere C-6-Aldehyd, erhalten werden. Die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Cellulosealdehydderivate werden eine effektive Aldehyd-Funktionalität von etwa 1 mmol bis etwa 50 mmol Aldehyd/100 g Cellulose-Zellstoff haben. Geeignete Bereiche des wirksamen Aldehydgehalts liegen im Bereich von etwa 1 mmol bis etwa 20 mmol, von etwa 1 mmol bis etwa 10 mmol und von etwa 1 mmol bis etwa 6 mmol; alle Aldehydgehaltswerte beziehen sich auf 100 g Cellulose-Zellstoff. Während des Oxidationsprozesses wird auch Carbonsäure-Funktionalität erzeugt oder gebildet werden. Erzeugte Mengen an Carboxylgehalt können bis zu 100 mmol/100 g Cellulose-Zellstoff sein. Es sollte betont werden, dass diese Menge an Carbonsäure-Funktionalität zusätzlich zu der bereits natürlicher Weise im Cellulose-Zellstoff oder durch den Typ an verarbeitetem Zellstoff, der verwendet wird, gebleichter Sulfatzellstoff und gebleichter Sulfitzellstoff, ist.
Die effektive Konzentration an Aldehyd ist ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung und ein Weg, durch den diese definiert werden kann, ist durch das Verhältnis von Aldehyd-Funktionalität zu erzeugter Carbonsäure-Funktionalität. Solche Level können durch Aldehyd-zu-erzeugter-Carbonsäure-Verhältnisse von größer als oder gleich 0,2 (auf der Basis mmol/100 g Cellulose oder Cellulose-Zellstoff für jede Funktionalität) definiert sein. Die Signifikanz der Kombination von Aldehyd- und Carbonsäure-Gehalt ist in der Verletzung der Fasern des oxidierten Cellulose-Zellstoffs manifestiert. Es wird angenommen, dass die wünschenswerten Eigenschaften der Fasern auf der Vernetzung basieren, die durch die Halb-Acetal- und/oder Acetalbindungsbildung der erzeugten Aldehyde und benachbarten Hydroxyl-haltigen Ketten erfolgt.
Im Allgemeinen sollten die Cellulosefasern nach Oxidation entwässert, getrocknet und direkt zu Zellstoffbögen oder -rollen geformt werden. Dieser Bogen kann entweder zum Transport komprimiert und verdichtet werden oder kann zur direkten Verwendung als absorbierender Gegenstand zu einer geringen Dichte verarbeitet werden oder einer anschließenden Defibration zur Verwendung als absorbierender Gegenstand zugeführt werden.
"Flockigmachen" oder mechanische Defibration kann durch eine Vielzahl von Mitteln, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, erreicht werden, z.B. unter Verwendung einer Hammermühle, und zwar in einem beliebigen Schritt nach den Entwässerungs- oder Trocknungsschritten. "Flockungs"-Verfahren bzw. Verfahren des "Flockigmachens" sind auf dem Fachgebiet bekannt und z.B. im US-Patent Nr. 3,987,968 beschrieben, das am 26. Oktober 1976 an D.R. Moore und O.A. Shields erteilt wurde und dessen Offenbarung hier durch Referenz aufgenommen wird. Der resultierende geflockte Zellstoff kann dann getrocknet werden oder durch Techniken, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, oder zu absorbierenden Strukturen mittels Düsentrockner gelegt werden.
Der modifizierte geflockte Zellstoff der vorliegenden Erfindung hat einen hohen Grad der strukturellen Integrität. Strukturelle Integrität bezieht sich auf die Fähigkeit des geflockten Zellstoffs, seine Gestalt beizubehalten. Die strukturelle Integrität der absorbierenden Gegenstände, die den modifizierten geflockten Zellstoff der vorliegenden Erfindung umfassen, wird durch eine Vielzahl von Faktoren, einschließlich Faserfestigkeit, Steifigkeit und Rückprallelastizität bestimmt.
Die Rückprallelastizität wird hier als die Fähigkeit eines absorbierenden Gegenstandes definiert, nach Kompression unter Kräften und Drücken einer üblichen Verwendung sich zu erholen oder "zurück zu federn", wodurch die strukturelle Integrität des absorbierenden Gegenstands beibehalten wird. Eine Kombination von Faktoren beeinträchtigt die Rückprallelastizität von absorbierenden Gegenständen. Es wurde betont, dass die Tendenz einer Faser, zu kräuseln, zu der Rückprallelastizität beiträgt und somit zur strukturellen Integrität von absorbierenden Gegenständen, die die Faser umfassen. Folglich wird angenommen, dass die erhöhte strukturelle Integrität des geflockten Zellstoffs der vorliegenden Erfindung aus der erhöhten Tendenz der oxidierenden Fasern, "sich zu kräuseln" im Vergleich zu den entsprechenden unmodifizierten Fasern resultiert, wie es durch die mikroskopischen Aufnahmen der unmodifizierten Cellulosefaser in 1 und der entsprechenden oxidierten Faser in 2 veranschaulicht wird.
Der modifizierte geflockte Zellstoff der vorliegenden Erfindung und Gegenstände, die den geflockten Zellstoff umfassen, beweisen selbst unter hoher Last (z.B. bei 250 psi, siehe Beispiel 3, unten) erhöhtes Wasser/Kochsalz-Absorptionsvermögen und zeigen eine erhöhte Saugfähigkeit, wenn man Vergleiche mit dem entsprechenden unmodifizierten geflockten Zellstoff anstellt. Die Absorptionskapazität, wie sie hierin definiert ist, ist das Gesamtgewicht an Flüssigkeit, das pro Gewicht geflockten Zellstoffs absorbiert wird.
Aufsaugkapazität ist hier als die Menge an Flüssigkeit definiert, die pro Zeiteinheit durch den Gegenstand aufgesaugt oder transportiert wird. Aufsaugrate ist hierin als die Entfernung definiert, die die Flüssigkeit sich pro Zeiteinheit durch den Gegenstand bewegt. Dementsprechend kann der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte modifizierte geflockte Zellstoff in absorbierenden Gegenständen verwendet werden, um eine Kombination von wünschenswerten Eigenschaften im Vergleich zu dem entsprechenden unmodifizierten geflockten Zellstoff zu verbessern, und zwar absorbierender Eigenschaften, wie sie durch Absorptionskapazität, strukturelle Integrität, Aufsaugrate und Aufsaugkapazität bewiesen werden.
Um das Absorptionsvermögen eines Produktes weiter zu erhöhen, werden absorbierende Gegenstände oft mit super-absorbierenden Polymeren ("SAPs") behandelt, um das Absorptionsvermögen des Gegenstands, in den sie eingearbeitet werden, zu verstärken. SAPs sind auf dem Fachgebiet gut bekannt und werden z.B. im US-Patent Nr. 4,822,453 beschrieben, dessen Offenbarung durch Referenz aufgenommen wird. SAPs, insbesondere solche, die durch im Wesentlichen wasserunlösliche Hydrogel-bildende Materialien hergestellt werden, haben die Tendenz, den Flüssigkeitstransfer (oder das Aufsaugen) durch den absorbierenden Gegenstand infolge von Gelblockierenden Effekten nachteilig zu beeinträchtigen. Es wird erwartet, dass die überlegene Saugfähigkeit und -kapazität des modifizierten geflockten Zellstoffs der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft sein kann, wenn es notwendig ist, einen absorbierenden Gegenstand, der einen solchen Zellstoff umfasst, mit SAP zu behandeln. Darüber hinaus kann die verbesserte Absorptionskapazität des modifizierten geflockten Zellstoffs eine Verringerung bei der Verwendung von teurem SAP ermöglichen, wie auch in vorteilhafter Weise die SAP-Chemikalienbelastung für die Umwelt verringern, was ein besonders wichtiger Faktor bei der Entsorgung der absorbierenden Gegenstände ist.
Durch die oxidative Modifikation der vorliegenden Erfindung hat der modifizierte geflockte Zellstoff eine relativ hohe Konzentrationf an anionischen Gruppen, die die verbesserte Retention von herkömmlichen ergänzenden Additiven, z.B. Debonder, Fixative und Bindemittel für chemische Additive. Der modifizierte geflockte Zellstoff der vorliegenden Erfindung auch kann eingesetzt werden, um typische "geflockte" Produkte zu verbessern, in denen eine Geruchsverringerung wünschenswert ist, da es bekannt ist, dass Polysaccharidaldehyde mit Aldehyd-reaktiver Funktionalität wechselwirken, wodurch der Geruch verringert wird, der durch Verbindungen, die Ammoniak, Amin- und Schwefel-Funktionalitäten enthalten. Siehe US-Patent Nr. 3,868,955, eingereicht am 5. Oktober 1973.
Die hierin beschriebenen absorbierenden Gegenstände können zusätzlich zu dem modifizierten geflockten Zellstoff der vorliegenden Erfindung herkömmliche geflockte Fasern, raffinierte Fasern, mechanisch behandelte Fasern, synthetische Fasern, modifizierte Fasern oder eine beliebige Kombination oder Mischung davon umfassen. Solche Fasern können vernetzt werden und mit Luft oder nass abgelegt werden.
Solche Gegenstände umfassen ohne Begrenzung Windeln (Einweg-Windeln, Trainingshosen, alles Produkte, die für Erwachsene und Kinder geeignet sind) und Frauenkörperpflege- und/oder -hygiene-Produkte (einschließlich Damenbinden, Tampons, Einlagen usw.), medizinische oder chirurgische Verbände (einschließlich Bandagen, Wischtücher, Schwämme, Abdecktücher, Kleidung, Bettpolster usw.), Lebensmittel (einschließlich Fleisch)-Verpackungspads, Auskleidungen oder Gehäuse, Filter zur Entfernung von Feuchtigkeit oder Geruch, Isolierung (gegen Feuchtigkeits-, Wärme- oder akustische Probleme), landwirtschaftliche Materialien, die zur Feuchtigkeitsretention benötigt werden, und Gewebe- und Tuch-Anwendungen, einschließlich ohne Beschränkung Gewebe und Tücher, einschließlich Reinigungstücher, Papiertaschentücher, kosmetische Wischtücher, Windeln/Servietten usw.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch wie folgt ausgedrückt werden:

1. Ein Verfahren zur Herstellung von modifiziertem geflocktem Zellstoff, umfassend: a) Behandeln von Cellulose-Zellstoff mit einem Nitroxid-vermittelten Oxidationsverfahren und b) Flockigmachen des behandelten Cellulose-Zellstoffs, wodurch der behandelte Cellulose-Zellstoff etwa 1 bis etwa 50 mmol Aldehyd-Funktionalität/100 g Cellulose-Zellstoff enthält.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei das Nitroxid-vermittelte Oxidationsverfahren den Schritt des Oxidierens des Cellulose-Zellstoffs in einem geeigneten Medium mit einem Oxidationsmittel in Gegenwart eines Nitroxid-Radikal-Mediators umfasst.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der Nitroxyl-Radikal-Mediator, der hierin verwendet wird, ein Di-tert-alkylnitroxyl-Radikal ist, das die Formel
hat, worin A eine Kette, die zwei oder mehr Atome hat, ist, wobei jedes Atom aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff ausgewählt ist und die Gruppen R₁-R₆ gleiche oder unterschiedliche Alkylgruppen darstellen.
4. Verfahren nach Ausführungsform 3, das außerdem wenigstens einen Co-Katalysator umfasst.
5. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der behandelte Cellulose-Zellstoff etwa 1 bis etwa 20 mmol Aldehydgruppen/100 g Cellulose-Zellstoff hat.
6. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der Nitroxyl-Radikal-Mediator TEMPO oder 4-Acetoamido-TEMPO ist.
7. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der Nitroxyl-Radikal-Mediator in einer zur Vermittlung der Oxidation wirksamen Menge eingesetzt wird.
8. Verfahren nach Ausführungsform 7, wobei die Menge des Nitroxyl-Radikal-Mediators etwa 0,001 bis etwa 20 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs ist.
9. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei das Oxidationsmittel ein Alkali- oder Erdalkalimetallhypohalogenit ist, das eine Oxidationskraft von etwa 0,05 bis etwa 15,0 g aktivem Chlor pro 100 g Substrat hat.
10. Verfahren nach Ausführungsform 9, wobei das Oxidationsmittel Natriumhypochlorit oder Natriumhypobromit ist.
11. Verfahren nach Ausführungsform 1, umfassend den Schritt des Oxidierens des Cellulose-Zellstoffs in wässrigem Medium mit etwa 0,5 % bis etwa 20 % Natriumhypochlorit in Gegenwart von etwa 0,005 % bis etwa 5,0 % 4-Acetamido-TEMPO und bis zu etwa 5 % Natriumbromid, wobei alle Gewichtsprozent auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs bezogen sind.
12. Verfahren nach Ausführungsform 11, wobei der Cellulose-Zellstoff in Gegenwart von etwa 1 bis etwa 5 % Natriumhydrochlorit in Gegenwart von 0,01 % bis etwa 0,1 % 4-Acetamido-TEMPO und von etwa 0,1 % bis etwa 2 % Natriumbromid, wobei alle Gewichtsprozent auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs bezogen sind, oxidiert wird.
13. Verfahren nach Ausführungsform 11, das außerdem Oxidieren des Cellulose-Zellstoffs in Gegenwart von etwa 0,005 % bis etwa 0,5 % Polyacrylamid umfasst.
14. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der behandelte Cellulose-Zellstoff ein Aldehyd-zu-Carbonsäure-Funktionalitäts-Verhältnis von größer als 0,2, bezogen auf 100 g Cellulose-Zellstoff, für jede Funktionalität hat.
15. Modifizierter, geflockter Zellstoff, hergestellt nach dem Verfahren von Ausführungsform 1.
16. Modifizierter, geflockter Zellstoff, hergestellt nach dem Verfahren von Ausführungsform 11.
17. Modifizierter, geflockter Zellstoff, hergestellt nach dem Verfahren von Ausführungsform 13.
18. Modifizierter, geflockter Zellstoff, der im Vergleich zu einem unmodifizierten geflockten Zellstoff eine gleichzeitige Zunahme bei der Aufsaugrate bzw. Aufsauggeschwindigkeit und der Saugfähigkeit bzw. Aufsaugkapazität hat.
19. Modifizierter, geflockter Zellstoff, der etwa 1 bis 50 mmol Aldehyd-Funktionalität/100 g Cellulose-Zellstoff hat.
20. Absorbierender Gegenstand, der den modifizierten, geflockten Zellstoff nach Ausführungsform 15 umfasst.
21. Absorbierender Gegenstand, der den modifizierten, geflockten Zellstoff von Ausführungsform 18 umfasst.
22. Absorbierender Gegenstand, der den modifizierten, geflockten Zellstoff von Ausführungsform 19 umfasst.

Die folgenden Beispiele werden die Ausführungsformen dieser Erfindung vollständiger veranschaulichen. In den Beispielen sind alle Teile und Prozentangaben Gewichtsteile und Gewichtsprozent und alle Temperaturen in Grad Celsium, wo nichts anderes angegeben ist. Wenn nichts anderes angegeben ist, wird bei Bezugnahme auf das Zellstoffgewicht das Gewicht des Zellstoffs per se, d.h. einschließlich des Gleichgewicht-Feuchtigkeitsgehalts, bezeichnet.
Beispiele
Verfahren:
Herstellung von Air-laid-Pads
Modifizierte und unmodifizierte Zellstoffe mit 3 % Konsistenz wurden unter Verwendung von verdünnter H₂SO₄ bzw. NaOH auf den gewünschten pH-Level von 3,6 oder 8,0 eingestellt. Es wurden Prüfbögen mit einem Gewicht von 161 g/m² an einem Blattformungsgerät (M/K-Modell, erhältlich von M/K-Systems, Pennsylvania, USA) mit einem Gewicht von 161 g/m² hergestellt. Die Prüfbögen wurden gegautscht, aber nicht gepresst und in einem Trommeltrockner bei 138°C getrocknet. Die resultierenden Bögen wurden unter Umgebungsbedingungen vor einer Defibration und vor einem Sieben in einer Mikro-Bantam-Laborhammermühle (Micron Powder Systems, Modell CF, 1725 U/pm, 1 cm Siebgröße) äquilibrieren gelassen. Die geflockten Fasern wurden dann unter Umgebungsbedingungen äquilibrieren gelassen, und ihr Feuchtigkeitsgehalt wurde aufgezeichnet.
Fasern (6,40 g) wurden in Luft dispergiert und unter Verwendung eines kleinen Mixers zu drei Schichten mit gleichem Gewicht geformt. Die Schichten wurden dann für 1 Minute unter Verwendung einer hydraulischen Presse zusammen gedrückt, um eine Dichte von 0,15 g/cm³ zu erhalten. Das resultierende Pad wurde auf einen kreisförmigen Bereich von 63,62 cm² und ein Gewicht von 650 g/m² getrimmt. Das Pad wurde dann erneut für eine Minute gepresst und sich für 1 Minute erholen gelassen, bevor die End-Dicke mit einem Greifzirkel gemessen wurde. Alle Pads wurden gepresst, um eine gleiche Dichte von 0,15 g/cm³ zu erhalten, die typischerweise in Baby-Winkeln gefunden wird.
Absorptionskapazität
Die Gesamt-Absorptionskapazität von Air-laid-Pads wurde unter Verwendung des Gravimetric Absorbency Test System ("GATS") von M/K Systems gemessen.
Pads (63,62 cm²) mit einem Gewicht von 650 g/m² und einer Dichte von 0,15 g/cm³ wurden auf eine gesättigte poröse Platte (Porosität 25-50 μm) derselben Fläche gelegt, welche mit einem Reservoir, das die gewünschte Testflüssigkeit enthielt, verbunden war. Eine Abdeckung wurde über die Pads gelegt, um Verdampfungseffekte zu verhindern. Die von der Probe absorbierte Flüssigkeit wurde durch eine Waage unterhalb des Reservoirs während des Zeitintervalls von 999 Sekunden gemessen und aufgezeichnet. Die Gesamt-Absorptionskapazität wurde als die Gramm an Flüssigkeit, die pro g Probe in 999 Sekunden absorbiert wurde, errechnet. Für die Absorptionskapazität von Pads, die super-absorbierendes Polymere ("SAP") enthalten, wird ein 9 cm GF/A-Glasfilterpapier auf die poröse Platte gegeben und vor Kontakt mit dem Probenpad vorgesättigt.
Absorptionsfähigkeit unter Belastung
Die Gesamt-Absorptionskapazität wurde auch für Air-laid-Pads unter Lasten, die üblicherweise bei Baby-Windeln auftreten, bestimmt. Entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren für die Absorptionskapazität mit dem GATS wurde die Absorptionsfähigkeit unter Last ("AUL") bestimmt, indem eine 0,30 psi-Last (20.679 Dyn/cm²) auf die Probe gelegt wurde. Der AUL-Wert wurde als g Flüssigkeit, die pro g Probe unter einer Last bei 30 Sekunden absorbiert wurden, errechnet. Für absorbierende Pads, die SAP enthielten, wurde der AUL-Wert bei 999 Sekunden bestimmt.
Messung der Aufsaugrate und der Aufsaugkapazität
Die Aufsaugrate von Air-laid-Pads wurde an quadratischen 7,8 cm × 7,8 cm-Pads mit einem Gewicht von 4,0 g und einer Dichte von 0,15 g/cm³ gemessen. Blau gefärbte Testflüssigkeit (250 ml) wurde in eine Wanne gegeben, so dass die Höhe des Flüssigkeitslevels in der Wanne 1 cm war. Die Probe wurde dann vertikal festgeklemmt, eine verdrahtete Klemme wurde 1 cm ab dem Boden des Pads platziert und eine zweite verdrahtete Klemme wurde genau 7 cm ab dem Boden des Pads platziert. Beide Klemmen wurden mit einem automatischen Zeitgeber verbunden. Die Probe wurde zum Boden der Wanne gesenkt, und der Timer wurde gestartet. Der Timer wurde gestoppt, wenn der Flüssigkeitslevel die zweite Klammer erreichte. Die Aufsaugrate in cm/s wurde dann aus der Zeit, die notwendig war, damit die Flüssigkeit sich 6 cm bewegte, errechnet.
Die Aufsaugkapazität ist das Volumen an absorbierter Flüssigkeit zu der Zeit, zu der die Flüssigkeit senkrecht die Standardstrecke von 6 cm für einen gegebenen Padquerschnitt durchwandert hat. Alle Pads haben das gleiche Gewicht und die gleiche Dichte.
Trockenrückprallelastizität
Die Trockenrückprallelastizität von Air-laid-Pads ist als die Fähigkeit von Pads definiert, nach Kompression unter einer Last sich zu erholen oder "zurück zu federn". Dies erläutert die Fähigkeit des Pads, die Form und die Rückprallelastizität unter Druck im trockenen Zustand aufrecht zu erhalten. Ein kreisförmiges trockenes Pad (63,63 cm²) mit einem Gewicht von 4,16 g wurde in einer hydraulischen Presse bei einem angewendeten Druck von 157 psi (10,8 × 10⁶ Dyn/cm²) oder 250 psi (17,2 × 10⁶ Dyn/cm²) für 1 Minute komprimiert. Das Pad wurde umgedreht und erneut für 30 Sekunden gepresst. Das Pad wurde aus der Presse entfernt und sich für 1 Minute erholen gelassen, wodurch die Dicke des Pads unter Verwendung eines Greifzirkels ohne Belastung und durch mehrere Messungen bestimmt wurde. Die Trockenrückprallelastizität wird als durchschnittliche resultierende Dicke in mm angegeben.
Synthetischer Urin
"Salzlösung" bedeutet im Folgenden eine Lösung von entionisiertem Wasser, die 0,9 Gew.% NaCl enthält. Ein "synthetischer Urin" war so zusammengesetzt, dass mehrere der gelösten Komponenten, die normalerweise in Baby-Urin gefunden werden, enthalten waren. Synthetischer Urin wurde hergestellt, indem 82,4 g NaCl, 3,2 g CaCl₂·2H₂O, 4,8 g MgSO₄·7H₂O, 86 g Harnstoff und 1 G Pluronic^® 10R8 zu deionisiertem Wasser für ein Gesamtvolumen von 10 l gegeben wurden. Ähnliches gilt für die "Salz"-Lösung, wobei die Salz-Konzentration 0,9 Gew.% der Gesamtlösung war.
Super-absorbierendes Polymer wird im Folgenden als SAP bezeichnet und entfaserte Fasern nach einer Behandlung in der Hammermühle werden im Nachfolgenden als "geflocktes Material" bezeichnet.
Beispiel 1:
Modifikation von Zellstofffaser bzw. Pulpefaser:

a. 4-Acetamido-TEMPO (24,8 mg) und Natriumbromid (1,24 g) wurden zu 8000 g einer gerührten Suspension von gebleichtem Weichholz-Kraft-Zellstoff mit 3 % Konsistenz (248 g Zellstoff bzw. Pulpe) gegeben, und der pH des Gemisches wurde mit 0,98 N Natriumhydroxid auf 9,5 eingestellt. Natriumhypochlorit (52,2 g einer 9,5%igen Lösung mit pH 9,5) wurde dann auf einmal geführt, und das Gemisch wurde bei 25°C für 30 Minuten gerührt. Der pH der Suspension wurde mit 0,98 N NaOH während der Reaktion unter Verwendung eines Brinkmann-pH-STAT 718-Titrino bei 9,5 gehalten. Am Ende des Behandlungszeitraums wurde die Reaktion entweder durch Ascorbinsäure (ca. 5 g) oder Ethanol (50 ml), um das restliche Hypochlorit abzufangen, beendet.

Der Zellstoff wurde filtriert und ausgiebig mit Wasser mit pH 4 bis 5 gewaschen. Er wurde dann entweder in Wasser zur anschließenden Verwendung wieder aufgeschlämmt oder in Luft bei Raumtemperatur für eine zukünftige Verwendung getrocknet.
Der Aldehydgehalt des modifizierten Zellstoffs wurde durch Titration der Säurel, die während der Oximderivatisierung mit Hydroxylamin-Hydrochlorid nach dem folgenden Schema und Verfahren gebildet wurde, bestimmt: RCHO + NH₂OH·HCl → RCHNOH + HCl
Eine Suspension oxidierten Zellstoffs in Wasser (ca. 200 g mit 1 % Konsistenz) wurde mit wässriger HCl auf pH 4 eingestellt und sich bei diesem pH stabilisieren gelassen. Getrennt davon wurde der pH einer frisch hergestellten wässrigen 2 M Hydroxylamin-Hydrochlorid-Lösung auch mit HCl auf 4 eingestellt. Ein Aliquot dieser Lösung (ca. 3 ml) wurde dann schnell in die kräftig gerührte Zellstoffsuspension eingeführt (großer molarer Überschuss an Hydroxylamin-Hydrochlorid). Der pH des Gemisches wurde durch Titration von gebildeter HCl mit 0,1 N NaOH-Lösung unter Verwendung eines Brinkmann-pH-STAT-718-Titrino bei 4 gehalten. Die Titration wurde fortgesetzt, bis keine weitere Verringerung im pH des Gemisches detektiert werden konnte (ca. 1 h). Die Aldehydkonzentration wurde auf der Basis des Gesamtverbrauchs von NaOH unter Verwendung der folgenden Gleichung (6,1 mmol/100 g Cellulose-Zellstoff bzw. -Pulpe) errechnet:
Die Konzentration an Carbonsäure, die während dieser Behandlungen gebildet wird, kann aus der Menge an NaOH-Titrationsmittel, das verbraucht wird, um den pH der Reaktionen aufrecht zu erhalten, bestimmt werden. Dies liefert eine direkte Angabe der zusätzlichen Carbonsäure, die an dem Zellstoff erzeugt wurde, und wird nach der folgenden Gleichung berechnet:
Alternativ wurde der Gesamtcarboxylgehalt des modifizierten Zellstoffs gemäß dem TAPPI 237-Verfahren für die Bestimmung des Carboxylgehalts von Zellstoff bestimmt (8,0 mmol/100 g Cellulose-Zellstoff bzw. -Pulpe).

b. Unter Verwendung eines Verfahrens ähnlich dem in Beispiel 1a beschriebenen, wurde eine andere Charge an Weichholz-Zellstoff ebenfalls modifiziert, um höhere Konzentrationen an Aldehyd- und Carboxylgehalt zu erzeugen, indem die Natrium-Hypochlorit-Behandlung auf 4 % owp erhöht wurde. Aldehyd- und Carboxylgehalt dieses bestimmten modifizierten Zellstoffs wird mit 15,7 mmol/100 g bzw. 17,7 mmol/100 g Cellulose-Zellstoff festgestellt.

Beispiel 2: Rückprallelastizitäts- und Absorptionseigenschaften von Air-laid-Pads
Proben von gebleichtem Süd-Weichholz-Kraft-Zellstoff wurden entsprechend den Beispielen 1a und 1b oxidiert. Alle modifizierten und unmodifizierten Zellstoffe wurden auf einen pH von 3,6 oder 8,0 vor der Bogenbildung unter Verwendung von verdünnter H₂SO₄ bzw. verdünntem NaOH eingestellt. Airlaid-Pads wurden dann wie im Verfahrensabschnitt beschrieben produziert und bezüglich verschiedener Eigenschaften im entionisiertem Wasser, Salzlösung und synthetischem Urin getestet.
Die in Tabelle 1 oben aufgezeichneten Resultate beweisen, dass die modifizierten Zellstoffe der vorliegenden Erfindung verbesserte Aufsaugrate bzw. Aufsauggeschwindigkeit und Absorptionskapazität sowohl unter Wasserals auch Salzlösungs-Bedingungen zeigen als dies unbehandelte herkömmliche Zellstoffe tun, und zwar insbesondere unter Lasten, die üblicherweise bei Baby-Windeln auftreten. TABELLE 2. Rückprallelastizitätseigenschaften von Pads, die oxidierte Zellstoffe enthalten
Die in Tabelle 2 angegebenen Daten zeigen die Verbesserung bei der strukturellen Integrität der modifizierten Zellstoffe der vorliegenden Erfindung, wie sie durch wesentliche Erhöhung bei der Rückprallelastizität im Vergleich zu dem entsprechenden unbehandelten Zellstoff sogar unter hohen Drücken von 250 psi gemessen wird.
Beispiel 3
Gebleichter Süd-Weichholz-Kraft-Zellstoff wurde nach dem in Beispiel 1a beschriebenen Verfahren oxidiert, außer dass die Reaktion bei einer Temperatur von 10°C bei 5 % Konsistenz ablief. Absorbierende Pads wurden aus den oxidierten Fasern nach dem im Verfahrensschritt beschriebenen Verfahren hergestellt.
Absorbierende Pads, die 10 Gew.% SAP des gesamten Verbundstoffs enthielten, wurden aus dem oxidierten Zellstoff gemäß Beispiel 1a hergestellt. Das verwendete Hydrokolloid (SAP) war ein vernetztes Natriumpolyacrylat, das von Stockhausen, Inc., AP70, erhalten worden war. Das SAP wurde homogen mit den geflockten Fasern vermischt, und das Verbundstoffpad wurde dann zu einer Enddichte von 0,15 g/cm³ und einem Gewicht von 650 g/m² für einen direkten Vergleich gepresst.
Die Daten, die die Integrität und die Salzlösung absorbierenden Eigenschaften der modifizierten Pads die auch die Aufsaugkapazität beweisen, sind in Tabelle 3 angegeben.
Die in Tabelle 3 angegebenen Daten zeigen, dass der modifizierte geflockte Zellstoff der vorliegenden Erfindung eine überraschend gleichzeitige Erhöhung sowohl der Aufsaugrate bzw. Aufsauggeschwindigkeit und der Aufsaugkapazität aufweist, was in einer Gesamtverbesserung bei den Flüssigkeitstransporteigenschaften resultiert. Außerdem zeigen die Daten die verbesserte Absorptionskapazität des modifizierten geflockten Zellstoffs wie auch eine erhöhte Rückprallelastizität, was in einer verbesserten strukturellen Integrität im Vergleich zu dem entsprechenden unbehandelten geflockten Zellstoff führt.
Zusätzlich veranschaulicht Tabelle 3 bei dem getesteten SAP-Level, dass eine Verringerung beim SAP-Gehalt erreicht werden kann, wenn die modifizierten Pads der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von modifiziertem geflocktem Zellstoff, umfassend – Behandeln von Cellulosezellstoff mit einem Nitroxid-vermittelten Oxidationsverfahren, das den Schritt des Oxidierens des Cellulose-Zellstoffs in einem geeigneten Medium mit einem Oxidationsmittel in Gegenwart eines Nitroxylradikal-Mediators umfasst, und – Flockig-machen des behandelten Cellulose-Zellstoffs, wodurch der Cellulose-Zellstoff etwa 1 bis etwa 50 mmol Aldehydfunktionalität/100 g Cellulose-Zellstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nitroxylradikal-Mediator, der hierin verwendet wird, ein Di-tert.-alkylnitroxylradikal ist, das die Formel:
hat, worin A eine Kette, die zwei oder mehr Atome hat, ist, wobei jedes Atom aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, ausgewählt ist und die Gruppen R₁-R₆ gleiche oder unterschiedliche Alkylgruppen darstellen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, das wenigstens einen Co-Katalysator umfasst.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei der behandelte Cellulose-Zellstoff etwa 1 bis etwa 20 mmol Aldehydgruppen/100 g Cellulose-Zellstoff hat.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei der Nitroxylradikal-Mediator TEMPO oder 4-Acetamido-TEMPO ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei der Nitroxylradikal-Mediator in einer zur Vermittlung der Oxidation wirksamen Menge verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, wobei die Menge des Nitroxylradikal-Mediators etwa 0,001 bis etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs, ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, wobei das Oxidationsmittel ein Alkali- oder Erdalkalihypohalogenit ist, das eine Oxidationskraft von etwa 0,05 bis etwa 15,0 g aktivem Chlor pro 100 g Substrat hat.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, wobei das Oxidationsmittel Natriumhypochlorit oder Natriumhypobromit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt des Oxidierens des Cellulose-Zellstoffs in wässrigem Medium mit etwa 0,5 % bis etwa 20 % Natriumhypochlorit in Gegenwart von etwa 0,005 % bis etwa 5,0 % 4-Acetamido-TEMPO und bis zu etwa 5 % Natriumbromid, wobei alle Gewichtsprozent auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs bezogen sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Cellulose-Zellstoff in Gegenwart von etwa 1 bis etwa 5 % Natriumhydrochlorit in Gegenwart von 0,01 % bis etwa 0,1 % 4-Acetamido-TEMPO und von etwa 0,1 % bis etwa 2 % Natriumbromid, wobei alle Gewichtsprozent auf das Gewicht des Cellulose-Zellstoffs bezogen sind, oxidiert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 11, außerdem umfassend Oxidieren des Cellulose-Zellstoffs in Gegenwart von etwa 0,005 % bis etwa 0,5 % Polyacrylamid.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, wobei der behandelte Cellulose-Zellstoff ein Aldehyd-zu-Carbonsäure-Funktionalitäts-Verhältnis von größer als 0,2, bezogen auf 100 g Cellulose-Zellstoff, für jede Funktionalität hat.
Modifizierter, geflockter Zellstoff, hergestellt nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13.
Modifizierter, geflockter Zellstoff, der im Vergleich zu einem unmodifizierten, geflockten Zellstoff eine gleichzeitige Zunahme bei der Aufsauggeschwindigkeit und bei der Saugfähigkeit hat.
Modifizierter, geflockter Zellstoff, der etwa 1 bis etwa 50 mmol Aldehyd-Funktionalität/100 g Cellulose-Zellstoff hat.
Absorbierender Gegenstand, der den modifizierten, geflockten Zellstoff nach den Ansprüchen 14 bis 16 umfasst.