DE69407759T2

DE69407759T2 - Verfahren zur vernetzung von zellstofffasern

Info

Publication number: DE69407759T2
Application number: DE69407759T
Authority: DE
Inventors: Sherrill J. Jr. Appleton Wi 54915 Hazard
Original assignee: James River Corp of Virginia
Current assignee: Fort James Corp
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1994-02-14
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2014-02-15
Also published as: DE69407759D1; FI953766A0; WO1994018385A1; FI953766A; CA2155524C; EP0683832B1; US5384011A; EP0683832A1; CA2155524A1

Description

Die Erfindung betrifft Cellulosefasern mit verbesserter Bauschelastizität sowohl in nassem als auch in trockenem Zustand und absorbierende Strukturen, die diese Cellulosefasern beinhalten. Genauer betrifft die Erfindung ein neues Verfahren zur Herstellung von einzelnen gewundenen vernetzten Cellulosefasern, wobei neu ist, daß man mit einem Vernetzer behandelte Fasern erhitzt, indem man sie von turbulentem überhitztem Dampf bei bestimmten Drücken und Temperaturen nitreißen läßt, die Fasern individualisiert und dann die Fasern härtet, während sie von turbulentem überhitzten Dampf bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mitgerissen werden.

Hintergrund der Erfindung

Fasern, die in in wesentlichen individualisierter oder vereinzelter Form vernetzt sind und verschiedene Methoden zur Herstellung solcher Fasern wurden im Stand der Technik beschrieben. Wie es in Stand der Technik bekannt ist, bezieht sich der Ausdruck "individualisierte vernetzte Fasern" auf Cellulosefasern, die hauptsächlich innerhalb der Fasern vernetzte Bindungen aufweisen, d.h., daß die vernetzten Bindungen hauptsächlich zwischen Cellulosemolekülen einer einzigen Faser statt zwischen Cellulosemolekülen getrennter Fasern auftreten. Individualisierte vernetzte Fasern werden in allgemeinen als nützlich angesehen für solche Produktanwendungen, bei denen ein großes Volumen, eine hohe Saugfähigkeit oder beides wünschenswert sind. Saugfähige Strukturen, die individualisierte vernetzte Fasern enthalten, weisen in allgemeinen eine Verbesserung mindestens einer der wichtigen Saugfähigkeitseigenschaften auf gegenüber üblichen nicht vernetzten Fasern. Strukturen, die diese Fasern beinhalten, weisen in allgemeinen auch ein großes Volumen auf.
Eine gute Diskussion des Standes der Technik wird in US-A 5 137 537 offenbart, deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Wie aus US-A 5 137 537 und der Offenbarung des Standes der Technik ersichtlich ist, gab es viele Verfahren zur Vernetzung von individualisierten Cellulosefasern und eine Vielzahl von Vernetzungsmitteln, die verwendet wurden, einschließlich Formaldehyd und Additionsprodukten, die als n- Methylolmittel oder n-Methylolamide bekannt sind. Dialdehydvernetzungsnittel wurden auch verwendet, ebenso wie Polycarbonsäuren, einschließlich C&sub2;-C&sub9;-Polycarbonsäuren und insbesondere Citronensäure. Vernetzungsmittel werden gewöhnlich als Co-Reaktanden und/oder Katalysatoren verwendet. Bei den Verfahren des Standes der Technik, die sich in spezifischen Aspekten der Vernetzungsnittel unterscheiden, werden Cellulosefasern mit einem Vernetzungsmittel behandelt, eine ausreichend lange Zeit, damit das Vernetzungsmittel in die Fasern eindringen kann, behandelt und die Fasern werden dann in die individualisierte Form zerfasert mit einer Vielzahl von Techniken, einschließlich einer mechanischen Zerfaserung, ebenso wie mit verschiedenen Trockenzerfaserungsvorrichtungen. Die Fasern werden dann getrocknet und gehärtet, gewöhnlich in Luft mit erhöhter Temperatur.
Obwohl die oben angegebenen Verfahren zur Erzeugung von annehmbaren Produkten geführt haben, besteht nichtsdestotrotz insbesondere für die Papierindustrie weiterhin ein Bedarf, eine Vernetzungstechnologie zu entwickeln, die das Potential hat, daß sie wirtschaftlich bedeutend wird. Insbesondere ist es erwünscht, eine Vernetzungstechnologie zu entwickeln, die: ein relativ schlingenfreies Produkt bei hohen Durchsatz und geringer Verweilzeit erzeugt; eine hohe Wärmeeffizienz liefert und in einem geschlossenen System durchgeführt werden kann, sodaß kein direktes Entlüften in die Atmosphäre erfolgt, was offensichtliche Vorteile im Hinblick auf Gesundheit und Sicherheit liefert. Idealerweise kann die Vorrichtung leicht kontrolliert werden, ist äußerst zuverlässig und erfordert nur wenige sich bewegende Teile.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wurde nun gefunden, daß die oben angegebenen Aufgaben gelöst werden können, indem individualisierte vernetzte bauschfähige Fasern, ebenso wie aus diesen Fasern hergestellte saugfähige Strukturen bereitgestellt werden, indem ein Verfahren verwendet wird, bei dem Cellulosefasern, die einer üblichen Naßverarbeitung mit einem Vernetzungsnittel unterzogen wurden, getrocknet und gehärtet werden, während sie in turbulenten überhitzten Dampf schweben. Das zur Behandlung der Faser vor den Trocknen und Härten verwendete chemische Vernetzungsmittel wird in einer Menge angewendet, die ausreicht, um ein Standardvolumen von mindestens etwa 3,4 cm³/g zu erzeugen, wenn es in einem Anteil von 15 Gew.-% in Britische Handmuster gemäß Tappi-Standard eingearbeitet wird, wobei aber ein Pressdruck von 103,4 kPa (15 psig) verwendet wird. Die Fasern werden in einen unter Druck gesetzten Trockner eingeleitet, wo sie von turbulenten überhitzten Dampf mit einem Druck von ungefähr 69,0 bis 488,9 kPa (10 bis 70 psia) und mit einer Anfangsdampftemperatur von mehr als etwa 140ºC, bevorzugt 200 bis 300ºC, mitgerissen werden. Während des Trocknens kann die Temperatur auf nur 150ºC absinken, aber Ausgangstemperaturen von 170 bis 220ºC sind bevorzugt.
Die getrockneten Fasern werden von Dampf in einen üblichen Zyklon getrennt und der Dampf wird zur Wiederverwendung zurückgeführt. Die in den Zyklon abgetrennten Fasern durchlaufen eine Trockenzerfaserungsvorrichtung (die weggelassen werden kann, falls erwünscht) und dann in ein Härtungsrohr, das den Trockner ähnlich ist, das sich aber dadurch unterscheidet, daß die Fasern, die hineingeleitet werden, einen beträchtlich geringeren Wassergehalt haben, d.h. sie sind bevorzugt 100% trocken.
Es wurde gefunden, daß aus Gründen, die nicht vollständig verstanden werden, das Wasser in der Faser die chemische Härtung negativ beeinflußt, da die Faser beschädigende Abbaureaktionen bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Säure und Wasser auftreten. Daher werden durch Trennen der Trocknungs- und Härtungsstufe und durch Durchführung beider mit unter Druck gesetztem Dampf die Ergebnisse verbessert. Die Temperaturen und Drücke im Trockner und in Härtungsrohr sind ähnlich, z.B. 140 bis 350ºC und 69,0 bis 488,9 kPa (10 bis 70 psia), aber beide können bei verschiedenen Temperaturen und/oder Drücken betrieben werden.
Es versteht sich, daß es aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt ist, in wesentlichen zu 100% überhitzten Dampf in den unter Druck gesetzten Trockner und in den Härtungsrohr zu verwenden, aber jedes nicht sauerstoffhaltige Gas kann als Verdünnungsmittel verwendet werden, z.B. Stickstoff.
Um das Trocknen in einem Zeitraum durchzuführen, der für den kommerziellen Betrieb annehmbar ist, und um die Dauer zu minimieren, während der die Faser mit überhitztem Dampf in Kontakt ist, muß die Trocknertemperatur mindestens 140ºC sein, wie aber von Fachmann auf diesem Gebiet erkannt wird, ist dies nur ein schlechter Weg, um die Fasertemperatur zu definieren. Es ist nicht die Temperatur des Trockners, die wichtig ist (vorausgesetzt, sie ist anfangs > 140ºC), sondern die Temperatur der Faser, insbesondere wenn sie den Trockner verläßt. Diese Temperatur ist schwierig zu messen, aber eine Ausgangsdampftenperatur von etwa 150 bis etwa 220ºC liefert befriedigende Ergebnisse.
Es ist anzumerken, daß die sowohl in den Trockner- als auch Härtungsbereichen vorgesehene Turbulenz eine interne Zerfaserungswirkung liefert, was somit einen hohen Grad an Faserindividualisierung fördert und aufrechterhält.
Schließlich wird die Faser von dem überhitzten Dampf in einem weiteren Zyklon abgetrennt und wird danach gegebenenfalls wieder trocken zerfasert, gepreßt und zu Ballen verarbeitet oder direkt einem geeigneten Verfahren, das ihre Verwendung beinhaltet, zugeführt. Bei einigen Anwendungen kann es als wünschenswert angesehen werden, die Fasern nach dem Härten zu waschen, um nicht umgesetzte Chemikalien zu entfernen, aber bei vielen Anwendungen wird dies nicht notwendig sein.
Es ist anzumerken, daß es möglich ist, die getrennten Stufen des Trocknens und Härtens in einer einzigen Vorrichtung durchzuführen, aber wegen des leichteren Betriebs und der leichteren Kontrolle sind ein getrennter Trockner und ein getrenntes Härtungs rohr bevorzugt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein Blockdiagramm des neuen Verfahrens der Erfindung. Figur 2 ist eine schematische Darstellung des neuen Verfahrens der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das neue Verfahren der Erfindung ist am besten zu verstehen mit dem Blockdiagramm von Figur 1, in dem dargestellt ist, daß die Naßverarbeitung vor dem Trockner eine übliche Technologie ist, die im Stand der Technik wohlbekannt ist, und für eine solche Technologie an sich wird keine Neuheit beansprucht, sondern nur in Kombination mit der Härtung. So schließt z.B. die Naßverarbeitung typischerweise die Bildung eines Faserbreis ein, gewöhnlich mit einer Konsistenz von etwa 10 bis 12%, an die sich eine übliche Entwässerung auf eine Konsistenz von etwa 40%, eine chemische Vernetzungsmittelbehandlungsstufe, eine weitere übliche Entwässerungsstufe, um die Konsistenz wieder auf etwa 40% zu bringen, wobei für all diese Verfahren eine übliche Ausrüstung, z.B. eine Schraubenpresse, verwendet wird, ein Regenerieren, Rückführen von Wasser mit und ohne Chemikalien und Rückführen des Vernetzungsmittels, falls erwünscht, anschließt.
Obwohl jedes übliche Vernetzungsmittel des Standes der Technik verwendet werden kann, einschließlich den vorher erwähnten, wird insbesondere 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxymidazolidion (DMDHEU) katalysiert mit Magnesiumchlorid bevorzugt. Die Menge an DMDHEU, die verwendet wird,: ist ungefähr 2 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Faser, und die angewendete Menge an Magnesiumchlorid ist etwa 0,5 bis 3 Gew.-%. Die Verwendung dieser Materialien, um Fasern zu behandeln, ist im Stand der Technik bekannt, wie aus US-A 3 440 135 ersichtlich. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auch sehr gut geeignet, um zusammen mit Polycarbonsäurevernetzern, wie Citronensäure, katalysiert durch Natriumhypophosphit oder Mononatriumphosphat, ebenso wie 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxyethylenharnstoff (DHDMEU), das auch durch Magnesiumchlorid katalysiert wird, verwendet zu werden. Die Verwendung von Citronensäure wird in US-A 5 137 537 ebenso wie in EP-A 440 472, veröffentlicht am 7. August 1992, beschrieben.
Wenn die Fasern mit einem Vernetzungsmittel imprägniert werden, werden die inprägnierten Fasern im allgemeinen eine ausreichend lange Zeit in einem Equilibrierungsbehälter gehalten, damit das Vernetzungsmittel die Fasern gründlich imprägnieren kann. Die inprägnierten Fasern werden anschließend den üblichen Entwässerungsschritten unterzogen und dann durch einen üblichen Zerschnitzler und einen üblichen Defibrator geleitet. Wie vorher angegeben sind alle diese Techniken im Stand der Technik wohlbekannt und es wird für sie keine Neuheit beansprucht.
Das neue Verfahren der Erfindung beginnt tatsächlich, wenn Cellulosefasern, gewöhnlich mit einer Konsistenz von etwa 20 bis 50 Gew.-%, in den Trockner eingeführt werden. Der Trockner ist ein unter Druck gesetzter Trockner, der sowohl in US- A 4 043 049 als auch US-A 4 244 778 offenbart wird. Wie vorher angegeben, ist der Trockner ein unter Druck gesetzter Trockner, der mit überhitztem Dampf mit einen Druck von ungefähr 69,0 bis 488,9 kPa (10 bis 70 psia) und einer Eingangsdampftemperatur von mehr als etwa 140ºC und weniger als 300ºC, bevorzugt 200 bis 300ºC, betrieben wird.
Der Trockner von US-A 4 244 778 ist so, daß er eine turbulente Strömung liefert, wodurch die Fasern mit den überhitzten Dampf mitgerissen werden.
Die getrocknete erhitzte Faser wird von den Dampf in einem üblichen Zyklon getrennt und der Dampf kann dann in den Trockner oder einen anderen Teil des Verfahrens, je nach Wunsch, zurückgeführt werden.
Die in dem Zyklon abgetrennte Faser wird in eine übliche Trockenzerfaserungsvorrichtung (die je nach Wunsch weggelassen werden kann) und ein Härtungsrohr geleitet, das im allgemeinen die gleiche Konfiguration wie der Trockner hat. Wie vorher erwähnt, können, falls erwünscht, die vernetzten Fasern gewaschen werden, um nicht umgesetztes chemisches Vernetzungsnittel zu entfernen, obwohl in vielen Fällen die Fasern ohne Waschen verwendet werden können.
Ein besonders vorteilhafter Aspekt bei der Verwendung des neuen Verfahrens besteht darin, daß die Bildung von Schlingen und Knoten beträchtlich vermindert wird verglichen mit Techniken, die das Trocknen und Härten in einem turbulenten überhitzten Dampfstrom nicht beinhalten. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, ist die Bildung von Schlingen und Knoten ein häufiges Problem bei der Herstellung von elastischen Flauschfasern, insbesondere wenn eine chemische Vernetzung angewendet wird.
Es war im Stand der Technik üblich, Haftlösungsmittel, eine mechanische Zerfaserung, wie ein Hammerwerk und ein Sieben anzuwenden, um den Schlingen/Knotengehalt der behandelten Faser zu vermindern. Solche Maßnahmen sind eher teuer und können für die Faser und die Papierqualität schädlich sein. Das neue Verfahren der Erfindung vermindert die Menge an Schlingen und Knoten und liefert daher einen zusätzlichen ökonomischen Nutzen.
Das neue Verfahren der Erfindung ist anwendbar für trockenen Schlagabraum oder niemals getrocknete Holzfasern. Jede zumindest teilweise chemisch aufgeschlossene Holzfaserstoff-Faser kann verwendet werden. Gebleichte Pulpen mit hoher oder niedriger Farbfehlerfreiheit können verwendet werden. Es wird Kraft-Zellstoff bevorzugt, idealerweise Kraft-Nadelholzhalbstoff mit hoher Farbfehlerfreiheit, aber es kann sowohl Laub- bzw. Hartholz als auch Nadel- bzw. Weichholz, das unter Verwendung des Kraft-, Sulfit- oder Natronkochverfahrens und von Modifikationen dieser Verfahren zu Halbstoff verarbeitet wurde, verwendet werden. In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen soll der Ausdruck "Fasern" sowohl Teilchen mit einen relativ hohen Aspektverhältnis, die typischerweise als Fasern bezeichnet werden, als auch Teilchen mit einen geringeren Aspektverhältnis und Faserbruchstücke, die oft als Feingut bezeichnet werden, umfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Holzfaserstoff- Fasern beschränkt, sondern ist auch anwendbar für Fasern wie Zuckerrohrrückstände, Kenaf, Abaka, Bambus, Sisal, Baumwolle und andere individualisierte nicht holzige Cellulosefasern.
Die so hergestellten gehärteten Fasern können dann zur Verwendung dispergiert werden. Bevorzugt beinhaltet die Dispersionsstufe, daß man die gehärteten Fasern mit Wasser oder bevorzugt geschäumtem Papierrohstoff in Kontakt bringt. Diese Flauschfasern können dann - allein oder in Mischungen -verwendet werden, um Produkte herzustellen, die verbesserte Bausch- und Saugeigenschaften aufweisen. Die Verbesserung der Saugfähigkeit bezieht sich sowohl auf eine schnellere Saugrate als auch auf ein erhöhtes Flüssigkeitrückhaltevermögen. Die Mengen an vernetzten Fasern, die verwendet werden, um die Produkte herzustellen, können leicht vom Fachmann auf diesem Gebiet bestimmt werden. Z.B. werden bei Filtrations- und Absorptionsmittelanwendungen häufig 100% aus den Fasern der vorliegenden Erfindung hergestellt. Andererseits können Papierhandtuch- und Seidenpapierprodukte hergestellt werden, indem Fasern der vorliegenden Erfindung mit einer größeren Menge üblicher Holzfaserstoff-Fasern vermischt werden. Bei solchen Anwendungen können vernetzte Fasern in einer Menge von etwa 30% oder weniger, bevorzugt etwa 15 Gew.-% bezogen auf das Papierprodukt, verwendet werden.
Figur 2 erläutert das vollständige Verfahren der Erfindung, indem Dickstoff mit einer Konsistenz von etwa 10 bis 12% in dem Behälter 12 aufbewahrt wird, der zu einer Schraubenpresse 14 geleitet wird und auf eine Konsistenz von mindestens 40 Gew.-% Feststoffen entwässert wird. Die entwässerte Faser verläßt die Leitung 16 und wird zu der Regeneriervorrichtung oder dem Wiederaufbereiter 18 geleitet. Abwasser wird durch die Leitung 20 geleitet und kann entweder ausgetragen werden oder an anderen Stellen der Anlage verwendet werden. Das Vernetzungsmittel und der Katalysator werden über die Leitung 22 eingeführt, während Frischwasser, das den Katalysator und das Vernetzungsmittel nicht voradsorbiert enthält, über Leitung 24 eingeleitet wird. Der mit dem Vernetzungsmittel imprägnierte Faserstoff mit einer Konsistenz von 1 bis 40%, bevorzugt 4 bis 12 Gew.-%, bevorzugter 6 bis 8 Gew.-%, wird durch die Leitung 26 in den Equilibrierungsbehälter 28 geführt. Die Equilibrierung ist eine fakultative Stufe, die normalerweise verwendet wird, um eine effektivere Verwertung des Vernetzungsmittels sicherzustellen, indem die Fasern ausreichend lange sorgfältig imprägniert werden. Wenn der Equilibrierungsbehälter 28 verwendet wird, wird er in relativ geringer Bewegung gehalten, damit die Faser gründlich mit den Vernetzungschemikalien imprägniert werden kann. Behandelte Faser aus dem Equilibrierungsbehälter 28 läuft durch die Leitung 34 und wird in die Schraubenpresse 36 geführt. Wasser und Chemikalien, die die Schraubenpresse 36 verlassen, werden über die Leitung 38 zurückgeführt. Die Fasern aus der Schraubenpresse 36 werden durch die Leitung 42 zu einer Zerfaserungsförderanlage 44 und dann über die Leitung 46 zu einer Zellradschleuse 48 und einem Defibrator 49 in den unter Druck gesetzten Trockner 50 geleitet.
Der unter Druck gesetzte Trockner so ist, wie in US-A 4 244 778 und 4 043 049 offenbart. Wie ersichtlich umfaßt der unter Druck gesetzte Trockner 50 ein langes gekrümmtes teilweise mit Dampfmantel versehenes Rohr 51 mit zahlreichen darin gebildeten Biegungen 54. Wie in US-A 4 244 778 offenbart, wird eine turbulente Strömung erzeugt, die die Fasern mitreißt und zu einer weiteren Faserindividualisierung und/ - oder Zerfaserung führt.
Die getrocknete Faser tritt durch die Leitung 55 in den Zyklon 60, wo der Dampf über die Leitung 61 zurückgeführt werden kann. Die Faser, die in Zyklon 60 abgetrennt wurde, wird durch die Leitung 62 in den Härtungsbereich 65 über einen Drehschieber 63 und eine Trockenzerfaserungsvorrichtung 64 (fakultativ) geleitet. Der Härtungsbereich 65 ist im wesentlichen identisch mit den Trockner 50 und hat im wesentlichen die gleiche Konstruktion, wie die in US-A 4 244 778 offenbarte Ausrüstung, außer daß die verwendeten Materialien den bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung vorliegenden höheren Temperaturen widerstehen können müssen. Die Strömung durch das Härtungsrohr liefert eine Turbulenz, die die Faser in den überhitzten Dampf mitreißt.
Die Faser wird dann über die Leitung 66 in den Zyklon 67 geführt, worin die Faser von dem überhitzten Dampf getrennt wird. Die aus dem Drehschieber 68 und der Leitung 69 austretende Faser wird danach gegebenenfalls gewaschen, wieder aufgelockert, gepreßt und/oder zu Ballen verarbeitet oder direkt weiteren Verarbeitungsstufen zugeführt.
Überhitzer 52 werden sowohl in Trocknungs- als auch Härtungsbereich verwendet, um die Temperaturen zu erhöhen, um die hereinkommende Faser schnell auf die Betriebstenperatur zu bringen.
Obwohl eine Schraubenpresse zur Entwässerung dargestellt ist, ist es naheliegend, daß eine andere Ausstattung verwendet werden kann, die dieselbe Funktion erfüllt, z.B. eine Doppelwalze oder eine Bandpresse. Ebenso kann, wo eine Zerfaserungsfördervorrichtung angegeben ist, eine einfache Schneckenfördereinrichtung, eine Bandfördereinrichtung oder eine ähnliche Einrichtung verwendet werden. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, ein geneigtes Sieb oder eine andere Entwässerungsvorrichtung zu verwenden, z.B. eine Zentrifuge, um der entwässerten Faser eine zweidimensionale Struktur zu verleihen.
Die folgenden Beispiele erläutern nun die Ausführungsform, die als am besten geeignet zur Durchführung der vorliegenden Erfindung angesehen wird.
In den folgenden Beispielen wurde das in Figur 2 beschriebene Verfahren verwendet mit verschiedenen Faserstoffen mit den angegebenen Vernetzungsmittel. Die Temperatur des überhitzten Dampfs in dem Trockner, wenn die Faser über die Leitung 46 eintrat, war etwa 250ºC und sie fiel auf etwa 190ºC ab, wenn die Faser über die Leitung 55 austrat. Die Temperatur des überhitzten Dampfes in dem Härtungsrohr war etwa 350ºC, wenn die Faser über Leitung 62 eintrat und fiel auf etwa 200ºC ab, wenn sie über Leitung 66 austrat. Der Trockner wurde mit einen Druck von etwa 139,7 bis 174,6 kPa (20 bis 25 psia) betrieben und der Druck in dem Härtungsrohr war etwa 139,7 bis 174,6 kPa (20 bis 25 psia). Wären niedrigere Trocknertemperaturen verwendet worden, wäre es wünschenswert gewesen, höhere Temperaturen für den überhitzten Dampf in den Härtungsbereich zu verwenden. In einigen Fällen wäre die höhere Härtungstenperatur für die Faserqualität schädlich gewesen.
In jedem der Beispiele wurden 15 Gew.-% der erzeugten Faser mit 85 Gew.-% eines Kontrollstoffeintrags vermischt und zu Britischen Handmustern gepreßt mit den Tappi-Standardmethoden, außer daß ein Preßdruck von 103,4 kPa (15 psig) verwendet wurde. Das spezifische Volumen, die Reißlänge und die Farbfehlerfreiheit wurden gemessen und mit Handmustern verglichen, die aus den Kontrollstoffeintrag hergestellt wurden. In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen soll der Ausdruck "Standard-Volumen" das spezifische Volumen eines Handmusters, das, wie in diesem Abschnitt beschrieben, geformt wurde, umfassen.
Der typische Kontrollstoffeintrag und die Eigenschaften der daraus hergestellten Handmuster sind unten aufgeführt.

Kontrollstoffeintrag

Zusammensetzungen

50 Gew.-% vorher getrocknetes Weichholz-Kraftmaterial
50 Gew.-% niemals getrocknetes Nord-Hartholz-Kraftmaterial

Eigenschaften

(Alle gemessen bei einem Wert für den Kanadischen Standard- Mahlungsgrad (CSF) von 400)
¹ Reißlänge
² % Farbfenlerfreiheit bestimmt mit einem G.E.-Farbfehlerfreiheitsmesser

Beispiele 1 bis 3

Diese Beispiele erläutern das neue erfindungsgemäße Verfahren, wenn Citronensäure katalysiert durch Natriumhypophosphit als Vernetzungsmittel verwendet wird.

Beispiel 1

Niemals getrocknete Hartholz-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von Citronensäure und Natriumhypophosphit gemäß dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren versetzt, um eine Faser zu erzeugen mit 4,1 Gew.-% Citronensäure und 1,4 Gew.-% Natriumhypophosphit in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die erhalten wurden, indem 15 Gew.-% der Faser zugemischt wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiel 2

Trockene Schlagabraum-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von Citronensäure und Natriumhypophosphit gemäß dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren behandelt, um Fasern herzustellen mit 5,0 Gew.-% Citronensäure und 3,9 Gew.-% Natriumhypophosphit in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhalten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiel 3

Niemals getrocknete Weichholz-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von Citronensäure und Natriumhypophosphit gemäß den in Figur 2 beschriebenen Verfahren behandelt, um eine Faser herzustellen mit 4,9 Gew.-% Citronensäure und 1,3 Gew.-% Natriumhypophosphit in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhälten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiele 4 bis 9

Diese Beispiele erläutern das neue Verfahren der Erfindung, wenn 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxyimidazolidion (DMDHEU) katalysiert durch Magnesiumchlorid als Vernetzungsmittel verwendet wird.

Beispiel 4

Niemals getrocknete Weichholz-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von DMDHEU und Magnesiumchlorid gemäß den Verfahren von Figur 2 behandelt, um Fasern herzustellen mit 3,0 Gew.-% DMDHEU und 0,3 Gew.-% Magnesiumchlorid in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhalten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiel 5

Niemals getrocknete Weichholz-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von DMDHEU und Magnesiumchlorid mit den in Figur 2 angegebenen Verfahren behandelt, um Fasern herzustellen mit 3,0 Gew.-% DMDHEU und 0,3 Gew.-% Magnesiumchlorid in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhalten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiele 6 bis 11

Die Beispiele 6 bis 11 erläutern das neue Verfahren der Erfindung, wenn Citronensäure katalysiert mit Natriummonophosphat als Vernetzungsmittel verwendet wird.

Beispiel 6

Vorher getrocknete Weichholz-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von Citronensäure und Natriumphosphat gemäß dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren behandelt, um Fasern zu erzeugen mit 5,0 Gew.-% Citronensäure und 3,9 Gew.-% Natriummonophosphat in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhalten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiel 7

Niemals getrocknete Weichholz-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von Citronensäure und Natriummonophosphat gemäß dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren behandelt, um Fasern herzustellen mit 6,8 Gew.-% Citronensäure und 5,1 Gew.-% Natriummonophosphat in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhalten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:
Niemals getrocknete Weichholz-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von Citronensäure und Natriummonophosphat gemäß dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren behandelt, um Fasern herzustellen mit 3,7 Gew.-% Citronensäure und 3,4 Gew.-% Natriummonophosphat in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhalten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiel 9

Sekundäre Fasern wurden mit einer Lösung von Citronensäure und Natriummonophosphat gemäß den in Figur 2 beschriebenen Verfahren behandelt, um Fasern herzustellen mit 4,1 Gew.-% Citronensäure und 3,0 Gew.-% Natriumnonophosphat in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhalten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiel 10

Niemals getrocknete Weichholz-Kraftfasern wurden mit einer Lösung von Citronensäure und Natriummonophosphat gemäß dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren behandelt, um Fasern herzustellen mit 5,7 Gew.-% Citronensäure und 1,2 Gew.-% Natriummonophosphat in/auf der Faser, bezogen auf das Trockengewicht der Faser. Handmuster, die durch Zumischen von 15 Gew.-% der Faser erhalten wurden, hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:

Beispiel 11

Das Verfahren von Beispiel 10 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Faser nicht in turbulenten überhitztem Dampf gehärtet wurde. In diesem Beispiel wurde die Faser, die aus den Zyklon des unter Druck gesetzten Trockners austrat, mechanisch zerfasert, zu einem Handmuster verarbeitet und gehärtet, indem das Blatt durch Luft mit 190ºC 40 Sekunden lang geleitet wurde. Die Handmuster hatten die unten aufgeführten Eigenschaften:
Wie man sehen kann, wurde ein geringerer Farbfehlerfreiheitswert erhalten verglichen mit Beispiel 10.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von vernetzten Cellulosefasern, wobei die Fasern mit einem chemischen Vernetzungsmittel behandelt, individualisiert, getrocknet und gehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen und Härten in zwei getrennten Stufen durchgeführt wird, wobei

a) das Trocknen in einem unter Druck gesetzten Gefäß durchgeführt wird, das eine turbulente Strömung liefert, damit die behandelten Fasern mit dem überhitzten Dampf mitgerissen werden, wobei das Trocknen mit unter Druck gesetztem Dampf mit einer Anfangstemperatur im Bereich von etwa 140 bis etwa 350ºC und einen Druck von 69,0 bis 723,9 kPa durchgeführt wird, um nicht nur freies Wasser, sondern auch im Innern der Faser eingeschlossenes Wasser zu entfernen;

b) der Dampf von den Fasern getrennt wird und

c) die behandelten Fasern in einem unter Druck gesetzten Gefäß gehärtet werden, indem eine turbulente Strömung bereitgestellt wird, damit die behandelten Fasern mit dem überhitzten Dampf nitgerissen werden, um sie gewunden zu machen, wobei das Härten mit einem unter Druck gesetzten Dampf bei einer Anfangstenperatur im Bereich von etwa 140 bis 350ºC bei einem Druck von 69,0 bis 723,9 kPa durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Druck gesetzte Dampf in den Stufen a) und c) zu 100% überhitzter Dampf ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stufe a) bei einer Temperatur von 200 bis 300ºC durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stufe a) bei einem Druck von 137,9 bis 620,5 kPa durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stufe c) bei einem Druck von 137,9 bis 620,5 kPa durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Stufe c) bei einer Temperatur von 200 bis 300ºC durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Vernetzungsmittel in einem Anteil von 15 Gew.-% eingearbeitet wird und verwendet wird, um die Faser vor dem Trocknen und Härten zu behandeln, um ein Standard-Volumen von mindestens etwa 3,4 cm³/g zu erzeugen, wenn sie in Britische Handmuster eingearbeitet wird, wenn sie in einem Anteil von 15 Gew.-% eingearbeitet wird gemäß dem Tappi-Standard, wobei aber ein Preßdruck von 103,4 kPa verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel Citronensäure ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxyimidazolidion ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aas Vernetzungsmittel 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxyethylenharnstoff ist.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator oder Co-Reaktand verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator oder Co-Reaktand verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator oder Co-Reaktand verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator oder Co-Reaktand Natriumhypophosphit ist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator oder Co-Reaktand Magnesiumchlorid ist.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator oder Co-Reaktand Magnesiumchlorid ist.