FI105832B - Menetelmä yksiöityjen, polykarboksyylihapolla verkkoutettujen kuitujen valmistamiseksi - Google Patents

Description

105832

Menetelmä yksiöityjen, polykarboksyylihapolla verkkoutettujen kuitujen val mistamiseksi „ Esillä olevan keksinnön kohteena ovat juoksevia väliaineita erittäin hyvin absorboi- 5 vat selluloosakuidut, tällaisista selluloosakuiduista tehdyt absorboivat rakenteet ja menetelmät tällaisten kuitujen ja rakenteiden valmistamiseksi. Yksityiskohtaisemmin tarkastellen keksinnön kohteena ovat yksiöidyt, ristikytketyt selluloosakuidut, menetelmät tällaisten kuitujen valmistamiseksi ja yksiöidyssä ristikytketyssä muodossa olevia selluloosakuituja sisältävät absorboivat rakenteet.

10 Pääasiassa yksiöityyn muotoon ristikytkettyjä kuituja ja niiden erilaisia valmistusmenetelmiä on selostettu alalla aikaisemmin. Käsite "yksiöidyt, ristikytketyt kuidut" tarkoittaa selluloosakuituja, jotka sisältävät pääasiassa kuitujen sisäiset kemialliset ristikytkentäsidonnat. Tämä merkitsee sitä, että nämä ristikytkentäsidonnat sijaitsevat pääasiassa yhden ainoan kuidun selluloosamolekyylien välissä erillisten kuitujen 15 selluloosamolekyylien sijasta. Yksiöityjä ristikytkettyjä kuituja pidetään yleensä käyttökelpoisina imukykyisten absorboivien tuotteiden yhteydessä. Itse kuidut ja tällaisia yksiöityjä, ristikytkettyjä kuituja sisältävät absorboivat rakenteet muodostavat yleensä parannuksen ainakin yhden merkittävän absorptio-ominaisuuden suhteen tavanomaisiin ilman ristikytkentää oleviin kuituihin verrattuna. Tämä absorptioparan-. 20 nus ilmoitetaan usein absorptiokyvyn parantumisena. Yksiöidyistä ristikytketyistä ... kuiduista tehdyillä absorboivilla rakenteilla on lisäksi lisääntynyt märkä- ja kuiva- *··;* kestävyys ilman ristikytkentää olevista kuiduista tehtyihin rakenteisiin verrattuna.

4 « I

y: : Käsitteellä "kestävyys" tarkoitetaan seuraavassa selluloosakuiduista tehtyjen tyyny- i jen palautumiskykyä alkuperäiseen laajennettuun tilaan puristusvoiman vapauttami- • · · 25 sen jälkeen. Kuivakestävyys tarkoittaa erityisesti absorboivan rakenteen kykyä laa- :T: jentua siihen kohdistetun puristusvoiman vapauttamisen jälkeen kuitujen ollessa pääasiassa kuivassa olotilassa. Märkäkestävyys tarkoittaa taas absorboivan raken- . * * ·. teen kykyä laajentua siihen kohdistetun puristusvoiman vapauttamisen jälkeen kuitu- • · · .···. jen ollessa märässä tilassa. Tämän keksinnön mukaisia tarkoituksia ja sen selostusta /* 30 varten havainnoidaan märkäkestävyyttä ja selostetaan kyllästyspisteeseen kostutet- ..... tua absorboivaa rakennetta.

· · · • · • ·

• •I

Yleensä tunnetaan kolme menetelmäluokkaa yksiöityjen ristikytkettyjen kuitujen ·;;;’ valmistusta varten. Näitä seuraavassa selostettuja menetelmiä kutsutaan kuivaristi- * * ' ·· · ’ kytkentämenetelmiksi, vesiliuosristikytkentämenetelmiksi ja pääasiassa ei-vesiliuos- 35 ristikytkentämenetelmiksi.

2 105832

Menetelmiä yksiöityjen ristikytkettyjen kuitujen valmistamiseksi kuivaristikytkentä-teknologian avulla on selostettu US-patenttijulkaisussa 3 2244 926, hakijana L. J. Bernardin, myönnetty 21. joulukuuta 1965. Yksiöityjä ristikytkettyjä kuituja valmistetaan kyllästämällä laajentuneet kuidut ristikytkentäaineella, poistamalla vesi näistä 5 kuiduista ja lohduttamalla ne mekaanisella tavalla sekä kuivattamalla kuidut korkeammassa lämpötilassa ristikytkennän aikaansaamiseksi kuitujen ollessa pääasiassa yksiöidyssä tilassa. Kuidut ovat luontaisesti laajentumattomassa kokoonluhistunees-sa tilassa ennen ristikytkentää tapahtuneen dehydraation seurauksena. US-patenttijulkaisussa 3 224 926 selostettuja prosesseja, joiden yhteydessä ristikytkentä saa-10 daan aikaan kuitujen ollessa laajentumattomassa kokoonluhistuneessa tilassa, kutsutaan "kuivaristikytkettyjen" kuitujen valmistusprosesseiksi. Kuivaristikytketyt kuidut ovat yleensä erittäin suuresti jäykistettyjä ristikytkentäsidosten avulla ja niistä tehdyillä absorboivilla rakenteilla on siten suhteellisen korkea märkä- ja kuivakestä-vyys. Kuivaristikytketyille kuiduille ovat lisäksi tunnusomaisia alhaiset juoksevien 15 väliaineiden pidätysarvot (FRV).

Menetelmiä vesiliuosristikytkettyjen kuitujen valmistamiseksi on selostettu esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 3 241 553, hakijana F. H. Steiger, myönnetty 22. maaliskuuta 1966. Yksiöityjä ristikytkettyjä kuituja valmistetaan ristikytkemällä kuidut vesiliuoksessa, joka sisältää ristikytkentäainetta ja katalyyttiä. Tällä tavoin valmis-20 tettuja kuituja kutsutaan seuraavassa "vesiliuosristikytketyiksi" kuiduiksi. Veden sel-luloosakuituihin kohdistaman laajentavan vaikutuksen johdosta nämä vesiliuosristi- ‘ * kytketyt kuidut tulevat ristikytketyiksi kokoonluhistumattomassa laajentuneessa ti- « ·« lassa. Kuivaristikytkettyihin kuituihin verrattuina nämä US-patenttijulkaisussa · 3 241 553 selostetut vesiliuosristikytketyt kuidut ovat joustavampia ja vähemmän 25 jäykkiä ja niille on tunnusomaista korkeampi juoksevien väliaineiden pidätysarvo (FRV). Vesiliuosristikytketyistä kuiduista tehdyillä absorboivilla rakenteilla on ai- • · · haisempi märkä- ja kuivakestävyys kuin kuivaristikytketyistä kuiduista tehdyillä rakenteilla.

* · US-patenttijulkaisussa 4 035 147, hakijoina Sangenis et ai, myönnetty 12. heinäkuu- • · · 30 ta 1977, selostetaan menetelmä yksiöityjen ristikytkettyjen kuitujen valmistamiseksi asettamalla vedettömät laajentumattomat kuidut kosketukseen ristikytkentäaineen ja ,···, katalyytin kanssa pääasiassa vettä sisältämättömässä liuoksessa, joka sisältää riittä- • · mättömän vesimäärän kuitujen laajentumista varten. Ristikytkentä tapahtuu kuitujen ollessa tässä pääasiassa vettä sisältämättömässä liuoksessa. Tyypiltään tällaista me-35 netelmää kutsutaan seuraavassa ei-vesiliuosristikytkentämenetelmäksi, ja sen avulla valmistettuja kuituja ei-vesiliuosristikytkykuiduiksi. Tällaiset US-patenttijulkaisussa i 3 105832 4 035 147 selostetut ei-vesiliuosristikytkykuidut eivät laajene silloinkaan, kun ne ovat pitkäaikaisessa kosketuksessa laajennusaineisiin perehtyneiden henkilöiden tuntemien liuosten kanssa. Kuivaristikytkykuitujen tavoin ristikytkentäsidokset jäykistävät niitä huomattavasti ja niistä valmistetuilla absorboivilla rakenteilla on suh-5 teellisen hyvä märkä- ja kuivakestävyys.

Edellä selostettujen ristikytkykuitujen uskotaan olevan käyttökelpoisia tiheydeltään alhaisten imukykyisten tuotteiden, kuten lastenvaippojen, ja myös tiheydeltään korkeiden imukykyisten tuotesovellutusten, kuten kuukautissiteiden, yhteydessä. Nämä kuidut eivät ole kuitenkaan tarjonneet käyttöön riittäviä absorptioetuja, ottaen huo-10 mioon niiden aiheuttamat vahingot ja kustannukset, tavanomaisten kuitujen suhteen huomattavan kaupallisen menestyksen saavuttamiseksi. Ristikytkykuitujen kaupallinen vetovoima on myös kärsinyt turvallisuusnäkökohtien johdosta. Alan kirjallisuudessa useimmiten viitattuina ristikytkyaineina ovat formaldehydi ja sen lisätuotteet, kuten N-metylolit tai N-metyloliamidit, jotka valitettavasti ärsyttävät ihmisen ihoa ja 15 ovat osatekijöinä muissa terveydellisissä vaivoissa. Vapaan formaldehydin määrän vähentämistä kyllin alhaisille tasoille ristikytkytuotteessa ihon ärsytyksen ja muiden terveydellisten vaivojen välttämiseksi ovat sekä tekniset että taloudelliset esteet haitanneet.

Kuten edellä on mainittu, formaldehydin ja erilaisten formaldehydiä sisältävien lisä-20 tuotteiden käyttö ristikytkyselluloosakuitujen valmistamiseen on alalla tunnettua. "" Ks. esimerkiksi US-patenttijulkaisu 3 224 926, hakijana Bernardin, myönnetty 21.

joulukuuta, 1965; US-patenttijulkaisu 3 241 533, hakijana Steiger, myönnetty 22.

• maaliskuuta, 1966; US-patenttijulkaisu 3 932 209, hakijana Chatteijee, myönnetty a · · · : 13. tammikuuta, 1976; US-patenttijulkaisu 4 035 147, hakijoina Sangenis et ai, ,···, 25 myönnetty 12. heinäkuuta, 1977; ja US-patenttijulkaisu 3 756 913, hakijana Wodka, m'Y·' myönnetty 4. syyskuuta, 1973. Valitettavasti formaldehydin silmiä ja ihoa ärsyttävä a « · • vaikutus on huomattavana haittana näissä viitesovellutuksissa. On olemassa ilmeinen tarve selluloosakuitujen ristikytkyaineita varten, jotka eivät vaadi formaldehydin • « *···' tai sen epävakaiden johdannaisten käyttöä.

• · « · · 30 Muut viitejulkaisut selostavat dialdehydiristikytkyaineiden käyttöä. Ks. esimerkiksi lii* US-patenttijulkaisu 4 689 118, hakijoina Makoui et ai, myönnetty 25. elokuuta, 1987; ja US-patenttijulkaisu 4 822 453, hakijoina Dean et ai, myönnetty 18. huhti-•l· kuuta 1989. Tässä Dean et al:n viitepatenttijulkaisussa selostetaan absorboivia ra- kenteita, jotka käsittävät yksiöityjä ristikytkykuituja, joiden ristikytkentäaine väli- • · · 35 taan C2-Cg-dialdehydejä sisältävästä ryhmästä, glutaarialdehydin ollessa suositeltavin. Näiden viite sovellutusten yhteydessä on ilmeisestikin voitettu useat formalde- 4 105832 hydi- ja/tai sen lisätuotteisiin liittyvät haitat. Kuitenkin dialdehydin ristikytkentäai-neilla, kuten glutaarialdehydillä, ristikytkettyjen kuitujen valmistukseen liittyvät kustannukset voivat olla liian korkeita huomattavamman kaupallisen menestyksen saavuttamista varten. On siten olemassa tarve selluloosakuitujen ristikytkentäainei-5 den suhteen, joiden käyttö on yhtäältä turvallista ihmisen ihoa ajatellen ja jotka toisaalta ovat kaupallisesti helposti saatavia.

Polykarboksyylihappojen käyttö puuvillakuitujen rypistymiskestävyyden lisäämiseksi on alalla tunnettua. Ks. esimerkiksi US-patenttijulkaisu 3 526 048, hakijoina Roland et ai, myönnetty 1. syyskuuta 1970; US-patenttijulkaisussa 2 971 815, haki-10 joina Bullock et ai, myönnetty 14. helmikuuta 1961 ja US-patenttijulkaisussa 4 820 307, hakijoina Welch et ai, myönnetty 11. huhtikuuta 1989. Kaikki nämä vii-tesovellutukset liittyvät puuvillatekstiilikuitujen käsittelyyn polykarboksyylihapoilla ja erikoiskovetukseen katalyyttejä käyttämällä tällä tavoin käsiteltyjen kuitujen ry-pistysmiskestävyyden ja kestävyysominaisuuksien parantamiseksi.

15 Nyt on havaittu, että esteriristikytkentöjä voidaan käyttää yksiöityihin selluloosakui-tuihin käyttämällä erityisiä polykarboksyylihappoon perustuvia ristikytkentäaineita. Näiden polykarboksyylihappoon perustuvien ristikytkentäaineiden muodostamat esteriristikytkysidokset ovat erilaisia kuin mono- ja dialdehydiristikytkentäaineista johtuvat ristikytkysidokset, jotka käsittävät asetaaliristikytkysidokset. Esillä olevan 20 patentin hakijat ovat havainneet, että näistä yksiöidyistä esteriristikytkykuiduista tehdyillä absorboivilla rakenteilla on lisääntynyt märkä- ja kuivakestävyys sekä pa-rantunut herkkyys kastumiselle ristikytkemättömiä kuituja sisältäviin rakenteisiin • verrattuna. On tärkeää, että esillä olevan keksinnön yhteydessä käytettävät polykar-«·» · : boksyylihapot eivät ole myrkyllisiä, toisin kuin alalla yleensä käytetyt formaldehy- ,···. 25 di- tai sen lisätuotteet. Suositeltavaa polykarboksyylihapporistikytkentäainetta, so.

• · sitruunahappoa, on lisäksi saatavana suhteellisen alhaisilla hinnoilla, mikä tekee • « · • siitä kaupallisesti kilpailukelpoisen formaldehydi- ja sen lisätuotteiden suhteen ilman mitään terveydellistä vaaraa.

• t • · • · ·*“: Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä absorptiokyvyl- • · · y. 30 tään parantuneiden yksiöityjen kuitujen valmistamiseksi, jotka on ristikytketty poly-karboksyylihappoon pohjautuvalla ristikytkentäaineella. Tällaisista yksiöidyistä po- • · '”·* lykarboksyylihapporistikytketyistä kuiduista tehdyillä absorboivilla rakenteilla on parempi märkä- ja kuivajoustavuus kuin ristikytkemättömistä kuiduista tehdyillä ab-:'": sorboivilla rakenteilla.

5 105832

Esillä olevan keksinnön eräänä lisätarkoituksena on saada aikaan edellä mainitun kaltaiset polykarboksyylihappoon pohjautuvalla ristikytkentäaineella ristikytketyt yksittäiset kuidut ja tällaisista kuiduista tehdyt edellä selostetut absorboivat rakenteet, joilla on huomattavasti parempi absorptio-ominaisuuksien tasapaino kuin aikai-5 semmin tunnetuilla ristikytkykuiduilla.

Tämän keksinnön eräänä lisätarkoituksena on saada aikaan kilpailukykyiset yksiöi-dyt ristikytketyt kuidut ja tällaisista kuiduista tehdyt edellä selostetut absorboivat rakenteet, joita voidaan käyttää turvallisesti paljaana olevan ihon läheisyydessä.

On havaittu, että yksiöityjä ristikytkettyjä kuituja sisältävien rakenteiden absorptio-10 ominaisuuksia voidaan parantaa käyttämällä tässä yhteydessä selostetun prosessin mukaisesti valmistettuja yksiöityjä ristikytkettyjä kuituja.

Tällaiset kuidut valmistetaan siten menetelmän avulla, joka käsittää seuraavat vaiheet: a. selluloosakuitujen valmistuksen; 15 b. näiden kuitujen saattamisen kosketukseen liuoksen kanssa, joka sisältää C3-C9-polykarboksyylihappoja sisältävästä ryhmästä valitun ristikytkentäaineen; c. kuitujen mekaanisen erottamisen pääasiassa yksiöityyn muotoon; ja ... d. kuitujen kuivattamisen ja niiden saattamisen reagoimaan kuitujen kanssa ristikyt- / ;' kysidosten muodostamiseksi kuitujen ollessa pääasiassa yksiöidyssä muodossa, kui- I · ' : : 20 tujen sisäisten ristikytkysidosten muodostamista varten.

I f I I · I « ;·**; Yksiöidyt ristikytketyt kuidut voidaan saattaa kosketukseen riittävän ristikytkentäai- • tt neen määrän kanssa, niin että tehokas määrä, sopivimmin noin 0,5-10,0 moolipro-senttia, edullisimmin noin 1,5 - noin 6,0 mooliprosenttia ristikytkentäainetta, sellu-... loosan anhydroglukoosin moolipohjalta laskettuna, reagoi kuitujen kanssa niiden si- 25 säisten ristikytkysidosten muodostamiseksi. Tällaisten kuitujen, joille ovat tunnus-·;·* omaisia noin 28 - noin 60 olevat vedenpidätysarvot (WRV), on havaittu täyttävän : V: yksiöidyille ristikytketyille kuiduille asetetut vaatimukset ja saavan aikaan odotta- mattoman hyvän absorptiokyvyn absorboivissa rakennesovellutuksissa.

• »·

Kuidut on sopivinta ristikytkeä niiden ollessa erittäin kiertyneessä tilassa. Kaikkein 30 suositeltavimmissa sovellutusmuodoissa kuidut asetetaan kosketukseen ristikytkentäaineen kanssa vesiliuoksessa, niistä poistetaan vesi, ne erotetaan mekaanisesti pääasiassa yksiöityyn muotoon ja ne ristikytketään pääasiassa jännittämättömässä tilas- 6 105832 sa. Vedenpoisto-, mekaaninen erotus- ja kuivatusvaiheet sallivat kuitujen erittäin suuren kiertymisen ennen ristikytkentää. Tämä kiertynyt tila tulee sitten ainakin osittain, mutta ei täydellisesti poistetuksi ristikytkennän seurauksena. Muut keksinnön mukaiset menetelmät, kuidut ja rakenteet ovat edellä selostettujen menetelmien 5 lisäksi tarkoitetut sisältyviksi keksinnön oheisissa patenttivaatimuksissa määriteltyyn suojapiiriin.

Keksinnön yhteydessä voidaan soveltaa luontaiselta alkuperältään erilaisia selluloo-sakuituja. Pehmeästä ja kovasta puuaineksesta tai puuvillasta tehtyjä mädätettyjä kuituja on sopivinta käyttää. Esparto-ruohosta, bagassista, karkeista karvoista, pella-10 vasta ja muista ligniini- ja selluloosapitoisista kuitulähteistä tehtyjä kuituja voidaan myös käyttää raaka-aineina keksinnön yhteydessä. Nämä kuidut voidaan toimittaa lietteenä, ei-levymäisessä tai levymäisessä muodossa. Märkä- tai kuivalimitettyssä tai muussa levymäisessä muodossa olevat kuidut saatetaan sopivimmin ei-levymäi-seen muotoon hajottamalla tällainen levy mekaanisesti sopivimmin ennen kuitujen 15 saattamista kosketukseen ristikytkentäaineen kanssa. Kuidut toimitetaan myös sopivimmin märässä tai kostutetussa tilassa. Kuidut ovat edullisimmin pysyvästi kuivu-mattomia. Kuivalimityksen yhteydessä on edullista kostuttaa kuidut ennen niiden mekaanista hajottamista niiden vahingoittumisen minimoimiseksi.

Tämän keksinnön yhteydessä käytetty paras mahdollinen kuitulähde riippuu aiotusta 20 erityisestä loppukäyttötavasta. Yleensä kemiallisten massoitusprosessien avulla teh- ' : dyt massakuidut ovat suositeltavia. Täysin valkaistuja, osittain valkaistuja ja valkai- « <« semattomia kuituja voidaan käyttää. Voidaan usein haluta käyttää valkaistua massaa , · sen erinomaisen kirkkauden ja kuluttajiin vetoavan ulkonäön johdosta. Paperipyy- i :': heliinoissa ja lastenvaipoissa, terveyssiteissä, kuukautissiteissä ja muissa samanlai- 25 sissa paperituotteissa käytettyjen imukykyisten pehmusteiden kaltaisia tuotteita var- • · « ten on erityisen suotavaa käyttää eteläisillä leveysasteilla kasvavasta havupuusta tehdystä massasta valmistettuja kuituja niiden erinomaisten absorptio-ominaisuuk-sien johdosta.

* · • ♦ · • · ·

Esillä olevan keksinnön yhteydessä käytettäväksi sopivia ristikytkentäaineita ovat ,v. 30 alifaattiset ja alisykliset C3-C9-polykarboksyylihapot. Tässä yhteydessä käytetty kä- site "C3-C9-polykarboksyylihappo" tarkoittaa kaksi tai useampia karboksyyliryhmiä • « ’ ’** (COOH) ja 3-9 hiiliatomia ketjussa tai renkaassa, johon karboksyyliryhmät on kiin- nitetty, sisältävää orgaanista happoa. Tällaiset karboksyyliryhmät eivät ole mukana '...! hiiliatomien lukumäärää määritettäessä kyseisessä ketjussa tai renkaassa. Esimerkik- 35 si 1,2,3-propaanitrikarboksyylihappoa pidetään C3-polykarboksyylihappona, joka si- i 7 105832 sältää kolme karboksyyliiyhmää. Samalla tavoin 1,2,3,4-butaanitetrakarboksyyli-happoa pidetään C4-polykarboksyylihappona, joka sisältää neljä karboksyyliiyhmää.

Yksityiskohtaisemmin tarkastellen polykarboksyylihapot, jotka ovat sopivia käytettäviksi selluloosaristikytkentäaineina esillä olevan keksinnön yhteydessä, sisältävät 5 alifaattiset ja alisykliset hapot, jotka on joko kyllästetty olefiinisesti ainakin kolmel la ja sopivimmin useammalla karboksyyliryhmällä/molekyyli tai kahdella karbok-syyliryhmällä/molekyyli, jos hiili-hiilikaksoissidos esiintyy alfa- tai beta-sidoksena yhdessä tai molemmissa karboksyyliryhmässä, tai ovat kyllästämättömiä. Lisävaatimuksena on se, että ollakseen reaktiivinen selluloosahydroksyyliryhmien esteröinnin 10 yhteydessä on määrätty karboksyyliryhmä alifaattisessa tai alisyklisessä polykarbok-syylihapossa erotettava toisesta karboksyyliiyhmästä vähintään kahden ja enintään kolmen hiiliatomin avulla. Ilman teorian sitovaa vaikutusta näiden vaatimusten perusteella näyttää siltä, että on oltava mahdollista muodostaa syklinen 5- tai 6-elimi-nen anhydridirengas vieressä olevan karboksyyliryhmän kanssa polykarboksyyli-15 happomolekyylissä. Kun kaksi karboksyyliiyhmää erotetaan hiili-hiilikaksoissidok-sen avulla tai ne molemmat liitetään samaan renkaaseen, on kummankin karboksyyliryhmän oltava cis-muodossa toistensa suhteen, jos niiden on määrä olla vuorovaikutuksessa tällä tavoin.

Alifaattisissa polykarboksyylthapoissa, jotka sisältävät kolme tai useampia karbok-. 20 syyliryhmää/molekyyli, ei hiiliatomialfan avulla karboksyyliryhmään kiinnitetty hydroksyyliryhmä tule häirityksi selluloosakuitujen hapon avulla tapahtuvan este- i « ' «' röinnin ja ristikytkennän johdosta. Siten sitruunahapon (joka tunnetaan myös nimel- ί.i i lä 2-hydroksi- 1,2,3-propaanitrikarboksyylihappo) ja tartraattimeripihkahapon kaltai- • · : set polykarboksyylihapot ovat sopivia ristikytkentäaineiksi esillä olevassa sovellu- 25 tusmuodossa.

··· ··· • · · • · ·

Alifaattiset tai alisykliset C3-C9-polykarboksyylihappoon pohjautuvat ristikytkentä- ... aineet voivat myös sisältää happo- tai rikkiatomin (-atomeja) ketjussa tai renkaassa, • « _____ _____ _ *·♦·* johon karboksyyliiyhmät ori kiinnitetty. Siten oksidimeripihkahapon (tunnetaan myös nimellä 2,2'-oksibisbutaanidionihappo) tai tiodimeripihkahapon kaltaiset ja 30 vastaavat polykarboksyylihapot on tarkoitettu sisältyviksi keksinnön suojapiiriin.

• · .···. Esillä olevan keksinnön mukaisia tarkoituksia varten oksidimeripihkahappoa pide- • # · _____________ • # tään C4-polykarboksyylihappona, joka sisältää neljä karboksyyliryhmää.

• tl»

Esimerkkeinä tämän keksinnön suojapiiriin sisältyvistä erityisistä polykarboksyyli-hapoista voidaan mainita: maleiinihappo, sitrakonihappo, joka tunnetaan myös ni-35 mellä metyylimaleiimhappo, sitruunahappo, itakonihappo, joka tunnetaan myös ni- 8 105832 mellä metyleenimeripihkahappo, trikarballyylihappo, joka tunnetaan myös nimellä 1,2,3-propaanitrikarboksyylihappo, transakoniittihappo, joka tunnetaan myös nimellä trans- 1-propeeni-1,2,3-trikarboksyylihappo, 1,2,3,4-butaanitetrakarboksyylihap-po, all-cis-l,2,3,4-syklopentaanitetrakarboksyylihappo, melliittihappo, joka tunne-5 taan myös nimellä bentseeniheksakarboksyylihappo, ja oksidimeripihkahappo, joka tunnetaan myös nimellä 2,2,-oksibisbutaanidionihappo. Edellä oleva erityisten poly-karboksyylihappojen luettelo on annettu vain esimerkin vuoksi, eikä sitä ole tarkoitettu kaikenkäsittäväksi. Tärkeää on se, että ristikytkentäaineen on kyettävä reagoimaan ainakin kahden hydroksyyliryhmän kanssa yhdessä ainoassa selluloosakuidus-10 sa olevissa vierekkäisissä selluloosaketjuissa.

Tässä yhteydessä käytetyt C3-C9-polykarboksyylihapot ovat alifaattisia, kyllästettyjä ja sisältävät ainakin kolme karboksyyliryhmää/molekyyli. Yksi esillä olevan keksinnön kanssa käytettävä suositeltavien polykarboksyylihappoon pohjautuvien ristikyt-kentäaineiden muodostava ryhmä sisältää sitruunahapon, joka tunnetaan myös ni-15 mellä 2-hydroksi-l,2,3-propaanitrikarboksyylihappo, 1,2,3-propaanitrikarboksyyli-hapon ja 1,2,3,4-butaanitetrakarboksyylihapon. Sitruunahappo on erityisen suositeltava, koska sen avulla saadaan tulokseksi kuidut, joilla on korkeat absorptio- ja jous-tavuustasot, joka on käytöltään turvallinen eikä ärsytä ihoa ja joka saa aikaan vakaat ristikytkysidonnat. Sitruunahappoa on lisäksi saatavana suurina määrinä suhteellisen 20 alhaisella hinnalla, mikä tekee siitä kaupallisesti käyttökelpoisen käyttöä varten ris- ...: tikytkentäaineena.

•«« < * ]···* Eräs toinen ryhmä suositeltavia ristikytkentäaineita käyttöä varten esillä olevan : keksinnön yhteydessä sisältää kyllästetyt Cs-Cg-polykarboksyylihapot, jotka sisältä- « « :.· i vät ainakin yhden happiatomin ketjussa, johon karboksyyliryhmät on kiinnitetty.

I]”’· 25 Esimerkkeinä tällaisista yhdisteistä voidaan mainita oksidimeripihkahappo ja tart- : ’:’: raattimonomeripihkahappo, jolla on seuraavanlainen rakennekaava: HOCH — CH - O - CH —- CH2

!:::! Il II

COOH COOH COOH COOH

• · • φ · M 30 sekä tartraattidimeripihkahappo, jonka rakennekaava on:

S ! T

CH2 — CH-O-CH — CH - O - CH — CH2 il li li

COOH COOH COOH COOH COOH COOH

i 9 105832

Yksityiskohtaisempi selostus tartraattimonomeripihkahaposta, tartraattidimeripihka-haposta ja niiden suoloista voidaan löytää US-patenttijulkaisusta 4 663 071, hakijoina Bush et ai, myönnetty 5. toukokuuta 1987, tämän patenttiasiakirjan ollessa liitettynä mukaan tähän yhteyteen viiteaineistona.

5 Polykarboksyylihappoihin perehtyneet henkilöt ymmärtävät, että edellä selostettuja alifaattisia ja alisyklisiä Cs-Cg-polykarboksyylihapporistikytkentäaineita voi esiintyä useissa eri muodoissa, kuten vapaina happoina ja niiden suoloina. Vaikka vapaa happomuoto onkin suositeltavin, sisältyvät kaikki tällaiset muodot keksinnön suo-japiiriin.

10 Esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetut yksiöidyt ristikytkykuidut sisältävät tehokkaan määrän C3-C9-polykarboksyylihapporistikytkentäainetta, joka reagoi kuitujen kanssa kuitujen sisäisten ristikytkysidosten muodossa. Tässä yhteydessä käytetty ilmaisu "tehokas määrä ristikytkentäainetta" merkitsee ristikytkentäaineen määrää, joka on riittävä parantaakseen itse kuitujen ja/tai näitä yksiöityjä ristikytkykui-15 tuja sisältävien absorboivien rakenteiden ainakin yhtä merkittävää absorptio-ominaisuutta tavanomaisiin ristikytkemättömiin kuituihin verrattuna. Yhtenä esimerkkinä tällaisesta merkittävästä absorptio-ominaisuudesta voidaan mainita tihkumiskyky, joka muodostaa yhdistetyn mitan absorboivan rakenteen juoksevien väliaineiden imukyvyn ja -nopeuden suhteen. Yksityiskohtainen selostus menetelmästä tihkumis-, 20 kyvyn määrittämistä varten annetaan seuraavassa.

On erityisesti huomautettava, että odottamattoman hyviä tuloksia saavutetaan imu-: kykyisten pehmusteiden yhteydessä, jotka on tehty yksiöidyistä ristikytkykuiduista,

Ml t ; jotka sisältävät noin 0,5 - noin 10,0 mooliprosenttia, sopivimmin noin 1,5 - noin 6,0 < I < < .···. mooliprosenttia ristikytkentäainetta selluloosa-anhydroglukoosin moolipainon pe- 25 rusteella laskettuna kuitujen kanssa tapahtuvan reaktion yhteydessä.

• · · •

Ristikytkentäaine asetetaan sopivimmin kosketukseen kuitujen kanssa nestemäisessä ί.,.ί väliaineessa olosuhteissa, joiden alaisena ristikytkentäaine tunkeutuu yksittäisten ·”[: kuiturakenteiden sisälle. Muutkin ristikytkentäainekäsittelymenetelmät, kuitujen .\t ruiskutus mukaan lukien niiden ollessa yksiöidyssä untuvamuodossa, sisältyvät *.t 30 myös keksinnön suojapiiriin.

• · • i Ml

Esillä olevan patentin hakijat ovat havainneet, että ristikytkentäreaktio voidaan saa- ]·’·’·, da aikaan käytäntöön sopivalla tavalla katalyyttiä käyttämättä edellyttäen, että pH- • · arvo pidetään tietyllä alueella (josta keskustellaan yksityiskohtaisemmin myöhemmin). Tämä on vastakkainen menetelmä aikaisemmin tunnettuun käytäntöön verrat- 10 105832 tuna, jonka yhteydessä erityisiä katalyyttejä on käytettävä riittävän nopean este-röinnin ja kuitupitoisen selluloosan ristikytkennän saavuttamiseksi kaupallisesti saatavissa olevia polykarboksyylihapporistikytkentäaineita käyttämällä. Ks. esimerkiksi US-patenttijulkaisu 4 820 307, hakijoina Welch et ai, myönnetty 11. huhtikuuta 5 1989.

Kuidut voidaan kuitenkin asettaa haluttaessa kosketukseen sopivan katalyytin kanssa ennen ristikytkentää. Patentin hakijat ovat havainneet, että tämän katalyytin ja kuitujen välisen kosketuksen tyyppi, määrä ja sitä varten tarvittava menetelmä riippuvat kyseisestä käytössä olevasta ristikytkentämenetelmästä. Näitä muuttujia selostetaan 10 yksityiskohtaisemmin seuraavassa.

Kun kuituja on käsitelty ristikytkentäaineella (ja katalyytillä, jos se on käytössä), ristikytkentäaineen annetaan reagoida kuitujen kanssa pääasiassa ilman kuitujen välisiä sidoksia, so. kuitujen välisen kosketuksen ollessa pidettynä yllä matala-asteise-na ei-untuvatilassa oleviin massakuituihin verrattuna, tai kuitujen ollessa upotettuina 15 liuokseen, joka ei edesauta kuitujen välisten sidosten, erityisesti vetysidosten, muodostumista. Tämä johtaa ristikytkysidosten muodostumiseen, jotka ovat luonteeltaan kuitujen sisäisiä. Näissä olosuhteissa ristikytkentäaine reagoi muodostaen ristikytky-sidonnat yhden ainoan selluloosakuidun yhden ainoan selluloosaketjun tai lähekkäin olevien selluloosakuitujen hydroksyyliryhmien välillä.

20 Vaikka ei aiotakaan tai halutakaan rajoittaa keksinnön suojapiiriä, niin uskotaan, f « ··’ että polykarboksyylihapporistikytkentäaineen karboksyyliryhmät reagoivat selluloo- : san hydroksyyliryhmien kanssa esterisidosten muodostamiseksi. Näiden esterisidos-

• I

· ten muodostumista, joiden uskotaan olevan vakaat ristikytkentäsidonnat aikaansaa- 5.”: vaa haluttua sidostyyppiä, edesauttavat happoreaktio-olosuhteet. Siten tällaiset hap- :T: 25 poreaktio-olosuhteet, so. alueella noin 1,5 - noin 5 olevat pH-arvot ovat erittäin suo tavia tämän keksinnön mukaisia tarkoituksia varten.

• «I

* ·

Kuidut lohdutetaan sopivalla tavalla mekaanisesti tiheydeltään alhaisten yksiöityjen * % ···' kuitujen muotoon, jota kutsutaan "untuvatilaksi" ennen ristikytkentäaineen ja kuitu- jen välistä reaktiota. Mekaaninen kuidutus voidaan toteuttaa usealla erilaisella alalla • · .**·. 30 nykyisin tai tämän jälkeen mahdollisesti tunnetulla tavalla. Mekaaninen kuidutus

Ml ·. suoritetaan sopivimmin käyttämällä menetelmää, jonka yhteydessä solmujen muo- • * a ·;;; dostus ja kuitujen vahingoittuminen on minimoitu. Eräänä laitetyyppinä, jonka on havaittu olevan erityisen käyttökelpoinen selluloosakuitujen lohdutusta varten, voidaan mainita kolmivaiheinen untuvointilaite, joka on selostettu US-patenttijulkai-35 sussa 3 987 968, hakijoina!). R. Moore ja O. A. Shields 26. lokakuuta 1976, sano- i 11 105832 tun patenttiasiakirjan ollessa liitettynä mukaan tähän yhteyteen viiteaineistona. Tämän US-patenttijulkaisussa 3 987 968 selostetun laitteen yhteydessä kosteat massa-kuidut asetetaan mekaanisen iskukuormituksen, mekaanisen hämmennyksen, ilma-hämmennyksen ja rajoitetun ilmakuivatusmäärän muodostaman yhdistelmän alai-5 siksi pääasiassa soinnittoman untuvamateriaalin valmistamiseksi. Yksiöityjen kuitujen kihartumis- ja kiertymisaste lisääntyy tällöin näiden kuitujen luontaiseen kihar-tumis- ja kiertymisasteeseen verrattuna. Uskotaan, että lisääntynyt kihartumis-ja kiertymisaste tekee tällaisista viimeistellyistä ristikytketyistä kuiduista valmistetut absorboivat rakenteet joustavammiksi.

10 Muut sopivat menetelmät selluloosakuitujen kuidutusta varten sisältävät luonteeltaan rajoittamattomalla tavalla käsittelyn Waring-sekoittimen avulla ja kuitujen saattamisen tangentiaalisesti kosketukseen kiertolevypuhdistimen tai teräshaijan kanssa. Ilmavirtaus on sopivinta johtaa kuituja kohti tällaisen kuidutuksen aikana kuitujen erottamisen helpottamiseksi pääasiassa yksiöityyn muotoon.

15 Untuvien muodostamista varten käytetystä erityisestä mekaanisesta laitteesta riippumatta kuidut on sopivinta käsitellä mekaanisesti, niiden kosteuspitoisuuden ollessa alunperin noin 20 %, ja sopivimmin noin 40 - noin 65 %.

Viskoosisuudeltaan korkeiden tai osittain kuivattujen kuitujen mekaanista puhdistusta voidaan myös käyttää kuitujen kihartamiseksi tai kiertämiseksi mekaanisen kuidu-

I I I I

20 tuksen tuloksena olevan kihartumisen tai kiertymisen lisäksi.

I ( I

: Esillä olevan keksinnön mukaisesti tehdyt kuidut sisältävät ainutlaatuiset jäykkyy-

Ml · ; .·. den ja joustavuuden yhdistelmät, jotka mahdollistavat absorboivien rakenteiden te- ]·'<[ kemisen korkeat absorptiotasot ylläpitävistä kuiduista, joilla on korkeat joustavuus- • · ------- -' '.V. tasot ja jotka laajenevat herkästi reaktiona kuivan kokoonpuristetun absorboivan ra- ' 25 kenteen kastelemiseen. Määrätyillä alueilla olevien ristikytkentätasojen lisäksi nämä ristikytketyt kuidut ovat tunnettuja siitä, että niiden vedenpidätysarvot (WRV) ovat *·..* alle noin 60, sopivimmin noin 28 - noin 50, ja edullisimmin noin 30 - noin 40, ta- ·«· vanomaisia kemiallisesti massoitettuja paperinvalmistuskuituja varten. Tietyn kui- dun WRV-arvo ilmaisee ristikytkentätason. Erittäin suuresti ristikytketyt kuitujen, .···, 30 jotka on esimerkiksi valmistettu useiden aikaisemmin tunnettujen edellä selostettu- '* jen ristikytkentämenetelmien avulla, on havaittu sisältävän WRV-arvot, jotka ovat ..!: ’ alle noin 25 ja yleensä alle noin 20. Määrätty käytössä oleva ristikytkentämenetelmä • · · vaikuttaa tietenkin ristikytketyn kuidun WRV-arvoon. Kuitenkin jokaisen menetelmän, joka johtaa ristikytkentätasojen ja WRV-arvojen asettumiseen määrättyjen 35 rajojen sisälle, uskotaan ja tarkoitetaan sisältyvän tämän keksinnön suojapiiriin.

12 105832 Käyttökelpoiset ristikytkentämenetelmät sisältävät kuiva- ja ei-vesiliuosristikytken-tämenetelmät, joista on yleensä keskusteltu tämän selostuksen alussa. Suositeltavaa kuivaa ristikytkentämenetelmää esillä olevan keksinnön mukaisten yksiöityjen risti-kytkettyjen kuitujen valmistamiseksi selostetaan yksityiskohtaisemmin seuraavassa.

5 Vesiliuosristikytkentämenetelmät, joissa käytetty vesiliuos laajentaa kuituja suuresti, antavat tulokseksi kuidut, joiden WRV-arvot ovat yli noin 60. Nämä kuidut aiheuttavat riittämättömän jäykkyyden ja joustavuuden esillä olevan keksinnön tarkoituksia varten.

Erityisesti kuivaristikytkentämenetelmiin viitaten voidaan yksiöityjä ristikytkentä-10 kuituja valmistaa tällaisen menetelmän avulla muodostamalla tietty määrä selluloo-sakuituja, asettamalla näiden kuitujen liete kosketukseen tyypiltään ja määrältään edellä mainitun ristikytkentäaineen kanssa, esimerkiksi kuiduttamalla kuidut pääasiassa yksiöityyn muotoon, kuivattamalla kuidut ja saattamalla ristikytkentäaine reagoimaan kuitujen kanssa katalyytin läsnäollessa ristikytkysidosten muodostamiseksi 15 kuitujen ollessa yhä pääasiassa yksiöidyssä muodossa. Kuidutusvaiheen, kuivatus-vaihetta lukuunottamatta, uskotaan saavan aikaan lisäkiharruksen. Kuivatusta seuraa kuitujen kiertyminen, jolloin kiertymisastetta lisää kuidun kihartunut muoto. Tässä yhteydessä käytetty ilmaisu kuidun "kihartuminen" tarkoittaa kuidun geometrista kaartumista pituusakselinsa ympäri. "Kiertyminen" merkitsee taas kuidun kiertolii-20 kettä pituusakselinsa suhteen kohtisuoran poikkileikkauksen ympäri. Esillä olevan keksinnön suoriteltavan sovellutusmuodon mukaiset kuidut ovat yksiöityjä ja risti-!*": kytkettyjä kuitujen sisäiseen sidosmuotoon, sekä erittäin paljon kierrettyjä ja kihar- : rettuja.

i · · · «

I t I

Tässä yhteydessä käytetty ilmaisu "kiertymisluku" tarkoittaa kiertymien lukumäärää *...J 25 tietyllä kuitupituudella. Kiertymislukua käytetään keinona kuidun kiertymisasteen • · · V · määrittämiseksi pituusakselinsa ympäri. Käsite "kiertymäkohta" tarkoittaa pääasias sa 180° aksiaalista kiertoliikettä kuidun pituusakselin ympäri, jolloin kuidun eräs osa (so. kiertymäosa) näkyy tummana muuhun kuitumateriaaliin verrattuna valaistun '**; mikroskoopin avulla tarkasteltuna. Kiertymäkohtien välinen etäisyys vastaa 180° * · f 30 aksiaalista kiertoliikettä. Alaan perehtyneet henkilöt ymmärtävät, että edellä seloste-tun kiertymäkohdan esiintyminen on enemmänkin visuaalinen kuin fyysinen ilmiö. *···' Tietyllä kuitupituudella olevien kiertymäkohtien lukumäärä (so. kiertymisluku) il- maisee kuitenkin suoraan kuidun kiertymisasteen, joka muodostaa kuidun fysikaali- •" *; sen parametrin. Kiertymäkohtien muoto ja määrä vaihtelee riippuen siitä, onko kuitu • · · 35 tehty kesä- vai kevätpuusta. Kiertymäkohdat ja kiertymien kokonaismäärä määritetään kiertymisluvun kuva-analyysimenetelmän avulla, joka selostetaan tämän selos- i 13 105832 tuksen kokeellisessa menetelmäosassa. Keskimääräinen kiertymisluku, johon viitataan esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistettuja kuituja selostettaessa, määritetään sopivasti edellä mainitun kiertymislukumenetelmän avulla. Kiertymäkohtien määrää laskettaessa kuitujen vahingoittumisen tai kokoonpuristumisen tummentamat 5 kuituosat olisi erotettava kuituosista, joiden tummentuminen johtuu kuidun kierty-misestä.

Minkä tahansa kuitunäytteen todellisen kiertymisluvun suuruus vaihtelee kevätpuu-ja kesäpuukuitujen välisestä suhteesta riippuen. Erityisten kesä- tai kevätpuukuitujen kiertymisluku vaihtelee myös kuitukohtaisesti. Tästä huolimatta keskimääräiset kier-10 tymislukurajoitukset ovat käyttökelpoisia esillä olevaa keksintöä määritettäessä ja nämä rajoitukset ovat voimassa kevät- ja kesäpuukuitujen erityisestä yhdistelmästä huolimatta. Tämä merkitsee sitä, että mikä tahansa kuitumassa, jonka sisältämät kuidut ovat määrättyjen kiertymislukurajoitusten alaisia, on tarkoitettu sisältyväksi esillä olevan keksinnön suojapiiriin, kunhan vain muut patenttivaatimusten mukaiset 15 rajoitusvaatimukset on täytetty.

Kiertymislukua määritettäessä kuitunäytettä varten on tärkeää, että tutkitaan riittävä määrä kuituja yksiöityjen kuitujen muuttuvien kiertymistasojen keskimääräisen kiertymistason tarkaksi selvittämiseksi. On ehdotettu, että vähintään viisi (5) tuumaa asianomaisen koestettavan kuitumassanäytteen kumulatiivisesti kuitupituudesta ko- . 20 estetään näytettä edustavan kuitukiertymisluvun selville saamiseksi.

« « ««a '(it! Märän kuidun kiertymisluku määritetään ja mitataan samalla tavoin kuin kuivan ; kuidun kiertymisluku, sanotun menetelmän ollessa erilainen vain siinä suhteessa, j ;’· että kuitu kastellaan vedellä ennen sen käsittelemistä ja että kiertymäkohdat las- «ta t . * · ·. ketään sen jälkeen kuidun ollessa märkänä kiertymisluvun kuva-analyysimenetelmää .···. 25 käyttäen.

I I * •

Keskimääräinen kuivan kuidun kiertymisluku on sopivimmin suuruudeltaan ainakin ϊ.,.ϊ noin 2,5 kiertymäkohtaa/millimetri, keskimääräisen märän kuidun kiertymisluvun ·[“: ollessa noin 1,5 kiertymäkohtaa/millimetri eli vähintään 1,0 kiertymäkohtaa/milli- t.\t metri pienempi kuin kuivan kuidun kiertymisluku. Keskimääräinen kuivan kuidun • · · 30 kiertymisluku on suuruudeltaan sopivimmin noin 3,0 kiertymäkohtaa/mm ja keski-- ‘",·* määräinen märän kuidun kiertymisluku vähintään noin 2,0 kiertymäkohtaa/mm eli ainakin 1,0 kiertymäkohtaa/mm pienempi kuin kuivan kuidun kiertymisluku.

« a · a · a i

Kiertymisen lisäksi esillä olevan keksinnön mukaiset kuidut myös kihartuvat. Kuidun kihartumista voidaan kuvata kuidun osittaisena lyhentymisenä sen sykkyröiden, 14 105832 kiertymien ja/tai taitteiden johdosta. Tätä selostusta varten kuitukihartuma mitataan kaksiulotteisella tavalla. Kuitukihartumataso ilmaistaan kuitukihartumaindeksin avulla. Kuitukihartumatekijä, kihartuman kaksiulotteinen mittaussuure, määritetään tarkastelemalla kuitua kaksiulotteisella tasolla, mittaamalla kuidun projektiopituus 5 kuitua ympäröimän suorakulmion suurimpana mittana, Lr, sekä kuidun todellinen pituus La, ja laskemalla sitten kuidun kihartumatekijä seuraavasta yhtälöstä: (1) kihartumatekijä = (La/Lr) - 1

Kuitukihartumaindeksin kuva-analyysimenetelmää käytetään suureiden LR ja LA mittaamiseksi. Tätä menetelmää selostetaan tämän selostuksen kokeellisten mene-10 telmien osassa. Taustatietoja tätä menetelmää varten on selostettu vuoden 1979 konferenssissa International Paper Physics Conference Symposium, The Harrison Hotel, Harrison Hot Springs, Brittiläinen Kolumbia, 17. syyskuuta 1979, B.D. Jordanin ja D.H. Pagen artikkelissa "Application of Image Analysis To Pulp Fibre Characterization: Part 1", s. 104-114. Canadian Pulp and Paper Association (Montreal, Que-15 bec, Kanada), tämän artikkelin ollessa liitettynä mukaan tässä yhteydessä viiteaineistona.

Kuitujen kihartumatekijä on sopivimmin ainakin noin 0,30 ja edullisimmin vähintään noin 0,50.

i « < · 1 · . ·' . Kuitujen pitämiseksi pääasiassa yksiöidyssä muodossa kuivatuksen ja ristikytkennän 20 aikana sallii kuitujen kiertymisen kuivatuksen aikana sekä ristikytkennän tällaisessa

III

"V kierretyssä kiharretussa tilassa. Kuitujen kuivattamista näissä olosuhteissa, jolloin :;;.' kuidut kiertyvät ja kihartuvat, kutsutaan kuitujen kuivattamiseksi pääasiassa jännit- 'tämättömässä tilassa. Toisaalta kuitujen kuivatus levymäisessä muodossa antaa tu-# · · ’ * * lokseksi kuivatetut kuidut, jotka eivät ole niin suuressa määrin kierrettyjä ja kihartu- 25 neita kuin pääasiassa yksiöidyssä muodossa kuivatetut kuidut. Uskotaan, että kuitu- • · · jen välinen vetysidos "estää" kuidun kiertymisen ja kihartumisen suhteellisen esiin- **”: tymisen.

• ·

On olemassa useita erilaisia menetelmiä, joiden avulla kuidut voidaan saattaa koske- • t · tukseen ristikytkentäaineen ja katalyytin kanssa (mikäli katalyyttiä käytetään).

30 Eräässä sovellutusmuodossa kuidut saatetaan kosketukseen liuoksen kanssa, joka si- *···. sältää alunperin sekä ristikytkentäainetta että katalyyttiä. Eräässä toisessa sovellu- « · tusmuodossa kuidut saatetaan kosketukseen ristikytkentäaineen vesipitoisen liuoksen kanssa ja niiden annetaan liota ennen katalyytin lisäämistä. Sen jälkeen katalyyttiä lisätään. Kolmannessa sovellutusmuodossa ristikytkentäainetta ja katalyyttiä i 15 105832 lisätään selluloosakuitujen vesipitoiseen liuokseen. Muut menetelmät edellä selostettujen lisäksi ovat tuttuja alaan perehtyneille henkilöille ja ne on tarkoitettu sisältyviksi tämän keksinnön suojapiiriin. Siitä menetelmästä huolimatta, jonka avulla kuidut saatetaan kosketukseen ristikytkentäaineen ja katalyytin kanssa (jos katalyyt-5 tiä käytetään), selluloosakuidut, ristikytkentäaine ja katalyytti sopivimmin sekoitetaan ja/tai niiden annetaan liota riittävästi kuitujen perinpohjaisen keskinäisen kosketuksen ja yksittäisten kuitujen kyllästymisen varmistamiseksi.

Tämän patenttihakemuksen tekijät ovat havainneet, että ristikytkentäreaktio voidaan saavuttaa katalyyttiä käyttämättä, jos ristikytkentäainetta sisältävän liuoksen pH-10 arvo pidetään seuraavassa selostettavissa rajoissa. Erityisesti selluloosakuitulietteen vesipitoinen osa tai ristikytkentäaineliuos olisi säädettävä pH-ohjearvoon, joka on noin 1,5-5, sopivimmin noin 2,0-3,5, ristikytkentäaineen ja kuitujen välisenä koske-tusaikana. pH-arvo säädetään sopivimmin lisäämällä emästä, kuten natriumhydrok-sidia, ristikytkentäaineliuokseen.

15 Edellä olevasta huolimatta voidaan yleensä käyttää mitä tahansa ainetta, joka kykenee katalysoimaan ristikytkentämekanismin. Hyväksyttävät katalyytit sisältävät al-kalimetallihypofosfiitit, alkafimetallifosfiitit, alkalimetallipolyfosfaatit, alkalimetal-lifosfaatit ja alkalimetallisulfaatit. Erityisen suositeltavia katalyyttejä ovat alkalime-tallihypofosfiitit, alkalimetallifosfaatit ja alkalimetallisulfaatit. Katalyysimekanismia

I I I I

' ' 20 ei tunneta, vaikka esillä olevan patentin hakijat uskovatkin, että katalyytit voivat c»f ·'...· yksinkertaisesti toimia puskuriaineina pitäen pH-tasot halutuissa rajoissa. Täydelli- r « » •, | I sempi luettelo tässä yhteydessä käyttökelpoisista katalyyteistä löytyy US-patenttijul- i kaisusta 4 820 307, hakijoina Welch et ai, myönnetty 11. huhtikuuta 1989, tämän patenttiasiakirjan ollessa liitettynä mukaan tähän yhteyteen viiteaineistona. Käyt- t « « 25 töön valittua katalyyttiä voidaan käyttää ainoana katalysoivana aineena tai yhdessä yhden tai useamman katalyytin kanssa.

• · · Käytetyn katalyytin sopiva määrä on tietenkin riippuvainen ristikytkentäaineen tyy- • · · pistä ja määrästä sekä reaktio-olosuhteista, erityisesti lämpötilasta ja pH-arvosta.

Teknisiin ja taloudellisiin tekijöihin perustuen suuruudeltaan noin 5 - noin 80 pai- ,···. 30 noprosenttia olevat katalyyttitasot selluloosakuituihin lisätyn ristikytkentäaineen • · ”* painosta laskettuna ovat yleensä suotavia. Esimerkkitarkoituksia varten tapauksessa, t .. ’ jolloin käytettynä katalyyttinä on natriumhypofosfiitti ja ristikytkentäaineena sitruu- a · « _________________ _______ nahappo, nom 50 painoprosenttia oleva katalyyttitaso lisätyn sitruunahapon määrän perusteella laskettuna, on sopiva. On lisäksi suotavaa säätää selluloosakuitulietteen 35 vesipitoinen osa tai ristikytkentäaineliuos pH-ohjearvoon, joka on suuruudeltaan 16 105832 noin 1,5 - noin 5, sopivimmin noin 2,0 - noin 3,5, ristikytkentäaineen ja kuitujen välisen kosketusajan aikana.

Selluloosakuiduista olisi yleensä poistettava vesi ja ne olisi vaihtoehtoisesti kuivattava. Käyttökelpoiset ja optimaaliset konsistenssit vaihtelevat käytetystä untuvointi-5 laitteistosta riippuen. Suositeltavissa sovellutusmuodoissa selluloosakuiduista poistetaan vesi ja ne kuivataan optimaalisesti noin 20 - noin 80 % konsistenssiin. On suotavampaa poistaa kuiduista vesi ja kuivata ne noin 35 - noin 60 % konsistenssita-solle. Kuitujen kuivaaminen näissä suositeltavissa rajoissa helpottaa yleensä kuitujen kuidutusta yksiöityyn muotoon ilman korkeampiin kosteustasoihin liittyvää lii-10 allista solmukohtien muodostusta ja huomattavia kuituvaurioita.

Esimerkkisovellutuksia varten vesi voidaan poistaa tällaisten menetelmien avulla massaa mekaanisesti puristamalla tai ilmakuivaamalla se. Kuitujen lisäkuivaus edellä selostettuun 35 -60 % konsistenssiin on vaihtoehtoinen, mutta sopivimmin toteutettavissa jonkin alalla tunnetun menetelmän, kuten ilmakuivatuksen avulla olo-15 suhteiden alaisina, joiden yhteydessä ei vaadita korkean lämpötilan käyttöä pitkinä ajanjaksoina. Liian korkea lämpötila ja liian pitkä aika tässä vaiheessa voivat johtaa kuitujen kuivumiseen yli 60 % konsistenssiin aiheuttaen siten ylimääräistä kuitujen vahingoittumista myöhemmin seuraavan kuidutusvaiheen aikana. Vedenpoiston jäl-,,.: keen kuidut sitten lohdutetaan mekaanisesti edellä selostetulla tavalla.

f · r « · 20 Kuidutetut kuidut kuivataan sitten 60-100 % konsistenssiin menetelmän avulla, joka I 4 :i tunnetaan alalla nimellä äkkikuivaus. Tässä vaiheessa kuitujen kiertymä ja kihartu- [ ma lisääntyvät, kun vesi poistetaan niistä. Vaikka tämän lisäkuivausvaiheen yhtey- dessä poistettu vesimäärä voi vaihdella, niin uskotaan, että tällainen äkkikuivaus ;*·*; korkeampaan konsistenssiin saa aikaan kuitujen korkeamman kiertymä- ja kihartu- 25 matason kuin äkkikuivaus 60-100 % alueen alaosassa olevaan konsistenssiin. Suosi- ··· teltavissa sovellutusmuodoissa kuidut kuivataan noin 90-95 % konsistenssiin. Usko- • · • t y.\' taan, että tämäntasoinen äkkikuivaus saa aikaan kuitujen kiertymän halutun tason ·;** korkeampia äkkikuivauslämpötiloja tai 100 % konsistenssin saavuttamiseksi edelly- s,\: tettyjä pidätysaikoja vaatimatta. Kuitujen äkkikuivaus esimerkiksi 90-95 % konsis- 30 tenssiin 60-100 % konsistenssialueen yläpäässä vähentää myös kuivauksen määrää, joka on suoritettava äkkikuivausta seuraavassa kovetusvaiheessa.

4141 • * *

Akkikuivatut kuidut kuumennetaan sitten sopivaan lämpötilaan tehollista ajanjaksoa varten ristikytkentäaineen kovettamiseksi, so. reaktiota varten selluloosakuitujen kanssa. Ristikytkennän nopeus ja aste riippuu kuitujen kuivuudesta, lämpötilasta, 35 pH-arvosta, katalyytin määrästä ja tyypistä, ristikytkentäaineesta ja kuitujen kuu- i 17 105832 mentamiseen ja/tai kuivatukseen käytetystä menetelmästä ristikytkentää suoritettaessa. Ristikytkentä määrätyssä lämpötilassa tapahtuu suuremmalla nopeudella tietyllä alkuperäisellä kosteuspitoisuudella varustettuja kuituja varten, kun sitä seuraa jatkuva ilmakuivatus, kiinteässä uunissa tapahtuvaan kuivatukseen/kuumennukseen ver-5 rattuna. Alaan perehtyneet henkilöt ymmärtävät, että useita lämpötila-aikasuhteita esiintyy ristikytkentäaineen kuivatuksen yhteydessä. Noin 145 - noin 165 °C kuiva-tuslämpötilat noin 30 - noin 60 minuutin pituisia ajanjaksoja varten staattisten ilma-kehäolosuhteiden alaisina antavat yleensä tulokseksi hyväksyttävät kovettumiste-hokkuudet kuituja varten, joiden kosteuspitoisuudet ovat alle noin 10 %. Alaan pe-10 rehtyneet henkilöt ymmärtävät lisäksi, että korkeammat lämpötilat ja pakotettu il-makonvektio vähentävät vaadittua kovettumisaikaa. Siten noin 170 - noin 190 °C olevat kuivatuslämpötilat noin 2 - noin 20 minuuttia olevia ajanjaksoja varten ilma-virtausuunissa saavat myös yleensä aikaan hyväksyttävät kovettumistehokkuudet kuituja varten, joiden kosteuspitoisuus on alle noin 10 %. Kovettumislämpötilat olisi 15 pidettävä alle noin 225 °C:ssa, sopivimmin alle noin 200 °C:ssa, koska kuitujen alttiina olo tällaisille korkeille lämpötiloille voi johtaa niiden tummumiseen tai muunlaiseen vaurioitumiseen.

Ilman teoreettisia rajoituksia uskotaan, että selluloosakuitujen ja C3-C9-polykarbok-syylihapporistikytkentäaineen välinen kemiallinen reaktio ei ala ennen kuin näiden 20 materiaalien muodostamaa seosta kuumennetaan kovetusuunissa. Kovetusvaiheen ;"': aikana esteriristikytkysidoksia muodostuu Ca-Cg-polykarboksyylihapporistikytkentä- : aineen ja selluloosamolekyylien välille. Nämä esteriristikytkennät ovat liikkuvia lämmön alaisina transesteröitymisreaktion johdosta, joka tapahtuu esteriryhmien ja I”.' niiden vieressä olevien esteröitymättömien hydroksyyliryhmien välillä selluloosa ni^ 25 kuiduissa. Uskotaan lisäksi, että transesteröitymisreaktio, joka tapahtuu alkuperäisten esterisidosten muodostumisen jälkeen, antaa tulokseksi kuidut, joilla on parantuneet absorptio-ominaisuudet sellaisiin kuituihin verrattuna, joita ei ole riittävästi ko-vetettu transesteröitymisen tapahtumista varten.

• · · • · · ·

Ristikytkentävaiheen jälkeen kuidut haluttaessa pestään. Pesun jälkeen kuidut de- • · · 30 fluidisoidaan ja kuivataan. Kuidut voidaan niiden ollessa yhä kosteita asettaa toisen mekaanisen kuidutusvaiheen alaisiksi, jolloin ristikytketyt kuidut kiertyvät ja kihar- ··· tuvat defluidisointi- ja kuivausvaiheiden välillä. Edellä selostettuja kuitujen kuidu- * ·« · .*··. tusta varten käytettyjä laitteita ja menetelmiä voidaan käyttää tässä toisessa mekaa nisessa kuidutusvaiheessa. Tässä yhteydessä käytetty sana "kuidutus" tarkoittaa mitä 35 tahansa menetelmää, jota voidaan käyttää kuitujen mekaaniseksi erottamiseksi pääasiassa yksiöityyn muotoon, vaikka kuidut voivatkin jo olla tällaisessa muodossa.

18 105832 "Kuidutus" merkitsee siten kuitujen mekaanista käsittelyvaihetta joko yksiöidyssä tai tiivistetymmässä muodossa, jolloin tällainen mekaaninen käsittelyvaihe a) erottaa kuidut pääasiassa yksiöityyn muotoon, elleivät ne vielä ole tällaisessa muodossa, ja b) kihartaa ja kiertää kuituja niitä kuivattaessa.

5 Tämän kuitujen ristikytkennän jälkeen tapahtuvan toisen kuidutuskäsittelyn uskotaan lisäävän kuitumassan kierrettyä ja kiharrettua ominaisluonnetta. Tämä kuitujen kiertymisen ja kiharruksen lisääminen lisää absorboivan rakenteen joustavuutta ja kostumisherkkyyttä.

Ristikytkennän maksimitaso saavutetaan kuitujen ollessa pääasiassa kuivia (sisältäen 10 alle 5 % kosteutta). Veden poissaolon johdosta kuidut tulevat ristikytketyiksi ollessaan pääasiassa laajentumattomassa kokoonluhistuneessa tilassa. Siten niille ovat ominaisia alhaiset juoksevien väliaineiden pidätysarvot (FRV) tämän keksinnön yhteydessä sovellettavalla arvoalueella. FRV-arvo merkitsee juoksevan väliaineen määrää kuivien kuitujen perusteella laskettuna, joka pysyy liotettujen ja sen jälkeen 15 kuitujen välisen juoksevan väliaineen poistamista varten lingottujen kuitujen muodostaman näytteen absorboimana. (FRV:tä sekä sen määritysmenetelmää selostetaan seuraavassa.) Se juoksevan väliaineen määrä, jonka ristikytketyt kuidut kykenevät imemään itseensä, on riippuvainen kuitujen kyvystä laajentua kyllästymisen yhtey-.,.: dessä, toisin sanoen niiden sisäläpimitasta tai -tilavuudesta laajentumisen yhteydes- , t 20 sä maksimitasoon. Tämä seikka riippuu taas ristikytkentätasosta. Kuitujen sisäisen ,"! ristikytkentätason noustessa tiettyä kuitua ja menetelmää varten, kuidun FRV-arvo ;':,: vähenee. Siten tietyn kuidun FRV-arvo kuvaa rakenteellisesti kyseisen kuidun fyy- ; sista tilaa kyllästyshetkellä. Ellei toisin ole ilmoitettu, tässä yhteydessä esitetyt FRV-tiedot annetaan kuitujen vedenpidätysarvona (WRV). Muitakin juoksevia vä- · · : 25 Hameita, kuten suolavettä ja synteettistä virtsaa, voidaan edulHsesti käyttää juokse vana väliaineena analyysiä varten. Yleensä erityisen kuidun FRV-arvo, tämän kui-:***: dun ollessa ristikytkettynä menetelmien avulla, joiden yhteydessä kovettuminen on suuresti riippuvainen kuivatuksessa, kuten esillä olevaa menetelmää käytettäessä, • · * _ .·. riippuu pääasiassa ristikytkentäaineesta ja -tasosta. Tämän kuivan ristikytkentäme- • · · 30 netelmän avulla ristikytkettyjen kuitujen WRV-arvot tätä keksintöä varten hyväksyt-tävillä ristikytkentäainetasoilla ovat yleensä alle noin 60, yli noin 28, sopivimmin ·· alle noin 50 ja edullisimmin noin 30 - noin 45. Valkaistujen SSK-kuitujen, jotka si-

I ( M

sältävät reaktioaineena noin 1,5 - noin 6,0 mooliprosenttia sitruunahappoa, selluloo-san anhydroglykoosimoolipohjalta laskettuna, on havaittu sisältävän WRV-arvot, 35 jotka ovat suuruudeltaan noin 28 - noin 40. Valkaisuasteen ja ristikytkennän jälkeisten valkaisuvaiheiden toteutuksen on havaittu vaikuttavan WRV-arvoon. Etelässä i 19 105832 kasvavasta havupuulajista useiden aikaisemmin tunnettujen ristikytkentämenetelmi-en avulla tehtyjen voimapaperikuitujen (SSK) on havaittu sisältävän ristikytkentäta-sot, jotka ovat korkeampia kuin tässä yhteydessä selostetut tasot, näiden kuitujen WRV-arvon ollessa pienempi kuin noin 25. Tällaisten kuitujen, kuten edellä on se-5 lostettu, on havaittu olevan poikkeuksellisen jäykkiä ja imukyvyltään huonompia kuin esillä olevan keksinnön mukaiset kuidut.

Eräässä toisessa sovellutusmuodossa, joka käsittää yksiöityjen ristikytkykuitujen valmistamisen kuivan ristikytkentämenetelmän avulla, selluloosakuidut asetetaan kosketukseen liuoksen kanssa, joka käsittää edellä selostetun ristikytkentäaineen. 10 Joko ennen kosketustaan ristikytkentäaineen kanssa tai sen jälkeen kuidut saatetaan levymäiseen muotoon. Nämä levymäisessä muodossa olevat kuidut kuivataan ja ris-tikytketään sopivimmin kuumentamalla ne noin 120 - noin 160 °C lämpötilaan. Ris-tikytkennän jälkeen kuidut erotetaan mekaanisesti pääasiassa yksiöityyn muotoon. Tämä toimenpide toteutetaan sopivimmin kuitujen untuvointilaitteen avulla, jollai-15 nen on selostettu esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 3 987 968 tai muita alalla tunnettujen kuitujen Joudutusta varten tarkoitettuja menetelmiä käyttäen. Tämän levy-ristikytkentämenetelmän mukaisesti tehdyt yksiöidyt ristikytketyt kuidut käsitellään riittävällä määrällä ristikytkentäainetta, niin että tehokas määrä ristikytkentäainetta, joka on sopivimmin noin 0,5 - noin 10,0 mooliprosenttista selluloosan anhydroglu-,..: 20 koosin moolipohjalta laskettuna ja kuidutuksen jälkeen mitattuna, reagoi kuitujen , · · ·, kanssa niiden sisäisten ristikytkentäsidosten muodossa. Eräänä toisena levymäisessä * « ."! < muodossa olevien kuitujen kuivaamisen ja ristikytkennän aiheuttamana vaikutukse- na on se, että kuitujen sisäiset sidokset estävät kuituja kiertymästä ja kihartumasta « < · :<: kuivatuksen lisääntyessä. Yksiöityihin ristikytkettyihin kuituihin verrattuna, jotka on < « * ·«· * 25 tehty menetelmän avulla, jonka yhteydessä kuidut kuivataan pääasiassa jännittämät- : tömässä tilassa ja sen jälkeen ristunkytketään kiertymättömässä ja kihartumattomas- sa muodossa, voidaan odottaa, että edellä selostetun levykovetusprosessin mukai-sesti tehdyillä suhteellisen kiertymättömiä kuituja sisältävillä imukykyisillä raken-·*'*: teillä on huonompi märkäkestävyys ja vähäisempi herkkyys kostumiselle.

t • · 30 Eräässä toisessa yksiöityjen ristikytkettyjen kuitujen valmistamista varten tarkoite-:mmi tun kuivaristikytkentämenetelmän muimnelmassa kuidut erotetaan mekaanisesti pää- [·„ asiassa yksiöityyn muotoon kuivaus-ja ristikytkentävaiheen välillä. Selluloosakui-dut asetetaan toisin sanoen ensin kosketukseen liuoksen kanssa, joka sisältää risti-*** kytkentäainetta edellä selostetulla tavalla. Joko ennen asettamistaan kosketukseen 35 ristikytkentäaineen kanssa tai sen jälkeen kuidut saatetaan levymäiseen muotoon. Kuidut kuivataan niiden ollessa levymäisessä muodossa. Ennen ristikytkentää kuidut 20 105832 yksiöidään niiden sisäisten ristikytkysidosten muodostamiseksi. Tämä vaihtoehtoinen ristikytkentämenetelmä sekä muut alaan perehtyneiden henkilöiden ymmärtämät muunnelmat ovat tarkoitetut sisältyviksi tämän keksinnön suojapiiriin.

Eräänä toisena ristikytkentämenetelmäluokkana, jota voidaan soveltaa esillä olevan 5 keksinnön yhteydessä, ovat ei-vesiliuoskovetusristikytkentämenetelmät. Tyypiltään samanlaisia kuituja kuin mitä on käytetty kuivaristikytkentämenetelmissä, voidaan käyttää ei-vesiliuosristikytkettyjen kuitujen valmistuksessa. Kuidut käsitellään riittävällä määrällä ristikytkentäainetta, niin että tehokas määrä ristikytkentäainetta reagoi tämän jälkeen kuitujen kanssa, sekä haluttaessa sopivalla katalyytillä. Käytössä ole-10 van ristikytkentäaineen ja katalyytin (jos sitä käytetään) määrät riippuvat konsis-tenssin, lämpötilan, ristikytkentäliuoksen ja kuitujen vesipitoisuuden, ristikytkentäaineen ja ristikytkentäliuoksen sisältämän laimentunen tyypin ja halutun ristikytken-tämäärän kaltaisista reaktiotekijöistä. Ristikytkentäaine saatetaan reagoimaan kuitujen ollessa upotettuina liuokseen, joka ei aiheuta kuitujen huomattavampaa laaje-15 nemista. Tämä ristikytkentäliuos sisältää ei-vesipitoista, veteen sekoitettavaa polaarista liuotinta, kuten rajoittamattomassa mielessä mainittuna, etikkahappoa, propaa-nihappoa tai asetonia. Ristikytkentäliuos voi sisältää myös rajoitetun määrän vettä tai muuta kuitua laajentavaa nestettä, tämän vesimäärän ollessa kuitenkin sopivim-min riittämätön aiheuttaakseen mitään huomattavampaa kuitujen laajentumista. Ris-: ’ : 20 tikytkentäväliaineena käyttöä varten sopivia ristikytkentäliuotinjärjestelmiä on selos- tettu US-patenttijulkaisussa 4 035 147, hakijoina S. Sangenis, G. Guiroy ja J. Quere,

III

: myönnetty 12. heinäkuuta 1977 tämän patenttiasiakiijan ollessa liitettynä mukaan : .·. tähän yhteyteen viiteaineistona.

I 4 I IM < ' · :: Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän avulla valmistettuja ristikytkykuituja ··· v · 25 voidaan käyttää suoraan ilmaladottujen imukykyisten sydänten valmistuksessa. Lisäksi jäykistetyn ja joustavan luonteensa johdosta nämä ristikytketyt kuidut voidaan märkälatoa tiivistämättömäksi levyksi, jota tämän jälkeen tapahtuvan kuivatuksen ·« .*··. jälkeen voidaan käyttää suoraan imukykyisenä sydämenä ilman mitään mekaanista t” lisäkäsittelyä. Ristikytketyt kuidut voidaan myös märkälatoa tiivistettyinä massale- • ♦ · *.*.· 30 vyinä myyntiä tai kuljetusta varten kaukana oleviin määräpaikkoihin.

« · • · ·* *

Tavanomaisista ristikytkemättömistä selluloosakuiduista tehtyihin massalevyihin verrattuna esillä olevan keksinnön mukaisista ristikytkykuiduista tehtyjä massalevy- • · ’··’ jä on vaikeampi puristaa kokoon tavanomaisten massalevytiheyksien saavuttamiseksi. Voi siten olla suotavaa yhdistää ristikytketyt kuidut ristikytkemättömien kuitu-35 jen kanssa, jollaisia käytetään esimerkiksi tavanomaisesti imukykyisten sydämien valmistuksessa. Jäykistettyjä ristikytkettyjä kuituja sisältävät massalevyt käsittävät i 21 105832 sopivinunin noin 5 - noin 90 % ristikytkemättömiä selluloosakuituja, levyn koko-naiskuivapainosta laskettuna, sekoitettuna yhteen yksiöityjen ristikytkettyjen kuitujen kanssa. On erityisen suotavaa, että tällainen levy sisältää noin 5 - noin 30 % erittäin hyvin puhdistettuja ristikytkemättömiä selluloosakuituja, levyn kokonaiskui-5 vapainosta laskettuna. Tällaiset puhdistetut kuidut puhdistetaan tai lyödään vapaus-tasolle asti, joka on alle noin 300 ml CSF, ja sopivimmin alle 100 ml CSF. Ristikyt-kemättömät kuidut on edullisinta sekoittaa yksiöityjen ristikytkykuitujen muodostamaan vesipitoiseen lietteeseen. Tämä seos voidaan sitten muodostaa tiivistetyksi massalevyksi myöhemmin tapahtuvaa kuidutusta ja imukykyisiksi pehmusteiksi 10 muodostamista varten. Ristikytkemättömien kuitujen mukanaolo helpottaa massale-vyn kokoonpuristamista tiivistettyyn muotoon, aiheuttaen samalla vain hämmästyttävän pienen imukykyhäviön tämän jälkeen muodostetuissa imukykyisissä pehmusteissa. Ristikytkemättömät kuidut lisäävät edelleen massalevyn ja joko siitä tai suoraan ristikytketyiden ja ristikytkemättömien kuitujen seoksesta tehtyjen imukykyis-15 ten pehmusteiden vetolujuutta. Riippumatta siitä, tehdäänkö ristikytkettyjen ja ristikytkemättömien kuitujen seos ensin massalevyksi ja sen jälkeen imukykyiseksi pehmusteeksi vai suoraan imukykyiseksi pehmusteeksi, voi tällainen imukykyinen pehmuste olla ilma- tai märkäladottu.

Levyjen tai kudosten, jotka on tehty yksiöidyistä ristikytketyistä kuiduista tai myös 20 ristikytkemättömiä kuituja sisältävistä seoksista, peruspainot ovat sopivimmin alle « · · · *y * * noin 800 g/m ja tiheydet alle noin 0,60 g/cm . Vaikka keksinnön suojapiiriä ei ole- kaan tarkoitus rajoittaa, ovat peraspainoiltaan 300 - nom 600 g/m ja tiheyksiltään i,j : 0,07 - noin 0,30 g/m2 olevat märkäladotut levyt erityisen sopivia käytettäviksi suo- : raan imukykyisinä sydäminä kertakäyttötuotteissa, kuten lastenvaipoissa, tampo- 25 neissa ja muissa kuukautistuotteissa. Rakenteiden, joiden peruspainot ja tiheydet • · · ovat näitä tasoja korkeampia, uskotaan olevan käyttökelpoisimpia myöhemmin seu-raavaa hienontamista ja ilma- tai märkäladontaa varten tiheydeltään ja peruspainol-taan alhaisemman rakenteen muodostamiseksi, joka on käyttökelpoisempi imuky- • # kyisyyttä edellyttäviä sovellutuksia varten. Lisäksi tällaisilla peruspainoltaan ja ti- ·;·* 30 heydeltään korkeammilla rakenteilla on myös hämmästyttävän hyvä imukykyisyys ja kastumisherkkyys. Muut esillä olevan keksinnön mukaisesti tehtyjä kuituja varten tarkoitetut sovellutukset sisältävät tiheydeltään alhaiset kudoslevyt, joiden tiheydet * * ^ voivat olla alle noin 0,03 g/cm .

• ·« · • « · L..: Haluttaessa ristikytkykuituja voidaan käsitellä edelleen ylimääräisen reagoimatto- 35 man ristikytkentäaineen poistamiseksi. Eräs käsittelysaija, jonka on havaittu poistavan menestyksellisesti ylimääräisen ristikytkentäaineen, käsittää peräkkäisessä jär- 22 105832 jestyksessä ristikytkykuitujen pesemisen, kuitujen liottamisen vesipitoisessa liuoksessa huomattavan ajan verran, kuitujen seulonnan, veden poistamisen kuiduista esimerkiksi linkoamiskäsittelyn avulla kuitujen konsistenssiin noin 40 - noin 80 % asti, näiden vettä sisältämättömien kuitujen mekaanisen lohdutuksen edellä seloste-5 tulla tavalla ja kuitujen ilmakuivatuksen. Riittävä määrä happoainetta voidaan tarpeen vaatiessa lisätä pesuliuokseen sen pH-arvon pitämiseksi pienempänä kuin noin 7. Ilman mitään teoreettista rajoitusta uskotaan, että esteriristikytkennät eivät ole vakaita emäksisissä olosuhteissa ja että pitämällä pesukäsittelyyn liittyvä pH-arvo happamissa rajoissa muodostuneiden esteriristikytkentöjen reversio tulee estetyksi. 10 Happamuus voidaan saada aikaan kivennäishappojen, kuten rikkihapon, avulla tai käyttämällä vaihtoehtoisesti happamia valkaisukemikaaleja, kuten klooridioksidia ja natriumhydrosulfiittia (jota voidaan myös lisätä ristikytkykuitujen kirkastamiseksi). Tämän menetelmän on havaittu vähentävän jäljellä jäävää vapaata ristikytkentä-ainepitoisuutta arvoon 0,01 - noin 0,15 % asti.

15 Tässä yhteydessä selostettuja ristikytkykuituja voidaan käyttää useita erilaisia imu-kykyisiä tuotteita varten, mukaan lukien täysin rajoittamattomassa mielessä kudos-levyt, kertakäyttövaipat, kuukautissiteet, terveyssiteet, tamponit ja haavasiteet, kunkin sanotun tuotteen käsittäessä imukykyisen rakenteen, joka on tehty tässä yhteydessä selostetuista yksiöidyistä ristikytkykuiduista. Tällaisia tuotteita voivat erityi-20 sesti olla kertakäyttövaippa tai vastaavanlainen tuote, joka sisältää nestettä läpäise-vän päällyksen, siihen liitetyn nestettä läpäisemättömän takalevyn ja yksiöidyistä ristikytkykuiduista tehdyn imukykyisen rakenteen. Tällaisia tuotteita on selostettu : yleensä US-patenttijulkaisussa 3 860 003, hakijana Kenneth B. Buell, 14. tammi- • · · : kuuta 1975, tämän asiakirjan ollessa liitettynä mukaan tähän yhteyteen viiteaineis- 25 tona. Tässä yhteydessä selostettuja ristikytkykuituja voidaan käyttää myös suoda- • · "I tus väliaineiden valmistamiseen.

• « · • · ·

Lastenvaippojen ja kuukautissiteiden imukykyiset sydämet tehdään tavallisesti jäy-kistämättömistä ristikytkemättömistä selluloosakuiduista, näiden sydänten kuivati-heyksien ollessa noin 0,06 - noin 0,12 g/cm3. Kostuessaan tällaisen imukykyisen sy- • · · 30 dämen tilavuus normaalisti vähenee.

• · · • · · • · f": On havaittu, että esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän avulla valmistettuja ristikytkettyjä kuituja voidaan käyttää imukykyisten sydänten tekemiseen, joilla on huomattavasti paremmat juoksevien väliaineiden absorptio-ominaisuudet, mukaan '··' lukien rajoittamattomassa mielessä imukyky ja -nopeus, tiheydeltään vastaaviin 35 imukykyisiin sydämiin verrattuna, jotka on tehty tavanomaisista ristikytkemättömistä kuiduista tai aikaisemmin tunnetuista ristikytkykuiduista. Tällaisia parantunee- i 23 105832 seen imukykyyn liittyviä tuloksia voidaan myös saada märkäkestävyyden lisääntyneiden tasojen yhteydessä. Imukykyisiä sydämiä varten, joiden tiheydet ovat noin 0,05 - noin 0,015 g/cm3 ja jotka säilyttävät kastuessaan tilavuutensa pääasiassa samana, on erityisen suotavaa käyttää ristikytkykuituja, joiden ristikytkentätasot sisäl-5 tävät noin 5,0 - noin 10,0 mooliprosenttia ristikytkentäainetta kuivan selluloosan anhydroglukoosin moolipohjalta laskettuna. Tällaisista kuiduista tehdyt imukykyiset sydämet sisältävät rakenteellisten ominaisuuksien, so. puristus- ja märkäkestävyyden, suotavan yhdistelmän. Käsite märkäkestävyys tarkoittaa tässä yhteydessä kastuneen pehmusteen kykyä palautua joustavasti takaisin alkuperäiseen muotoonsa ja 10 tilavuuteensa puristusvoimien alaisena ja niistä vapautuessaan. Käsittelemättömistä ja aikaisemmin tunnetuista ristikytkykuiduista tehtyihin sydämiin verrattuna esillä olevan keksinnön mukaisista kuiduista tehdyt kuidut saavat takaisin huomattavasti suuremman osan alkuperäisistä tilavuuksistaan märkäpuristusvoimista vapautumisen yhteydessä.

15 Eräässä toisessa suositeltavassa sovellutusmuodossa yksiöidyt ristikytkykuidut muodostetaan joko ilma- tai märkäladotuksi (ja sen jälkeen kuivatuksi) imukykyi-seksi sydämeksi, joka puristetaan kokoon kuivatilavuuteen, joka on pehmusteen ta-sapainomärkätilavuutta pienempi. Tasapainomärkätilavuus tarkoittaa pehmusteen tilavuutta, kuivakuitutilavuudesta laskettuna, pehmusteen ollessa täysin kyllästettynä 20 juoksevalla väliaineella. Kun kuidut muodostetaan imukykyiseksi sydämeksi, jonka kuivatilavuus on pienempi kuin tasapainomärkätilavuus kostutuksen yhteydessä kyllästymispisteeseen asti, sydän luhistuu kokoon tasapainomärkätilavuuteen asti.

;'; Vaihtoehtoisesti, kun kuidut muodostetaan imukykyiseksi sydämeksi, jonka kuivati- < « 4 ( : . . lavuus on tasapainomärkätilavuutta suurempi kostutuksen yhteydessä kyllästymis- [«>*! 25 pisteeseen, sydän laajenee tasapainomärkätilavuuteen asti. Esillä olevan keksinnön « · mukaisista kuiduista tehtyjen pehmusteiden tasapainomärkätilavuudet ovat tavan- • omaisista untuvoiduista kuiduista tehtyjen pehmusteiden vastaavia tilavuuksia huomattavasti pienemmät. Esillä olevan keksinnön mukaiset kuidut voidaan puristaa kokoon tasapainomärkätilavuutta suurempaan tilavuuteen ohuen pehmusteen muo- 30 dostamiseksi, joka kastuessaan laajenee, lisäten siten imukykyään huomattavasti korkeammalle tasolle kuin ristikytkemättömien kuitujen yhteydessä voidaan saavut- .···, taa.

• · ··· Erään toisen suositeltavan sovellutusmuodon yhteydessä, voimakkaat absorptio- ominaisuudet, märkäkestävyys ja kosteusherkkyys, voidaan saavuttaa ristikytkentä- «· · 35 tasoilla, jotka ovat noin 1,5 - noin 6,0 mooliprosenttia kuivaselluloosan moolipohjalta laskettuna. Tällaiset kuidut muodostetaan sopivimmin imukykyisiksi sydämik- 24 105832 si, joiden kuivatiheydet ovat niiden tasapainomärkätilavuuksia suuremmat. Nämä imukykyiset sydämet puristetaan sopivimmin noin 0,12 - noin 0,60 g/cm3 tiheyksiin, jolloin vastaava tasapainomärkätiheys on kuivan kokoonpuristetun pehmusteen tiheyttä pienempi. Imukykyiset sydämet puristetaan myös sopivimmin noin 0,12 -5 noin 0,40 g/cm3 tiheyteen, vastaavien tasapainomärkätiheyksien ollessa noin 0,08 -noin 0,12 g/cm3 ja kuivien kokoonpuristettujen sydänten tiheyksiä pienempiä. On kuitenkin otettava huomioon, että korkealla tiheysalueella olevat absorboivat rakenteet voidaan tehdä ristikytkykuiduista, joilla on korkeammat ristikytkentätasot, kun taas tiheydeltään alhaisemmat absorboivat rakenteet voidaan tehdä ristikytkykuiduis-10 ta, joilla on matalammat ristikytkentätasot. Parantunut suorituskyky aikaisemmin tunnettuihin yksiöityihin ristikytkykuituihin verrattuna saavutetaan näiden kaikkien rakenteiden yhteydessä.

Vaikka edellä on selostettu suositeltavia sovellutusmuotoja tiheydeltään korkeita ja alhaisia absorboivia rakenteita varten, niin on otettava huomioon, että absorboivien 15 rakenteiden tiheyksien ja ristikytkentäainetasojen yhdistelmien vaihtelevaisuus edellä selostetuissa rajoissa saa aikaan erittäin hyvät imukykyominaisuudet ja absorboivan rakenteen kiinteyden tavanomaisiin selluloosakuituihin ja ristikytkykuituihin verrattuna. Tällaiset sovellutukset on tarkoitettu sisältyviksi tämän keksinnön suoja-piiriin.

20 Seuraavaa menetelmää voidaan käyttää selluloosakuitujen vedenpidätysarvojen ·. määrittämiseksi.

• · tll • · ·,: · Noin 0,3 - noin 0,4 g kuituja sisältävää näytettä liotetaan kannella varustetussa säili- ; össä noin 100 ml:ssa tislattua tai deionisoitua vettä huonelämpötilassa noin 15 - noin 20 tunnin ajan. Liotetut kuidut kerätään suodattuneen ja siirretään 80-silmäi- 25 seen vanunkikoriin, joka on asetettu noin 1 1/2 tuuman päähän linkoputken 60-sil- mäisellä seulalla varustetun pohjan yläpuolelle. Putki on peitetty muovikannella ja .···. näytettä lingotaan 1500-1700 painovoiman suuruisella keskipakovoimalla 19-21 mi- • · nuutin ajan. Lingotut kuidut poistetaan sitten korista ja punnitaan. Punnitut kuidut ·;·’ kuivataan vakiopainoon lämpötilassa 105 °C ja punnitaan uudelleen. Vedenpidätys- • · v.: 30 arvo lasketaan seuraavasta kaavasta: • · · » * (1) WRV=[(W-D)/D]xl00 • · · m · • « • · • · · 25 105832 jossa W = Iingottujen kuitujen märkäpaino; D = kuitujen kuivapaino; ja W-D = imetyn veden paino 5 Seuraavaa menetelmää voidaan käyttää imukykyisten sydänten tihkumiskapasiteetin määrittämiseksi. Tihkumiskapasiteettia käytetään sydänten absorptiokyvyn ja -nopeuden yhdistettynä mittana.

Mitoiltaan neljä tuumaa kertaa neljä tuumaa oleva pehmuste, joka painaa noin 7,5 g, asetetaan seulalle. Synteettistä virtsaa syötetään pehmusteen keskiosaan nopeudella 10 8 ml/s. Synteettisen virtsan virtaus pysäytetään, kun ensimmäinen pisara synteettistä virtsaa putoaa pois pehmusteen pohjasta tai sivuilta. Tihkumiskapasiteetti lasketaan pehmusteen massaeron perusteella ennen synteettisen virtsan syöttämistä ja sen jälkeen, kuitumassan kuivapainolla jaettuna.

Seuraavaa menetelmää voidaan käyttää absorboivien rakenteiden märkäpuristetta-15 vuuden määrittämiseksi. Märkäpuristettavuutta voidaan käyttää imukykyisten sydänten märkäpuristuskestävyyden, märän rakenteen kiinteyden ja märkäjoustavuuden mittana.

Mitoiltaan neljä tuumaa kertaa neljä tuumaa oleva pehmuste, jonka paino on noin ; ·: 7,5 g, valmistetaan, sen paksuus mitataan ja tiheys lasketaan. Pehmuste kyllästetään ‘ : 20 synteettisellä virtsalla kuivapainonsa suhteen kymmenkertaiseen painoon tai kylläs- <11 ; tyspisteeseensä asti riippuen siitä, kumpi niistä on alhaisempi. Suuruudeltaan 0,1 : , . PSI oleva puristuskuorma kohdistetaan pehmusteeseen. Noin 60 sekunnin kuluttua, jonka aikana pehmuste tulee tasapainotetuksi, pehmusteen paksuus mitataan. Puris-'.y,' tuskuormaa lisätään sitten arvoon 1,1 PSI asti, pehmusteen sallitaan tasapainottua ja ’*’ * 25 paksuus niitataan. Puristuskuorma vähennetään sitten arvoon 0,1 PSI asti, pehmus teen annetaan tasapainottua ja sen paksuus mitataan uudelleen. Pehmusteen tiheydet lasketaan alkuperäisellä 0,1 PSI:n kuormalla, 1,1 PSI:n kuormalla ja toisella 0,1 • · · PSI:n kuormalla, jota kutsutaan 0,1 PSIR (PSI-palautus) kuormaksi. Huokostilavuus, yksiköissä cm3/g, määritetään tämän jälkeen kutakin vastaavaa puristuskuormaa var-.···. 30 ten. Huokostilavuus käsittää märkäpehmustetilavuuden käänteisarvon miinus kuituti- ’·’ lavuus (0,95 cm/g). 0,1 PSI;n ja 1,1 PSI:n huokostilavuudet ovat käyttökelpoisia ..li’ indikaattoreita märkäpuristuskestävyyden ja märän rakenteen kiinteyden suhteen.

Suuremmat huokostilavuudet yleisiä alkuperäisiä pehmustetiheyksiä varten ilmaisevat suuremman kestävyyden märkäpuristusta vastaan ja suuremman märän rakenteen 26 105832 kiinteyden olemassaolon. 0,1 PSI:n ja 0,1 PSIR:n huokosulavuuksien ero on käyttökelpoinen suure imukykyisten pehmusteiden märkäkestävyyttä verrattaessa.

Pienempi ero 0,1 PSI:n huokostilavuuden ja 0,1 PSIR:n huokostilavuuden välillä ilmaisee suurempaa märkäjoustavuutta.

5 Myös kuivan pehmusteen ja kyllästetyn pehmusteen välisen paksuuseron ennen ko-koonpuristusta on havaittu olevan käyttökelpoinen herkkyysindikaattori pehmusteiden kostumisen ilmaisemiseksi.

Seuraavaa menetelmää voidaan käyttää imukykyisten sydänten kuivan kokoonpuris-tettavuuden määrittämiseksi. Kuivaa kokoonpuristettavuutta käytetään sydänten kui-10 van joustavuuden mittana.

Mitoiltaan neljä tuumaa kertaa neljä tuumaa oleva neliömäinen ilmaladottu pehmuste, jonka paino on noin 7,5 g, valmistetaan ja puristetaan kokoon kuivassa olotilassa hydraulisen puristimen avulla paineeseen 5500 naulaa/16 neliötuumaa. Pehmuste käännetään ja puristustoimenpide toistetaan. Pehmusteen paksuus mitataan ennen 15 puristusta ja sen jälkeen kuormittamattomassa tilassa. Sitten lasketaan tiheys ennen puristusta ja sen jälkeen yksikköinä massa/(pinta-ala x paksuus). Suuremmat erot ennen puristusta ja sen jälkeen mitattujen tiheysarvojen välillä ilmaisevat alhaisemman kuivajoustavuuden.

."' f. On olemassa useita analyyttisiä menetelmiä, jotka sopivat selluloosakuitujen kanssa » f « ' ,·. 20 ristikytketyn polykarboksyylihapon tasomäärittelyä varten. Mitä tahansa sopivaa < V menetelmää voidaan käyttää. Halutun C3-C9-polykarboksyylihapon tason määrittä- ‘«1/ miseksi (esimerkiksi sitruunahapon, 1,2,3-propaanitrikarboksyylihapon, 1,2,3,4-bu- "f taanitetrakarboksyylihapon ja oksidimeripihkahapon), joka reagoi muodostaen kui- i · · tujen sisäiset ristikytkysidokset yksiöityjen ristikytkykuitujen selluloosakomponen-25 tin kanssa esillä olevan keksinnön mukaisissa sovellutusesimerkeissä, käytetään seu- 9 · · raavaa menetelmää. Ensiksi ristikytkykuituja sisältävä näyte pestään riittävällä kuu-

III

maila vedellä reagoimattomien ristikytkentäkemikaalien tai katalyyttien poistami- ,v. seksi. Tämän jälkeen kuidut kuivataan tasapainokosteuspitoisuuteen. Yksiöityjen • · · ristikytkykuitujen karboksyyliryhmäpitoisuus määritetään sitten pääasiassa 30 T.A.P.P.I. menetelmän T 237 OS-77 mukaisesti. Ca-Cg-polykarboksyylihapon risti-kytkentätaso lasketaan sen jälkeen kuitujen karboksyyliryhmäpitoisuudesta seuraa-:" [: van yhtälön mukaisesti: i 27 105832

Ristikytkentätaso (mooli %) = C-30)(l kg massaa/1000 g massaa)(162 g massaa/1 mooli massaa*)(0,001 ekv./mekv.)(l mooli karboksyylihappoa/1 ekv. vapaa karboksyyliryhmä) jossa C = ristikytkykuitujen karboksyylipitoisuus, mekv/kg 5 30 = ristikytkemättömien massakuitujen karboksyylipitoisuus, mekv/kg * 162 = ristikytkymassakuitujeri molekyylipaino (so. yksianhydroglukoosiyk-sikkö)

Edellä olevan yhtälön muodostamista varten tehtyinä oletuksina ovat: 1. Ristikytkykuitujen molekyylipaino on sama kuin ristikytkemättömällä massal- 10 la, so. 162 g/mooli (laskettuna selluloosan anhydroglukoosin moolipohjalta).

2. Kaksi sitruunahapon kolmesta karboksyyliryhmästä reagoi selluloosan hydrok-syyliryhmien kanssa ristikytkysidoksen muodostamiseksi, jättäen siten yhden karboksyyliiyhmän vapaasti mitattavaksi karboksyylikoestuksen yhteydessä.

3. Kaksi trikarballyylihapon (TCBA, tunnetaan myös nimellä 1,2,3-propaani- 15 trikarboksyylihäppo) kolmesta karboksyyliryhmästä reagoi selluloosan kahden : ! hydroksyyliiyhmän kanssa ristikytkysidoksen muodostamiseksi, jättäen siten :" *; yhden karboksyyliiyhmän vapaasti mitattavaksi karboksyylikoestuksen yhtey- « · · . \ dessä.

f · : ί 4. Kolme 1,2,3,4-butaanitetrakarboksyylihapon (BTCA) neljästä karboksyyli- Γ I < 20 ryhmästä reagoi selluloosan hydroksyyliryhmien kanssa ristikytkysidoksen ·♦· .

V · muodostamiseksi, jättäen siten yhden karboksyyliiyhmän vapaasti mitattavaksi karboksyylikoestuksen yhteydessä.

• · · • · I « I" 5. Kolme oksidimeripihkahapon (ODS) neljästä karboksyyliryhmästä reagoi sel- f’ luloosan hydroksyyliryhmien kanssa ristikytkysidoksen muodostamiseksi, jät- : V: 25 täen siten yhden karboksyyliiyhmän vapaasti mitattavaksi karboksyylikoestuk- :***: sen yhteydessä.

..!:' 6. Ristikytkemättömien massakuitujen karboksyylipitoisuus on 30 meq/kg.

• « 7. Mitään uusia karboksyyliryhmiä ei synny selluloosassa ristikytkentäprosessin aikana.

28 105832

Seuraavaa menetelmää voidaan käyttää tämän selostuksen yhteydessä analysoitujen kuitujen kiertymisluvun määrittämiseksi.

Kuivat kuidut asetetaan ohuella immersioöljykalvolla päällystetylle objektilasille ja peitetään sitten kannella. Immersioöljy tekee kuidun läpinäkyväksi aiheuttamatta sen 5 laajentumista, auttaen siten kiertymäkohtien (selostetaan seuraavassa) tunnistamisessa. Märät kuidut asetetaan objektiivilasille kaatamalla konsistenssiltaan alhaista kuitulietettä lasin päälle, joka peitetään sitten kannella. Kuidut tulevat tällöin läpinäkyviksi, mikä helpottaa kiertymäkohtien tunnistamista.

Kuva-analysaattoria, käsittäen tietokoneohjatun mikroskoopin, videokameran, vi-10 deokuvaruudun ja QUIPS-ohjelmistolla varustetun tietokoneen, saatavana Cambridge Instruments Limitediltä (Cambridge, Englanti; Buffalo, New York, USA), käytetään kiertymisluvun määrittämiseksi.

Kuitujen kokonaispituus mikroskoopin objektiivilasin tietyllä alueella 200-kertaise-na suurennuksena mitataan kuva-analysaattorin avulla. Kiertymäkohdat tunnistetaan 15 ja merkitään. Tätä menettelytapaa jatketaan mittaamalla kuitupituus ja merkitsemällä kiertymäkohdat, kunnes 1270 mm kokonaiskuitupituutta tulee analysoiduksi. Kiertymäkohtien lukumäärä millimetriä kohti lasketaan näiden tietojen perusteella jakamalla ne kokonaiskuitupituudella merkittyjen kiertymäkohtien kokonaismäärän selville saamiseksi.

t f « I

: *": 20 Seuraavaa menetelmää voidaan käyttää kuitukihartumaindeksin mittaamiseksi.

« « I « « ;1 · t: Kuivat kuidut asetetaan mikroskoopin objektiivilasille. Peitekansi asetetaan kuitujen « * • ' päälle ja liimataan reunoista paikoilleen. Kuitujen todellinen pituus LA ja maksi- maalinen projektiopituus Lr (kuitua ympäröivän suorakulmion pisimmän sivun pi- • · · : tuus) mitataan käyttäen kuva-analysaattoria, joka käsittää tietokoneohjatun mikro- 25 skoopin, videokameran, videokuvaruudun ja tietokoneen. Käytetty tietokoneohjel- misto on sama kuin edellä selostetun kiertymisluvun kuva-analyysimenetelmän yh- • · · .*·*. teydessä.

• ·

Kun LA ja LR on saatu selville, kihartumatekijä lasketaan edellä olevan yhtälön (1) :***: mukaisesti. Kiertymätekijä kutakin kuitunäytettä varten lasketaan ainakin 250 yksi- \ 30 öidylle kuidulle, minkä jälkeen otetaan keskiarvo keskimääräisen kihartumatekijän ·;;; määrittämiseksi näytettä varten. Kuituja, joiden LA on alle 0,25 mm, ei oteta mukaan '··’ laskelmiin.

... i 29 105832

Esimerkki I

Yksiöidyt ristikytkykuidut tehdään kuivan ristikytkymenetelmän avulla käyttäen sitruunahappoa ristikytkentäaineena. Tämä sitruunahapolla ristikytkettyjen kuitujen valmistusmenetelmä on seuraavanlainen: 5 1. Kutakin näytettä varten käytetään 1735 g kerran kuivattua etelässä kasvavasta havupuusta tehtyä voimapaperimassaa (SSK). Kuitujen kosteuspitoisuus on noin 7 % (vastaten 93 % konsistenssia).

2. Liete muodostetaan lisäämällä kuidut vesiliuokseen, joka käsittää noin 2,942 g sitruunahappoa ja 410 ml 50-prosenttista natriumhydroksidiliuosta 10 59,323 g:ssa vettä. Kuituja liotetaan lietteessä noin 60 minuutin ajan. Tätä vai hetta kutsutaan myös "turvotukseksi". Turvotus-pH on noin 3,0.

3. Kuiduista poistetaan sitten vesi linkoamalla ne konsistenssiin, joka on suuruudeltaan noin 40 - noin 60 %. Tämän vaiheen yhteydessä lingottu lietekonsis-tenssi yhdessä lietesuodatteen karboksyylihappokonsentraation kanssa vai- 15 heessa 2 määrittää kuiduissa linkoamisen jälkeen esiintyvän ristikytkentäai- neen määrän. Tässä sovellutusesimerkissä noin 6 painoprosenttia sitruunahappoa kuivan kuidun selluloosan anhydroglukoosin moolipohjalta laskettuna esiintyy kuiduissa alkuperäisen linkouksen jälkeen. Käytännössä lietesuodat- :: teessä olevan ristikytkentäaineen pitoisuus lasketaan olettamalla tietty veden- ( | | ', t,: 20 poistokonsistenssi ja haluttu kemikaalitaso kuiduissa.

r « « » « « < « )' V 4. Tämän jälkeen kuidut, joista on poistettu vesi, kuidutetaan käyttämällä Sprout- « < ·

Waldron 12" levypuhdistinta (tyyppinumero 105-A), jonka levyjen väliin on • · ’”** säädetty rako, joka antaa tulokseksi pääasiassa yksiöidyt kuidut mahdollisim- *·* ’ man vähäisillä kuituvaurioilla. Näiden yksiöityjen kuitujen lähtiessä puhdisti- 25 mesta ne äkkikuivataari kuumalla ilmalla kahdessa pystysuorassa putkessa nii- • · · den kiertämiseksi ja kihartamiseksi. Kuidut sisältävät noin 10 % kosteutta läh-tiessään näistä putkista ja ovat valmiita kovetusta varten. Jos kuitujen kos-teuspitoisuus on suurempi kuin noin 10 % niiden lähtiessä äkkikuivausputkis- • · · ta, niin kuidut kuivataan ympäristölämpötilassa, kunnes niiden kosteuspitoi-'"·* 30 suus on noin 10 %.

/··, 5. Lähes kuivat kuidut asetetaan sitten tarjottimille ja kovetetaan ilmavirtauskui- • · vausuunissa tiettynä aikana ja lämpötilassa, joka käytännössä riippuu lisätyn sitruunahapon määrästä, kuitujen kuivuudesta jne. Tässä esimerkissä näytteitä 30 105832 kovetetaan noin 188 °C lämpötilassa noin 8 minuutin ajan. Ristikytkentä täydennetään kuitujen uunissaoloaikana.

6. Ristikytketyt yksiöidyt kuidut astetaan välppäseulalle ja huuhdellaan noin 20 °C:ssa olevalla vedellä, minkä jälkeen kuituja liotetaan yhden prosentin 5 konsistenssissa yhden (1) tunnin ajan noin 60 °C:ssa olevassa vedessä, kuidut seulotaan ja niitä huuhdellaan noin 20 °C:ssa olevalla vedellä toisen kerran, ne lingotaan noin 60 % kuitukonsistenssin saavuttamiseksi ja ne kuivataan noin 8 % tasapainokosteuspitoisuuteen ympäristölämpötilassa olevassa ilmassa.

Tulokseksi saadut yksiöidyt ristikytketyt selluloosakuidut sisältävät WRV-arvon 10 37,6 ja 3,8 moolia sitruunahappoa selluloosan anhydroglukoosin moolipohjalta las kettuna, reagoinnin tapahtuessa kuitujen kanssa kuitujen sisäisten ristikytkysidosten muodossa.

On tärkeää, että tulokseksi saaduilla yksiöidyillä kuiduilla on lisääntynyt herkkyys kosteudelle tavanomaisiin ristikytkemättömiin ja aikaisemmin tunnettuihin risti kyt-15 kettyihin kuituihin venattuna ja että niitä voidaan käyttää turvallisesti paljaan ihon läheisyydessä.

Esimerkki Π : · ·: Yksiöidyt ristikytketyt kuidut tehdään kuivaristikytkentämenetelmän avulla käyttäen 1,2,3,4-butaanitetrakarboksyylihappoa (BTCA) ristikytkentäaineena. Yksiöidyt ris- « « · j ,·. 20 tikytkykuidut valmistetaan esimerkissä I edellä selostetun menetelmän mukaisesti ·'!! seuraavin muunnelmin: esimerkin I vaiheessa 2 esiintyvä liete sisältää 150 g kuivaa cc· massaa, 1186 g vettä, 64 g BTCA:ta ja 4 g natriumhydroksidia. Kuidut kovetetaan V.l vaiheessa 5 noin 165 °C:n lämpötilassa noin 60 minuutin ajan.

• S*

Tulokseksi saatujen yksiöityjen ristikytkettyjen selluloosakuitujen WRV-arvo on 25 32,9 ja ne sisältävät 5,2 mooliprosenttia 1,2,3,4-butaanitetrakarboksyylihappoa, las- • · · .*··. kettuna selluloosan anhydroglukoosin moolipohjalta, reagoinnin kuitujen kanssa ta- • · · .·. pahtuessa kuitujen sisäisten ristikytkysidosten muodossa.

• · · • · · • ·

On tärkeää, että tulokseksi saaduilla yksiöidyillä kuiduilla on lisääntynyt herkkyys kosteudelle tavanomaisiin ristikytkemättömiin ja aikaisemmin tunnettuihin ristikyt-30 kettyihin kuituihin verrattuna, ja että niitä voidaan käyttää turvallisesti paljaan ihon « « '··' läheisyydessä.

Esimerkki III

31 105832

Yksiöidyt ristikytketyt kuidut tehdään kuivaristikytkentämenetelmän avulla käyttäen 1,2,3-propaanitrikarboksyylihappoa ristikytkentäaineena. Yksiöidyt ristikytkykuidut valmistetaan esimerkissä I edellä selostetun menetelmän mukaisesti seuraavin 5 muunnelmin: esimerkin I vaiheessa 2 esiintyvä liete sisältää 150 g massaa, 1187 g vettä, 64 g 1,2,3-propaanitrikarboksyylihappoa ja 3 g natriumhydroksidia. Kuidut kovetetaan vaiheessa 5 noin 165 °C:en lämpötilassa noin 60 minuutin ajan.

Tulokseksi saatujen yksiöityjen ristikytkettyjen selluloosakuitujen WRV-arvo on 36,1 ja ne sisältävät 5,2 mooliprosenttia 1,2,3-propaanitrikarboksyylihappoa, lasket-10 tuna selluloosan anhydroglukoosin moolipohjalta, reagoinnin kuitujen kanssa tapahtuessa kuitujen sisäisten ristikytkysidosten muodossa.

On tärkeää, että tulokseksi saaduilla yksiöidyillä kuiduilla on lisääntynyt herkkyys kosteudelle tavanomaisiin ristikytkemättömiin ja aikaisemmin tunnettuihin ristikyt-kettyihin kuituihin verrattuna ja että niitä voidaan käyttää turvallisesti paljaan ihon 15 läheisyydessä.

Esimerkki IV

Yksiöidyt ristikytketyt kuidut tehdään kuivaristikytkentämenetelmän avulla käyttäen oksidimeripihkahappoa ristikytkentäaineena. Yksiöidyt ristikytkykuidut valmiste-.··. taan esimerkissä I edellä selostetun menetelmän mukaisesti seuraavin muunnelmin: ;"!§ 20 esimerkin I vaiheessa 2 esiintyvä liete sisältää 140 g massaa, 985 g vettä, 40 g oksi- ' Y dimeripihkahapon natriumsuolaa ja 10 ml 98-prosenttista rikkihappoa.

* · · « a · · i [i Tulokseksi saatujen yksiöityjen ristikytkettyjen selluloosakuitujen WRV-arvo on 44,3 ja ne sisältävät 3,6 mooliprosenttia oksidimeripihkahappoa, laskettuna selluloosan anhydroglukoosin moolipohjalta, reagoinnin kuitujen kanssa tapahtuessa kuitu- ,···. 25 jen sisäisten ristikytkysidosten muodossa.

··· ···

On tärkeää, että tulokseksi saaduilla yksiöidyillä kuiduilla on lisääntynyt herkkyys kosteudelle tavanomaisiin ristikytkemättömiin ja aikaisemmin tunnettuihin ristikyt- • » .···. kettyihin kuituihin verrattuna ja että niitä voidaan käyttää turvallisesti paljaan ihon ’·* läheisyydessä.

30 Esimerkki V

• · ·

Yksiöidyt ristikytketyt kuidut tehdään kuivaristikytkentämenetelmän avulla käyttäen sitruunahappoa ristikytkentäaineena ja natriumsulfaattia katalyyttinä. Yksiöidyt ris- 32 105832 tikytkykuidut valmistetaan esimerkissä I edellä selostetun menetelmän mukaisesti seuraavin muunnelmin: esimerkin I vaiheessa 2 esiintyvä liete sisältää 200 g massaa, 7050 g vettä, 368 g nätriumsulfaattia ja 368 g sitruunahappoa. Turvotus-pH on noin 2,0. Vaiheessa 5 kuidut kovetetaan noin 165 °C:en lämpötilassa noin 60 minuutin 5 ajan.

Tulokseksi saatujen yksiöityjen ristikytkettyjen selluloosakuitujen WRV-arvo on 38,5 ja ne sisältävät 5,1 mooliprosenttia sitruunahappoa, laskettuna selluloosan an-hydroglukoosin moolipohjalta, reagoinnin kuitujen kanssa tapahtuessa kuitujen sisäisten ristikytkysidosten muodossa.

10 On tärkeää, että tulokseksi saaduilla yksiöidyillä kuiduilla on lisääntynyt herkkyys kosteudelle tavanomaisiin ristikytkemättömiin ja aikaisemmin tunnettuihin ristikyt-kettyihin kuituihin verrattuna ja että niitä voidaan käyttää turvallisesti paljaan ihon läheisyydessä.

Esimerkki VI

15 Yksiöidyt ristikytketyt kuidut tehdään kuivaristikytkentämenetelmän avulla käyttäen sitruunahappoa ristikytkentäaineena ja natriumhypofosfiittia katalyyttinä. Yksiöidyt ristikytkykuidut valmistetaan esimerkissä I edellä selostetun menetelmän mukaisesti seuraavin muunnelmin: esimerkin I vaiheessa 2 esiintyvä liete sisältää 326 g massaa, 138 g natriumhypofosfiittia, 552 g sitruunahappoa ja 78 g NaOH:ta 10 906 gram- 20 massa vettä. Vaiheessa 5 kuidut kovetetaan noin 188°:n lämpötilassa noin kuuden : minuutin ajan.

• # · · ^ * · • · ·

Tulokseksi saatujen yksiöityjen ristikytkettyjen selluloosakuitujen WRV-arvo on '···' 38,5 ja ne sisältävät 4,5 mooliprosenttia sitruunahappoa, laskettuna selluloosan an- '1 hydroglukoosin moolipohjalta, reagoinnin kuitujen kanssa tapahtuessa kuitujen si- 25 säisten ristikytkysidosten muodossa.

·· · • · .···. On tärkeää, että tulokseksi saaduilla yksiöidyillä kuiduilla on lisääntynyt herkkyys kosteudelle tavanomaisiin ristikytkemättömiin ja aikaisemmin tunnettuihin ristikyt- :.V kettyihin kuituihin verrattuna ja että niitä voidaan käyttää turvallisesti paljaan ihon ··· läheisyydessä.

»

« I I

· • · • · «

Claims (14)

105832

1. Menetelmä yksiöityjen, ristikytkettyjen puumassaselluloosakuitujen valmistamiseksi, joka menetelmä sisältää seuraavat vaiheet: . (a) puumassaselluloosakuitujen valmistaminen; 5 (b) kuitujen saattaminen kosketukseen ristikytkentäaineliuoksen kanssa; (c) kuitujen mekaaninen erottaminen olennaisesti yksiöityyn muotoon ja kuitujen kuivauksen siten, että mekaaninen erotus tapahtuu ennen kuivausta tai sen jälkeen; ja (d) kuitujen kuumentamisen iistikytkentäaineen saattamiseksi reagoimaan kuitujen 10 kanssa kuitujen ollessa olennaisesti yksiöidyssä muodossa kuitujen sisäisten risti- kytkysidosten muodostamiseksi, tunnettu siitä, että kuidut reagoivat tarpeeksi suuren annoksen kanssa ristikytkentä-ainetta, jotta saadaan kuituja, joiden vedenpidätysarvo on 28-60, joka arvo mitatan selityksessä määritellyllä menetelmällä ja että ristikytkentäaine on C3-C9-polykar-15 boksyylihappo, jossa on kaksi tai useampia karboksyyliryhmiä ja 3-9 hiiliatomia ja haluttaessa happi- tai rikkiatomi tai -atomeja ketjussa tai renkaassa, johon karbok-. syyliryhmät ovat kiinnittyneet, muodostaen kuitujen sisäisiä esteriristikytkysidoksia, •Il ja joka kytkentäaine on valittu seuraavien aineiden joukosta: • · f * « (i) alifaattiset ja alisykliset C3-C9-polykarboksyylihapot, jotka ovat joko tyydy- • M * : .·. 20 tettyjä tai olefiinisesti tyydyttymättömiä ja jotka sisältävät ainakin kolme karbok- *··♦* syyliryhmää/molekyyli; ja • i ··· • · · ·* (ii) alifaattiset ja alisykliset C3-C9-polykarboksyylihapot, jotka sisältävät kaksi karboksyyliryhmää/molekyyli ja hiili-hiilikaksoissidoksen alfa,beta-sidoksena yh-dessä tai kummassakin karboksyyliryhmässä, • · · • · T 25 ja yksi karboksyyliryhmä ristikytkentäaineessa on erotettu toisesta karboksyyliryh-• · mästä joko kahdella tai kolmella hiiliatomilla sillä ehdolla, että ristikytkentäaine-:' ”: liuoksessa ei ole läsnä glutaraldehydiä. • « » t

···: 2. Patenttivaatunuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 0,5-10,0 moo- • · · liprosenttia ristikytkentäainetta, selluloosan anhydroglukoosin moolipohjalta lasket-30 tuna, reagoi kuitujen kanssa. 105832

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitujen kanssa reagoineen ristikytkentäaineen määrä on 1,5-6,0 mooliprosenttiä.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut reagoivat riittävän ristikytkentäainemäärän kanssa, jotta saadaan risti- 5 kytkettyjä kuituja, joiden vedenpidätysarvo on 30-45.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ristikytkentäaine on sitruunahappo, 1,2,3,4-butaanitetrakarboksyylihappo tai 1,2,3-propaanitrikarboksyylihappo.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ristikytkentä-10 aine on sitruunahappo.

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ristikytkentäaine on oksidimeripihkahappo, tartraattimonomeripihkahappo, jolla on seuraavanlainen rakennekaava KOCH — CH - O - CH — CH2 15 I I I I COOH COOH COOH COOH tai tartraattidimeripihkahappo, jolla on kaava • i» · " *: CH2 —- CH - O - CH —- CH - O - CH —- CH2 7: il li il : !·. 20 COOH COOH COOH COOH COOH COOH i « · • · · lii

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ristikytkentä- • · : aine on oksidimeripihkahappo.

.···, 9. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · että ristikytkentäaine reagoi kuitujen kanssa kuitujen sisäisten ristikytkysidosten • ... **· 25 muodostamiseksi ainakin yhden katalyytin läsnäollessa, joka katalyytti valitaan ai- • · v.: kalimetallihypofosfiittien, alkalimetallifosfiittien, alkalimetallipolyfosfaattien, alka- limetallifosfaattien ja alkalimetallisulfaattien joukosta. .!” 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalyytti on alkalimetallihypofosfiitti. 105832

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut saatetaan kosketukseen liuoksen kanssa, joka liuos sisältää ristikytkentäainetta ja ainakin yhtä katalyyttiä.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuoksen pH-5 arvo on 1,5-5.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuoksen pH-arvo on 2,0-3,5.

14. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi vaiheen (d) jäljessä seuraavan kuitujen pesuvaiheen.

10 Patentkrav