FI94433B - Menetelmä silloitettujen erillisselluloosakuitujen valmistamiseksi - Google Patents

Description

94433

Menetelmä silloitettujen erillisselluloosakuitujen valmistamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää silloitettujen 5 erillisselluloosakuitujen valmistamiseksi.

Olennaisesti toisistaan erotetussa muodossa silloitettuja kuituja ja erilaisia menetelmiä sellaisten kuitujen valmistamiseksi on kuvattu alan kirjallisuudessa. Ilmaus "silloitetut erilliskuidut" tarkoittaa selluloosakui-10 tuja, jotka sisältävät pääasiallisesti kuidunsisäisiä kemiallisia ristisidoksia. Toisin sanoen ristisidokset ovat pääasiallisesti yksittäisen kuidun selluloosamolekyylien välillä eikä eri kuitujen selluloosamolekyylien välillä. Silloitettuja erilliskuituja pidetään yleensä käyttökel-15 poisina imukykyisissä tuotteissa. Yleisesti ottaen on esi tetty kolmeen ryhmään kuuluvia menetelmiä silloitettujen erilliskuitujen valmistamiseksi. Näistä menetelmistä, joita kuvataan jäljempänä, käytetään tässä nimityksiä 1) kui-vasilloitusmenetelmät, 2) vesiliuossilloitusmenetelmät ja 20 3) menetelmät, joissa silloitus tapahtuu olennaisesti ve dettömässä liuoksessa. Itse kuidut ja silloitettuja erilliskuituja sisältävät imukykyiset rakenteet ovat yleensä ainakin yhden merkittävän imukykyominaisuuden osalta parempia kuin tavanomaiset silloittamattomat kuidut. Tämä 25 imukyvyn paraneminen ilmaistaan usein imukapasiteetin * avulla. Lisäksi silloitetuista erilliskuiduista valmistetuilla imukykyisillä rakenteilla on yleensä suurempi kimmoisuus märkänä ja kuivana kuin silloittamattomista kuiduista valmistetuilla imukykyisillä rakenteilla. Termi 30 "kimmoisuus" tarkoittaa jäljempänä selluloosakuiduista , , valmistettujen litteiden tyynyjen kykyä palautua alkupe- I « '·· räiseen laajentuneeseen tilaansa puristavan voiman vaiku tuksen lakattua. Kimmoisuus kuivana tarkoittaa nimenomaan imukykyisen rakenteen kykyä laajentua siihen kohdistuneen 35 puristavan voiman vaikutuksen lakattua, kun kuidut ovat • · , 94433 olennaisesti kuivassa tilassa. Kimmoisuus märkänä tarkoittaa nimenomaan imukykyisen rakenteen kykyä laajentua siihen kohdistuneen puristavan voiman vaikutuksen lakattua, kun kuidut ovat kostuneessa tilassa. Tämän keksinnön pää-5 määrien ja selityksen yhdenmukaisuuden vuoksi märkäkimmoi-suus huomioidaan ja ilmoitetaan sellaiselle imukykyiselle rakenteelle, joka on kostunut kyllästymispisteeseensä saakka.

Menetelmiä silloitettujen erilliskuitujen valmis-10 tamiseksi kuivasilloitustekniikalla kuvataan US-patentti-julkaisussa 3 224 926 (L. J. Bernardin), joka on julkaistu 21. joulukuuta 1965. Silloitettuja erilliskuituja valmistetaan kyllästämällä paisutetut kuidut vesiliuoksessa ristisidoksia muodostavalla aineella (silloitusaineella), 15 poistamalla vesi ja defibroimalla kuidut mekaanisesti sekä kuivaamalla kuidut korotetussa lämpötilassa silloittu-misen aikaansaamiseksi, samalla kun kuidut ovat olennaisesti toisistaan erotetussa tilassa. Kuidut silloitetaan luonnostaan paisuttamattomassa, kokoonpainuneessa tilassa, 20 joka on tuloksena veden poistamisesta ennen silloitusta. Menetelmiä, joista on annettu esimerkkejä US-patenttijulkaisussa 3 224 926 ja joissa ristisidosten muodostuminen aiheutetaan kuitujen ollessa paisuttamattomassa, kokoonpainuneessa tilassa, kutsutaan menetelmiksi "kuivasilloi-25 tettujen” kuitujen valmistamiseksi. Kuivasilloitetuille • < * kuiduille on ominaista, että niillä on alhainen nesteen-pidätysarvo (FRV). US-patenttijulkaisussa 3 440 135 (R. Chung), joka on julkaistu 22. huhtikuuta 1969, on ehdotettu kuitujen liottamista ristisidoksia muodostavan aineen 30 vesiliuoksessa kuitujen välisten sidosten muodostumiskyvyn . . pienentämiseksi ennen kuivasilloitusprosessin, joka on sa- ** manlainen kuin US-patenttijulkaisussa 3 224 926 kuvattu, toteuttamista. Tämän aikaa vievän (edullisesti noin 16 -48 tuntia kestävän) esikäsittelyn väitetään parantavan 35 tuotteen laatua pienentämällä epätäydellisestä defibroitu-misesta seurauksena olevaa kuitunuppusisältöä.

• ·.

Il f · Iitit III II I I I «I i l 3 94433

Menetelmiä vesiliuoksessa silloitettujen kuitujen valmistamiseksi on esitetty esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 3 241 553 (F.H. Steiger), joka on julkaistu 22. maaliskuuta 1966. Silloitettuja erilliskuituja valmiste-5 taan silloittamalla kuidut ristisidoksia muodostavaa ainetta ja katalyyttiä sisältävässä vesiliuoksessa. Tällä tavalla tuotetuista kuiduista käytetään jäljempänä nimitystä "vesiliuoksessa silloitetut" kuidut. Veden sellu-loosakuiduissa aiheuttaman paisutusvaikutuksen vuoksi ve-10 siliuoksessa silloitettavat kuidut silloitetaan kokoon-painumattomassa, paisutetussa tilassa. Kuivasilloitettui-hin kuituihin verrattuna vesiliuoksessa silloitetuilla kuiduilla, joita on esitetty US-patenttijulkaisussa 3 241 553, on suurempi joustavuus ja pienempi jäykkyys ja niille 15 on ominaista suurempi nesteenpidätysarvo (FRV). Vesiliuoksessa silloitetuista kuiduista valmistetuilla imukykyisil-lä rakenteilla on pienempi kimmoisuus märkänä ja kuivana kuin kuivasilloitetuista kuiduista valmistetuilla tyynyillä.

20 US-patenttijulkaisussa 4 035 147 (S. Sangenis, C. Guiroy ja J. Quere), joka on julkaistu 12. heinäkuuta 1977, on esitetty menetelmä silloitettujen erilliskuitu-jen valmistamiseksi saattamalla paisuttamattomat kuidut, joista on poistettu vesi, kosketuksiin ristisidoksia muo-25 dostavan aineen ja katalyytin kanssa olennaisesti vedettömässä liuoksessa, joka sisältää riittämättömästi vettä paisuttaakseen kuidut. Ristisidosten muodostuminen tapahtuu kuitujen ollessa tässä olennaisesti vedettömässä liuoksessa. Tämän tyyppisestä menetelmästä käytetään jäl-30 jempänä nimitystä "vedettömässä liuoksessa tapahtuva sil-loitusmenetelmä" ja sillä tuotetuista kuiduista nimitystä "vedettömässä liuoksessa silloitetut" kuidut. US-patentti julkaisussa 4 035 147 esitetyt vedettömässä liuoksessa silloitetut kuidut eivät paisu edes ollessaan pitkään kos-35 ketuksissa sellaisten liuosten kanssa, jotka ovat alan • · 4 94433 ammatti-ihmisten paisutusreagensseina tuntemia. Ristisi-dokset jäykistävät suuresti niitä kuten kuivasilloitettu-jakin kuituja, ja niistä valmistetuilla imukykyisillä rakenteilla on suuri kimmoisuus märkänä ja kuivana.

5 Kuvattujen silloitettujen kuitujen uskotaan olevan käyttökelpoisia pienehkön tiheyden omaavissa imukykyisissä tuotteissa kuten vaipoissa, ja myös suuremman tiheyden omaavissa imukykyisissä tuotteissa kuten kuukautissuoja-tuotteissa. Sellaiset kuidut eivät ole kuitenkaan tarjon-10 neet riittävää imukykyetua, ottaen huomioon niiden haittapuolet ja hinta, tavanomaisiin kuituihin verrattuna, jotta tuloksena olisi ollut huomattava kaupallinen menestys. Silloitettujen kuitujen kaupallinen vetovoima on kärsinyt myös turvallisuushuolien vuoksi. Kirjallisuudessa yleisim-15 min esitetty ristisidoksia muodostava aine, formaldehydi, ärsyttää ikävä kyllä ihmisihoa, ja siihen on liittynyt muitakin ihmisen turvallisuutta koskevia huolia. Tekniset ja taloudelliset syyt ovat estäneet vapaan formaldehydin määrän alentamisen silloitetussa tuotteessa riittävän al-20 haiselle tasolle, jotta vältetään ihon ärsytys ja muut huolet, jotka koskevat ihmisen turvallisuutta.

Myös silloitetuissa kuiduissa, jotka on valmistettu muista ristisidoksia muodostavista aineista kuin formaldehydistä, saattaa olla mukana ristisidoksia muodosta-25 vaa ainetta suurempia määriä kuin on edullista ihmisihon • 4 * lähellä käyttöä ajatellen. Sen vuoksi saattaa olla toivot tavaa käsitellä kuidut silloituksen jälkeen tavalla, joka alentaa jäljellä olevan epästabiilin silloitusaineen tasoa kuiduissa. Eräs menetelmä tämän toteuttamiseksi on pestä 30 kuidut vedellä silloituksen jälkeen. Tämä menetelmä on . tehokas mutta ei alenna jäljellä olevan silloitusaineen *' tasoa toivottavalle tasolle. Lisäksi sellaiset silloituk sen jälkeiset pesut aiheuttavat välttämättä lisää pääoma-ja käyttökustannuksia, jotka liittyvät kuitujen pesuun ja 35 kuivaukseen.

•« 5 94433 Tämän keksinnön päämääränä on saada aikaan menetelmä silloitettujen erilliskuitujen valmistamiseksi, joissa jäljellä olevan silloitusaineen taso on alhainen, jolloin pääomasijoitukset laitteisiin ja niihin liittyvät käyttö-5 kustannukset on minimoitu.

On havaittu, että edellä mainittu päämäärä voidaan saavuttaa ja voidaan saada aikaan silloitettuja erillis-kuituja, joissa jäljellä olevan epästabiilin silloitusaineen taso on alentunut, käyttämällä seuraavaa menetelmää, 10 jolle on tunnusomaista, että a) hankitaan kosteita selluloosakuituja, joiden kosteuspitoisuus on vähintään noin 30 paino-%; b) defibroidaan mainitut kuidut niiden saattamiseksi olennaisesti irralliseen muotoon ja kuivataan kuidut 15 kosteuspitoisuuteen 18 - 30 paino-% olosuhteissa, jotka olennaisesti estävät kuitujen välisten vetysidosten muodostumisen; c) saatetaan mainitut kuidut kosketuksiin silloi-tusliuoksen kanssa, joka sisältää vedetöntä veteen sekoit- 20 tuvaa, polaarista laimennusainetta, sellaisen määrän vet tä, joka on riittämätön paisuttamaan kuituja paisumisas-teeseen, joka vastaa kuituja, joiden kosteuspitoisuus on noin 30 paino-%, ja ristisidoksia muodostavaa ainetta, jolloin ristisidoksia muodostava aine valitaan ryhmästä 25 C2-C8-dialdehydit, C2-C8-dialdehydihappoanalogit, joissa on » < ainakin yksi aldehydiryhmä, sekä mainittujen dialdehydien ja dialdehydihappoanalogien oligomeerit, ja mainittu ristisidoksia muodostava aine saatetaan reagoimaan kuitujen kanssa kuitujen ollessa kosketuksissa silloitusliuoksen 30 kanssa kuitujenvälisten sidosten puuttuessa olennaisesti , . kokonaan, jolloin muodostuu kuitujensisäisiä ristisidok- • < **' siä, ja kuidut saatetaan kosketuksiin riittävän määrän kanssa ristisidoksia muodostavaa ainetta, niin että 0,5 mooli-% - 3,5 mooli-% ristisidoksia muodostavaa ainetta, 35 laskettuna selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä, rea- • 4 Ä 94433 6 goi kuitujen kanssa kuitujensisäisten ristisidosten muodostamiseksi; ja d) defibroidaan kuidut olennaisesti erillismuotoon ja kuivataan erilliskuidut olosuhteissa, jotka olennaises-5 ti estävät kuitujen välisten vetysidosten muodostumisen, jolloin mainituilla erilliskuiduilla on vedenpidätysarvo 25 - 60.

Kuidut pestään edullisesti alkalisella liuoksella, jonka pH on suurempi kuin noin 9. Niinikään edullisesti 10 kuidut saatetaan kosketuksiin riittävän määrän kanssa jotakin edullista ristisidoksia muodostavaa ainetta, jotta mainittujen kuitujen kanssa reagoiva määrä ristisidoksia muodostavaa ainetta on noin 0,5 - 3,5 mol-% selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä laskettuna, ja mainittujen 15 kuitujen vedenpidätysarvo on pienempi kuin noin 60.

Yllättävästi tämän keksinnön mukaisesti valmistetuilla kuiduilla on suurempi vedenpidätysarvo kuin kuiduilla, joissa silloittumisaste on sama ja jotka on valmistettu muuten vastaavin silloitusmenetelmin, paitsi että 20 niissä on käytetty täydellisesti valkaistuja kuituja. Tämän keksinnön mukaisista kuiduista valmistetuilla vastaavilla imukykyisillä rakenteilla on paremmat absorptio-ominaisuudet, kimmoisuus märkänä ja reagointi kostumiseen mukaan luettuina.

25 Monenlaista luonnollista alkuperää olevat selluloo- • · : ' sakuidut soveltuvat tähän keksintöön. Edullisesti käyte tään hyväksi havupuusta, lehtipuusta tai puuvillalintte-reistä saatuja hajotettuja kuituja. Myös espartoheinästä, bagassista, kovista karvoista, pellavasta ja muista lig-30 niini- ja selluloosakuitulähteistä saatavia kuituja voidaan käyttää raaka-aineena tässä keksinnössä. Kuidut voi-daan hankkia lietteen muodossa, ei-levymäisessä muodossa tai levymäisessä muodossa. Märän tai kuivan märkätaitetun massa-arkin muodossa tai muussa levymäisessä muodossa han-35 kitut kuidut muutetaan edullisesti ei-levymäiseen muotoon • · <1 : «a t- *144 i > 4 -a* > ' ‘ 7 94433 hajottamalla arkki mekaanisesti, edullisesti ennen kuitujen saattamista kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen kanssa. Kuidut hankitaan myös edullisesti märässä tai kostutetussa tilassa. Edullisimmin kuidut ovat koskaan 5 kuivaamattomia. Kuivan märkätaitetun massa-arkin tapauksessa on edullista kostuttaa kuidut ennen mekaanista hajotusta kuitujen vahingoittumisen minimoimiseksi.

Edullisin tämän keksinnön yhteydessä käytettävä kuitulähde riippuu kulloinkin ajatellusta käyttötarkoituk-10 sesta. Massakuidut, jotka on valmistettu kemiallisella massanvalmistusprosessilla, ovat yleensä edullisia. Täydellisesti valkaistut, osittain valkaistut ja valkaisemattomat kuidut ovat käyttökelpoisia. Usein saattaa olla toivottavaa käyttää valkaistua massaa sen korkeamman valkoi-15 suusasteen ja enemmän kuluttajaa miellyttävän ulkomuodon vuoksi. Eräässä keksinnön mukaisessa uudessa suoritusmuodossa, jota kuvataan tarkemmin jäljempänä, kuidut valkaistaan osittain, silloitetaan ja valkaistaan sen jälkeen täydellisesti. Sellaisiin tuotteisiin kuin paperipyyhkeet 20 ja vaippoihin, terveyssiteisiin, kuukautissuojatuotteisiin ja muihin samankaltaisiin imukykyisiin paperituotteisiin tarkoitettuihin imukykyisiin tyynyihin on erityisen edullista käyttää etelän havupuista valmistetusta massasta saatuja kuituja niiden parempien absorptio-ominaisuuksien 25 vuoksi.

Kehitettyyn menetelmään soveltuvia ristisidoksia muodostavia aineita ovat C2_8-dialdehydit samoin kuin sellaisten dialdehydien happoanalogit, jotka sisältävät ainakin yhden aldehydiryhmän, sekä sellaisten dialdehydien 30 ja niiden happoanalogien oligomeerit. Nämä yhdisteet ky- ; kenevät reagoimaan ainakin kahden hydroksyyliryhmän kans- sa, jotka sijaitsevat yhdessä selluloosaketjussa tai lähinnä toisiaan olevissa selluloosaketjuissa yhdessä kuidussa. Silloitusaineisiin perehtyneet tietävät, että dial-25 dehydisilloitusaineet esiintyvät tai voivat reagoida mo- 8 94433 nessa eri muodossa edellä mainitut happoanalogi- ja oli-gomeerimuodot mukaan luettuina. Kaikkien sellaisten muotojen on tarkoitus kuulua keksinnön piiriin. Tietyllä ris-tisidoksia muodostavalla aineella tarkoitetaan siis jäl-5 jempänä sekä kyseistä ristisidoksia muodostavaa ainetta että sen muita muotoja, joita saattaa esiintyä vesiliuoksessa. Yksittäisiä ristisidoksia muodostavia aineita, joita on mahdollista käyttää keksinnön yhteydessä, ovat glu-taraldehydi, glyoksaali ja glyoksyylihappo. Erityisen 10 edullinen on glutaraldehydi, koska sillä on saatu aikaan kuituja, joiden imukyky ja kimmoisuus ovat korkeinta tasoa, sen uskotaan olevan turvallinen ja ihmisihoa ärsyttä-mätön reagoineessa, ristisidoksia muodostaneessa tilassa ja se on muodostanut stabiileimpia ristisidoksia. Monoal-15 dehydiyhdisteiden, jotka eivät sisällä lisäksi karboksyy-liryhmää, kuten asetaldehydin ja furfuraalin, ei ole todettu saavan aikaan imukykyisiä rakenteita, joiden imuka-pasiteetti, kimmoisuus ja reagointi kostumiseen olisi toivottua tasoa.

20 On yllättäen havaittu, että paremmat imutyynyomi- naisuudet voidaan saavuttaa silloitusasteilla, jotka ovat huomattavasti alempia kuin aikaisemmin käytetyt. Yleensä odottamattoman hyviä tuloksia saavutetaan ilmatyynyillä, jotka on valmistettu silloitetuista erilliskuiduista, 25 joissa kuitujen kanssa reagoineen ristisidoksia muodosta- I · : van aineen määrä on noin 0,5 - 3,5 mol-% selluloosan an- hydroglukoosimoolimäärästä laskettuna.

Ristisidoksia muodostava aine saatetaan edullisesti kosketuksiin kuitujen kanssa nestemäisessä väliaineessa 30 sellaisissa olosuhteissa, että ristisidoksia muodostava . aine tunkeutuu erillisten kuiturakenteiden sisäosiin.

Muutkin menetelmät silloitusainekäsittelyn toteuttamiseksi, kuten kuitujen ruiskutus niiden ollessa toisistaan erotetussa fluffimuodossa, kuuluvat keksinnön piiriin.

11 I Ml I'ltl III··-· • · 9 94433

Kuidut käsitellään yleensä myös sopivalla katalyytillä ennen silloitusta. Katalyytin tyyppi ja määrä sekä menetelmä, jolla katalyytti saatetaan kosketuksiin kuitujen kanssa, riippuvat kulloinkin käytettävästä silloitus-5 menetelmästä. Näitä vaihtelevia seikkoja käsitellään yksityiskohtaisemmin jäljempänä.

Käsiteltäessä kuituja ristisidoksia muodostavalla aineella ja katalyytillä ristisidoksia muodostava aine reagoi kuitujen kanssa kuitujen välisten sidosten puut-10 tuessa olennaisesti kokonaan, ts. samalla kun kuitujen välinen kontakti säilytetään vähäisenä fluffiksi käsittelemättömiin massakuituihin verrattuna, tai kuidut ovat upotettuina liuokseen, joka ei edistä kuitujen välisten sidosten, erityisesti vetysidosten, muodostumista. Tämä 15 johtaa siihen, että muodostuu ristisidoksia, jotka ovat luonteeltaan kuidunsisäisiä. Näissä olosuhteissa ristisidoksia muodostava aine reagoi muodostaen ristisidoksia yksittäisen selluloosaketjun hydroksyyliryhmien välille tai yksittäisessä selluloosakuidussa lähinnä toisiaan si-20 jaitsevien selluloosaketjujen hydroksyyliryhmien välille.

Ristisidoksia muodostavan aineen arvellaan reagoivan selluloosan hydroksyyliryhmien kanssa muodostaen hemi-asetaali- ja asetaalisidoksia, joskaan sitä ei ole osoitettu eikä tarkoituksena ole rajoittaa keksinnön piiriä.

25 Asetaalisidosten, joiden uskotaan olevan toivottava, sta- • i biileja ristisidoksia tuottava sidostyyppi, muodostumista suosivat happamat reaktio-olosuhteet. Tästä syystä happo-katalyyttiset silloitusolosuhteet ovat erittäin edulliset tämän keksinnön mukaisiin tarkoituksiin.

30 Kuidut defibroidaan edullisesti mekaanisesti "fluf- fina" tunnettuun erilliskuitumuotoon, jonka tiheys on pieni, ennen ristisidoksia muodostavan aineen reaktiota kuitujen kanssa. Mekaaninen defibrointi voidaan toteuttaa monin eri menetelmin, jotka ovat alalla nykyisin tunnettu-35 ja tai selviävät jäljempänä. Edullisesti mekaaninen defib- • · 10 94433 rointi toteutetaan menetelmällä, jossa kuitunuppujen muodostuminen ja kultujen vahingoittuminen on mahdollisimman vähäistä. Eräs laitetyyppi, joka on todettu erityisen hyvin selluloosakuitujen defibrointiin soveltuvaksi, on kol-5 mivaiheinen fluffinmuodostuslaite, joka on esitetty US-pa-tenttijulkaisussa 3 987 968 (D.R. Moore ja O.A. Shields), joka on julkaistu 26. lokakuuta 1976 ja joka sisällytetään täten tähän selitykseen lähdeviittauksena. US-patenttijulkaisussa 3 987 968 esitetyssä fluffinvalmistuslaitteessa 10 kosteisiin sellukuituihin kohdistetaan mekaanisen iskun, mekaanisen sekoituksen, ilmasekoituksen ja rajoitetun il-makuivauksen yhdistelmä olennaisesti kuitunuputtoman fluf-fin muodostamiseksi. Erilliset kuidut ovat antaneet sille suuremman kiharuus- ja kiertyrnisasteen kuin mitä sellai-15 sissa kuiduissa luonnostaan esiintyy. Tämän lisääntyneen kiharuuden ja kiertymisen uskotaan parantavan viimeistellyistä silloitetuista kuiduista valmistettujen imukykyis-ten rakenteiden kimmoisaa luonnetta.

Muita käyttökelpoisia menetelmiä selluloosakuitujen 20 defibroimiseksi ovat käsittely Waring-sekoittimella ja kuitujen käsittely tangentiaalisesti pyörivällä levyjauhi-mella tai vanunkiharjalla, mutta ne eivät rajoitu näihin. Kuituihin on edullista suunnata ilmavirta tällaisen defib-roinnin aikana, jotta kuitujen erottaminen olennaisesti ' 25 irralliseen muotoon on helpompaa.

* Riippumatta siitä mekaanisesta laitteesta, jota fluffin muodostamiseen kulloinkin käytetään, kuidut käsitellään edullisesti mekaanisesti sellaisina, että ne sisältävät alussa vähintään noin 20 % ja edullisesti noin 40 30 - 60 % kosteutta.

. Kuitujen, joiden sakeus on suuri, tai osittain kui- ·· ** vattuje nkuitujen mekaanista jauhamista voidaan myös käyt tää hyväksi kuitujen kihartamiseksi tai kiertämiseksi sen kiharuuden tai kiertymisen lisäksi, jonka mekaaninen de-35 fibrointi saa aikaan.

• · u 94433 Tämän keksinnön mukaisesti valmistetuilla kuiduilla on ainutlaatuisesti yhdistynyt jäykkyys ja kimmoisuus, mikä tekee mahdolliseksi sen, että kuiduista valmistetut imukykyiset rakenteet säilyttävät korkean imukykytason, ja 5 niillä on suuri kimmoisuus ja kuivan puristetun imukykyi-sen rakenteen laajenemisreagointikyky kostumiseen. Sen lisäksi, että silloitettujen kuitujen silloittumisaste on ilmoitetuissa rajoissa, niille on tunnusomaista, että niiden vedenpidätysarvo (WRV) on pienempi kuin noin 60, edul-10 lisesti noin 28 - 45, tavanomaisten kemiallisesti kuidu-tettujen paperinvalmistuskuitujen ollessa kysymyksessä. Tietyn kuidun WRV antaa viitteitä kuidun silloittumisas-teesta ja paisunta-asteesta silloitushetkellä. Alan anunat-ti-ihmiset tietävät, että mitä paisuneempi kuitu on sil-15 loitushetkellä, sitä suurempi WRV on tietyllä silloittu-misasteella. Hyvin korkean silloittumisasteen omaavien kuitujen, kuten edellä esitetyillä, aikaisemmin tunnetuilla kuivasilloitusmenetelmillä aikaansaatavien kuitujen WRV:n on todettu olevan pienempi kuin noin 25 ja yleensä 20 pienempi kuin noin 20. Kulloinkin käytettävä silloitus-menetelmä vaikuttaa luonnollisesti silloitetun kuidun WRV:hen. Kaikkien menetelmien, jotka johtavat ilmoitetuissa rajoissa olevaan silloittumisasteeseen ja WRV:hen, uskotaan kuitenkin kuuluvan ja niiden on tarkoitus kuulua 25 tämän keksinnön piiriin. Käyttökelpoisia silloitusmenetel- • « miä ovat hakemuksen alussa yleisesti käsitellyt kuivasil- loitusmenetelmät ja menetelmät, joissa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa. Eräitä edullisia, tämän keksinnön piiriin kuuluvia kuivasi1loitusmenetelmiä ja menetelmiä, 30 joissa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa, käsi- ,· tellään yksityiskohtaisemmin jäljempänä. Vesiliuossilloi- « tusmenetelmät, joissa liuos aiheuttaa kuitujen voimakkaan paisumisen, tuottavat tulokseksi kuituja, joiden WRV on suurempi kuin noin 60. Näiden kuitujen aikaansaama jäyk-35 kyys ja kimmoisuus ovat riittämättömiä tämän keksinnön tarkoituksiin.

• · 12 94433

Mitä nimenomaan kuivasilloitusmenetelmiin tulee, silloitettuja erilliskuituja voidaan valmistaa sellaisella menetelmällä hankkimalla tietty määrä selluloosakuitu-ja, saattamalla kultullete kosketuksiin ristlsldoksla muo-5 dostavan aineen kanssa, jonka tyyppi ja määrä on esitetty edellä, erottamalla kuidut mekaanisesti, esimerkiksi de-fibroimalla olennaisesti irralliseen muotoon ja kuivaamalla kuidut ja saattamalla ristisidoksia muodostava aine reagoimaan kuitujen kanssa katalyytin läsnäollessa, jol-10 loin muodostuu ristisidoksia kuitujen säilyessä samalla olennaisesti irrallisessa muodossa. Defibrointivaiheen, kuivausvaiheesta riippumatta, uskotaan lisäävän kiharuut-ta. Sen jälkeistä kuivausta seuraa kuitujen kiertyminen kuitujen kihartuneen muodon lisätessä kiertymisastetta.

15 Kuidun "kiharuudella" tarkoitetaan tässä kuidun kaartumista pitkittäisakselinsa ympäri. "Kiertymisellä" tarkoitetaan kuidun kiertoa pitkittäisakselinsa kohtisuoran poikkileikkauksen ympäri. Pelkästään esimerkin vuoksi ja aikomatta nimenomaisesti rajoittaa keksinnön piiriä voidaan 20 mainita, että on pantu merkille keksinnön piiriin kuuluvia silloitettuja erilliskuituja, jotka sisältävät keskimäärin noin kuusi kiertymää millimetriä kohden.

Kuitujen säilyttäminen kuivauksen ja silloituksen aikana olennaisesti irrallisessa muodossa mahdollistaa # 25 kuitujen kiertymisen kuivauksen aikana ja siten niiden silloittamisen sellaisessa kiertyneessä ja kihartuneessa tilassa. Kuitujen kuivausta sellaisissa olosuhteissa, että ne voivat kiertyä ja kihartua, kutsutaan kuitujen kuivaamiseksi olennaisesti ei-rajoittavissa olosuhteissa. Sitä 30 vastoin kuitujen kuivaus levymäisessä muodossa tuottaa ; tulokseksi kuivattuja kuituja, jotka eivät ole kiertyneet • · «· ja kihartuneet kuten olennaisesti irrallisessa muodossa kuivatut kuidut. Kuitujen välisten vetysidosten arvellaan "rajoittavan" kuitujen suhteellista kiertymistä ja kiha-35 ruutta.

» «

Il lll-t liiti I I «-M · 1 13 94433

On olemassa monenlaisia menetelmiä, joilla kuidut voidaan saattaa kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen ja katalyytin kanssa. Eräässä suoritusmuodossa kuidut saatetaan kosketuksiin liuoksen kanssa, joka sisältää 5 alusta alkaen sekä ristisidoksia muodostavaa ainetta että katalyyttiä. Toisessa suoritusmuodossa kuidut saatetaan kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen vesiliuoksen kanssa ja niiden annetaan liota ennen katalyytin lisäystä.

Sen jälkeen lisätään katalyytti. Kolmannessa suoritusmuo-10 dossa ristisidoksia muodostava aine ja katalyytti lisätään selluloosakuitujen vesilietteeseen. Muut menetelmät tässä esitettyjen lisäksi ovat selviä alan ammatti-ihmisille, ja niiden on tarkoitus kuulua tämän keksinnön piiriin. Riippumatta siitä nimenomaisesta menetelmästä, jolla kuidut 15 saatetaan kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen ja katalyytin kanssa, selluloosakuituja, ristisidoksia muodostavaa ainetta ja katalyyttiä edullisesti sekoitetaan ja/tai niiden annetaan liota riittävästi, jotta varmistetaan perusteellinen kosketus irrallisten kuitujen kanssa 20 ja niiden kyllästyminen.

Yleensä voidaan käyttää mitä tahansa sellaista ainetta, joka katalysoi ristisidosten muodostumismekanismia. Sopivia katalyyttejä ovat orgaaniset hapot ja happosuolat. Erityisen edullisia katalyyttejä ovat suolat, kuten alu-25 miini-, magnesium-, sinkki- ja kalsiumkloridit, -nitraatit * ja -sulfaatit. Eräs erityisesimerkki edullisesta suolasta on sinkkinitraattiheksahydraatti. Muita katalyyttejä ovat hapot, kuten rikkihappo, suolahappo ja muut mineraalihapot ja orgaaniset hapot. Valittua katalyyttiä voidaan käyttää 30 yksinomaisena katalysoivana aineena tai yhteen tai useampaan muuhun katalyyttiin yhdistettynä. Happosuolojen ja orgaanisten happojen yhdistelmien käytön katalyytteinä uskotaan saavan aikaan tehokkaimman silloittumisreaktion. Reaktion on havaittu menevän yllättävän hyvin loppuun 35 sinkkinitraattisuolojen ja orgaanisten happojen kuten sit- ·· * 14 94433 ruunahapon, muodostamien katalyyttiyhdistelmien avulla, ja sellaiset yhdistelmät ovatkin edullisia. Mineraalihapot soveltuvat kuitujen pH:n säätöön saatettaessa ne kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen kanssa 5 liuoksessa, mutta niitä ei edullisesti käytetä ensisijaisena katalyyttinä.

Edullisin käytettävä määrä ristisidoksia muodostavaa ainetta ja katalyyttiä määräytyy kulloinkin käytettävän ristisidoksia muodostavan aineen, reaktio-olosuhtei-10 den ja kulloisenkin tuotteen tulevan käytön mukaan.

Edullisesti käytettävä katalyyttimäärä riippuu luonnollisesti kulloisestakin ristisidoksia muodostavan aineen tyypistä ja määrästä sekä reaktio-olosuhteista, erityisesti lämpötilasta ja pH:sta. Tekniset ja taloudel-15 liset seikat huomioon ottaen katalyytin määrä on yleensä edullisesti noin 10 - 60 p-% selluloosakuituihin lisättävästä silloitusainemäärästä. Esimerkiksi siinä tapauksessa, että käytettävä katalyytti on sinkkinitraattiheksa-hydraatti ja ristisidoksia muodostava aine on glutaralde-20 hydi, edullinen määrä katalyyttiä on noin 30 p-% lisättävästä glutaraldehydimäärästä. Edullisimmin katalyytiksi lisätään myös orgaanista happoa, kuten sitruunahappoa, noin 5-30 p-% glutaraldehydin määrästä. Lisäksi on toivottavaa säätää selluloosakuitulietteen vesiosan tai ris-25 tisidoksia muodostavan aineen liuoksen pH tavoitearvoon, * joka on noin 2-5, edullisemmin noin 2,5 - 3,5, risti- sidoksia muodostavan aineen ja kuitujen välisen kosketuksen aikana.

Selluloosakuiduista tulisi yleensä poistaa vettä ja 30 mahdollisesti ne tulisi kuivata. Sopiva ja edullisin kon- . sistenssi vaihtelee sen mukaan, minkä tyyppistä fluffin- ·· ·» muodostuslaitetta käytetään. Edullisissa suoritusmuodoissa kuiduista poistetaan vettä ja ne kuivataan optimaalisesti niin, että konsistenssiksi tulee noin 30 - 80 %. Vielä 35 edullisemmin kuiduista poistetaan vettä ja niitä kuivataan ·· 15 94433 niin, että konsistenssiksi tulee noin 40 - 60 %. Kuitujen kuivaus näissä edullisissa rajoissa olevaan kosteuspitoisuuteen helpottaa yleensä kuitujen defibrointia erillis-muotoon ilman liiallista kuitunuppujen muodostumista, mikä 5 liittyy suurempiin kosteuspitoisuuksiin, ja ilman kuitujen suurta vahingoittumista, mikä liittyy pienempiin kosteuspitoisuuksiin .

Veden poisto voidaan toteuttaa esimerkiksi sellaisin menetelmin kuin massan mekaaninen puristus, sentrifu-10 gointi ja ilmakuivaus. Lisäkuivaus suoritetaan menetelmin, jotka tunnetaan alalla ilmakuivauksena tai hiutalekuivauk-sena, sellaisissa olosuhteissa, että korkean lämpötilan pitkäaikainen hyväksikäyttö ei ole tarpeen. Liian korkea lämpötila prosessin tässä vaiheessa saattaa johtaa sil-15 loittumisen ennenaikaiseen käynnistymiseen. Noin 160 eC:tta korkeampia lämpötiloja ei edullisesti ylläpidetä pitempään kuin 2-3 sekuntia. Mekaaninen defibrointi toteutetaan edellä kuvatulla tavalla.

Defibroidut kuidut kuumennetaan sitten sopivaan 20 lämpötilaan riittäväksi ajanjaksoksi, jotta ristisidoksia muodostava aine saadaan kovettumaan, toisin sanoen reagoimaan selluloosakuitujen kanssa. Silloittumisnopeus ja -aste riippuvat kuitujen kuivuudesta, lämpötilasta, katalyytin ja ristisidoksia muodostavan aineen määrästä ja tyy- ,,25 pistä sekä silloitusta tehtäessä kuitujen kuumentamiseen ja/tai kuivaukseen käytettävästä menetelmästä. Kuitujen, joilla on määrätty alkukosteuspitoisuus, silloittuminen tietyssä lämpötilassa tapahtuu suuremmalla nopeudella, kun siihen liittyy jatkuva kuivaus ilmaa läpipuhaltamalla, 30 kuin kuivauksen/kuumennuksen tapahtuessa staattisessa uunissa. Alan ammatti-ihmiset tietävät, että ristisidoksia • muodostavan aineen kovettamisessa lämpötila ja aika voivat riippua toisistaan monella tavalla. Tavanomaiset paperin kuivauksessa käytettävät lämpötilat (esimerkiksi 50 - 35 65 eC) noin 30 - 60 minuutin jakson ajan staattisissa il- • 16 94433 makehäolosuhteissa tuottavat yleensä tulokseksi riittävän kovettumistehon kuitujen kosteuspitoisuuden ollessa pienempi kuin noin 5 %. Alan ammatti-ihmiset käsittävät myös, että korkeammat lämpötilat ja ilmavirtaus lyhentävät ko-5 vettumiseen vaadittavaa aikaa. Kovetuslämpötila pidetään kuitenkin edullisesti noin 160 °C:n alapuolella, koska sellaisissa noin 160 °C:tta korkeammissa lämpötiloissa kuidut saattavat kellastua tai vahingoittua muulla tavalla.

10 Suurin silloittumisaste saavutetaan kuitujen olles sa oleellisesti kuivia (niiden kosteuspitoisuuden ollessa pienempi kuin noin 5 %). Tämän veden puuttumisen vuoksi kuidut silloittuvat olennaisesti paisumattomassa, kokoon-painuneessa tilassa. Tämän vuoksi niille on ominaista al-15 hainen nesteenpidätysarvo (FRV) tähän keksintöön soveltuviin arvoihin verrattuna. FRV tarkoittaa sitä nestemäärää (kuivien kuitujen pohjalta laskettuna), joka säilyy kui-tunäytteeseen imeytyneenä sen jälkeen, kun näytettä on liotettu ja sen jälkeen sentrifugoitu kuitujen välisen 20 nesteen poistamiseksi. (Jäljempänä FRV määritellään tarkemmin ja esitetään menetelmä FRV:n määrittämiseksi.) Se nestemäärä, jonka silloittuneet kuidut kykenevät imemään, riippuu niiden kyvystä paisua kyllästyessään, eli toisin sanoen niiden sisäläpimitästä tai tilavuudesta paisutetta-25 essa ne maksimitasoonsa. Tämä puolestaan riippuu silloit- > · · tumisasteesta. Kuidun ja menetelmän säilyessä muuttumattomana kuidun FRV laskee, kunnes kuitu ei paisu lainkaan koetuessaan, kuidunsisäisen silloittumisasteen kohotessa. Kuidun FRV-arvo kuvaa siis rakenteellisesti kuidun fysi-30 kaalista tilaa kuidun kyllästymispisteessä. Ellei toisin ole nimenomaan mainittu, tässä esitettävät FRV-tiedot an-• netaan kuitujen vedenpidätysarvoina (WRV). Myös muita nes teitä kuten suolavettä ja synteettistä virtsaa, voidaan edullisesti käyttää nesteväliaineena analyysissä. Tietyn 35 kuidun, joka on silloitettu menetelmin, joissa kovettumi- 17 94433 nen riippuu suuresti kuivauksesta, kuten esimerkiksi tämän keksinnön mukaisella menetelmällä, FRV riippuu yleensä pääasiassa ristisidoksia muodostavasta aineesta ja sil-loittumisasteesta. Kuitujen, jotka on silloitettu tällä 5 kuivasilloitusmenetelmällä tähän keksintöön soveltuvia silloitusainemääriä käyttäen, WRV on yleensä pienempi kuin noin 50 ja suurempi kuin noin 25 ja edullisesti noin 28 -45. Valkaistujen SSK-kuitujen, jotka sisältävät noin 0,5 - 2,5 mol-% kuitujen kanssa reagoinutta glutaraldehydiä sello luloosan anhydroglukoosimoolimäärästä laskettuna, WRV:n on vastaavasti havaittu vaihtelevan noin 40:stä noin 28:aan. Valkaisuasteen ja silloituksen jälkeisten valkaisuvaihei-den on todettu vaikuttavan WRV:hen. Tätä vaikutusta tarkastellaan yksityiskohtaisemmin jäljempänä. Etelän haw-15 puusta saatujen kraftkuitujen (SSK-kuitujen), jotka on valmistettu ennen tätä keksintöä tunnetuin kuivasilloitus-menetelmin, silloittumisaste on tässä esitettyä korkeampi ja WRV pienempi kuin noin 25. Kuten aikaisemmin on mainittu, sellaisten kuitujen on havaittu olevan liian jäykkiä 20 ja niillä on havaittu olevan pienempi imukapasiteetti kuin tämän keksinnön mukaisilla kuiduilla.

Eräässä toisessa menetelmässä silloitettujen eril-liskuitujen valmistamiseksi kuivasilloitusmenetelmällä selluloosakuidut saatetaan kosketuksiin liuoksen kanssa, .,25 joka sisältää edellä esitetyn kaltaista ristisidoksia muodostavaa ainetta. Kuidut järjestetään levymäiseen muotoon joko ennen niiden saattamista kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen kanssa tai sen jälkeen. Ristisidoksia muodostavaa ainetta sisältävä liuos sisältää edullisesti 30 myös jotakin kuivasilloitusmenetelmiin soveltuvaa katalyyttiä, jollaisia on myös esitetty edellä. Levymäisessä • muodossa olevat kuidut kuivataan ja silloitetaan edulli sesti kuumentamalla ne noin 120 - 160 °C:n lämpötilaan. Silloituksen jälkeen kuidut erotetaan mekaanisesti olen-35 naisesti irralliseen muotoon. Tämä toteutetaan edullises- « 18 94433 tl käsittelemällä kuidut fluffinmuodostuslaltteella, kuten esimerkiksi laitteella, joka on esitetty US-patentti-julkaisussa 3 987 968, tai se voidaan toteuttaa muilla alalla tunnetuilla kuitujen defibrointimenetelmillä. Täl-5 lä levysilloitusmenetelmällä valmistetut silloitetut eril-liskuidut käsitellään riittävällä määrällä ristisidoksia muodostavaa ainetta, jotta kuitujen kanssa, kuidunsisäisiä ristisidoksia muodostaen, reagoiva silloitusainemäärä on noin 0,5 - 3,5 mol-% selluloosan anhydroglukoosimoolimää-10 rästä laskettuna ja defibroinnin jälkeen mitattuna. Toinen seuraus kuitujen kuivaamisesta ja silloittamisesta levymäisessä muodossa on se, että kuitujen välinen sitoutuminen estää kuitujen kiertymisen ja kihartumisen lisäkui-vauksen myötä. Verrattuna silloitettuihin erilliskuitui-15 hin, jotka on valmistettu menetelmällä, jossa kuidut kuivataan olennaisesti ei-rajoittavissa olosuhteissa ja silloitetaan sen jälkeen kiertyneessä ja kihartuneessa muodossa, olisi odotettavissa, että imukykyisillä rakenteilla, jotka on valmistettu edellä kuvatulla levykovetusmene-20 telmällä valmistetuista suhteellisen kiertymättömistä kuiduista, on pienempi kimmoisuus märkänä ja heikompi reagointikyky kuivan imukykyisen rakenteen kostumiseen.

Toisen ryhmän tähän keksintöön soveltuvia silloi-tusmenetelmiä muodostavat silloitusmenetelmät, joissa ko- . 25 vetus tapahtuu vedettömässä liuoksessa. Samoja kuitutyyp-( · · · pejä, jotka soveltuvat kuivasilloitusmenetelmiin, voidaan käyttää vedettömässä liuoksessa silloitettujen kuitujen valmistuksessa. Kuidut käsitellään riittävällä määrällä ristisidoksia muodostavaa ainetta, jotta kuitujen kanssa 30 sen jälkeen reagoiva silloitusainemäärä on noin 0,5 - 3,5 mol-% mainitun silloittumisreaktion jälkeen laskettuna, ja 1 * sopivalla katalyytillä. Silloitusaine saatetaan reagoimaan kuitujen ollessa upotettuina liuokseen, joka ei aiheuta kuitujen olennaista paisumista. Kuidut voivat kuitenkin 35 sisältää jopa noin 30 % vettä tai olla silloitusliuoksessa • 19 94433 muulla tavoin siinä määrin paisutettuja, että ne vastaavat kuituja, joiden kosteuspitoisuus on noin 30 %. Sellaisten osittain paisutettujen kuitujen muodon on todettu tarjoavan odottamattomia lisäetuja, joita käsitellään tarkemmin 5 jäljempänä. Silloitusliuos sisältää vedetöntä, veteen sekoittuvaa, polaarista laimennusainetta kuten etikkahappoa, propaanihappoa tai asetonia, mutta sopivat laimennusaineet eivät rajoitu näihin. Edullisia katalyyttejä ovat mineraa-lihapot kuten rikkihappo, ja halogeenihapot kuten suola-10 happo. Muita käyttökelpoisia katalyyttejä ovat mineraali-happojen ja halogeenihappojen suolat, orgaaniset hapot sekä niiden suolat. Silloitusväliaineina käytettäviksi soveltuviin silloitusliuossysteemeihin kuuluvat myös systeemit, jotka on esitetty US-patenttijulkaisussa 4 035 147 15 (S. Sangenis, G. Guiroy ja J. Quere), joka on julkaistu 12. heinäkuuta 1977 ja joka sisällytetään täten tähän selitykseen lähdeviittauksena. Silloitusliuos voi sisältää jonkin verran vettä tai muuta kuituja paisuttavaa nestettä vesimäärän ollessa kuitenkin riittämätön saamaan aikaan 20 sellaista paisumista, joka vastaa massakuitujen, joiden konsistenssi on 70 % (vesipitoisuus 30 %), paisumista. Silloitusliuoksen vesipitoisuus on edullisesti pienempi kuin noin 10 % liuoksen kokonaistilavuudesta, ottamatta huomioon kuituja. Tätä suuremmat vesimäärät silloitusli-25 uoksessa alentavat silloituksen tehokkuutta ja silloittu- • · · misnopeutta.

Ristisidoksia muodostavan aineen imeyttäminen kuituihin voidaan toteuttaa itse silloitusliuoksessa tai esi-käsittelyvaiheessa, jollaisiin kuuluu kuitujen kyllästämi-30 nen joko silloitusainetta sisältävällä vesiliuoksella tai vedettömällä liuoksella, mutta sopivat esikäsittelyvaiheet : : eivät rajoitu näihin. Edullisesti kuidut defibroidaan me kaanisesti irralliseen muotoon. Tämä mekaaninen käsittely voidaan toteuttaa menetelmin, joita on esitetty aikaisem-35 min fluffin muodostamiseen kuiduista edellä kuvatun kui-vasilloitusmenetelmän yhteydessä.

• 20 94433

On erityisen edullista sisällyttää fluffin valmistukseen mekaaninen käsittely, joka saa kosteat selluloo-sakuidut omaksumaan sellaisen kiertyneen ja kihartuneen tilan, joka ylittää sen mahdollisen kiertymisen ja kiha-5 ruuden, joka on kuitujen luonnollinen tila. Tämä voidaan toteuttaa hankkimalla alun perin fluffin muodostusta varten kosteita kuituja käsittelemällä niitä mekaanisesti, esimerkiksi edellä esitetyin menetelmin, kuitujen defib-roimiseksi olennaisesti irralliseen muotoon ja kuivaamalla 10 kuidut ainakin osittain.

Kuituihin aikaansaadun kiertymisen ja kiharuuden suhteellinen määrä riippuu osaksi kuitujen kosteuspitoisuudesta. Kuitujen arvellaan, keksinnön piiriä rajoittamatta, kiertyvän luonnostaan sellaisissa olosuhteissa suo-15 ritettavassa kuivauksessa, joissa kuitujen välinen kos ketus on vähäinen, ts. kuitujen ollessa toisistaan erotetussa muodossa. Kosteiden kuitujen mekaaninen käsittely aiheuttaa myös aluksi kuitujen kihartumisen. Kun kuidut sen jälkeen kuivataan kokonaan tai osittain olennaisesti 20 ei-rajoittavissa olosuhteissa, ne kiertyvät mekaanisesti aikaansaadun lisäkiharuuden kohottaessa kiertymisastetta. Vaiheissa fluffin muodostamiseksi defibroimalla käytetään edullisesti suuren konsistenssin omaavaa kosteata massaa eli massaa, josta on poistettu vettä niin, että kuitukon-25 sistenssiksi on tullut noin 45 - 55 % (ennen defibroinnin aloittamista määritettynä).

Defibroinnin jälkeen kuidut tulisi kuivata niin, että niiden kosteuspitoisuudeksi tulee noin 0 - 30 %, ennen kuin kuidut saatetaan kosketuksiin silloitusliuoksen 30 kanssa, ellei defibrointivaihe ole jo tuottanut tulokseksi kuituja, joiden kosteuspitoisuus on mainittujen rajojen • · sisällä. Kuivausvaihe tulisi toteuttaa kuitujen ollessa olennaisesti ei-rajoittavissa olosuhteissa. Kuitujen välinen kosketus tulisi toisin sanoen minimoida, jotta kuitu-35 jen luontainen kiertyminen kuivauksen aikana ei esty. Sekä 21 94433 ilmakuivaus- että hiutalekuivausmenetelmät soveltuvat tähän tarkoitukseen.

Tolsistaan erotetut kuidut saatetaan seuraavaksl kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa, joka sisältää ve-5 teen sekoittuvaa vedetöntä laimennusainetta, ristisidoksia muodostavaa ainetta ja katalyyttiä. Siilo!tusliuos voi sisältää rajoitetun määrän vettä. Silloitusliuoksen vesi-pitoisuuden tulisi olla pienempi kuin noin 18 %, edullisesti pienempi kuin noin 9 %.

10 Kuitukimppu, jota ei ole mekaanisesti defibroitu, voidaan myös saattaa kosketuksiin edellä esitetyn silloitusliuoksen kanssa.

Käytettävä silloitusaine- ja happokatalyyttimäärä riippuvat sellaisista reaktio-olosuhteista kuin konsis-15 tenssi, lämpötila, silloitusliuoksen ja kuitujen vesipitoisuus sekä silloitusliuoksen sisältämän ristisidoksia muodostavan aineen ja laimennusaineen tyyppi, ja halutusta silloittumisasteesta. Käytettävä siilo!tusainemäärä on edullisesti noin 0,2 - 10 p-% koko silloitusliuoksen mas-20 sasta, ottamatta huomioon kuituja. Happokatalyytin edullinen pitoisuus riippuu lisäksi katalyytin happamuudesta silloitusliuoksessa. Yleensä voidaan saavuttaa hyviä tuloksia katalyyttipitoisuuden ollessa noin 0,3 - 5 p-% (silloitusliuoksen massasta ilman kuituja) silloitusliuok-25 sissa, jotka sisältävät laimennusaineena etikkahappoa, glutaraldehydiä edullisina pitoisuuksina sekä rajoitetun määrän vettä. Kuituja ja silloitusliuosta sisältävät lietteet, joiden kuitukonsistenssi on pienempi kuin noin 10 p-%, ovat edullisia silloitukseen edellä esitettyjä 30 silloitusliuoksia käyttäen.

Silloitusreaktio voidaan toteuttaa ympäristön läm- « ' pötilassa tai, reaktionopeuden kohottamiseksi, korotetus sa lämpötilassa, joka on edullisesti alempi kuin noin 40 °C.

22 94433

On olemassa monenlaisia menetelmiä, Joilla kuidut voidaan saattaa kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa Ja silloittaa siinä. Eräässä suoritusmuodossa kuidut saatetaan kosketuksiin liuoksen kanssa, Joka sisältää alusta 5 alkaen sekä ristisidoksia muodostavaa ainetta että happo-katalyyttiä. Kuitujen annetaan liota silloitusliuoksessa,

Jona aikana tapahtuu ristisidosten muodostuminen. Toisessa suoritusmuodossa kuidut saatetaan kosketuksiin laimennus-aineen kanssa Ja niiden annetaan liota ennen happokatalyy-10 tin lisäystä. Sen Jälkeen lisätään happokatalyytti, Jolloin alkaa ristisidosten muodostuminen. Muut menetelmät tässä esitettyjen lisäksi ovat selviä alan ammatti-ihmisille, ja niiden on tarkoitus kuulua tämän keksinnön piiriin.

15 Ristisidoksia muodostava aine ja silloitusolosuh- teet valitaan edullisesti niin, että ne edistävät kuidun-sisäisten ristisidosten muodostumista. Silloittumisreak-tion on siis edullista tapahtua pääosaltaan sen jälkeen, kun ristisidoksia muodostava aine on ehtinyt tunkeutua 20 kuitujen sisään. Reaktio-olosuhteet valitaan edullisemmin sellaisiksi, että vältetään välitön ristisidosten muodostuminen, ellei ristisidoksia muodostava aine ole jo tunkeutunut kuitujen sisään. Noin 30 minuutin reaktioajat, jona aikana silloittuminen menee olennaisesti loppuun, 25 ovat edullisia. Pitempien reaktioaikojen uskotaan tuotta- « -·· · van vain mitätöntä etua kuitujen ominaisuuksien kannalta.

Sekä lyhyempien aikojen, jokseenkin välitön ristisidosten muodostuminen mukaan luettuna, että pitempien aikojen on kuitenkin tarkoitus kuulua keksinnön piiriin.

30 On myös mahdollista suorittaa kovetus vain osaksi liuoksessa ja päättää silloitusreaktio sitten prosessin ; myöhemmässä vaiheessa kuivaus- tai kuumennuskäsittelyillä.

Silloitusvaiheen jälkeen kuiduista valutetaan neste ja ne pestään. Pesuvaiheessa on edullista lisätä riit-35 tävästi jotakin emäksistä ainetta, kuten natriumhydroksi- 94433 23 dia, massassa mahdollisesti jäljellä olevan hapon neutra-loimiseksi. Pesun jälkeen kuiduista poistetaan neste ja ne kuivataan täydellisesti. Edullisesti kuidut defibroidaan mekaanisesti toiseen kertaan, joka toinen defibrointivaihe 5 saa silloitetut kuidut kihartumaan, esimerkiksi niistä muodostetaan fluffia defibroimalla, nesteenpoisto- ja kui-vausvaiheen välissä. Kuivattaessa kuitujen kihara tila lisää kiertymistä, kuten aikaisemmin on esitetty ennen kuitujen saattamista kosketuksiin silloitusliuoksen kansio sa toteutettavan kiharruskäsittelyn yhteydessä. Samat laitteet ja menetelmät, joita on kuvattu ensimmäisen mekaanisen defibrointivaiheen yhteydessä, kiertymisen ja kihartumisen aikaansaamiseksi ovat käyttökelpoisia tässä toisessa mekaanisessa defibrointivaiheessa. Tässä käytet-15 tynä ilmaus "defibrointi" tarkoittaa mitä tahansa menettelytapaa, jota voidaan käyttää kuitujen erottamiseen mekaanisesti olennaisesti irralliseen muotoon, joskin kuidut voidaan hankkiakin jo sellaisessa muodossa. "Defibrointi" tarkoittaa sen vuoksi mekaanista käsittelyvaihetta, joka 20 a) erottaa kuidut olennaisesti irralliseen muotoon, elleivät ne jo ole sellaisessa muodossa, ja b) saa aikaan kuitujen kihartumisen ja kiertymisen kuivauksessa.

Tämän toisen defibrointikäsittelyn, joka seuraa kuitujen silloituksen jälkeen, on havaittu lisäävän massan 25 kiertynyttä ja kihartunutta luonnetta. Tämä kuitujen kier- > >·« tyneen ja kihartuneen muodon lisääntyminen johtaa imuky-kyisten rakenteiden suurempaan kimmoisuuteen ja siihen, että ne reagoivat paremmin kostumiseen. Toista defibroin-tikäsittelyä voidaan soveltaa kaikkiin tässä kuvattuihin 30 kuituihin, jotka ovat kosteassa tilassa. Menetelmän, jossa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa, erityisetuna i : *· on kuitenkin se, että toinen defibrointivaihe on mahdolli nen sen edellyttämättä välttämättä lisäkuivausvaihetta.

Tämä johtuu siitä, että liuos, jossa kuidut silloitetaan, 35 pitää kuidut joustavina ristisidosten muodostumisen jäi- 24 94433 keen vaikka ei aiheutakaan kuitujen ei-toivottua voimakasta paisumista.

Lisäksi on yllättäen havaittu, että voidaan saavuttaa imukykyisten rakenteiden suurempi paisuminen puristet-5 tujen tyynyjen kostuessa rakenteiden ollessa valmistettu kuiduista, jotka on silloitettu kiertyneessä mutta osaksi paisuneessa tilassa, kuin kuiduista, jotka on kuivattu täysin vedestä ennen silloitusta.

Parantuneita tuloksia saavutetaan silloitetuilla 10 erilliskuiduilla, jotka on kuivattu suunnilleen 18 - 30 %:n vesipitoisuuteen, ennen kuin kuidut on saatettu kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa. Kun kuidut on kuivattu täydellisesti ennen niiden saattamista kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa, ne ovat paisumattomassa, kokoon-15 painuneessa tilassa. Kuidut eivät paisu joutuessaan kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa liuoksen alhaisen vesipitoisuuden vuoksi. Kuten aikaisemmin on mainittu, silloitusliuoksen ratkaiseva piirre on se, että se ei aiheuta kuitujen olennaista paisumista. Silloitusliuoksen laimen-20 nussineen imeytyessä jo paisuneeseen kuituun kuitu itse asiassa "kuivuu" vedestä mutta säilyy aikaisemmassa, osaksi paisuneessa tilassa.

Kuidun paisumisasteen kuvaamiseksi on taas käytännöllistä viitata kuidun nesteenpidätysarvoon (FRV) silloi-25 tuksen jälkeen. Kuiduilla, jotka on silloitettu paisuneem-* massa tilassa, on suurempi FRV kuin kuiduilla, jotka on silloitettu vähemmän paisuneessa tilassa, kaikkien muiden tekijöiden ollessa samoja. Keksinnön piiriä rajoittamatta arvellaan, että osaksi paisuneilla silloitetuilla kuiduil-30 la, joilla on kohonnut FRV, on suurempi kimmoisuus märkänä ja parempi reagointikyky kostumiseen kuin kuiduilla, jotka - - on silloitettu paisumattomassa tilassa. Kuidut, joilla on tämä suurentunut kimmoisuus märkänä ja parantunut reagointikyky kostumiseen, kykenevät paisumaan tai kostuneina 35 purkamaan kiertyneisyytensä helpommin yrittäessään palau- 25 94433 tua luonnolliseen tilaansa. Silloittumisen aikaansaaman jäykkyyden johdosta kuidut pystyvät kuitenkin tarjoamaan vielä rakenteellisen tuen kuiduista valmistetulle kyllästetylle tyynylle. Osaksi paisuneisiin silloitettuihin kui-5 turhin liittyvät numeeriset FRV-arvot, jotka on esitetty tässä, ovat vedenpidätysarvoja (WRV). WRV:n kohotessa noin 60:tä suuremmaksi kuitujen jäykkyyden arvellaan käyvän riittämättömäksi tarjotakseen sellaisen kimmoisuuden märkänä ja reagointikyvyn kostumiseen, jotka ovat toivottavia 10 kyllästetyn imukykyisen rakenteen tukemisen kannalta.

Eräässä vaihtoehtoisessa menetelmässä kuitujen sil-loittamiseksi liuoksessa kuituja liotetaan ensin vesi-liuoksessa tai muussa kuidut paisuttavassa liuoksessa, neste poistetaan niistä ja ne kuivataan halutussa määrin, 15 ja sen jälkeen ne upotetaan veteen sekoittuvaan silloitus-liuokseen, joka sisältää edellä esitetyn kaltaista katalyyttiä ja ristisidoksia muodostavaa ainetta. Nesteen poiston jälkeen ja ennen lisäkuivausta kuidut edullisesti defibroidaan mekaanisesti fluffin muotoon, jotta saavute-20 taan edellä esitetyt lisääntyneen kiertymisen ja kiharuu-den tarjoamat edut. Mekaaninen defibrointi sen jälkeen, kun kuidut on saatettu kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen kanssa, ei ole erityisen toivottavaa, koska sellainen defibrointi haihduttaisi ristisidoksia muodosta-25 van aineen ja johtaisi siten mahdollisesti ristisidoksia muodostavan aineen aiheuttamaan ilman saastumiseen tai suuriin ilmankäsittelyinvestointeihin ristisidoksia muodostavan aineen vuoksi.

Eräässä juuri edellä kuvatun menetelmän muunnelmas-30 sa kuidut defibroidaan ja niitä esiliotetaan sen jälkeen .' väkevässä liuoksessa, joka sisältää ristisidoksia muodos- tavaa ainetta ja kuituja paisuttavaa laimennusainetta, edullisesti vettä. Ristisidoksia muodostavan aineen pitoisuus on riittävän suuri, jotta se estää veden aiheuttaman 35 kuitujen paisumisen. Keksinnön mukaisten silloitusainei- • i < 26 94433 den, edullisesti glutaraldehydin, 50 p-%:isten vesiliuosten on todettu olevan sopivia liuoksia kuitujen esiliotta-miseen. Esiliotetuista kuiduista poistetaan neste ja ne upotetaan silloitusliuokseen, joka sisältää veteen sekoit-5 tuvaa polaarista laimennusainetta, katalyyttiä ja rajoitetun määrän vettä, ja sen jälkeen ne silloitetaan edellä esitetyllä tavalla. Silloitetuista kuiduista voidaan poistaa neste ja ne voidaan defibroida mekaanisesti toiseen kertaan ennen jatkokäsittelemistä levyksi tai imukykyisek-10 si rakenteeksi, jotka nesteenpoisto ja defibrointi toteutetaan myös edellä esitetyllä tavalla.

Kuitujen esiliottaminen ristisidoksia muodostavan aineen kanssa vesiliuoksessa, ennen kuin ristisidoksia muodostava aine saatetaan reagoimaan, antaa silloitetuis-15 ta kuiduista valmistetuille imutyynyille odottamattoman hyvät absorptio-ominaisuudet jopa verrattuna tyynyihin, jotka on valmistettu edellä esitetyin menetelmin, joissa kovetus tapahtuu vedettömässä liuoksessa, silloitetuista kuiduista esiliottamatta kuituja ristisidoksia muodostavaa 20 ainetta sisältävässä liuoksessa.

Silloitetut kuidut, joita muodostuu edellä esitettyjen kuivasilloitusmenetelmien ja menetelmien, joissa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa, tuloksena, ovat tämän keksinnön mukaisia tuotteita. Keksinnön mukai-25 siä kuituja voidaan käyttää suoraan ilmakerrostettujen imukykyisten sisusten valmistamiseen. Jäykän ja kimmoisan luonteensa vuoksi silloitetut kuidut voidaan lisäksi mär-käkerrostaa tiivistämättömäksi levyksi, jonka tiheys on pieni ja joka on, sen jälkeen kun se on kuivattu, suoraan 30 ilman mekaanista jatkokäsittelyä käyttökelpoinen imukykyi-, senä sisuksena. Silloitetut kuidut voidaan märkäkerrostaa myös tiiviiksi, myytäviksi tai pitkälle kuljetettaviksi tarkoitetuiksi massalevyiksi.

Kun silloitetut erilliskuidut on valmistettu, ne 35 voidaan kuivakerrostaa ja muovata suoraan imukykyisiksi Λ · · il i m i ·ι·li i i « « - i 27 94433 rakenteiksi tai märkäkerrostaa ja muovata imukykyisiksi rakenteiksi tai tiiviiksi massalevyiksi. Tämän keksinnön mukaiset kuidut tarjoavat suuren määrän merkittäviä toi-mintaetuja. Sellaisista kuiduista on kuitenkin vaikeata 5 muodostaa tasaisia märkäkerrostettuja levyjä tavanomaisin märkälevyjen muodostustavoin. Tämä johtuu silloitettujen erilliskuitujen nopeasta flokkuloitumisesta liuoksessa. Sellainen flokkuloituntinen voi tapahtua sekä perälaati-kossa että reikäiselle muodostusviiralle kerrostettaessa.

10 Yritysten muodostaa silloitetuista erilliskuiduista arkkeja menetelmin, joilla massasta tavanomaisesti muodostetaan arkkeja, on todettu johtavan suureen määrään flokkuloitu-neiden kuitujen muodostamia kasautumia. Tämä johtuu kuitujen jäykästä kiertyneestä luonteesta, kuitujen välisten 15 sidosten vähäisestä määrästä ja arkinmuodostusviiralle kerrostettujen kuitujen suuresta suotautuvuudesta. Sen vuoksi tunnetaan huomattavaa kaupallista huolta siitä, että pitäisi saada aikaan käyttökelpoinen menetelmä levyjen muodostamiseksi silloitetuista erilliskuiduista, jolla 20 menetelmällä voidaan muodostaa märkäkerrostettuja imuky-kyisiä rakenteita ja tiiviitä, kuljetettaviksi ja sen jälkeen defibroitaviksi tarkoitettuja massa-arkkeja.

Niinpä on kehitetty uusia menetelmiä levyjen muodostamiseksi silloitetuista erilliskuiduista, jotka pyr-25 kivät flokkuloitumaan liuoksessa, jossa menetelmässä silloitettuja erilliskuituja sisältävä liete kerrostetaan ensin reikäiselle muodostusviiralle, kuten tasoviirakoneen viiralle, samalla tavalla kuin tavanomaisissa menetelmissä arkkien muodostamiseksi massasta. Silloitettu erilliskui-30 tu-luonteensa vuoksi nämä kuidut kerrostuvat muodostusvii-ralla suurena määränä kuitukasautumia. Kerrostettuihin ♦ kasautuneisiin kuituihin kohdistetaan ainakin yksi neste-virta, edullisesti vesivirta. Edullisesti muodostusviiralle kerrostettuihin kuituihin kohdistetaan sarja suihkuja 35 niin, että toisiaan seuraavilla suihkuilla on pienenevä . · · : 28 94433 tilavuusvirtausnopeus. Suihkuilla tulisi olla riittävä nopeus, jotta nesteen iskeytyminen kuituihin estää kuitujen flokkuloitumista ja hajottaa jo muodostuneet kuituflo-kit. Kuitujen laskeuttamisvaihe on edullista toteuttaa 5 sylinterimäisellä viiralla, kuten viirarullalla, tai jollakin muulla vastaavalla tavalla toimivalla laitteella, joka on alalla tunnettu tai on mahdollisesti tuleva sellaiseksi. Laskeuttamisen jälkeen kuitulevy voidaan sitten kuivata ja mahdollisesti puristaa tiiviimmäksi, miten vain 10 halutaan. Suihkujen väli vaihtelee kuitujen kulloisenkin flokkuloitumisnopeuden, muodostusviiran linjan nopeuden, muodostusviiran läpi tapahtuvan vedenpoistumisen ja suihkujen lukumäärän sekä niiden nopeuden ja niiden kautta tulevan tilavuusvirtauksen mukaan. Suihkut ovat edullises-15 ti riittävän lähellä toisiaan, jotta huomattavaa flokku-loitumista ei ilmene.

Kuitujen flokkuloitumisen ehkäisemisen ja kuitu-flokkien hajottamisen lisäksi kuituihin suihkutettava neste myös kompensoi silloitettujen erilliskuitujen erittäin 20 nopeata suotautumista tarjoamalla käyttöön lisää nestemäistä väliainetta, johon kuidut voivat dispergoitua myöhempää arkinmuodostusta varten. Suuri määrä suihkuja, joilla on pienenevä tilavuusvirtausnopeus, helpottaa lietteen konsistenssin systemaattista absoluuttista lisäystä, 25 samalla kun se saa aikaan toistuvan kuituflokkeja hajotta- van ja kuitujen flokkuloitumista estävän vaikutuksen. Tämä johtaa suhteellisen tasaisen kuitukerrostuman muodostumiseen, jotka kuidut asetetaan sitten välittömästi, ts. ennen uudelleen flokkuloitumista, levymäiseen muotoon anta-30 maila nesteen valua pois ja puristamalla kuidut reikäistä viiraa vasten.

Tämän keksinnön mukaisista silloitetuista kuiduista valmistetut massa-arkit ovat vaikeammin puristettavissa sellaisiksi, että niillä on tavanomaisten massa-arkkien 35 tiheys, kuin tavanomaisista, silloittamattomista selluloo-

• · I

29 94433 sakuiduista valmistetut massa. Sen vuoksi saattaa olla edullista yhdistää silloitettuihin kuituihin silloittamat-tomia kuituja, kuten kuituja, joita tavanomaisesti käytetään imukykyisten sisusten valmistuksessa. Jäykkiä silloi-5 tettuja kuituja sisältävät massa sisältävät edullisesti silloitettuihin erilliskuituihin sekoitettuina noin 5 -90 % silloittamattomia selluloosakuituja arkin kokonais-kuivapainosta laskettuna. Erityisen edullista on sisällyttää niihin noin 5-30 % pitkälle jauhettuja silloittamatto-10 mia selluloosakuituja levyn kokonaiskuivapainosta laskettuna. Sellaiset pitkälle jauhetut kuidut on hierretty tai jauhettu niin, että niiden jauhautumisaste on pienempi kuin noin 300 ml CSF ja edullisesti pienempi kuin noin 100 ml CSF. Silloittamattomat kuidut sekoitetaan edulli-15 sesti silloitettujen erilliskuitujen vesilietteeseen. Tästä seoksesta voidaan sitten muodostaa tiivis massa-arkki myöhemmin defibroitavaksi ja imutyynyiksi muovattavaksi. Silloittamattomien kuitujen sisällyttäminen massa-arkkiin helpottaa sen puristamista tiiviimmäksi, samalla kun se 20 alentaa yllättävän vähän myöhemmin muodostettavien imu-tyynyjen imukykyä. Lisäksi silloittamattomat kuidut lisäävät massa-arkin ja joko siitä tai suoraan silloitettujen ja silloittamattomien kuitujen seoksesta valmistettavien imutyynyjen vetolujuutta. Riippumatta siitä, valmistetaan-25 ko silloitettujen ja silloittamattomien kuitujen seoksesta ensin massa-arkki ja siitä muodostetaan imutyyny vai muo-dostetaanko seoksesta suoraan imutyyny, imutyyny voi olla ilmakerrostettu tai märkäkerrostettu, kuten edellä on esitetty.

30 Silloitetuista erilliskuiduista tai seoksista, jot ka sisältävät myös silloittamattomia kuituja, valmistettu-: jen arkkien tai rainojen neliömetripaino on edullisesti pienempi kuin noin 800 g/m2 ja tiheys edullisesti pienempi kuin noin 0,60 g/cm3. Aikomatta mitenkään rajoittaa keksin-35 nön piiriä, erityisen sopivia käytettäviksi suoraan imuky- 30 94433 kyisinä sisuksina kertakäyttötuotteissa, kuten vaipoissa, tamponeissa ja muissa kuukautissuojatuotteissa, ovat mär-käkerrostetut levyt, joiden neliömetripaino on noin 300 -600 g/m2 ja tiheys noin 0,15 - 0,30 g/cm3. Tätä tasoa suu-5 remman neliömetripainon ja tiheyden omaavien rakenteiden arvellaan soveltuvan parhaiten myöhemmin jauhettaviksi ja ilma- tai märkäkerrostettaviksi niin, että muodostuu pienemmän tiheyden ja neliömetripainon omaava rakenne, joka on käyttökelpoisempi imukykyä vaativissa sovellutuksissa.

10 Sellaisilla rakenteilla, joilla on suurempi neliömetripaino ja tiheys, on kuitenkin yllättävän hyvä imukyky ja reagointikyky kostumiseen. Muita mahdollisia käyttökohteita tämän keksinnön mukaisille kuiduille ovat pehmopaperiar-kit, joiden tiheys voi olla alle 0,10 g/cm3.

15 Sellaisissa tuotteissa, joissa silloitetut kuidut sijoittuvat ihmisihoa vasten tai lähelle ihmisihoa, käyttöä varten on toivottavaa jatkokäsiteliä kuidut ylimääräisen, reagoimattoman silloitusaineen poistamiseksi. Reagoimattoman silloitusaineen pitoisuus on edullista alentaa 20 ainakin noin 0,03 %:n alapuolelle selluloosakuitujen kuivapainosta laskettuna. Eräs tulokselliseksi todettu käsit-telysarja sisältää, toisiaan seuraavina, silloitettujen kuitujen pesun, kuitujen liottamisen vesiliuoksessa varsin pitkään, kuitujen nostamisen pois seulan avulla, veden 25 poistamisen kuiduista esimerkiksi sentrifugoimalla niin, a että konsistenssiksi tulee noin 40 - 80 %, kuitujen, joista on poistettu vettä, mekaanisen defibroinnin edellä esitetyllä tavalla ja kuitujen ilmakuivauksen. Tämän prosessin on todettu alentavan jäljellä olevan vapaan silloitus-30 aineen pitoisuuden noin 0,01 %:n ja 0,15 %:n välille.

·. Toisessa menetelmässä jäljelle jääneen silloitus- ainemäärän pienentämiseksi helposti uutettavissa oleva silloitusaine poistetaan emäksisin pesuin. Emäksisyys voidaan synnyttää emäksisillä yhdisteillä, kuten natriumhyd-35 roksidilla, tai vaihtoehtoisesti hapettavilla aineilla, t • · « 31 94433 kuten kemikaaleilla, joita käytetään yleisesti valkaisuaineina, kuten natriumhypokloriitilla, tai aminoyhdisteillä, esimerkiksi ammoniumhydroksidilla, jotka yhdisteet hydrolysoivat hemiasetaalisidoksia, jolloin muodostuu Schiff-5 emäksiä. pH pidetään edullisesti vähintään 7:nä ja edullisemmin vähintään noin 9:nä asetaaliristisidosten palautumisen estämiseksi. Hemiasetaalisidosten katkeamisen aiheuttaminen on edullista, samalla kun ei vaikuteta asetaa-lisidoksiin. Sen vuoksi sellaiset uuttoaineet, jotka toi-10 mivat voimakkaasti emäksisissä olosuhteissa, ovat edullisia. Yhden ainoan pesun 0,01 N ja 0,1 N ammoniumhydroksidilla havaittiin alentavan jäljellä olleen silloitusaine-pitoisuuden noin 0,0008 %:n ja noin 0,0023 %:n välille liotusajan ollessa 30 minuutista kahteen tuntiin. Noin 30 15 minuuttia pitemmän liotusajan ja noin 0,01 N väkevämpien ammoniumhydroksidiliuosten uskotaan tuottavan vain mitätöntä 1i säetua.

Sekä yksivaiheinen että monivaiheinen hapetus on todettu tehokkaiksi menetelmiksi jäljelle jääneen silloi-20 tusaineen poistamiseksi. Yksivaiheisen pesun natriumhypokloriitilla käytettävissä olevan kloorimäärän (av. Cl) ollessa noin 0,1 - 0,8 % kuitujen kuivapainosta havaittiin alentavan jäljellä olevan silloitusaineen määrän noin 0,0015 %:n ja noin 0,0025 %:n välille.

25 Eräässä uudessa menetelmässä silloitettujen eril- liskuitujen valmistamiseksi raaka-ainekuidut valkaistaan tavanomaisella monivaiheisella ketjuprosessilla, mutta kesken ketjua valkaisuprosessi keskeytetään ja kuidut silloitetaan tämän keksinnön mukaisesti. Kovetuksen jälkeen 30 valkaisuprosessi saatetaan päätökseen. Tällä tavalla on todettu voitavan saavuttaa riittävän alhainen jäljellä olevan silloitusaineen taso (alempi kuin noin 0,006 %). Tämän menetelmän uskotaan muodostavan edullisen tavan tuottaa silloitettuja kuituja, koska ylimääräisten pesu-35 ja uuttolaitteiden ja prosessin lisävaiheiden aiheuttamat • · 32 94433 pääomakustannukset ja käsittelyhankaluudet vältetään val-kaisuvaiheen ja jäämien poistamisvaiheen yhdistymisen ansiosta. Käytettävä valkaisuketju ja se piste, jossa ketju katkaistaan silloitusta varten, voivat vaihdella suu-5 resti, mikä lienee selvää alan ammatti-ihmisille. Monivaiheisten valkaisuketjujen, joissa silloitusta seuraavat DEP* - tai DEH* -vaiheet, on kuitenkin havaittu tuottavan toivottuja tuloksia (*D - klooridioksidi, E uutto alkalilla, P - peroksidi, H - natriumhypokloriitti). Valkaisuketjun 10 silloitusta seuraavat vaiheet ovat edullisesti emäksisiä käsittelyjä, jotka toteutetaan noin arvoa 7 ja edullisemmin noin arvoa 9 korkeammassa pH:ssa.

Sen lisäksi, että silloituksen jälkeiset emäksiset käsittelyt alentavat tehokkaasti jäljelle jääneen silloi-15 tusaineen määrää, niiden on havaittu helpottavan suuremman FRV:n (nesteenpidätysarvon) omaavien kuitujen aikaansaantia samalla silloitusasteella. Suuremman FRV:n omaavilla kuiduilla on pienempi kimmoisuus kuivana, ts. ne on helpompi tiivistää kuivassa tilassa, samalla kun niillä 20 säilyy olennaisesti sama kimmoisuus märkänä ja reagointi-kyky kosteuteen kuin kuiduilla, jotka ovat muuten vastaavia mutta silloitettu sen jälkeen, kun valkaisu on suoritettu loppuun. Tämä oli erityisen yllättävää ottaen huomioon, että korkeampi FRV on tähän saakka johtanut absorp-25 tio-ominaisuuksien heikkenemiseen.

* Tässä esitetyt silloitetut kuidut soveltuvat monenlaisiin imukykyisiin tuotteisiin, kuten kertakäyttövaip-poihin, kuukautissuojatuotteisiin, terveyssiteisiin, temponeihin ja siteisiin (mutta ne eivät rajoitu näihin), 30 joista tuotteista kullakin on tässä esitettyjä silloitet-tuja erilliskuituja sisältävä imukykyinen rakenne. Esimer- * kiksi kertakäyttövaippa tai muu samankaltainen tuote, jossa on nestettä läpäisevä pintakerros, pintakerrokseen kiinnitetty nestettä läpäisemätön taustakerros ja silloi- 35 tettuja erilliskuituja sisältävä imukykyinen rakenne, tu- > · · 33 94433 lee erityisesti kysymykseen. Sellaisia tuotteita kuvataan yleisesti US-patenttijulkaisussa 3 860 003 (Kenneth B. Buell), joka on julkaistu 14. tammikuuta 1975 ja joka sisällytetään täten tähän selitykseen lähdeviittauksena.

5 Vaippoihin ja kuukautissuojatuotteisiin tarkoite tut imukykyiset sisukset valmistetaan tavanomaisesti jäy-kistämättömistä silloittamattomista selluloosakuiduista, jolloin imukykyisten sisusten tiheys kuivana on noin 0,06 g/cm3 ja noin 0,12 g/cm3. Imukykyisen sisuksen kostuessa 10 sen tilavuus tavallisesti pienenee.

On havaittu, että tämän keksinnön mukaisia silloitettuja kuituja voidaan käyttää sellaisten imukykyisten sisusten valmistamiseen, joilla on huomattavasti paremmat nesteenabsorptio-ominaisuudet, kuten imukapasiteetti ja 15 kapillaarinen imeytymisnopeus, verrattuna imukykyisiin sisuksiin, joilla on sama tiheys mutta jotka on valmistettu tavanomaisista, silloittamattomista tai aikaisemmin tunnetuista silloitetuista kuiduista, mutta paremmat ominaisuudet eivät rajoitu mainittuihin. Sitä paitsi nämä pa-20 remmat imukykytulokset voidaan saavuttaa samalla, kun saavutetaan suurempi kimmoisuus märkänä. Imukykyisiin sisuksiin, joiden tiheys on noin 0,06 - 0,15 g/cm3 ja joiden tilavuus säilyy olennaisesti muuttumattomana niiden kostuessa, on erityisen edullista käyttää silloitettuja kui-25 tuja, joiden silloittumisaste on sellainen, että ne sisältävät noin 2,0 - 2,5 mol-% kuitujen kanssa reagoinutta silloitusainetta kuivan selluloosan anhydroglukoosimooli-määrästä. Sellaisista kuiduista valmistetuissa imukykyi-sissä sisuksissa yhtyvät toivotulla tavalla rakenteellinen 30 integriteetti, so. puristuslujuus, ja kimmoisuus märkänä. Tämän keksinnön yhteydessä ilmaisu "kimmoisuus märkänä" - · :· tarkoittaa kostuneen tyynyn kykyä palautua alkuperäiseen muotoonsa ja tilavuuteensa, kun siihen on kohdistunut puristava voima ja sen vaikutus on lakannut. Tämän keksinnön 35 mukaisista kuiduista valmistetut imukykyiset sisukset saa- 34 94433 vuttavat takaisin huomattavasti suuremman osuuden alkuperäisestä tilavuudestaan märkäpuristusvoimien vaikutuksen lakattua kuin käsittelemättömistä ja aikaisemmin tunnetuista silloitetuista kuiduista valmistetut sisukset.

5 Eräässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa sil loitetuista erilliskuiduista muodostetaan joko ilmaker-rostettu tai märkäkerrostettu (ja sen jälkeen kuivattu) imukykyinen sisus, joka puristetaan niin, että sen tiheys kuivana on pienempi kuin tyynyn märkätiheys tasapainoti-10 lassa. Märkätiheys tasapainotilassa on tyynyn tiheys kuivien kuitujen mukaan laskettuna, kun tyyny on täysin nesteen kyllästämä. Muodostettaessa kuiduista imukykyinen sisus, jonka tiheys kuivana on pienempi kuin märkätiheys tasapainotilassa, sisus painuu kyllästymispisteeseensä 15 saakka kostuttuaan kokoon, kunnes se saavuttaa märkäti-heytensä tasapainotilassa. Muodostettaessa kuiduista sen sijaan imukykyinen sisu, jonka tiheys kuivana on suurempi kuin märkätiheys tasapainotilassa, sisus paisuu kyllästymispisteeseensä saakka kostuttuaan, kunnes se saavuttaa 20 märkätiheytensä tasapainotilassa. Tämän keksinnön mukaisista kuiduista valmistettujen tyynyjen märkätiheys tasapainotilassa on huomattavasti pienempi kuin tyynyjen, jotka on valmistettu tavanomaisista silloittamattomista kuiduista. Tämän keksinnön mukaiset kuidut voidaan puristaa 25 tiheydeltään tasapainotiheyttä suuremmaksi, jolloin muodostuu ohut tyyny, joka kostuttuaan laajenee, mikä kohottaa imukapasiteetin huomattavasti suuremmaksi kuin on saavutettavissa silloittamattomilla kuiduilla.

Erityisen suuri imukyky ja kimmoisuus märkänä sekä 30 hyvä reagointikyky kostumiseen voidaan saavuttaa silloit- . tumisasteen ollessa noin 0,75 - 1,25 mol-% kuivan sellu- « • loosan mukaan laskettuna. Sellaisista kuiduista muodos tetaan edullisesti imukykyisiä sisuksia, joiden tiheys kuivana on suurempi kuin niiden märkätiheys tasapainoti-35 lassa. Imukykyiset sisukset puristetaan edullisesti niin, 1« t 35 94433 että niiden tiheydeksi tulee noin 0,12 - 0,60 g/cm3, jolloin vastaava märkätiheys tasapainotilassa on pienempi kuin kuivan puristetun sisuksen tiheys. Imukykyiset sisukset puristetaan myös edullisesti niin, että niiden tihey-5 deksi tulee noin 0,12 - 0,40 g/cm3, jolloin vastaava märkätiheys tasapainotilassa on noin 0,08 - 0,12 g/cm3. Edellä mainitut kuidut eivät ole niin jäykkiä kuin silloitetut kuidut, joissa silloittumisaste on noin 2,0 - 2,5 mol-%, mikä tekee niistä sopivampia suurempaan tiheyteen puris-10 tettaviksi. Edellä mainituilla kuiduilla on myös parempi reagointikyky kostumiseen sikäli, että ne paisuvat nopeammin ja suuremmassa määrin kuin kuidut, joiden silloittumisaste on 2,0 - 2,5 mol-%, niillä on suurempi kimmoisuus märkänä ja niillä säilyy lähes yhtä suuri imukapasiteetti.

15 Tulisi kuitenkin huomata, että silloitetuista kuiduista, joiden silloittumisaste on korkeampi, voidaan valmistaa imukykyisiä rakenteita, joiden tiheys on suurempi, samoin kuin silloitetuista kuiduista, joiden silloittumisaste on alempi, voidaan valmistaa imukykyisiä rakenteita, joiden 20 tiheys on pienempi. Kaikille sellaisille rakenteille saavutetaan parempi toimintakyky suhteessa aikaisemmin tunnettuihin silloitettuihin erilliskuituihin.

Vaikka edellä käsitellään suuren ja pienen tiheyden omaavien imukykyiSten rakenteiden edullisia toteutusmuoto-25 ja, tulisi käsittää, että tiheydeltään erilaisten imuky- k kyisten rakenteiden ja erilaisten silloitusainepitoisuuk-sien yhdistelmät, joissa mainitut tiheydet ja pitoisuudet ovat tässä esitettyjen rajojen sisällä, tarjoavat paremmat absorptio-ominaisuudet ja imukykyisen rakenteen integri-30 teetin tavanomaisiin selluloosakuituihin ja aikaisemmin . tunnettuihin silloitettuihin kuituihin verrattuna. Sellai- ' set toteutusmuodot on tarkoitettu keksinnön piiriin kuulu viksi .

Menetelmä nesteenpidätvsarvon määrittämiseksi 35 Selluloosakuitujen vedenpidätysarvon määrittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa.

» · 36 94433

Noin 0,3 - 0,4 g:n kuitunäytettä liotetaan kannellisessa säiliössä noin 100 ml:ssa tislattua tai deionisoi-tua vettä huoneen lämpötilassa noin 15 - 20 tuntia. Liotetut kuidut kerätään suodattimelle ja siirretään viirako-5 riin, jonka meshluku on 80 ja joka on tuettu noin 3,8 cm (noin 1½ tuumaa) sentrifugiputken verkkopohjan, jonka meshluku on 60, yläpuolelle. Putki peitetään muovilla ja näytettä sentrifugoidaan 19 - 21 minuuttia kiihtyvyydellä 1500 - 1700 x g. Sen jälkeen sentrifugoidut kuidut poiste-10 taan korista ja punnitaan. Punnitut kuidut kuivataan va-kiopainoon 105 °C:ssa ja punnitaan uudelleen. Vedenpidä-tysarvo lasketaan seuraavasti:

(1) WRV = (W-D) x 100 15 D

jossa W = sentrifugoitujen kuitujen märkäpaino, D = kuitujen kuivapaino ja 20 W-D = imeytynyt vesimäärä

Menetelmä tihkukapasiteetin määrittämiseksi

Imukykyisten sisuksien tihkukapasiteetin määrittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa. Tihkukapasi-teettia käytettiin sisusten imukapasiteetin ja absorptio-25 nopeuden yhteisenä mittana.

Imutyyny, jonka koko on 10 cm x 10 cm ja joka pai-noi noin 7,5 g, asetetaan seulaverkolle. Tyynyn keskelle lasketaan synteettistä virtsaa nopeudella 8 ml/s. Synteettisen virtsan virtaus katkaistaan, kun tyynyn pohjasta tai 30 sivuista vuotaa ensimmäinen pisara synteettistä virtsaa.

Tihkukapasiteetti lasketaan jakamalla synteettisellä virt-*. salia kostuttamista edeltäneen tyynyn massan ja sen jäi- keisen tyynyn massan erotus kuitujen kuivapainolla.

Menetelmä märkäpuristettavuuden määrittämiseksi 35 Imukykyisten rakenteiden märkäpuristettavuuden mää rittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa. Märkäpu- « ·· t 37 94433 ristettavuutta käytettiin imukykyisten sisusten märkäpu-ristuslujuuden, rakenteellisen märkäintegriteetin ja mär-käkimmoisuuden mittana.

Valmistetaan neliömäinen tyyny, jonka koko on 10 cm 5 x 10 cm ja joka painaa 7,5 g, mitataan sen paksuus ja lasketaan sen tiheys. Tyynyyn imeytetään synteettistä virtsaa kymmenkertaisesti sen kuivapaino tai kunnes se saavuttaa kyllästymispisteensä, kumpi sitten onkin pienempi. Tyynyyn kohdistetaan 0,7 kPa:n (0,1 psi) puristus. Tyynyn paksuus 10 mitataan noin 60 sekunnin kuluttua, jona aikana tyyny asettuu tasapainotilaan. Sen jälkeen puristuskuormitus nostetaan 7,6 kpariin (1,1 psi), tyynyn annetaan asettua tasapainotilaan ja sen paksuus mitataan. Sen jälkeen puristuskuormitus lasketaan 0,7 kPa:iin (0,1 psi), sen anne-15 taan asettua tasapainotilaan ja sen paksuus mitataan uudelleen. Lasketaan tyynyn tiheys alkuperäisellä 0,7 kPa:n kuormituksella, 7,6 kPa:n kuormituksella ja toisella 0,7 kPa:n (0,1 psir) kuormituksella, jota nimitetään 0,7 kPa:n kimmokuormitukseksi. Sen jälkeen määritetään huokostila-20 vuus (cm3/g) kullakin eri kuormituksella. Huokostilavuus on tyynyn märkätiheyden käänteisluvun ja kuitutilavuuden (0,75 cm3/g) erotus. Huokostilavuus kuormituksilla 0,7 kPa ja 7,6 kPa ovat hyödyllisiä märkäpuristuslujuuden ja rakenteellisen märkäintegriteetin osoittimia. Suurempi huo-25 kostilavuus tyynyn normaalilla alkutiheydellä on osoitus suuremmasta märkäpuristuslujuudesta ja suuremmasta rakenteellisesta märkäintegriteetistä. Huokostilavuusero kuormituksilla 0,7 kPa ja 7,6 kPa soveltuu imukykyisten tyynyjen märkäkimmoisuuden vertailuun. Pienempi huokostilavuus-30 ero kuormituksilla 0,7 kPa ja 7,6 kPa on osoitus suurem-. masta märkäkimmoisuudesta. Myös paksuuseron kuivan tyynyn - : ja kyllästetyn tyynyn välillä ennen puristusta on todettu olevan käyttökelpoinen tyynyjen reagointikykyä kostumiseen kuvaava indikaattori.

35 . · ·.

38 94433

Menetelmä kulvapuristettavuuden määrittämiseksi

Imukyky!Sten sisusten kulvapuristettavuuden määrittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa. Kuivapuris-tettavuutta käytettiin sisusten kuivakimmoisuuden mittana.

5 Valmistetaan ilmakerrostettu tyyny, jonka koko on 10 cm x 10 cm ja joka painaa noin 7,5 g, ja sitä puristetaan kuivassa tilassa hydraulisella puristimella 2,4 MPa:n paineella. Tyyny käännetään toisin päin ja puristus toistetaan. Tyynyn paksuus mitataan ennen puristamista ja sen 10 jälkeen niin, ettei tyynyyn kohdistu samalla kuormitusta.

Sen jälkeen lasketaan tiheys ennen puristamista ja sen jälkeen jakamalla massa pinta-alan ja paksuuden tulolla. Suurehkot erot puristusta edeltäneen ja sen jälkeisen tiheyden välillä ovat osoituksia pienehköstä kuivakimmoisuu-15 desta.

Menetelmä selluloosakuituien kanssa reagoineen alu-taraldehvdln määrän määrittämiseksi

Sen glutaraldehydimäärän, joka reagoi glutaralde-hydillä silloitettujen erilliskuitujen selluloosakompo-20 nentin kanssa kuidunsisäisiä ristisidoksia muodostaen, määrittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa.

Silloitetuista erilliskuiduista koostuva näyte uutetaan 0,1 N HClrllä. Uute erotetaan kuiduista, ja sama uutto/erotusmenettely toistetaan sitten kullekin näytteel-... 25 le vielä 3 kertaa. Kustakin uutosta saatavaan uutteeseen * sekoitetaan erikseen 2,4-dinitrofenyylihydratsonin (DNPH) vesiliuosta. Reaktion annetaan jatkua 15 minuuttia, minkä jälkeen seokseen lisätään kloroformia. Reaktioseosta sekoitetaan 45 minuuttia lisää. Kloroformi- ja vesikerros 30 erotetaan erotussuppilon avulla. Glutaraldehydimäärä mää ritetään analysoimalla kloroformikerroksesta DNPH-joh-** dannainen suurpainenestekromatografian (HPLC) avulla.

HPLC-analyysissä käytetyt kromatografiaolosuhteet olivat: pylväs - C-18 käänteisfaasi; detektori - UV, aal-35 lonpituus 360 nm; liikkuva faasi - metanoli/vesiseos suh- 39 94433 teessä 80:20; virtausnopeus - 1 ml/min; mittaus - piikin korkeus. Piikin korkeuden ja glutaraldehydisisällön välistä riippuvuutta kuvaava kalibrointikäyrä muodostettiin mittaamalla HPLC-piikkien korkeus viidestä standardiliuok-5 sesta, joiden glutaraldehydipitoisuus oli tunnettu ja alueella 0-25 ppm.

Jokainen kullakin kuitunäytteellä saaduista neljästä kloroformifaasista analysoitiin HPLC:n avulla, mitattiin piikkien korkeus ja määritettiin vastaava glutaralde-10 hydisisältö kalibrointikäyrän perusteella. Sen jälkeen kullekin uutolle saadut glutaraldehydipitoisuudet laskettiin yhteen ja summa jaettiin kuitunäytteen massalla (kuivien kuitujen massalla), jolloin saatiin glutaraldehydisi-sältö kuitujen massan mukaan laskettuna.

15 Kussakin HPLC-kromatogrammissa esiintyi kaksi glu- taraldehydipiikkiä. Voidaan käyttää kumpaa glutaraldehydi-piikkiä tahansa, kunhan läpi koko proseduurin käytetään samaa piikkiä.

Esimerkki 1 20 Tämä esimerkki osoittaa silloitusaineen, glutaral- dehydin, erilaisten pitoisuuksien vaikutuksen silloitetuista erilliskuiduista valmistettujen tyynyjen imukykyyn ja kimmoisuuteen. Silloitetut erilliskuidut valmistettiin kuivasilloitusmenetelmällä.

25 Kuhunkin näytteeseen käytettiin tietty määrä kos- kaan kuivaamatonta, etelän havupuusta valmistettua kraft-massaa (SSK-massaa). Kuitujen kosteuspitoisuus oli noin 62,4 % (joka vastaa konsistenssia 37,6 %). Muodostettiin liete lisäämällä kuidut liuokseen, joka sisälsi tietyn 30 määrän 50-%:ista glutaraldehydin vesiliuosta, 30 % (glu-taraldehydin massasta) sinkkinitraattiheksahydraattia, de-" mineralisoitua vettä ja riittävästi 1 N HCl:ä lietteen pH:n alentamiseksi noin 3,7:ään. Kuituja liotettiin lietteessä 20 minuuttia, ja sen jälkeen niistä poistettiin 35 vettä sentrifugoimalla niin, että kuitukonsistenssiksi tu-

• I

40 94433 li noin 34 - 35 %. Sen jälkeen kuituja, joista oli poistettu vettä, kuivattiin läpipuhalluskuivurilla ympäristön lämpöistä ilmaa käyttäen, kunnes kuitukonsistenssi oli noin 55 - 56 %. Ilmakuivatut kuidut defibroitiin US-paten-5 ttijulkaisussa 3 987 968 esitetyn kaltaista kolmivaiheista fluffinmuodostuslaitetta käyttäen. Defibroidut kuidut asetettiin lautasille, ja niitä kovetettiin olennaisesti staattisessa kuivausuunissa 145 °C:ssa 45 minuuttia. Sil-loittuminen meni loppuun uunissaolon aikana. Silloitetut 10 erilliskuidut sijoitettiin seulaverkolle ja pestiin noin 20 eC:isella vedellä, niitä liotettiin tunnin ajan 60 °C:isessa vedessä konsistenssin ollessa 1 %, ja ne nostettiin seulalla ylös, pestiin toiseen kertaan noin 20 eC:isella vedellä, sentrifugoitiin niin, että kuitukon-15 sistenssiksi tuli 60 %, defibroitiin edellä esitetyn kaltaisessa kolmivaiheisessa fluffinmuodostuslaitteessa ja kuivattiin loppuun pitämällä niitä neljä (4) tuntia staattisessa kuivausuunissa 105 °C:ssa. Kuivatut kuidut ilma-kerrostettiin imukykyisten tyynyjen muodostamiseksi. Tyy-20 nyt puristettiin hydraulisella puristimella niin, että niiden tiheydeksi tuli 0,10 g/cm3. Sen jälkeen testattiin tyynyjen imukyky, kimmoisuus ja reagoinut glutaraldehydi-määrä kuvattuja menettelytapoja noudattaen. Reagoinut glu-taraldehydimäärä ilmoitetaan mooliprosentteina kuivien „25 kuitujen selluloosan anhydroglukoosimäärästä. Tulokset on ilmoitettu taulukossa 1.

• · • · 41 94433

Taulukko 1

Tihkumiskapa- Märkäpuristettavuus Näyt- Glutaralde- siteetti kos- (cm3/g) teen hydi(mol-%) tutusnopeudel- 0,7kPa 7,6kPa 0,7kPa 5 nro lisätty/ WRV la 8 ml/s (0,1 (1,1 (0,1 _reagoinut (%) (a/s)_psi) psi) psi) 1 0/0 79,2 N/A 10,68 6,04 6,46 2 1,73/0,44 51,0 6,98 11,25 5,72 6,57

3* N/A/0,50 48,3 N/A N/A N/A N/A

10 4 2,09/0,62 46,7 N/A 11,25 6,05 6,09 5 3,16/0,99 36,3 15,72 12,04 6,09 6,86 6 4,15/1,54 35,0 15,46 13,34 6,86 8,22 7 6,46/1,99 32,8 12,87 13,34 6,93 8,31 8 8,42/2,75 33,2 16,95 13,13 7,38 8,67 15 9 8,89/2,32 29,2 13,59 12,56 6,51 7,90 10 12,60/3,32 27,7 13,47 12,04 6,63 7,82 * Otettu eri kuituerästä (N/A) - ei käytettävissä 20 Esimerkki 2 Tämän esimerkin tarkoituksena on osoittaa, että suorittamalla kuiduille silloittamisen jälkeen sarja val-kaisuvaiheita voidaan saavuttaa alhainen uutettavissa olevan silloitusaineen taso. Uutettavissa olevan silloitusai-25 neen taso määritettiin liottamalla kuitunäytettä tunnin ajan 40 °C:isessa deionisoidussa vedessä konsistenssin ·· ollessa 2,5 %. Veteen uuttuneen glutaraldehydin määrä mää- ritettiin HPLC:n avulla, ja se ilmoitetaan kuitujen kuiva-painon mukaan laskettuna. Kuidut silloitettiin kuivasil-30 loitusmenetelmällä.

Käytettiin etelän havupuusta valmistettua kraftmas-saa (SSK-massaa). Massakuidut valkaistiin osaksi seuraa-vista vaiheista koostuvalla valkaisuketjulla: klooraus (C) * lietettä, jonka konsistenssi oli 3 - 4 %, käsiteltiin noin 35 pH:ssa 2,5 ja noin 38 °C:n lämpötilassa 30 minuutin ajan niin, että käytettävissä olevan kloorin (av. Cl) määrä oli noin 5 %; alkaliuutto - lietettä, jonka konsistenssi oli • « 42 94433 12 %, käsiteltiin noin 74 °C:n lämpötilassa NaOH:lla (1,4 g/1) 60 minuutin ajan; ja hypokloriittikäsittely (H) - lietettä, jonka konsistenssi oli 12 %, käsiteltiin pH:ssa 11 - 11,5 ja 38 - 60 °C:n lämpötilassa 60 minuutin 5 ajan riittävällä määrällä natriumhypokloriittia, jotta saavutettiin Elretho-valkoisuusaste 60 - 65 ja 15,5 - 16,5 mPa.s:n (15,5 - 16,5 cp) viskositeetti. Osaksi valkaistuista kuiduista valmistettiin silloitettuja erilliskuitu-ja esimerkissä 1 kuvattua menetelmää noudattaen ja käyt-10 täen ristisidoksia muodostavana aineena glutaraldehydiä. Kuituihin pidättyi 2,29 mol-% glutaraldehydiä kuivien kuitujen selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä laskettuna. Uutettavissa oleva glutaraldehydimäärä sellaisissa kuiduissa on tyypillisesti noin 1000 ppm (0,1 %).

15 Tämän jälkeen jatkettiin osaksi valkaistujen eril- liskuitujen valkaisua ja se saatettiin päätökseen kloori-dioksidikäsittelystä (D), uutosta (E) ja natriumhypoklo-riittikäsittelystä (H) koostuvalla ketjulla (DEH). Kloo-ridioksidivaiheessa (D) silloitettuja erilliskuituja lio-20 tettiin vesilietteessä, jonka konsistenssi oli 10 % ja joka sisälsi myös riittävän määrän natriumhypokloriittia, jotta käytettävissä olevan kloorin määrä oli 2 % kuitujen kuivapainosta. Sekoituksen jälkeen lietteen pH alennettiin noin 2,5:een HCl:ä lisäämällä ja nostettiin sitten 25 4,4:ään NaOH:a lisäämällä. Massaliete sijoitettiin sen jälkeen 70 “Criseen uuniin 2,5 tunniksi, siivilöitiin, huuhdottiin vedellä, kunnes pH oli neutraali, ja sentri-fugoitiin niin, että konsistenssiksi tuli 61,4 %.

Uuttovaiheessa kuitujen, joista oli poistettu vet-30 tä, konsistenssiltaan 10-%:ista vesilietettä käsiteltiin NaOH:lla (0,33 g/1) 40 °C:ssa 1,5 tunnin ajan. Sen jälkeen ** kuidut siivilöitiin, huuhdottiin vedellä, kunnes pH oli neutraali, ja sentrifugoitiin niin, että konsistenssiksi tuli 62,4 %.

11 ; Iti» 01(11 I I 4 «0 . I

., 94453 43

Lopuksi valmistettiin natriumhypokloriittivaihetta (H) varten kuituliete, jonka konsistenssi oli 10 % ja joka sisälsi riittävästi natriumhypokloriittia, jotta käytettävissä olevan kloorin määrä oli 1,5 % kuitujen kuivapainos-5 ta. Lietettä sekoitettiin ja kuumennettiin 50 eC:isessa uunissa tunnin ajan. Sen jälkeen kuidut siivilöitiin, huuhdottiin, kunnes pH oli 5,0, ja sentrifugoitiin niin, että konsistenssiksi tuli 62,4 %. Kuidut, joista oli poistettu vettä, ilmakuivattiin, käsiteltiin fluffiksi ja kui-10 vattiin loppuun pitämällä niitä 105 °C:isessa uunissa tunnin ajan. Uutettavissa olevan glutaraldehydin määrä täydellisesti valkaistuissa silloitetuissa erilliskuiduissa oli 25 ppm (0,0025 %). Tämä on selvästi alempi kuin se uutettavissa olevan glutaraldehydin maksimimäärä, jonka 15 arvellaan olevan hyväksyttävä sovellutuksissa, joissa kuituja käytetään lähellä ihmisihoa.

Havaittiin myös, että osaksi valkaistuista, silloitetuista ja sen jälkeen loppuun valkaistuista kuiduista valmistetuilla tyynyillä oli yllättävästi korkeampi nes-20 teenpidätysarvo ja kapillaarinen imeytyrnisnopeus ja aina kin yhtä suuri tihkukapasiteetti ja märkäkimmoisuus kuin täydellisen valkaisun jälkeen silloitetuilla erilliskui-duilla. Korkeammasta WRV:stä johtuen kesken valkaisuketjua silloitetut kuidut olivat kuitenkin kokoonpuristuvampia 25 kuivassa tilassa.

Olennaisesti samanlaisia tuloksia saavutettiin, kun viimeinen hypokloriittivaihe (H) korvattiin peroksidival-kaisuvaiheella (P). Vaiheessa (P) lietettä, jonka konsistenssi oli 10 %, käsiteltiin vetyperoksidilla, jonka määrä 30 oli 0,5 % kuitujen massasta, pH:ssa 11 - 11,5 ja 80 °C:n lämpötilassa 90 minuuttia.

· · · • t

Claims (2)

94433

1. Menetelmä silloitettujen erillisselluloosakuitu-jen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että 5 a) hankitaan kosteita selluloosakuituja, joiden kosteuspitoisuus on vähintään noin 30 paino-%; b) defibroidaan mainitut kuidut niiden saattamiseksi olennaisesti irralliseen muotoon ja kuivataan kuidut kosteuspitoisuuteen 18 - 30 paino-% olosuhteissa, jotka 10 olennaisesti estävät kuitujen välisten vetysidosten muodostumisen; c) saatetaan mainitut kuidut kosketuksiin silloi-tusliuoksen kanssa, joka sisältää vedetöntä veteen sekoittuvaa, polaarista laimennusainetta, sellaisen määrän vet- 15 tä, joka on riittämätön paisuttamaan kuituja paisumisas-teeseen, joka vastaa kuituja, joiden kosteuspitoisuus on noin 30 paino-%, ja ristisidoksia muodostavaa ainetta, jolloin ristisidoksia muodostava aine valitaan ryhmästä C2-Cg-dialdehydit, C2-Cg-dialdehydihappoanalogit, joissa on 20 ainakin yksi aldehydiryhmä, sekä mainittujen dialdehydien ja dialdehydihappoanalogien oligomeerit, ja mainittu ristisidoksia muodostava aine saatetaan reagoimaan kuitujen kanssa kuitujen ollessa kosketuksissa silloitusliuoksen kanssa kuitujenvälisten sidosten puuttuessa olennaisesti *•25 kokonaan, jolloin muodostuu kuitujensisäisiä ristisidoksia, ja kuidut saatetaan kosketuksiin riittävän määrän kanssa ristisidoksia muodostavaa ainetta, niin että 0,5 mooli-% - 3,5 mooli-% ristisidoksia muodostavaa ainetta, laskettuna selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä, rea- 30 goi kuitujen kanssa kuitujensisäisten ristisidosten muo-dostamiseksi; ja d) defibroidaan kuidut olennaisesti erillismuotoon ja kuivataan erilliskuidut olosuhteissa, jotka olennaisesti estävät kuitujen välisten vetysidosten muodostumisen, 35 jolloin mainituilla erilliskuiduilla on vedenpidätysarvo • · 94433 25 - 60.

2. Menetelmä silloitettujen erillisselluloosakuitu-jen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että a) hankitaan kosteita selluloosakuituja, joiden 5 kosteuspitoisuus on vähintään noin 30 paino-%; b) defibroidaan mainitut kuidut niiden saattamiseksi olennaisesti irralliseen muotoon ja kuivataan mainitut kuidut kosteuspitoisuuteen 18 - 30 paino-% olosuhteissa, jotka olennaisesti estävät kuitujen välisten vetysidosten 10 muodostumisen; c) saatetaan mainitut kuidut kosketuksiin risti-sidoksia muodostavan aineen kanssa vesipitoisessa liuoksessa, jolloin ristisidoksia muodostava aine valitaan ryhmästä C2-C8-dialdehydit, C2-C8-dialdehydihappoanalogit, 15 joissa on ainakin yksi aldehydiryhmä, sekä mainittujen dialdehydien ja dialdehydihappoanalogien oligomeerit; d) poistetaan kuiduista neste ja kuivataan ne alle 30 paino-%;n kosteuspitoisuuteen; e) saatetaan kuidut kosketuksiin liuoksen kanssa, 20 joka sisältää vedetöntä veteen sekoittuvaa, polaarista laimennusainetta ja sellaisen määrän vettä, joka on riittämätön paisuttamaan kuituja paisumisasteeseen, joka vastaa kuituja, joiden kosteuspitoisuus on noin 30 paino-%; f) saatetaan mainittu ristisidoksia muodostava aine .25 reagoimaan kuitujen kanssa kuitujen ollessa kosketuksissa mainitun liuoksen kanssa kuitujenvälisten sidosten puuttuessa olennaisesti kokonaan, jolloin muodostuu kuitujen-sisäisiä ristisidoksia; ja g) defibroidaan kuidut olennaisesti erillismuotoon 30 ja kuivataan kuidut olosuhteissa, jotka olennaisesti estävät kuitujen välisten vetysidosten muodostumisen, jolloin erilliskuiduissa on 0,5 mooli-% - 3,5 mooli-% ristisidok- , siä muodostavaa ainetta, laskettuna selluloosan anhydro- glukoosimoolimäärästä, reagoineena erilliskuitujen kanssa 35 ja jolloin erilliskuitujen vedenpidätysarvo on 25 - 60. »at 94433