FI94434C - Selluloosakuituaine, joka käsittää erillisiä, jäykkiä, kiharaisia selluloosakuituja ja verkkoutusainetta, ja sitä sisältävä absorboiva rakenne - Google Patents

Description

, 94434

Selluloosakuituaine, joka käsittää erillisiä, jäykkiä, ki-haraisia selluloosakuituja ja verkkoutusainetta, ja sitä sisältävä absorboiva rakenne 5 Tämä keksintö koskee selluloosakuituja, joilla on erinomaiset nesteenabsorptio-ominaisuudet, sekä tällaisista selluloosakuiduista valmistettuja absorboivia rakenteita. Tämä keksintö koskee erityisemmin absorboivia selluloosakuituja ja tällaisista kuiduista valmistettuja raken-10 teitä, selluloosakuitujen ollessa erillisessä, jäykässä, kierteisessä ja kihartuneessa tilassa.

Tällä alalla on selostettu kuituja, jotka on jäykistetty oleellisesti erillisessä muodossa, sekä eri menetelmiä tällaisten kuitujen valmistamiseksi. Erillisiä, 15 jäykistettyjä kuituja pidetään yleensä käyttökelpoisina absorboivissa tuotesovellutuksissa. Tällaisten kuitujen kaksi ensisijaista kategoriaa ovat erilliset, verkkoutetut kuidut sekä erilliset, hartsilla käsitellyt kuidut. Termi "erilliset, verkkoutetut kuidut" tarkoittaa selluloosakui-20 tuja, joissa on pääasiallisesti kuidunsisäisiä kemiallisia ristikytkentäsidoksia. Toisin sanoen, ristikytkentäsidok-set ovat pääasiassa yksittäisen kuidun selluloosamolekyy-lien välissä eikä eri kuitujen selluloosamolekyylien välissä. Yleensä harkitaan monomeeristen verkkoutusaineiden 25 käyttämistä erillisten kuitujen verkkouttamiseen, vaikka- · kin joidenkin hartsien, joita on käytetty kuitujen jäykistämiseen, tiedetään omaavan sellaisia funktionaliteetteja, jotka saattavat olla hyödyllisiä ristikytkentäsidosten muodostamiseen. Tämän selityksen tarkoituksia silmälläpi-30 täen katsotaan tällaisilla hartseilla jäykistettyjen kuitujen sisältyvän termiin "hartsilla käsitellyt kuidut".

* Yleisesti on esitetty kolme menetelmäkategoriaa erillisten, verkkoutettujen kuitujen valmistamiseksi. Näistä jäljempänä selostetuista menetelmistä käytetään tässä seuraa-35 via nimityksiä: 1) kuivana suoritetut verkkoutusmenetel- 2 94434 mät, 2) vesiliuoksessa suoritetut verkkoutusmenetelmät ja 3) oleellisesti vedettömässä liuoksessa suoritetut verkkoutusmenetelmät. Itse kuidut ja erillisiä, verkkoutettuja kuituja sisältävät absorboivat rakenteet ovat parempia ai-5 nakin yhdessä merkittävässä absorptio-ominaisuudessa verrattuna tavanomaisiin, ei-verkkoutettuihin kuituihin. Usein tämä parannus absorptiokyvyssä ilmoitetaan absorp-tiokapasiteettina. Lisäksi erillisistä, verkkoutetuista kuiduista valmistetuilla absorboivilla rakenteilla on pa-10 rantunut märkäjoustavuus ja parantunut kuivajoustavuus verrattuna ei-verkkoutetuista kuiduista valmistettuihin absorboiviin rakenteisiin. Termillä "joustavuus" tarkoitetaan seuraavassa selluloosakuiduista valmistettujen "tyy-nyjen" kykyä palautua laajentunutta alkuperäistä tilaa 15 kohti sen jälkeen kun ne on vapautettu puristuksesta. Kuiva joustavuudella tarkoitetaan erityisesti absorboivan rakenteen kykyä laajeta rakenteeseen kohdistetun puristusvoiman vapauttamisen jälkeen kuitujen ollessa oleellisesti kuivassa tilassa. Märkäjoustavuudella tarkoitetaan absor-20 hoivan rakenteen kykyä laajeta siihen kohdistetun puristusvoiman vapauttamisen jälkeen kuitujen ollessa kostuneessa tilassa. Tämän keksinnön tarkoitusten ja selostuksen yhdenmukaisuuden vuoksi märkäjoustavuus havainnoidaan ja ilmoitetaan absorboivan rakenteen osalta sen ollessa 25 kostuneena kyllästyspisteeseen asti.

c » · ‘ Menetelmiä erillisten, verkkoutettujen kuitujen valmistamiseksi kuivaverkkoutusteknologian avulla selostetaan US-patentissa 3 224 926, joka on julkaistu L.J. Bernardin'in nimissä 21. joulukuuta 1965, ja US-patentissa 30 3 440 135, joka on julkaistu R. Chung'in nimissä 22. huh tikuuta 1969. Erillisiä, verkkoutettuja kuituja valmiste-• · taan kyllästämällä turvonneet kuidut vesiliuoksessa verk-koutusaineella, poistamalla niistä vesi ja defibroimalla kuidut mekaanisesti ja kuivaamalla kuidut kohotetussa läm-33 pötilassa verkkoutumisen aikaansaamiseksi kuitujen ollessa 3 94434 oleellisesti erillisinä. Kuidut verkkoutuvat luonnostaan ei-turvonneessa, kokoonpainuneessa tilassa seurauksena siitä, että niistä on poistettu vesi ennen verkkouttannista. Sellaisia menetelmiä, joista on esitetty esimerkkejä 5 US-patentissa 3 224 926 ja joissa verkkoutuminen saatetaan tapahtumaan kuitujen ollessa ei-turvonneessa, kokoonpainuneessa tilassa, nimitetään menetelmiksi "kuivana verkkou-tettujen" kuitujen valmistamiseksi. Kuivana verkkoutuneil-le kuiduille on ominaista, että niillä on alhaiset veden-10 pidätysarvot (WRV).

Menetelmiä vesiliuoksessa verkkoutettujen kuitujen valmistamiseksi selostetaan esimerkiksi US-patentissa 3 241 553, joka on julkaistu F.H. Steiger'in nimissä 22. maaliskuuta 1966. Erillisiä, verkkoutettuja kuituja val-15 mistetaan verkkouttamalla kuidut vesiliuoksessa, joka sisältää verkkoutusainetta ja katalyyttiä. Tällä tavalla valmistetuista kuiduista käytetään jäljempänä nimitystä "vesiliuoksessa verkkoutetut" kuidut. Selluloosakuituihin kohdistuvan veden turvotusvaikutuksen vuoksi vesiliuok-20 sessa verkkoutetut kuidut verkkoutuvat niiden ollessa turvonneessa tilassa. Verrattuna kuivana verkkoutettuihin kuituihin vesiliuoksessa verkkoutetuilla kuiduilla on, kuten US-patentissa 3 241 553 on selostettu, suurempi joustavuus ja pienempi jäykkyys, ja niille on tunnusomais-25 ta korkeampi vedenpidätysarvo (WRV). Vesiliuoksessa verk- t I · koutetuista kuiduista valmistetuilla absorboivilla rakenteilla on alhaisempi märkä- ja kuivajoustavuus kuin tyynyillä, jotka on valmistettu kuivana verkkoutetuista kuiduista.

30 US-patentissa 4 035 147, joka on julkaistu S. San- genis'in, G. Guiroy'n ja J. Quere'n nimissä 12. heinäkuuta 1977, selostetaan menetelmä erillisten, verkkoutettujen kuitujen valmistamiseksi saattamalla dehydratoidut, ei-turvotetut kuidut kosketukseen verkkoutusaineen ja kata-35 lyytin kanssa oleellisesti vedettömässä liuoksessa, joka sisältää vesimäärän, joka on riittämätön kuitujen turvot- 4 94434 tamiseen. Verkkoutuminen tapahtuu kuitujen ollessa tässä oleellisesti vedettömässä liuoksessa. Tästä menetelmätyy-pistä käytetään jäljempänä nimitystä vedettömässä liuoksessa suoritettu verkkoutusmenetelmä, ja tällä tavoin val-5 mistetuista kuiduista käytetään nimitystä vedettömässä liuoksessa verkkoutetut kuidut. US-patentissa 4 035 147 selostetut vedettömässä liuoksessa verkkoutetut kuidut eivät turpoa edes oltuaan pitkän aikaa kosketuksessa liuosten kanssa, joiden alan ammattimiesten tietävät ole-10 van turvotusreagensseja. Samoin kuin edellä selostetut kuivana verkkoutetut kuidut, tällaiset kuidut olisivat ristikytkeytyneiden sidosten voimakkaasti jäykistämiä ja niistä valmistetuilla absorboivilla rakenteilla olisi suhteellisen korkea märkä- ja kuivajoustavuus.

15 Edellä selostettujen verkkoutettujen kuitujen usko taan soveltuvan käytettäviksi tiheydeltään alhaisiin absorboiviin tuotteisiin kuten vauvanvaippoihin, ja myös tiheämpiin absorboiviin tuotteisiin kuten terveyssiteisiin. Tällaiset kuidut eivät kuitenkaan ole saavuttaneet 20 kaupallista menestystä. Eräänä syynä kaupallisen menestyksen puuttumiseen saattaa olla se, että kuivana verkkoutet-tuja kuituja yleensä ja monia vedettömässä liuoksessa verkkoutettuja kuituja on kirjallisuudessa luonnehdittu siten, että niillä on liian suuri jäykkyys ja kuivajousta- .25 vuus. Tällaisista kuiduista on vaikeata muodostaa tiiviitä > · · arkkeja kuljetusta varten ja jälkeenpäin suoritettavaa uudelleenkuohkeutusta varten, ilman että kuidut vaurioituvat. Lisäksi kuivassa tilassa kokoonpuristettuina näistä kuiduista valmistetuilla tyynyillä on alhainen kostumis-30 alttius. Sen jälkeen kun niihin on kohdistettu riittävästi puristusta stabiilin, tiheydeltään suuren kuivan tyynyn muodostamiseksi, niiden kyky laajeta niiden puristusta edeltäneeseen tilavuuteen kostutettaessa on vähentynyt. Uskotaan, että tämä kostumisalttiuden puute johtuu kuitu-35 jen liiallisesta jäykkyydestä ja kuitujen murtumisesta niiden joutuessa alttiiksi kovalle puristukselle.

• • l 5 94434

Vedettömässä liuoksessa verkkoutettujen kuitujen kaupallista käyttökelpoisuutta on suuresti vaikeuttanut tällaisten menetelmien toteuttamisen suuret pääomakustannukset sekä uuttamiseen ja reaktion väliaineeksi tarvitta-5 vien liuottimien lisäkustannukset.

Vaikkakin vesiliuoksessa verkkoutetut kuidut ovat käyttökelpoisia määrättyjä, erittäin tiiviitä, absorboivia tyynysovellutuksia kuten tamponeja varten, joissa tiheydet ovat tavallisesti noin 0,40 g/cm3, ne ovat liian 10 joustavia kastuneessa tilassa ja sen vuoksi niiden käytöstä on tuloksena absorboivia rakenteita, joilla on alhainen märkäjoustavuus. Vesiliuoksessa verkkoutetut kuidut tulevat lisäksi kastuessaan liian joustaviksi kannattaakseen rakenteellisesti tyynyjä kuitutiheyksien ollessa alhaiset.

15 Kostuneella tyynyllä on tämän vuoksi rajoitettu kyky säilyttää tilavuutensa tai laajeta kastuessaan kokoonpuris-tetussa tilassa, ja lopullinen absorptiokapasiteetti pienenee .

Tämän keksinnön kohteena on aikaansaada kaupalli-20 sesti käyttökelpoisia, erillisiä, jäykkiä kuituja ja tällaisista kuiduista valmistettuja absorboivia rakenteita, jolloin jäykistetyistä kuiduista valmistetuilla absorboivilla rakenteilla on suuri absorptiokyky, nesteensiirtoky-ky (wicking ability), märkäjoustavuus ja kostumisalttius.

25 Tämän keksinnön kohteena on lisäksi aikaansaada . · · kuituja ja absorboivia rakenteita, joilla on edellisessä kappaleessa kuvattuja ominaisuuksia yhdessä riittävän alhaisen kuivajoustavuuden kanssa, niin että absorboivia rakenteita voidaan helposti puristaa kuivaan, tilavuutensa 30 säilyttävään muotoon, joka laajenee koetuessaan.

Viime aikoina on absorboivien tuotteiden ohuus, - · erityisesti vauvanvaippoja ja terveyssiteitä valmistavissa teollisuuksissa, on tullut erittäin toivottavaksi tuotteen ominaisuudeksi. Hyvä absorboimiskyky on silti eräs 35 tällaisten tuotteiden tärkeä piirre. Tähän asti on hyvä 6 94434 absorptiokyky aikaansaatu suuressa määrin käyttämällä polymeerisiä, geelin muodostavia materiaaleja. Polymeeristen, geelien muodostavien materiaalien tehoa voi rajoittaa absorboivien rakenteiden kyky siirtää nestettä polymeeri-5 seen, geeliytyvään materiaaliin tai absorboivan rakenteen osiin polymeerisen, geeliytyvän materiaalin turpoamisen johdosta. Tämän vuoksi on tämän keksinnön kohteena vielä aikaansaada absorboivia rakenteita sekä selluloosakuituja, jotka ovat käyttökelpoisia tällaisten absorboivien raken-10 teiden valmistamiseksi, joilla on pieni paksuus verrattuna tavanomaisten, ei-jäykistettyjen kuitujen muodostamiin absorboiviin rakenteisiin, mutta joilla on parempi nes-teensiirtokyky ja absorptiokapasiteetti.

Esillä olevaa selostusta lukiessa esillä olevan 15 keksinnön muut kohteet ja edut käyvät ilmeisiksi alan am-mattimiehille.

On huomattu, että edellä mainitut tavoitteet voidaan toteuttaa esillä olevan keksinnön mukaisten selluloo-sakuitujen avulla. Keksintö koskee siten selluloosakuitu-20 ainetta, joka käsittää erillisiä, jäykkiä, kiharaisia selluloosakuituja ja verkkoutusainetta. Kuituaineelle on tunnusomaista, että verkkoutusaine on valittu ryhmästä C2-C8-dialdehydit, C2-C8-dialdehydihappoanalogit, joissa on ainakin yksi aldehydiryhmä, sekä mainittujen dialdehydien ja 25 dialdehydihappoanalogien oligomeerit, että mainitut kuidut * on kemiallisesti jäykistetty reaktiolla 0,75 mooli-% - 2,0 mooli-%:n kanssa verkkoutusainetta, laskettuna selluloosan anhydroglukoosimäärästä, ja että kuiduilla on a) keskimääräinen kuivan kuidun kierreluku vähin-30 tään 4,5 kierresolmua millimetriä kohti; b) keskimääräinen märän kuidun kierreluku vähintään 3,0 kierresolmua millimetriä kohti ja keskimääräinen märän kuidun kierreluku vähintään 0,5 kierresolmua millimetriä kohti vähemmän kuin mainittu kuivan kuidun kierreluku; 35 ♦ « 7 94434 c) keskimääräinen isopropyylialkoholin pidätysarvo pienempi kuin 30 %; ja d) keskimääräinen vedenpidätysarvo välillä 28 - 50 %.

5 Edellä määritellyissä kuiduissa yhdistyvät korkea- asteinen paisunta kostutettaessa sekä märkäjoustavuus absorboivissa rakenteissa. Lisäksi on saatu yllättäviä parannuksia nesteensiirtokyvyssä ja laminoitumisen aukeamisen vastustuskyvyssä, kun taivutetaan märässä tilassa, 10 absorboiville rakenteille, jotka on valmistettu edellä kuvatuista kuiduista. On merkittävää, että näitä kuituja voidaan valmistaa kuivaverkkoutusmenetelmien avulla, joilla vältetään materiaalin voimakas käsittely ja hyvin suuret laitekustannukset, joita aiheutuu käytettäessä vedet-15 tömässä liuoksessa suoritettavia kovetusmenetelmiä.

Kuvio 1 on mikrovalokuva erillisestä, kierteisestä, jäykästä, kuivasta kevätpuukuidusta, suurennuksen ollessa 200-kertainen ja käytettäessä läpäissyttä valoa. Mikrovalokuva valmistettiin kuidun ollessa immersioöljyssä, joka 20 ei aiheuta kuidun turpoamista tai sen kierteiden purkautumista.

Kuvio 2 on mikrovalokuva erillisestä, kierteisestä, jäykästä, kuivasta kesäpuukuitufragmentista, joka on otettu 200-kertaisella suurennuksella käyttäen läpäissyttä 25 valoa. Kuitu valmistettiin immersioöljyssä samoin kuin • kuviossa 1.

Kuvio 3 on piirustus kiharaisesta kuidusta, jonka projisoitu maksimipituus on LR.

Kuvio 4 on graafinen esitys isopropyylialkoholin 30 siirtymiskertoimesta absorboivan rakenteen tiheyden funk tiona.

Kuvio 5 on graafinen esitys veden siirtymiskertoimesta absorboivan rakenteen tiheyden funktiona.

Esillä olevan keksinnön mukaiset kuidut jäykiste-35 tään kemiallisesti niiden ollessa kiharaisessa, erittäin • 4 8 94434 kierteisessä, dehydratoidussa ja oleellisesti täysin ei-turvonneessa tilassa. Haluamatta rajoittaa keksinnön piiriä uskotaan, että nämä kuitujen fysikaaliset ominaisuudet ovat osallisena ja vastuussa kuiduista valmistettujen ko-5 koonpuristettujen rakenteiden oivallisesta absorptiokyvys-tä ja volymetrisestä kostumisalttiudesta sekä kuiduista valmistettujen rakenteiden nesteensiirtokyvystä. Näiden absorptio-ominaisuuksien lisäksi esillä olevan keksinnön mukaisista erittäin kierteisistä kuiduista valmistetut ra-10 kenteet ovat yllättäen osoittaneet parantunutta vastustuskykyä laminaatin avautumista vastaan taivutettaessa niitä märässä tilassa. Vaikkakin aikaisemmin tunnetut kuidut, jotka on jäykistetty kemiallisin keinoin, saattavat olla esillä olevien kuitujen vertaisia joissakin näistä suori-15 tuskyvyistä, mikään niistä ei vedä vertoja esillä olevien kuitujen kanssa kaikissa näissä kolmessa suorituskyvyssä. Monet parhaista aikaisemmin tunnetuista kuiduista on lisäksi valmistettu menetelmillä, joissa kuidut jäykistetään nestemäisessä, vedettömässä liuoksessa, mikä on paljon 20 kalliimpaa niin raaka-ainekustannusten kuin pääomakustannustenkin osalta kuin menetelmät, joissa jäykistysvaihe suoritetaan kuivassa tilassa. Näiden vedettömässä liuoksessa suoritettujen jäykistysmenetelmien mukaan valmistetut aikaisemmin tunnetut kuidut eivät ole tuottaneet kui-25 tuja, joiden nesteensiirtokyky on niin korkea kuin mitä esillä olevan keksinnön mukaisilla kuiduilla saadaan. Aikaisemmin tunnetuilla kuivilla kemiallisilla jäykistys-menetelmillä valmistetut kuidut ovat joko tuottaneet rakenteita, joiden volymetrinen kostumisalttius on huonompi 30 kuin esillä olevien kuitujen muodostamien rakenteiden vastaava alttius tai niitä on ollut erittäin vaikea puristaa · kokoon stabiiliin tiheyteen, joka on suurempi kuin absorboivan rakenteen kyllästystiheys.

Esillä olevan keksinnön mukaisten kuitujen uskotaan 35 tuottavan absorboivia rakenteita, joilla on oivallinen * 9 94434 volymetrinen kostumisalttius ja nesteensiirtokyky, koska kuidut ovat kiharaisia ja erittäin kierteisiä ja niillä on rajoitettu vaikkakin suhteellisen korkea kyky avautua kierteistä koetuessaan, ja lisäksi sen vuoksi, että niissä 5 yhdistyy oleellisesti ei-turvonnut kuiva kuitugeometria ja rajoittunut kyky turvota kuitujen kostuessa.

Selluloosakuiduista valmistetun absorboivan rakenteen kyky laajeta kostuessaan on riippuvainen laajenemis-voimista, joita syntyy tai vapautuu kuitumatriisin sisäs-10 sä tai sen vaikutuksesta kostumisen yhteydessä, sekä kuidun jäykkyysasteesta, joka on läheisessä suhteessa rakenteen rakenteelliseen eheyteen volymetrisesti laajentuneessa tilassa. Toisin sanoen absorboivan rakenteen tulee kyetä paisumaan ja sillä tulee olla riittävästi rakenteellis-15 ta eheyttä kannattamaan kuitujen ja absorboituneen nesteen painon rakenteen ollessa laajentuneessa tilassa.

Laajentumisvoimia syntyy tai vapautuu esillä olevan keksinnön mukaisten absorboivien rakenteiden kuitumatrii-sissa, kun kuiduissa tapahtuu kostumisen vaikutuksesta 20 kierteiden avautumista alemmalle kierrelukutasolle. Tästä kierteiden avautumisesta yhdessä kiharaisen kuidun geometrian läsnä ollessa on tuloksena kuidun translatorinen siirtymisliike kuidun aikaisemmasta staattisena pysyvästä asemasta. Kun tämä tapahtuu kuitumassalle kuitumatriisin , 25 sisässä, jolla on riittävän korkea kuivatiheys, kuidut pyrkivät kohdistamaan puristusta toinen toisiaan vastaan synnyttäen kuitumatriisia laajentavan voiman, joka pystyy saamaan matriisin laajentumaan siinäkin tapauksessa, että kuormitusta kohdistetaan tällaista laajentumista vastaan.

30 On huomattu, että kuidut, joissa tapahtuu täydelli nen kierteiden avautuminen kostuessa, tuottavat absorboivia rakenteita, joilla on alhainen rakenteellinen eheys.

On huomattu, että kuidut, joissa tapahtuu täydellinen kierteiden avautuminen kostuessa, säilyttävät riittämättö-35 män kuitujäykkyyden tuottaen absorboivia rakenteita, joil- . · · 94434 10 la on korkea märkäjoustavuus. On toivottavaa, että esillä olevan keksinnön mukaisissa kuiduissa tapahtuu kierteiden avautumista, mutta että ne säilyttävät riittävän jäykkyyden korkeata märkäjoustavuutta varten.

5 Kuidun halkaisijan ja kuitumatriisin kuitujen vä lisen kapillaaritilan on todettu vaikuttavan absorboivien rakenteiden nesteensiirtokykyyn (wicking ability). Alan ammattimiehet ymmärtävät, että on olemassa jokin optimaalinen kapillaarisen poikkipinnan alue, jolla nesteen siir-10 tymisnopeuden ja siirtyneen nesteen määrän tasapaino saadaan optimaaliseksi kulutushyödykkeissä käytettäviin absorboiviin rakenteisiin. On toivottavaa, että tällaiset absorboivat rakenteet siirtävät nestepurkautumaa nopeasti poispäin purkautuneen nesteen siirtämisen helpottamiseksi 15 koko absorboivassa rakenteessa ja siten ihon märkyyteen liittyvän epämukavuuden minimoimiseksi. On todettu, että jäykistetyistä selluloosakuiduista valmistetuissa absorboivissa rakenteissa sellaisia kulutushyödykkeitä kuin vauvanvaippoja, terveyssiteitä ja tamponeja varten, näihin 20 kuitenkaan rajoittumatta, oleellisesti ei turvotetut sel-luloosakuidut, joilla on suuret kuitujen väliset kapillaa-ritilat, ovat aikaansaaneet paremman nesteensiirtotuloksen ja kokonaisabsorptiokyvyn kuin sellaiset absorboivat rakenteet, jotka on valmistettu kuiduista, joilla on erit-25 täin turvonnut konfiguraatio. Tällä alalla aikaisemmin tunnetut jäykistetyt kuidut on kuitenkin valmistettu käyttämällä niin suuria määriä jäykistävää ainetta, että kuidut ovat erittäin jäykkiä, niitä on vaikeata puristaa kokoon ja kerran kokoonpuristettuna niiden kyky laajeta kos-30 tuessaan on pienentynyt. Kokoonpuristettaessa tapahtuvan kuituvaurion lisäksi tällaisilla kuiduilla uskotaan olevan pienentynyt kyky aueta kierteistään, mikä rajoittaa edellä selostettujen kuitumatriisin paisuntavoimien syntymistä tai vapautumista. Toisaalta kuidut, jotka ovat osoittaneet 35 suurta kostumisalttiutta, on jäykistetty niiden ollessa . · · 11 94434 turvonneessa tilassa, jolloin turpoaminen vähentää kuitujen jäykkyyttä mutta pienentää nesteensiirtokykyä pienempien kuitujen välisten kapillaarien johdosta. Nämä kuidut on myös valmistettu käyttämällä suhteellisen suuria määriä 5 jäykistävää ainetta. Lisäksi tällaiset kuidut on valmistettu vedettömässä liuoksessa suoritettujen verkkoutusme-netelmien avulla, jotka eivät ole taloudellisesti käyttökelpoisia.

Esillä olevan keksinnön mukaan on kehitetty kuitu-10 ja, joissa yhdistyy suuri kostumisalttius ja suuri nes-teensiirtokyky. Tämä on aikaansaatu jäykistämällä kuidut niiden ollessa oleellisesti ei-turvonneessa tilassa, käyttämällä alhaisempia määriä kemiallisia jäykistysaineita verrattuna aikaisemmin tunnettuihin jäykistettyihin kui-15 tuihin käytettyihin määriin. Lisäksi kuidut saatetaan ennen jäykistämistä erilliseen, erittäin kierteiseen konfiguraatioon. Tämän oleellisesti ei-turvonneen kuitutilan johdosta kuiduista valmistetut absorboivat rakenteet pyrkivät osoittamaan suurta nesteensiirtokykyä. Kuitujen suu-20 ren kierteisyyden ja oleellisesti ei-turvonneen tilan vuoksi tarvitaan pienempiä verkkoutusainemääriä sellaisten kuitujen saamiseksi, joilla on toivotut rakenteelliset eheysasteet ja märkäjoustavuus kuiduista valmistetuissa absorboivissa rakenteissa. Lisäksi erittäin kierteiset 25 kuidut ovat hyvin herkkiä vapautumaan kierteistä koetuessaan johtuen lievästä kemiallisesta jäykistyskäsittelystä, jonka kierteistä avautumisen uskotaan osaltaan edistävän absorboivan rakenteen kykyä laajeta koetuessaan. Esillä olevan keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaiset kuidut 30 ovat kiharaisia, jäykkiä, erillisiä kuituja, joiden keskimääräinen kierreluku kuivana on vähintään 4,5 kierresolmua millimetriä kohti, keskimääräinen märän kuidun kierreluku vähintään 3,0 kierresolmua millimetriä kohti, jolloin märän kuidun kierreluku on myös vähintään 0,5 kierresolmua 35 millimetriä kohti pienempi kuin kuivan kuidun kierreluku, • 94434 12 keskimääräinen isopropyylialkoholin pidätysarvo on pienempi kuin noin 30 % ja keskimääräinen vedenpidätysarvo välillä noin 28 % - noin 50 %.

Kuitujen isopropyylialkoholin pidätysarvo on edul-5 lisesti pienempi kuin noin 27 % ja vedenpidätysarvo välillä noin 30 % - noin 45 %. Edullisimmin vedenpidätysarvo on välillä noin 35 % - noin 42 %. On myös edullista, että kuitujen kierreluku kuivana on vähintään noin 5,5 kierre-solmua millimetriä kohti ja kierreluku märkänä vähintään 10 noin 4,0 kierresolmua millimetriä kohti. Edullisimmin kuiduilla on kuivan kuidun kierreluku vähintään noin 6,5 kierresolmua millimetriä kohti ja märän kuidun kierreluku vähintään noin 5,0 kierresolmua millimetriä kohti. Lisäksi kuitujen kiharuuskerroin on vähintään noin 0,30, edulli-15 sesti vähintään noin 0,50, jolloin kiharuuskerroin lasketaan kuidun todellisen pituuden osittaisesta lyhenemisestä kuidussa olevien mutkien, kierteiden ja/ tai taipeiden johdosta.

Tässä käytetty termi "kierreluku" ("twist count") 20 tarkoittaa määrätyssä kuitupituudessa olevaa kierresolmu-jen lukumäärää. Kierrelukua käytetään keinona mitata sitä määrää, mihin kuitu on kiertynyt pituusakselinsa ympäri. Termi "kierresolmu"" ("twist node") tarkoittaa oleellisesti 180°:n suuruista aksiaalista kiertymistä kuidun pituus-25 akselin ympäri, jolloin osa kuitua (so. "solmu") näyttää tummalta kuidun muun osan suhteen mikroskoopin alta katsottuna käyttäen läpäissyttä valoa. Kierresolmu näyttää tummalta niissä kohdin, joissa läpäissyt valo kulkee mainitun kiertymisen johdosta muodostuneen lisäkuituseinämän 30 läpi. Solmujen välinen välimatka vastaa 180°:n suuruista aksiaalista kiertymistä. Kierresolmujen lukumäärä kuitujen määrätyssä pituudessa (so. kierreluku) osoittaa suoraan kuidun kiertymisastetta, joka on eräs kuidun fysikaalinen parametri. Kierresolmujen ulkonäkö ja määrä vaihtelevat 35 riippuen siitä, onko kuitu kesäpuun kuitu tai kevätpuun 13 94434 kuitu. Kuviossa 1 on esitetty mikrovalokuva kuivasta ke-vätpuun kuidusta 2. Kuviossa 2 on esitetty mikrovalokuva kuivasta kesäpuun kuitufragmentista 6, joka kuuluu esillä olevan keksinnön piiriin. Kevätpuun kuidussa 2 on esimer-5 kin vuoksi erityisesti merkitty kierresolmut 4. Kesäpuun kuidussa 6 on esimerkin vuoksi erityisesti merkitty kierresolmut 8. Kierresolmut ja kokonaiskierreluku määritetään kierreluvun kuva-analyysimenetelmällä, jota selostetaan keksinnön selityksen kokeellisia menetelmiä koskevassa 10 osassa. Alan ammattimiehet käsittävät, että kuvioissa 1 ja 2 esitetyillä mikrovalokuvilla ei ole sitä yksityiskohtien tarkkuutta, joka voidaan saada käyttämällä edellä mainittua kierreluvun kuva-analyysimenetelmää. Tämän vuoksi kuviot 1 ja 2 esitetään vain esimerkkeinä kuitujen kierteis-15 tä. Esillä olevan keksinnön mukaisten kuitujen kuvaamiseksi mainittu keskimääräinen kierreluku määritetään sopivasti edellä mainitun kierrelukumenetelmän avulla. Laskettaessa kierresolmuja tulee kuidun vaurioitumisesta tai kuidun kokoonpuristumisesta johtuvat kuidun tummentuneet osat 20 erottaa kuidun niistä osista, jotka näyttävät tummilta kuidun kiertymisen takia. Esimerkin vuoksi viitataan kuvioon 2, jossa esitetään kuidun kokoonpuristumiskohta 9, jota ei ole katsottava tässä selostetunlaiseksi kuidun kierresolmuksi.

25 Jonkin määrätyn kuitunäytteen todellinen kierrelu ku vaihtelee riippuen kevätpuun kuitujen suhteesta kesä-puun kuituihin. Joidenkin määrättyjen kevätpuun tai kesä-puun kuitujen kierreluku vaihtelee myös kuidusta toiseen. Edellä mainitut keskimääräiset kierrelukurajat, joita käy-30 tetään hyväksi keksinnön ja näiden rajoitusten määrittelemiseen, pätevät katsomatta kevätpuun kuitujen ja kesä-puun kuitujen erityiseen yhdistelmään. Jokaisen kuitumas-san, jonka kierreluku sisältyy mainittuihin kierrelukura-joituksiin, katsotaan sisältyvän esillä olevan keksinnön 35 piiriin mikäli muut patenttivaatimuksissa esitetyt ehdot ovat täytetyt.

4 · - 94434 14

Kuitunäytteen kierreluvun mittauksessa on tärkeätä, että tutkitaan riittävä määrä kuituja, jotta tulos edustaisi tarkasti yksittäisten kuitujen vaihtelevien kierre-määrien keskimääräistä kierremäärää. Ehdotetaan, että ai-5 nakin 12,5 cm (5 tuumaa) kuitumassan tyypillisen näytteen kumulatiivista kuitupituutta tulee koestaa edustavan kui-tukierreluvun saamiseksi.

Märän kuidun kierreluku esitetään ja mitataan analogisesti kuivan kuidun kierreluvun kanssa, jolloin mai-10 nittu menetelmä eroaa vain siinä suhteessa, että kuitu kostutetaan vedellä ennen käsittelyä ja kierresolmut lasketaan sen jälkeen kuidun ollessa märkänä kuituluvun kuva-analyysimenetelmän avulla.

Edullisesti keskimääräinen kuivan kuidun kierreluku 15 on vähintään noin 5,5 kierresolmua millimetriä kohti ja keskimääräinen märän kuidun kierreluku on vähintään noin 4,0 kierresolmua millimetriä kohti ja se on vähintään 1,0 kierresolmua millimetriä kohti pienempi kuin kuivan kuidun kierreluku. Edullisimmin keskimääräinen kuivan kuidun 20 kierreluku on vähintään noin 6,5 kierresolmua millimetriä kohti ja keskimääräinen märän kuidun kierreluku on vähintään noin 5,1 kierresolmua millimetriä kohti ja se on vähintään 1,0 kierresolmua millimetriä kohti pienempi kuin kuivan kuidun kierreluku.

25 Kierteisyyden lisäksi esillä olevan keksinnön mu- kaiset kuidut ovat kiharaisia. Kuidun kiharuutta voidaan kuvata kuidun osittaisena lyhenemisenä kuiduissa olevien mutkien, kierteiden ja/tai polvekkeiden johdosta. Tämän keksinnön tarkoituksia varten tulee kuidun kiharuus mitata 30 kahdessa ulottuvuustasossa ilmoitettuna. Kuidun kiharuus-aste ilmoitetaan kuidun kiharuuskertoimen avulla. Kuidun kiharuuskerroin, kiharuuden 2-ulotteinen mitta, määritetään katsomalla kuitua 2-ulotteisessa tasossa, mittaamalla kuidun projisoitu pituus L„ sen suorakulmion pisimpänä 35 ulottuvuutena, joka sulkee sisäänsä kuidun, ja kuidun to- ♦♦ . 94434 15 dellinen pituus LÄ ja laskemalla sen jälkeen kuidun kiha-ruuskerroin seuraavasta yhtälöstä: (1) kiharuuskerroin = (LA/LR) - 1 5

Kuidun kiharuuskertoimen kuva-analyysimenetelmää käytetään L„:n ja LÄ:n mittaamiseen. Tätä menetelmää selostetaan tämän keksinnön selityksen kokeellisia menetelmiä koskevassa osassa. Tämän menetelmän taustainformaatio 10 on selostettu kokouksessa 1979 International Paper Physics Conference Symposium, The Harrison Hotel, Harrison Hot Springs, Brittiläinen Kolumbia, 17. - 19. syyskuuta 1979, B.D. Jordan'in ja D.H. Page'n julkaisussa otsikolla Kuva-analyysin soveltaminen massakuidun karakterisointiin: osa 15 1, ss. 104 - 114, Canadian Pulp and Paper Association (Montreal, Quebec, Kanada), joka tieto on sisällytetty tähän selitykseen viittauksena. Kuvio 3 esittää kiharaista kuitua 10 2-ulotteisessa tasossa. Kuitu 10 sisältyy suorakulmion A-B-C-D sisään ja sillä on ulottuvuus LR, joka vas-20 taa suorakulmaista sivua A-B tai C-D.

Kuitujen kiharuuskerroin on edullisesti vähintään noin 0,30, ja edullisemmin kiharuuskerroin on vähintään noin 0,50.

Kemiallisella jäykistysaineella aikaansaatu kuitu-25 jen jäykistysvaikutus on vähintään kaksinkertainen. Ensik-si edulliset kemialliset jäykistysaineet jäykistävät kuidun seinämät vähentäen siten kuidun kykyä turvota koetuessaan. Toiseksi, kemialliset jäykistysaineet pyrkivät jäykistämään kuiturakennetta siten, että ne suurentavat kui-30 dun vastustuskykyä deformoitumista, esim. taipumista vastaan. Vaihtoehtoisesti voidaan tätä jälkimmäistä vaikutusta luonnehtia pienentyneeksi kuidun joustavuudeksi ja tämä voidaan todeta absorboivan rakenteen yhteydessä suurentuneena vastustuskykynä kokoonpuristamista vastaan. Tässä 35 käytettynä nimitetään tätä jäykkyyden jälkimmäistä vaiku- - 94434 16 tusta, sen koskiessa deformoitumisen vastustuskykyä, "kuidun jäykkyydeksi". Jäykkyyttä, sen koskiessa kuidun seinämän vastustuskykyä turpoamista vastaan, nimitetään erityisesti "kuidun seinämän jäykkyydeksi". Selluloosakuitui-5 hin käytetyn kemiallisen jäykistysaineen määrä voidaan esittää kuitujen vedenpidätysarvona (WRV). Selluloosakui-duilla on veden kostuttamina luontainen taipumus absorboida vettä ja turvota. Kuituihin lisätyt kemialliset jäykis-tysaineet heikentävät kuidun turpoamiskykyä.

10 Kuiduilta, jotka eivät lainkaan turpoa vedessä, puuttuu kyky avautua kierteistä koetuessaan ja ne pyrkivät merkittävällä tavalla olemaan erityisen jäykkiä. Esillä olevan keksinnön kannalta on tietty rajoitettu turpoa-mismäärä toivottavaa, koska turpoaminen aikaansaa kuidun 15 kierteiden avautumista. Liian suuri turpoaminen ei kuitenkaan ole toivottava, koska kuidut, jotka turpoavat suuresti joutuessaan kosketukseen veden kanssa, muuttuvat liian joustaviksi antaakseen toivotun jäykkyyden absorboivan rakenteen kokonaisuuden kannalta tämän koskiessa kostumis-20 alttiutta ja märkäjoustavuutta. WRV-alue esillä olevan keksinnön mukaisille kuiduille edustaa kierteistä avautu-miskyvyn tasapainottamista jäykkyyden ja nesteensiirtoky-vyn kanssa kuiduilla, joilla on edellä selostetut ARV-arvot.

25 Kuten edellä mainittiin, esillä olevan keksinnön mukaisten kuitujen WRV-luku on välillä noin 28 % - noin 50 %. Edullisissa suoritusmuodoissa kuitujen WRV-luku on välillä noin 30 % - noin 45 %. Edullisimmin WRV-luku on välillä noin 35 % - noin 42 %. Kuidut, joiden WRV-luku on 30 viimeksi mainitulla alueella, ovat erityisen edullisia, . koska niiden uskotaan aikaansaavan optimaalisen tasapainon turpoamisen aiheuttaman kierteistä avautumisen ja kuitu-jäykkyyden välillä.

Kemiallisesti jäykistettyjen selluloosakuitujen 35 turpoamisastetta voidaan esittää nestetilavuuden muodossa, ii . m.k nti i I m - i 17 94434 jonka kuidut pidättävät oleellisesti kaiken kuitujen välisen nesteen poistamisen jälkeen, joka neste on sitä tyyppiä, joka ei saa selluloosakuituja turpoamaan. Tämän keksinnön tarkoitusta varten tähän tarkoitukseen käytetty 5 neste-onisopropyylialkoholi (IPA), ja pidättyneen nesteen tilavuutta nimitetään isopropyylialkoholin pidätysarvoksi (ARV). Tässä käytetty ARV-luku voidaan laskea isopropyylialkoholin pidätysarvon määritysmenetelmällä, joka on esitetty jäljempänä koemenetelmiä koskevassa osassa. Se ra-10 joitus, että esillä olevan keksinnön mukaisilla kuiduilla on ARV-arvo pienempi kuin noin 30 %, on osoituksena kuidun dehydratoidusta, ei-turvonneesta tilasta jäykistysproses-sin aikana. Kuten edellä mainittiin, ARV-luku on edullisesti pienempi kuin noin 30 %. Edullisimmin ARV-luku on 15 pienempi kuin noin 27 %.

Erilaista luonnon alkuperää olevat selluloosakuidut ovat käyttökelpoisia keksinnön yhteydessä mukaanlukien lehtipuiden ja havupuiden selluloosakuitulähteistä saadut kuidut. Edullisesti käytetään havupuusta saatuja kuituja. 20 Alan ammattimiehet ovat selvillä siitä, että pohjoisen havupuilla on korkeammat kevätpuu/kesäpuu-suhteet kuin etelän havupuilla, ja edellä olevan kuitujen kierteisyyttä koskevan tarkastelun huomioon ottaen ammattimiehet ymmärtävät, että pohjoisen lehtipuiden kuitunäytteissä voi 25 niinmuodoin olla korkeammat keskimääräiset kuidun kierre-« « luvut. Esillä olevan keksinnön katsotaan sulkevan piiriinsä erilliset, jäykistetyt, kierteiset kuidut katsomatta kevätpuu/kesäpuukuitujen suhteeseen, sikäli kuin tällainen kierreluku ja muut soveltuvat rajoitukset täytetään. Kui-30 dut voidaan toimittaa lietteenä, ei-arkitetussa tai arki-.·. tetussa muodossa. Kuidut, jotka toimitetaan märkänä arkki na, kuivana arkkina tai muulla tavalla arkitetussa muodossa, saatetaan edullisesti ei-arkitettuun muotoon hajottamalla arkki mekaanisesti ennen kuitujen saattamista koske-35 tukseen verkkoutusaineen kanssa. Kuidut saatetaan edulli- 1β 94434 sesti myös märkään tai kosteaan tilaan. Edullisimmin kuidut ovat sellaisia, joita ei ole koskaan aikaisemmin kuivattu. Kysymyksen ollessa kuivasta arkista, on edullista kostuttaa kuidut ennen arkin mekaanista hajottamista tar-5 koituksella vähentää kuitujen vaurioituminen minimiin.

Tämän keksinnön yhteydessä käytetty optimaalinen kuitulähde riippuu kulloinkin kysymyksessä olevasta lopullisesta käyttötarkoituksesta. Kemiallisilla massanval-mistusmenetelmillä valmistetut massakuidut ovat yleensä 10 edullisia. Täysin valkaistut, osittain valkaistut ja valkaisemattomat kuidut ovat käyttökelpoisia. Usein saattaa olla toivottavaa käyttää valkaistua massaa sen oivallisen vaaleuden ja kuluttajaa miellyttävän ulkomuodon vuoksi. Keksinnön eräässä uudessa suoritusmuodossa, jota jäljempä-15 nä selostetaan lähemmin, kuidut valkaistaan osittain, verkkoutetaan ja sen jälkeen valkaistaan lopullisesti. Sellaisia tuotteita, kuten paperipyyhkeitä ja absorboivia tyynyjä varten, jotka on tarkoitettu vauvanvaippoihin, haavatyynyihin, terveyssiteisiin ja muihin vastaavanlai-20 siin absorboiviin paperituotteisiin, on erityisen edullista käyttää etelän havupuiden massasta saatuja kuituja tällaisen massan oivallisten absorptio-ominaisuuksien vuoksi.

Selluloosakuidut jäykistetään ja kuivataan niiden ollessa oleellisesti erillisessä muodossa, jolloin kuitu-25 jen keskinäinen kosketus on mahdollisimman vähäinen kui-vauksen aikana. Yleensä kuidut saatetaan kosketukseen jäykistävän aineen kanssa ja sen jälkeen niille suoritetaan yksi tai useampia lisäkäsittelyvaiheita, joissa kuidut kuivuvat ja jäykistävä aine aktivoituu. Alan ammattimiehet 50 ovat selvillä siitä, että luonnon selluloosakuiduilla, joilla on mikrofibrillaarinen ultrarakenne, on taipumus kiertyä kuivattaessa niistä vesi tai muu kuitua turvottava neste. Kuidun kiertymisaste on riippuvainen monista tekijöistä, joista eräs tärkeimmistä on kuivuvien kuitujen 35 keskinäinen kontaktiaste. On toivottavaa pienentää kuitu- 19 94434 jen keskinäinen kontakti kuivauksen aikana tarkoituksella saada märkien tai kosteiden kuitujen välinen, vetysidok-siin pohjautuva sitoutuminen mahdollisimman vähäiseksi, jollainen sitoutuminen ehkäisee tällaisten kuitujen kier-5 tyrnistä.

Tässä keksinnössä käyttökelpoisia kemiallisia jäy-kistysaineita ovat monet monomeeriset verkkoutusaineet, joita ovat, joskaan eivät ainoastaan seuraavat, C2-C8-dial-dehydit ja C2-C8-monoaldehydit, joissa on happofunktionali-10 teetti. Muita jäykistysaineita, joilla saattaa olla käyttöä tässä keksinnössä, ovat, joskaan ei näihin rajoitettuina, sellaiset polymeerit, kuten ureaformaldehydihartsit ja modifioidut tärkkelykset.

Esillä olevassa keksinnössä käyttökelpoisia edulli-15 siä verkkoutusaineita ovat C2-C8-dialdehydit samoin kuin C2-C8-monoaldehydit, joissa on myös happofunktionaliteetti. Nämä yhdisteet kykenevät reagoimaan ainakin kahden hydrok-syyliryhmän kanssa, jotka ovat yhdessä ja samassa sellu-loosaketjussa tai jotka ovat yhdessä ja samassa kuidussa 20 lähekkäin sijaitsevissa selluloosaketjuissa. On ymmärret tävä, että tällaiset yhdisteet voivat olla läsnä liuoksessa useissa oligomeerisissä muodoissa, ja läsnä voi olla tällaisten yhdisteiden kemiallisia analogeja, jotka verk-kouttavat mainittujen yhdisteiden mukaisella tavalla. Tar- ,25 koituksena on, että tällaiset oligomeerit ja kemialliset • · analogit sisältyvät edellä mainittuihin C2-C8-dialdehydei-hin ja C2-C8-monoaldehydeihin, joissa on happofunktionaliteetti. Tässä keksinnössä käytettäväksi tarkoitettuja edullisia verkkoutusaineita ovat glutaarialdehydi, glyok-30 saali ja glyoksaalihappo. Glutaarialdehydi on erityisen .·, edullinen, koska se tuottaa kuituja, joilla on korkeat imukyky- ja joustavuusarvot, selluloosan kanssa verkkou-tettuna sen uskotaan olevan vaaraton eikä se ärsytä ihmisen ihoa, ja sillä on saatu kestävimmät ristikytkentäsi-35 dokset. Sellaiset monoaldehydiyhdisteet, joissa ei ole 20 94434 lisäkarboksyyliryhmää, kuten formaldehydi, asetaldehydi ja furfuraall, ovat myös käyttökelpoisia tässä keksinnössä, joskin ne ovat vähemmän edullisia monista syistä, joihin lukeutuvat turvallisuusnäkökohdat.

5 Edulliset verkkoutusaineet reagoitetaan muodosta maan ristikytkentäsidoksia yhdessä ainoassa selluloosaket-jussa olevien hydroksyyliryhmien välillä tai yhden ainoan selluloosakuidun lähekkäin sijaitsevien selluloosaketjujen hydroksyyliryhmien välillä. Näiden ristikytkentäsidosten 10 uskotaan aikaansaavan vaaditun jäykkyyden, joka tarvitaan absorboivan rakenteen laajenemista silmälläpitäen. Vaikkakaan tarkoituksena ei ole pitäytyä seuraavaan teoriaan tai rajoittaa keksinnön piiriä, arvellaan, että verkkoutusaine reagoi selluloosan hydroksyyliryhmien kanssa muodostaen 15 hemiasetaali- ja asetaalisidoksia. Asetaalisidosten muodostumista, joiden uskotaan olevan toivottavia sidoksia, jotka aikaansaavat stabiileja ristikytkentäsidoksia, suosivat happamat reaktio-olosuhteet. Tämän vuoksi hapolla katalysoidut verkkoutusolosuhteet ovat erittäin edullisia 20 edullisten verkkoutusaineiden kovettamiseen.

Yleensä voidaan käyttää jokaista sellaista ainetta, joka katalysoi verkkoutusmekanismia. Käyttökelpoisia katalyyttejä ovat orgaaniset hapot ja happosuolat. Erityisen edullisia katalyyttejä ovat kloridien, nitraattien tai 25 sulfaattien alumiini-, magnesium-, sinkki- ja kalsiumsuo-lat. Eräs erityisesimerkki edullisesta suolasta on sink-kinitraattiheksahydraatti. Muita käyttökelpoisia katalyyttejä ovat orgaaniset hapot ja mineraalihapot, kuten rikkihappo ja kloorivetyhappo. Valittua katalyyttiä voidaan 30 käyttää yksinomaisena katalysoivana aineena tai yhdistel- -.· mänä yhden tai useamman muun katalyytin kanssa. Otaksutaan, että happosuolojen ja orgaanisten happojen yhdistelmät katalysoivina aineina tuottavat oivallisen verkkou-tusreaktiotuloksen. Reaktion on havaittu menevän yllättäen 35 hyvin loppuun sinkkinitraattisuolojen ja orgaanisten hap- « 94434 21 pojen kuten sitruunahapon katalyyttiyhdistelmillä, ja tällaisten yhdistelmien käyttö on edullista. Mineraalihapot ovat käyttökelpoisia kuitujen pH-arvon säätämiseen näiden ollessa kosketuksessa verkkoutusaineen kanssa liuoksessa, 5 vaikkakaan niitä ei edullisesti käytetä ensisijaisena katalyyttinä.

Katalyyttejä tulee käyttää katalyyttisesti tehokas määrä. Käytetty katalyyttimäärä on luonnollisestikin riippuvainen kysymyksessä olevan verkkoutusaineen tyypistä ja 10 määrästä sekä reaktion olosuhteista, erityisesti lämpötilasta ja pH-arvosta. Teknisten ja taloudellisten tarkastelujen pohjalta ovat edulliset katalyyttimäärät yleensä välillä noin 10 paino-% - noin 60 paino-%, laskettuna sel-luloosakuituihin lisätystä verkkoutusaineen painosta Esi-15 merkiksi siinä tapauksessa, jossa käytetty katalyytti on sinkkinitraattiheksahydraatti ja verkkoutusaine on glu-taarialdehydi, katalyyttimäärä on edullisesti noin 30 pai-no-% lisätystä glutaarialdehydin määrästä. Edullisimmin lisätään katalyytiksi myös noin 5 % - noin 30 % orgaanista 20 happoa, kuten sitruunahappoa, laskettuna glutaarialdehydin painosta. Lisäksi on toivottavaa säätää selluloosakuitu-lietteen vesiosa tai verkkoutusaineliuoksen pH tavoitteena olevaan pH-arvoon, joka on välillä noin pH 2 - noin pH 5, edullisemmin välillä noin pH 2,5 - noin pH 3,5, verkkou- 25 tusaineen ja kuitujen välisen kosketuksen ajaksi.

• <

Sen jälkeen kun selluloosakuidut ovat olleet kosketuksessa verkkoutusainetta sisältävän liuoksen kanssa, niistä erotetaan vesi ja ne kuivataan edullisesti osittain. Edullisessa suoritusmuodossa selluloosakuiduista 30 erotetaan vesi ja ne kuivataan osittain kuitusakeuteen, joka on välillä noin 30 % - noin 80 %. Edullisemmin kuiduista erotetaan vesi ja ne kuivataan sakeuteen, joka on välillä noin 40 % - noin 60 %. Kuitujen kuivaaminen näihin edullisiin rajoihin helpottaa yleensä kuitujen defib-35 roimista erilliseen muotoon ilman, että muodostuu liialli- 22 94434 sesti kuitunuppuja, jollaista tapahtuu käytettäessä suurempia kosteuspitoisuuksia, ja ilman suurempaa kuitujen vaurioitumista, jollaista tapahtuu käytettäessä alempia kosteuspitoisuuksia.

5 Veden erottaminen voidaan suorittaa esimerkiksi sellaisilla menetelmillä kuin massan mekaaninen kokoonpu-ristaminen, sentrifugointi tai ilmakuivatus. Lisäkuivatus suoritetaan edullisesti sellaisilla menetelmillä, jotka tällä alalla tunnetaan ilmakuivatuksena tai hiutalekuiva-10 tuksena, sellaisissa olosuhteissa, joissa ei tarvitse käyttää korkeata lämpötilaa pitkää aikaa. Liian korkeasta lämpötilasta menetelmän tässä vaiheessa saattaa olla tuloksena verkkoutumisen ennenaikainen alkaminen. Yli noin 160 °C:n lämpötiloja ei edullisesti ylläpidetä 2-3 se-15 kuntia pitempiä aikoja.

Veden erottamisen ja mahdollisen osittaisen kuivauksen jälkeen kuidut erotetaan oleellisesti erilliseen muotoon. Tämä voidaan suorittaa defibroimalla mekaanisesti tiheydeltään alhaiseen, erilliseen, kuitumaiseen muotoon, 20 joka tunnetaan kuohkeana massana ("fluff"), ennen kuitujen reagoittamista verkkoutusaineen kanssa. Mekaaninen defib-rointi voidaan suorittaa monilla menetelmillä, jotka ovat nykyisin tunnettuja tai jotka voivat tämän jälkeen tulla tunnetuiksi. Mekaaninen defibrointi suoritetaan edullises-25 ti menetelmällä, jossa kuitunuppujen muodostuminen ja kui- • 4 tujen vaurioituminen ovat mahdollisimman vähäiset. Eräs laitetyyppi, joka on todettu erityisen käyttökelpoiseksi selluloosakuitujen defibroimiseksi, on 3-vaiheinen kuoh-keutuslaite, joka on selostettu US-patentissa 3 987 968, 30 joka on julkaistu D.R. Moore'n ja O.A. Shields'in nimissä 26. lokakuuta 1976, joka patentti on sisällytetty tähän selitykseen nimenomaan viittauksena. US-patentissa 3 987 968 esitetty kuohkeutuslaite kohdistaa kosteisiin sellu-loosamassakuituihin vaikutusyhdistelmän, jossa yhdistyvät 35 mekaaninen iskuvaikutus, mekaaninen sekoittaminen, ilmalla 23 94434 sekoittaminen ja rajoitettu määrä ilmakuivausta, oleellisesti kuitunuppuvapaan kuohkean massan muodostamiseksi.

Muita käyttökelpoisia menetelmiä selluloosakuitu-jen defibroimiseksi ovat, menetelmiä kuitenkaan seuraaviin 5 rajoittamatta, käsittely Waring blender -laitteella sekä kuitujen saattaminen tangentiaalisesti kosketukseen pyörivän kiekkojauhimen tai viiraharjan kanssa. On edullista suunnata ilmavirta kuituja vastaan tällaisen defibroinnin aikana kuitujen erottamisen helpottamiseksi oleellisesti 10 erilliseen muotoon.

Erittäin sakean kuitumassan tai osittain kuivattujen kuitujen mekaanista jauhamista voidaan myös käyttää kiharuuden ja kierteiden saamiseksi kuituihin sen kiharuu-den tai kierteisyyden lisäksi, joka on aikaansaatu tulok-15 sena mekaanisesta defibroinnista.

Kuituja käsitellään mekaanisesti edullisesti niiden sisältäessä aluksi kosteutta vähintään noin 20 % kui-tuvaurioiden saamiseksi minimiin, ja edullisesti kuitujen sisältäessä noin 40 % - noin 60 % kosteutta.

20 Kuitujen pysyttäminen oleellisesti erillisinä kui vauksen ja verkkouttamisen aikana sallii kuitujen kiertyä kuivauksen aikana ja tällöin verkkoutua tällaisessa kiertyneessä, kiharaisessa tilassa. Kuitujen kuivaamisella sellaisissa olosuhteissa, että kuidut voivat kiertyä ja 25 kihartua, tarkoitetaan tässä kuitujen kuivaamista oleel- » ’ lisesti esteettömissä olosuhteissa, koska kosketus muiden kuitujen kanssa estää kuitua kiertymästä ja kihartumasta.

Defibroidut kuidut kuumennetaan sopivaan lämpötilaan tehokkaan pituiseksi ajaksi verkkoutusaineen saarni-30 seksi reagoimaan selluloosakuitujen kanssa. Verkkoutusno-peus ja -aste riippuvat kuitujen kuivuudesta, lämpötilasta, katalyytin ja verkkoutusaineen määrästä ja tyypistä sekä kuitujen kuumennukseen ja/tai kuivaukseen käytetystä menetelmästä verkkoutusta suoritettaessa. Verkkouttaminen 35 jossakin määrätyssä lämpötilassa tapahtuu suuremmalla no- 9 9 > 9 24 94434 peudella kysymyksen ollessa kuidusta, joilla on määrätty alkukosteuspitoisuus, kun käsittelyyn liittyy jatkuva il-makuivaus, kuin siinä tapauksessa, että kuivaus/kuumen-nus-käsittely suoritetaan staattisessa uunissa. Alan am-5 mattimiehet ymmärtävät, että on olemassa lukuisia lämpöti-la/aika-suhteita verkkoutusaineen ja kuitujen väliselle reaktiolle. Tavanomaiset paperinkuivauslämpötilat (esim. 120 - noin 150 °C) käytettyinä noin 30 - 60 minuuttia pituisen ajan staattisissa, ilmakehän olosuhteissa tuottavat 10 yleensä tyydyttäviä reaktiotuloksia kuitujen kosteuspitoisuuksien ollessa suunnilleen alle 5 %. Alan ammattimiehet ovat myös selvillä siitä, että korkeammat lämpötilat ja ilmapuhal-lus lyhentävät verkkoutusreaktioon tarvittua aikaa. Reaktiolämpötilat pysytetään kuitenkin yleensä 15 suunnilleen 160 °C:n alapuolella, koska kuitujen saattaminen alttiiksi korkeille lämpötiloille, jotka ovat noin 160 °C:n yläpuolella, saattavat johtaa kuitujen kellerty-miseen tai muunlaiseen vaurioitumiseen.

Verkkoutusvaiheen jälkeen kuidut on edullista pes-20 tä. Riittävä määrä emäksistä ainetta, kuten natriumhydrok-sidia, voidaan lisätä pesuvaiheessa kaiken massassa jäljellä olevan hapon neutraloimiseksi. Pesun jälkeen kuiduista erotetaan neste ja ne kuivataan. Kuitujen ollessa vielä kosteassa tilassa niille voidaan suorittaa toinen 75 mekaaninen defibrointikäsittelyvaihe, joka saa verkkoute-< · tut kuidut kiertymään ja kihartumaan, nesteenerotus- ja kuivausvaiheen välillä. Samat laitteet ja menetelmät kuin edellä on selostettu kuitujen defibroinnin yhteydessä ovat käyttökelpoisia tähän toiseen mekaaniseen defibrointivai-30 heeseen. Tässä kappaleessa käytetty termi "defibrointi" . . tarkoittaa jokaista sellaista menettelyä, jota voidaan käyttää kuitujen erottamiseksi mekaanisesti oleellisesti erilliseen muotoon, vaikkakin kuidut saattavat jo olla tällaisessa muodossa. "Defibrointi" tarkoittaa kuitujen, 35 niiden ollessa joko erillisinä tai sulloutuneemmassa muo- 25 94434 dossa, mekaanisen käsittelyn vaihetta, jolloin tällainen mekaaninen käsittelyvaihe a) erottaa kuidut oleellisesti erilliseen muotoon, elleivät ne jo ole tällaisessa muodossa, ja b) aikaansaa kiharuutta ja kierteisyyttä kuituihin 5 kuivauksen yhteydessä.

Tämän toisen defibrointikäsittelyn, joka suoritetaan sen jälkeen kun kuidut on verkkoutettu, uskotaan lisäävän massan kierteistä, kiharaista luonnetta. Tämä lisäys kuitujen kierteisessä, kiharaisessa konfiguraatiossa 10 johtaa parantuneeseen absorboivan rakenteen joustavuuteen ja kostumisalttiuteen.

Sellaisia tuotesovellutuksia varten, joissa verk-koutetut kuidut joutuvat ihmisen ihoa vasten tai sen läheisyyteen, on toivottavaa käsitellä kuituja liiallisen, 15 ei-reagoineen verkkoutusaineen poistamiseksi. Ei-reagoi- neen verkkoutusaineen määrä vähennetään vähintään alle noin 0,03 %:n, laskettuna selluloosakuitujen kuivapainosta. Käsittelysarja, jonka on todettu menestyksellisesti poistavan liiallisen verkkoutusaineen, käsittää peräkkäin 20 suoritettuina verkkoutettujen kuitujen pesemisen, kuitujen likoamisen vesiliuoksessa huomattavan pitkän ajan, kuitujen seulomisen, veden erottamisen kuiduista, esimerkiksi sentrifugoimalla, sakeuteen, joka on välillä noin 40 % -noin 80 %, kuitujen, joista vesi on poistettu, mekaanisen 25 defibroinnin edellä kuvatulla tavalla sekä kuitujen ilma- kuivauksen . Tämän menetelmän on todettu vähentävän vapaan verkkoutusaineen jäännöspitoisuuden välille noin 0,01 % -noin 0,15 %.

Eräässä toisessa menetelmässä jäljelle jääneen 30 verkkoutusaineen poistamiseksi poistetaan helposti uuttau- ·. tuva verkkoutusaine alkalipesujen avulla. Alkaliteetti voidaan tuoda emäksisten yhdisteiden muodossa, kuten nat-riumhydroksidina, tai vaihtoehtoisesti hapettavien aineiden muodossa, esim. sellaisten kemikaalien muodossa, joita 35 yleensä käytetään valkaisuaineina, käyttämällä esim. nat- 26 94434 riumhypokloriittia, ja aminon sisältäviä yhdisteitä, esim. anunoniumhydroksidia, jotka hydrolysoivat hemiasetaalisi-doksia Schiff'in emästen muotoon. pH pysytetään edullisesti arvossa, joka on vähintään noin pH 7 ja edullisemmin 5 ainakin noin pH 9 asetaaliristikytkentäsidoksen reversion estämiseksi. On edullista aikaansaada hemiasetaalisidosten hajoaminen samalla kun ollaan neutraaleja asetaalisidoksia kohtaan. Tämän vuoksi ovat sellaiset uuttoaineet edullisia, jotka toimivat aikalisissä olosuhteissa. Yksinker-10 täisten pesukäsittelyjen, joissa käytetään 0,01 N ja 0,1 N ammoniumhydroksidikonsentraatioita, todettiin pienentävän jäännöspitoisuuden välille noin 0,0008 % - noin 0,0023 % liotusjaksojen ollessa 30 minuutista kahteen tuntiin. Vähäpätöistä lisäetua uskotaan saatavan liotusaikojen ol-15 lessa noin 30 minuuttia pitempiä ja ammoniumhydroksidikon-sentraatioiden ollessa yli noin 0,01 N.

Sekä 1-vaiheisen hapetuksen että monivaiheisen hapetuksen todettiin olevan tehokkaita menetelmiä verkkou-tusaineenjäännösmäärän uuttamiseksi. 1-vaiheisen pesun, 20 jossa käytettiin käytettävissä olevaa klooria välillä 0,1 % - noin 0,8 %, laskettuna kuitujen kuivapainosta, lisättynä natriumhypokloriitin muodossa, todettiin pienentävän verkkoutusaineen jäännösmäärän tasolle, joka on välillä noin 0,0015 % - noin 0,0025 %.

25 Eräässä uudessa ehdotuksessa verkkoutettujen, eril-

• I

listen kuitujen valmistamiseksi suoritetaan kuitulähteelle tavanomainen monivaiheinen sarjavalkaisu, mutta käsittelyn keskivaiheilla valkaisuprosessi keskeytetään ja kuidut verkkoutetaan esillä olevan keksinnön mukaisesti. Kovetta-30 misen jälkeen suoritetaan valkaisusarjan jäljellä oleva osa loppuun. On todettu, että tällä tavalla voidaan saada tyydyttävän alhaiset verkkoutusaineen j äännösmäärät vähemmäksi kuin noin 0,006 %. Tämän menetelmän uskotaan muodostavan edullisen tavan valmistaa verkkoutettuja kuituja, 35 koska valkaisuvaiheiden ja kemikaalin jäännösmäärien pois- 27 94434 tovaiheiden yhteensulauttamisen johdosta säästytään pääomakustannuksilta ja käsittelyn sellaisilta epämukavuuksilta, joita merkitsevät lisäksi tarvittavat pesu- ja uut-tolaitteet ja prosessin lisävaiheet. Käytännössä toteute-5 tut valkaisuvaiheet ja käsittelyjen keskeyttämiskohta verkkouttamista varten voivat vaihdella laajasti, mikä on ilmeistä alan ammattimiehelle. Kuitenkin monivaiheisessa sarjavalkaisuissa, joissa DEP*- tai DEH*-vaiheet seuraavat verkkoutusta, on todettu saatavan toivottavia tuloksia.

10 (*D-klooridioksidi, E - uutto natriumhydroksidilla, P - peroksidi, H - natriumhypokloriitti). Verkkoutusta seuranneet sarjavalkaisuvaiheet ovat edullisesti aikalisiä käsittelyjä suoritettuna pH-arvossa, joka on suurempi kuin noin pH 7 ja edullisemmin suurempi kuin noin pH 9.

15 Esillä olevan keksinnön mukaisia erillisiä, jäykkiä kuituja voidaan käyttää suoraan ilmassa kerrostettujen absorboivien sisusosien valmistuksessa. Niiden jäykän ja joustavan luonteen johdosta verkkoutetut kuidut voidaan lisäksi kerrostaa märkänä ei-kokoonpuristetuksi, tiheydel-20 tään alhaiseksi arkiksi, joka sen jälkeen kuivattuna on käyttökelpoinen absorboivana sisusosana ilman enempää mekaanista käsittelyä. Verkkoutetut kuidut voidaan myös kerrostaa märkänä kokoonpuristetuiksi massa-arkeiksi myyntiä tai muualle kuljettamista varten.

25 Sen jälkeen kun erilliset, jäykät kuidut on valmis- • * " ' tettu, ne voidaan kerrostaa kuivina ja muodostaa suoraan absorboiviksi rakenteiksi tai kerrostaa märkänä ja muodostaa absorboiviksi rakenteiksi tai tiivistetyiksi massa-arkeiksi. Esillä olevan keksinnön mukaiset kuidut tuotta-30 vat monenlaisia oleellisia käyttöetuja. On kuitenkin vai- .. keata muodostaa tällaisista kuiduista homogeeninen, märkä- • » nä kerrostettu arkki tavanomaisilla märän arkin muodostus-menetelmillä. Tämä johtuu siitä, että erilliset, kierteiset, jäykistetyt kuidut flokkuloituvat nopeasti liuokses-35 sa. Tällainen flokkuloituminen voi tapahtua sekä perälaa- • > 28 94434 tikossa että kerrostettaessa läpäisevälle muodostusviIralle. Yrityksistä muodostaa arkkeja erillisistä, verkkoute-tuista kuiduista tavanomaisilla massanarkitusmenetelmillä saattaa olla tuloksena flokkuloituneiden kuitujen muodos-5 tamien lukuisten kimppujen syntyminen. Tämän uskotaan johtuvan kuitujen jäykästä, kierteisestä luonteesta ja nesteen nopeasta poistumisesta kuiduista sen jälkeen, kun ne on kerrostettu arkinmuodostusviiralle.

Niinpä on kehitetty uusi menetelmä sellaisten eril-10 listen, kierteisten, jäykkien kuitujen arkittamiseksi, jotka pyrkivät flokkuloimaan liuoksessa, jolloin erillisiä, jäykkiä kuituja sisältävä liete kerrostetaan ensiksi läpäisevälle muodostusviiralle kuten tasoviiralle samaan tapaan kuin tavanomaisissa massanarkitusmenetelmissä. Kui-15 tujen luonteen mukaan ne kerrostuvat muodostusviiralle lukuisina kuitukimppuina. Ainakin yksi nestevirta, edullisesti vesivirta, kohdistetaan kerrostuneille, kimppuuntu-neille kuiduille. Edullisesti sarja suihkuja kohdistetaan muodostusviiralle kerrostuneille kuiduille, jolloin peräk-20 käisillä suihkuilla on volymetrisesti pienenevät virtausnopeudet. Suihkujen nopeuksien tulee olla sellaiset, että nesteen isku kuituja vastaan estää kuitujen muodostamien flokkien syntymisen ja hajottaa ne kuituflokit, jotka ovat jo ehtineet muodostua. Kuitujen laskeuttamisvaihe suorite- 25 taan edullisesti lieriömäisellä viiralla, kuten viirarul-• « lalla, tai muulla toiminnaltaan analogisella laitteella, joka on tällä alalla tunnettu tai tulee tunnetuksi. Las-keuduttuaan voidaan kuituarkki kuivata ja mahdollisesti haluttaessa puristaa kokoon. Suihkujen väliset etäisyydet 30 riippuvat kuitujen kulloisestakin flokkuloitumisnopeudes-<v ta, muodostusviiran linjanopeudesta, veden erottumisesta muodostusviiran läpi, suihkujen lukumäärästä sekä nesteen virtausnopeudesta ja -määrästä suihkujen kautta. Suihkut ovat edullisesti kyllin lähellä toisiaan, niin että oleel-35 lista flokkuloitumista ei pääse tapahtumaan.

29 94434

Sen lisäksi, että kuiduille suihkutettu neste estää kuituflokkien muodostumisen ja hajottaa ne, kuiduille suihkutettu neste kompensoi nesteen liian nopean erottumisen erillisistä, verkkoutetuista kuiduista tuomalla lisää 5 nesteväliainetta, jossa kuidut voivat hajaantua seuraavaa arkinmuodostusta varten. Tilavuusvirtausnopeuksiltaan heikkenevien suihkujen lukuisuus helpottaa systemaattista nettokasvua lietesakeudessa, samalla kun se saa aikaan toistuvan hajottavan ja ehkäisevän vaikutuksen kuituflok-10 keihin. Tästä on seurauksena kuitujen rauhallinen ja tasainen kerrostuminen, jotka kuidut sen jälkeen äkkiä, so. ennen uudelleenflokkuloitumista, asetetaan arkin muotoon sallimalla nesteen erottua ja kuitujen puristua läpäisevää viiraa vastaan.

15 Verrattuna massa-arkkeihin, jotka on valmistettu tavanomaisista selluloosakuiduista, esillä olevan keksinnön mukaisista erillisistä, jäykistä, kierteisistä kuiduista valmistettuja massa-arkkeja on vaikeampi puristaa kokoon tavanomaisen massa-arkin tiheyksiin. Tämän vuoksi 20 saattaa olla toivottavaa yhdistää tällaisia jäykkiä kuituja tavanomaisten kuitujen kanssa. Esillä olevan keksinnön mukaisia kuituja sisältävät massa-arkit voivat sisältää noin 5 % - noin 90 % tavanomaisia selluloosakuituja, laskettuna arkin kokonaiskuivapainosta. On erityisen edullis-25 ta sisällyttää mukaan noin 5 % - noin 30 % pitkälle jau-*' hettuja, tavanomaisia selluloosakuituja, laskettuna arkin kokonaiskuivapainosta. Tällaiset erittäin jauhetut kuidut jauhetaan tai siirretään jauhatusasteeseen, joka on pienempi kuin noin 300 ml CSF, ja edullisesti pienempi kuin 30 100 ml CSF. Tavanomaiset kuidut voidaan sen jälkeen se- v i koittaa erillisten, jäykkien, kierteisten kuitujen kanssa vesilietteessä. Tämä liete voidaan sen jälkeen muodostaa tiiviiksi massa-arkiksi jälkeenpäin suoritettavaa defib-rointia ja absorboiviksi tyynyiksi muodostamista varten.

35 Tavanomaisten kuitujen sisällyttäminen mukaan helpottaa 30 94434 massa-arkin puristamista tiiviiseen muotoon aiheuttaen samalla yllättävän vähäisen absorptiokyvyn menetyksen sitten muodostetuille absorboiville tyynyille. Tavanomaiset kuidut suurentavat massa-arkin vetolujuutta. Katsomatta 5 siihen, valmistetaanko erillisten, jäykkien, kierteisten kuitujen ja tavanomaisten kuitujen seos ensiksi massa-arkiksi ja sen jälkeen muodostetaan absorboivaksi tyynyksi tai muodostetaanko suoraan absorboivaksi tyynyksi, absorboiva tyyny voidaan valmistaa kerrostamalla kuidut ilmassa 10 tai märkänä, kuten edellä esitettiin.

Tässä selostetut erilliset, jäykät, kierteiset kuidut ovat käyttökelpoisia moniin absorboiviin tuotteisiin, joita ovat käyttötarkoitusta mitenkään rajoittamatta har-soarkit, kertakäyttöiset vauvanvaipat, terveyssiteet, haa-15 vasiteet, tamponit ja kääreet, jolloin jokaisessa mainitussa tuotteessa on esillä olevia kuituja sisältävä absorboiva rakenne. Tällöin tarkoitetaan erityisesti esimerkiksi kertakäyttöistä vauvanvaippaa tai vastaavanlaista artikkelia, jossa on nestettä läpäisevä päällysarkki, nes-20 tettä läpäisemätön tausta-arkki yhdistettynä päällysarkki in sekä absorboiva rakenne, joka sisältää keksinnön mukaisia kuituja. Tällaisia vaippoja selostetaan yleisesti US-patentissa 3 860 003, joka on julkaistu Kenneth B.

Buell'in nimissä 14. tammikuuta 1975.

25 Esillä olevan keksinnön mukaisten kuitujen eräs yl- lättävä ja odottamaton etu absorboivissa rakennesovellu-tuksissa on se, että saavutetaan parantunut delaminoitumi-sen vastustuskyky taivutettaessa tällaisia rakenteita niiden ollessa kosteassa tilassa. Tämä etu on erittäin mer-30 kittävä absorboivan rakenteen suorituskyvylle sellaisissa ,· sovellutuksissa kuin vauvanvaipoissa ja terveyssiteissä, jolloin absorboiva rakenne on ainakin osittain taipuneessa konfiguraatiossa kosteana tai muotoutuu tällaiseen konfiguraatioon kostumisen jälkeen. Tällaisissa tilanteissa 25 aiheuttaa tavanomaisista kuiduista valmistetun absorboivan • 31 94434 rakenteen taivuttaminen sen delaminoitumisen. Erillisistä kuiduista valmistettuja kuivia absorboivia rakenteita voidaan luonnehtia siten, että niillä on yhtäjaksoinen eheä kuitumatriisi, jolloin suhteellisen vähäistä kuitutiheyden 5 muutosta ilmenee läpi koko matriisin. Kostuneet absorboivat rakenteet pyrkivät kuitenkin yleensä delaminoitumaan tai muodostumaan yhdeksi tai useammaksi kerrostuneeksi kuitukerrokseksi, joita erottaa toisistaan oleellisesti yhdensuuntaiset kuituvapaat alueet rakenteita taivutetta-10 essa tai niiden rakennetta muuten muutettaessa. Delaminoitumisen tapahtuminen vaikuttaa haitallisesti absorboivan rakenteen nesteensiirtokykyyn, koska nesteen siirtymisen edellyttämät kapillaariset tiet puuttuvat kuituvapailta alueilta. Itse asiassa delaminoituneen absorboivan raken-15 teen absorboima neste siirtyy kohtaan, jossa nesteen siir-tymissuunta on kohtisuorassa kuituvapaata aluetta vastaan. Kuituvapaat alueet toimivat nesteen siirtymisen esteenä heikentäen tällä tavoin absorboivan rakenteen tehoa. Esillä olevan keksinnön mukaiset absorboivat rakenteet ovat 20 yllättäen osoittaneet parantunutta vastustuskykyä tällaista delaminoitumista vastaan verrattuna absorboiviin rakenteisiin, jotka on valmistettu aikaisemmin tunnetuista tavanomaisista kuiduista tai aikaisemmin tunnetuista, vähemmän kierteisistä, erillisistä ja jäykistä kuiduista.

25 Arkeilla tai rainoilla, jotka on valmistettu eril- * lisistä, jäykistä, kierteisistä kuiduista tai seoksista, jotka sisältävät myös tavanomaisia kuituja, ovat neliömet-ripainot edullisesti pienempiä kuin noin 800 g/m2 ja tiheydet pienempiä kuin noin 0,60 g/cm3. Vaikkakaan ei ole tar-30 koitus rajoittaa keksinnön piiriä, sellaisia märkänä ker- . . rostettuja arkkeja, joiden neliömetripainot ovat välillä noin 300 g/m2 - noin 600 g/m2 ja tiheydet välillä 0,15 g/cm3 - noin 0,30 g/ cm3, suunnitellaan erityisesti käytettäväksi suoraan absorboivina sisusosina sellaisiin kertakäyttöar-35 tikkeleihin kuin vauvanvaipat, tamponit ja muut terveyssi- 32 94434 detuotteet. Sellaisten rakenteiden, joiden neliömetripa!-not ja tiheydet ovat korkeampia kuin nämä arvot, uskotaan olevan käyttökelpoisimpia myöhemmin suoritettavaa hajottamista ja ilmassa tai märkänä kerrostamista varten tihey-5 deltään ja neliömetripainoltaan alhaisempien rakenteiden muodostamiseksi, jotka ovat käyttökelpoisempia absorboivia sovellutuksia varten. Myös tällaiset rakenteet, joilla on korkeammat neliömetripainot ja tiheydet, osoittavat kuitenkin myös yllättävän korkeata absorptiokykyä ja kostu-10 misalttiutta eikä edellä edullisena esitetyn suoritusmuodon tarkoiteta rajoittavan keksinnön piiriä tai sen soveltamista. Muita esillä olevan keksinnön mukaisille kuiduille tarkoitettuja sovellutuksia ovat tiheydeltään alhaiset harsoarkit, joiden tiheydet voivat olla alle 0,10 g/cm3.

15 Eräässä sovellutuksessa muodostetaan erillisistä, jäykistä, kierteisistä kuiduista joko ilmassa kerrostettu tai märkänä kerrostettu (ja sen jälkeen kuivattu) absorboiva sisusosa, joka puristetaan kuivatiheyteen, joka on pienempi kuin tyynyn märkätiheys tasapainotilassa. Tiheys 20 tai kyllästystiheys on tyynyn tiheys, laskettuna kuivan kuituaineen pohjalta, kun tyyny on täysin nesteen kyllästämä. Jos kuiduista muodostetaan absorboiva sisusosa, jonka kuivatiheys on suurempi kuin märkätiheys tasapainotilassa, niin sisusosa koetuessaan kyllästyspisteeseen asti 25 laajenee tasapainomärkätiheyteen. Esillä olevan keksinnön • < * ' mukaisista kuiduista valmistetuilla tyynyillä on tasapai-nomärkätiheydet, jotka ovat oleellisesti alempia kuin tyynyillä, jotka on valmistettu tavanomaisista kuohkeutetuista kuiduista. Esillä olevan keksinnön mukaiset kuidut voi-20 daan puristaa tiheyteen, joka on suurempi kuin tasapaino-märkätiheys, ohuen tyynyn muodostamiseksi, joka koetuessaan laajenee, lisäten siten absorptiokapasiteettia määrän, joka on huomattavasti suurempi kuin mitä saadaan tavanomaisia kuituja käytettäessä.

25 33 94434

Verkkoutusaineen määrät, joita käytetään toivottujen vedenpidätysarvojen saamiseksi esillä olevan keksinnön mukaisille kuiduille, ovat edullisesti välillä noin 0,75 mooli-% - noin 2,0 mooli-% edullisia verkkoutusaineita 5 reagoineena kuitujen kanssa, laskettuna selluloosa-anhyd-roglukoosin molaariselta pohjalta. Edullisemmin käytetään noin 1,0 % - noin 2,0 %, edullisimmin noin 1,2 % noin 1,6 % edullisia verkkoutusaineita reagoineena kuitujen kanssa, laskettuna selluloosa-anhydroglukoosin molaarisel-10 ta pohjalta.

Koemenetelmiä

Menetelmä nesteensiirtokvvvn määrittämiseksi

Seuraavaa menetelmää käytettiin esimerkeissä testatuista kuiduista valmistettujen absorboivien rakenteiden 15 nesteensiirtokertoimen mittaamiseen.

Otetaan absorboiva arkkimainen rakenne, jonka mitat ovat 35,56 cm x 35,56 cm, puristetaan lievästi kokoon, leikataan yhdeksäksi neliömäiseksi arkiksi, joiden mitat ovat suunnilleen 11,43 cm x 11,43 cm, puristetaan tarkoi-20 tettuun tiheyteen, särmätään neliöiksi, joiden mitat ovat 10,16 cm x 10,16 cm, ja punnitaan. Absorboiva neliömäinen arkki pannaan tasaisen pohjalevyn, jossa on aukko keskellä, ja päällyslevyn väliin. Paikalleen pantuna päällyslevy on liikkumaton pohjalevyn suhteen pitäen siten kuitutihey-25 den tarkoitetussa tiheydessä absorptiosta huolimatta.

• ! Otetaan byretti, täytetään vedellä tai isopropyyli- alkoholilla riippuen siitä kumman suhteen nesteensiirto-kerroin mitataan. Byretistä ulottuu letku pohjalevyjen aukkoon, niin että letkussa oleva neste koskettaa absor-30 boivan rakenteen pohjapintaa. Nesteen annetaan siirtyä ;; : rakenteeseen hydrostaattisen paineen ollessa suunnilleen nolla. Sen jälkeen kun nesteen siirtyminen on alkanut, käynnistetään ajastin. Absorboituneen nesteen tilavuus luetaan byretistä jaksoittaisin aikavälein. Käyrän, joka 35 esittää absorboitunutta nesteen tilavuutta kuluneen ajan 34 94434 neliöjuuren funktiona, jyrkkyys (kulmakerroin) lasketaan regressioanalyysin avulla. Tätä kulmakerrointa nimitetään nesteensiirtokertoimeksi.

Kierreluvun kuva-analyysimenetelmä 5 Seuraavaa menetelmää käytettiin tässä selostuksessa analysoitujen kuitujen kierreluvun määrittämiseen.

Kuivia kuituja asetettiin objektilasille, joka oli päällystetty ohuella kalvolla immersioöljyä, ja sen jälkeen peitettiin peitelasilla. Immersioöljyn tarkoituksena 10 oli tehdä kuidut läpinäkyviksi aiheuttamatta turpoamista ja siten edesauttaa kierresolmujen identifioimista (selostetaan jäljempänä). Märät kuidut pantiin objektilasille kaatamalla sakeudeltaan alhaista kuitulietettä objektilasille, joka sen jälkeen peitettiin peitelasilla. Vesi teki 15 kuidut läpikuultaviksi niin että kierresolmujen identifiointi helpottui.

Kierreluvun määrittämiseen käytettiin kuva-analysaattoria, johon kuului tietokoneen ohjaama mikroskooppi, videokamera, videorasteri sekä tietokone, jossa käytettiin 20 QUIPS-ohjelmistoa, jollainen on saatavissa toiminimeltä Cambridge Instruments Limited (Cambridge, Englanti; Buffalo, New York).

Mikroskoopin objektilasin määrätyllä alalla olevien kuitujen kokonaispituus suurennuksen ollessa 200-kertainen 25 mitattiin kuva-analysaattorin avulla. Laitteen hoitaja identifioi ja merkitsi muistiin kierresolmut. Tätä menetelmää jatkettiin mittaamalla kuitupituus ja todetut kierresolmut siksi, kunnes oli analysoitu kaiken kaikkiaan 12,7 cm:n verran kuitupituutta. Tästä tuloksesta lasket-30 tiin kierteiden lukumäärä millimetriä kohti jakamalla ko- r . konaiskuitupituus todettujen kierresolmujen kokonaisluku- määrällä.

Kiharuuskertoimen kuva-analyysimenetelmä

Seuraavaa menetelmää käytettiin kuidun kiharuus- 35 kertoimen mittaamiseen.

^ · ♦ 35 94434

Kuivia kuituja pantiin mikroskoopin objektilasille. Peitelasi asetettiin kuitujen päälle ja liimattiin paikoilleen reunoista. Todellinen pituus LA ja projisoitu maksimipituus Lr (vastaa kuidun sisältävän suorakulmion pisim-5 män sivun pituutta) mitataan käyttämällä kuva-analysaattoria, johon kuuluu ohjelmiston kontrolloima mikroskooppi, videokamera, videomonitori ja tietokone. Käytettiin samaa ohjelmistoa kuin edellä kierreluvun kuva-analyysimenetelmässä selostettiin. Kuvio 3 esittää suorakulmion A-B-C-D 10 sisältämän kiharaisen kuidun 10 projisoitua maksimipituutta L„.

Sen jälkeen kun LA ja LR on saatu, lasketaan kiha-ruuskerroin jokaiselle yksittäiselle kuidulle edellä esitetyn yhtälön (1) mukaan. Jokaisesta kuitunäytteestä las-15 ketään kiharuuskerroin vähintään 250:lie yksittäiselle kuidulle ja sen jälkeen lasketaan keskiarvo keskimääräisen kiharuuskertoimen määrittämiseksi näytteelle. Kuidut, joiden LÄ on lyhyempi kuin 0,25 mm, jätetään laskematta mukaan.

20 Menetelmä vedenpidätvsarvon määrittämiseksi

Seuraavaa menetelmää käytettiin selluloosakuitujen vedenpidätysarvon (WRV) määrittämiseksi.

Näytettä, joka käsittää noin 0,3 g - noin 0,4 g kuituja, liotetaan kannella varustetussa astiassa noin 25 100 ml:ssa tislattua tai deionisoitua vettä huoneen lämpö tilassa noin 15 - noin 20 tuntia. Liotetut kuidut kootaan suodattimena ja siirretään 80 mesh'in viirakoriin, joka on kannatettu noin 3,81 cm sentrifugiputken 60 mesh'in seulaverkolla varustetun pohjan yläpuolelle. Putki peite-30 tään muovikannella ja näytettä sentrifugoidaan suhteellisen keskipakoisvoiman ollessa 1500 - 1700 kertaa paino-voima 19 - 21 minuuttia. Sentrifugoidut kuidut poistetaan sen jälkeen korista ja punnitaan. Punnitut kuidut kuivataan vakiopainoon 105 °C:ssa ja punnitaan uudelleen. Ve-35 denpidätysarvo lasketaan seuraavalla tavalla: · · 36 94434 (1) WRV = (W-D) x 100

D

5 jossa W = sentrlfugoitujen kultujen märkäpaino D = kuitujen kuivapaino W-D = absorboituneen veden paino 10 Menetelmä isopropyvlialkoholin retentioarvon mää rittämiseksi

Seuraavaa menetelmää käytettiin selluloosakuitujen isopropyylialkoholin pidätysarvon (ARV) määrittämiseksi.

Näytettä, joka sisältää noin 0,3 g - noin 0,4 g 15 kuituja, liotetaan kannella varustetussa astiassa noin 100 ml:ssa isopropyylialkoholia (IPA) huoneen lämpötilassa noin 15 - noin 20 tuntia. Liotetut kuidut kootaan suodattimena ja siirretään 80 mesh'in viirakoriin, joka on kannatettuna noin 3,81 cm sentrifugiputken 60 mesh'in seula-20 verkolla varustetun pohjan yläpuolelle. Putki peitetään muovikannella ja näytettä sentrifugoidaan suhteellisen keskipakoisvoiman ollessa 1500 - 1700 kertaa painovoima 19 - 21 minuuttia. Sentrifugoidut kuidut poistetaan sen jälkeen korista ja punnitaan. Punnitut kuidut kuivataan va-25 kiopainoon 105 °C:ssa ja punnitaan uudelleen. Isopropyylialkoholin pidätysarvo lasketaan seuraavalla tavalla: • (1) ARV = (W-D) x 100

D

30 jossa W = sentrifugoitujen kuitujen märkäpaino D = kuitujen kuivapaino V W-D = absorboituneen isopropyylialkoholin paino.

35 Menetelmä tlppumlskapasiteetin määrittämiseksi

Seuraavaa menetelmää käytettiin absorboivien sisus-osien tippumiskapasiteetin (drip capasity) määrittämisek- • ·

Il IH I liiti IIlJll. 1 37 94434 si. Tippumiskapasiteettia käytetään sisusosien absorptio-kyvyn ja adsorptionopeuden yhdistettynä mittana.

Absorboiva tyyny, jonka mitat ovat 10,16 cm x 10.16 cm ja joka painaa noin 7,5 g, pannaan seulaverkolle.

5 Synteettistä virtsaa lisätään tyynyn keskelle nopeudella 8 ml/sekunti. Synteettisen virtsan lisääminen lopetetaan silloin, kun ensimmäinen tippa synteettistä virtsaa vuotaa tyynyn pohjalta tai sivuilta. Tippumiskapasiteetti lasketaan siitä tyynyn massassa tapahtuvasta erotuksesta, joka 10 saadaan kun tyynyn massasta synteettisen virtsan lisäämisen jälkeen vähennetään sen massa ennen mainittua lisäystä, ja erotus jaetaan kuitujen massalla, joka lasketaan uunikuivasta painosta.

Menetelmä märkäpuristettavuuden määrittämiseksi 15 Seuraavaa menetelmää käytettiin absorboivien raken teiden märkäpuristettavuuden määrittämiseksi. Märkäpuris-tettavuutta käytettiin absorboivien sisusosien märkäpuris-tusvastuksen, märän rakenteen eheyden ja märkäjoustavuuden mittana.

20 Valmistetaan tyyny, jonka mitat ovat 10,16 cm x 10.16 cm ja joka painaa 7,5 g, sen paksuus mitataan ja tiheys lasketaan. Tyyny kuormitetaan synteettisellä virtsalla niin, että sen paino tulee kymmenkertaiseksi tai saavutetaan sen kyllästymispiste, kumpi niistä onkin pie- 25 nempi. Puristusvoima, jonka suuruus on 7 g/cm2 (0,1 PSI) : kohdistetaan tyynyyn. 60 sekunnin pituisen tasapainottu- misajan jälkeen tyynyn paksuus mitataan. Puristuskuormitus suurennetaan sen jälkeen arvoon 77 g/cm2 (1,1 PSI), ja paksuus mitataan 60 sekunnin pituisen toisen tasapainottumis-30 ajan jälkeen. Puristuskuormitus pienennetään sen jälkeen aivoon 7 g/cm2 (0,1 PSI), ja paksuus mitataan jälleen 60 sekunnin pituisen tasapainottumisajan jälkeen. Tiheydet lasketaan tyynylle alkuperäisellä 7 g/cm2 kuormituksella, 77 g/cm2 kuormituksella ja toisella 7 g/cm2 kuormituksella, 35 josta käytetään merkintää 0,1 PSIR-kuormitus (PSI-rebound, . · · 38 94434 kimmahdus). Huokostilavuus, joka ilmoitetaan suureena cm3/g, määritetään sen jälkeen jokaiselle kyseiselle puris-tuskuormitukselle. Huokostilavuus on märän tyynyn tiheyden käänteisarvo vähennettynä kuitutilavuudella (0,95 cm3/g).

5 Huokostilavuudet kuormituksilla 7 g/cm2 ja 77 g/cm2 ovat käyttökelpoisia osoituksia märkäpuristusvastuksesta ja märän rakenteen eheydestä. Korkeammat huokostilavuudet tavallisille tyynyn alkuperäisille tiheyksille osoittavat suurempaa vastustuskykyä märkäpuristusta vastaan ja suu-10 rempaa märän rakenteen eheyttä. Huokostilavuuksien ero 0,1 PSI:n ja 0,1 PSIR:n välillä on käyttökelpoinen absorboivien tyynyjen märkäjoustavuuden vertaamiseksi. Pienempi ero 0,1 PSI:n huokostilavuuden ja 0,1 PSIRrn huokostilavuuden välillä osoittaa suurempaa märkäjoustavuutta.

15 Myös kuivalle tyynylle ja kyllästetylle tyynylle ennen sen kokoonpuristamista saatujen arvojen eron todettiin olevan käyttökelpoinen osoitus tyynyjen kastumisalt-tiudesta.

Menetelmä selluloosakuitulen kanssa reagoineen alu-20 taarialdehvdimäärän määrittämiseksi

Seuraavaa menetelmää käytettiin glutaarialdehydi-määrän määrittämiseksi, joka on reagoinut muodostaen kui-dunsisäisiä ristikytkentäsidoksia erillisten, glutaarial-dehydillä verkkoutettujen kuitujen selluloosakomponentin 25 kanssa.

Näyte erillisiä, verkkoutettuja kuituja uutetaan 1,0 N HCl:lla tunnin ajan 60 °C:ssa. Uutos erotetaan kuiduista ja sekoitetaan 2,4-dinitrofenyylihydratsonin (DNPH) vesiliuoksen kanssa. Reaktion annetaan edistyä 15 minuut-30 tia, minkä jälkeen seokseen lisätään kloroformia.

Reaktioseosta hämmennetään sen jälkeen 45 minuut-tia. Kloroformi- ja vesikerrokset erotetaan erotussuppilon avulla. Glutaarialdehydin määrä määritetään analysoimalla kloroformikerros korkeapaineisen nestekromatografian 35 (HPLC) avulla DNPH-johdannaisen osalta.

. · · 39 94434 HPLC-analyysiin käytetyt kromatografiset olosuhteet olivat seuraavat: pylväs: C-18 käänteisfaasi: detektori: UV arvolla 360 nm; liikkuva faasi: metanoli:vesi, 80:20; virtausnopeus: 1 ml/minuutti; suoritettu mittaus: 5 huipun korkeus. Huipun korkeuden ja glutaarialdehydln pitoisuuden kalibrointikäyrä kehitettiin mittaamalla viiden sellaisen standardiliuoksen HPLC:lla saadut huipun korkeudet, joiden glutaarialdehydimäärien tiedettiin olevan välillä 0-25 miljoonasosaa.

10 Jokaisesta kuitunäytteestä saatu kloroformifaasi analysoitiin HPLC:n avulla, huipun korkeus mitattiin ja vastaava glutaarialdehydin määrä määritettiin kalibrointi-käyrästä. Glutaarialdehydikonsentraatio jaettiin kuitu-näytteen painolla (kuivan kuidun paino) glutaarialdehy-15 dipitoisuuden saamiseksi kuitujen painon perusteella laskettuna .

Kaksi glutaarialdehydin huippua oli jokaisessa HPLC-kromatogrammissa. Jompaa kumpaa huippua voidaan käyttää kunhan samaa huippua käytetään läpi koko menetelmän.

20 Menetelmä selluloosakuitulen kanssa reagoineen formaldehvdimäärän määrittämiseksi

Samaa menetelmää kuin mitä käytettiin selluloosan kanssa reagoineen glutaarialdehydin määrittämiseksi käytettiin selluloosan kanssa reagoineen formaldehydin mää-25 rittämiseen, paitsi että kalibrointikäyrä kehitettiin : erityisesti formaldehydiä varten eikä glutaarialdehydiä varten ja kuitunäytteet uutettiin 12 N H2S04:lla kahden tunnin ajan 90 eC:ssa eikä 1,0 N HCltlla tunnin ajan 60 eC:ssa. Vain yksi HPLC-huippu todettiin formaldehydiä 30 sisältävässä kloroformifaasissa.

Esimerkki I

• <

Esillä olevan keksinnön mukaisia erillisiä, jäykkiä kuituja valmistettiin kuivaverkkoutusmenetelmällä käyttämällä glutaarialdehydiä verkkoutusaineena.

35 Jokaista näytettä varten otettiin määrä ei-koskaan kuivattua, etelähavupuun kraftmassaa (SSK). Kuitujen kos- • · 40 94434 teuspitoisuus oli noin 62,4 % (vastaa 37,6 %:n sakeutta). Liete muodostettiin lisäämällä kuidut liuokseen, joka sisälsi valitun määrän glutaarialdehydin 50 %:ista vesi-liuosta, 30 % (laskettuna glutaarialdehydin painosta) 5 sinkkinitraattiheksahydraattia, demineralisoitua vettä ja riittävän määrän 1 N HCl:a lietteen pH:n alentamiseksi arvoon 3,7. Kuituja liotettiin lietteessä 20 minuutin ajan ja sen jälkeen kuiduista poistettiin vettä noin 34 %:n -noin 35 %:n sakeuteen sentrifugoimalla. Sen jälkeen kui- 10 dut, joista vettä oli erotettu, kuivattiin noin 55 %:n -noin 56 %:n kuitusakeuteen puhaltamalla kuivauslaitteen läpi käyttäen ilmaa, jolla oli ympäristön lämpötila. Ilma-kuivatut kuidut defibroitiin käyttäen sellaista 3-vaiheis-ta kuohkeutuslaitetta, joka on esitetty US-patentissa 15 3 987 968. Defibroidut kuidut pantiin lautasille ja kove tettiin 145 °C:ssa oleellisesti staattisessa kuivausuunis-sa 45 minuutin ajan. Verkkoutuminen tapahtui täydellisesti uunissaoloajan kuluessa. Verkkoutetut, erilliset kuidut pantiin viiraseulalle ja pestiin noin 20 °C:n lämpöisellä 20 vedellä, liotettiin 1 %:n sakeudessa yhden tunnin ajan 60 °C:n lämpöisessä vedessä, seulottiin, pestiin noin 20 °C:isella vedellä toisen kerran, sentrifugoitiin 60 %:n kuitusakeuteen, defibroitiin edellä kuvatunlaisessa 3-vai-heisessa kuohkeutuslaitteessa ja kuivattiin lopullisesti 25 staattisessa kuivausuunissa 105 °C:ssa 4 tuntia. Reagoi- * neen glutaarialdehydin määrän todettiin olevan 1,41 moo-li-% laskemalla kuivan kuidun selluloosa-anhydroglukoosin pohjalta. Tuloksia tarkastellaan esimerkissä VIII.

Esimerkki II

30 Noudatettiin oleellisesti sellaista menetelmää, joka on esitetty US-patentissa 4 035 147 esimerkissä 2, * kokeessa 6. Valmistettiin ei-koskaan kuivattujen SSK-kui-tujen 4 %:inen massaliete ja sen jälkeen poistettiin vesi pesemällä asetonilla. Asetonipesukäsittely suoritettiin 35 johtamalla läpi asetonia 4 peräkkäistä kertaa ja suodatta- * · 41 94434 maila jokaisen pesun jälkeen. Dehydratoidut kuidut kuivattiin ilmalla noin 50 %:n sakeuteen ja sen jälkeen kuivattiin esteettöminä ilmassa kerrostavalla tyynynvalmistus-laitteella ennen kuin kuituja liotettiin 5 minuuttia 5 50 eC:n lämpöisessä liuoksessa, joka sisälsi 91,8 paino-% asetonia, 0,9 paino-% kloorivetyä, 0,8 paino-% formaldehydiä ja 6,5 paino-% vettä, jonka ajan kuluessa tapahtui formaldehydin ristikytkeytyminen kuitujen kanssa. Kuidut pestiin neutraalipisteeseen vedellä, kuivattiin ilmalla ja 10 sen jälkeen niistä valmistettiin absorboivia rakenteita, joilla oli toivotut tiheydet. Kuiduissa oli 3,5 mooli-% formaldehydiä niiden kanssa reagoineena, laskettuna sellu-loosa-anhydroglukoosin molaariselta pohjalta. Tuloksia käsitellään esimerkissä VIII.

15 Esimerkki III

Noudatettiin oleellisesti US-patentissa 3 756 913, esimerkissä III selostettua menetelmää. Ei-koskaan kuivatuista SSK-kuiduista valmistettiin sakeudeltaan 1 %:inen massaliete. pH säädettiin arvoon 4 lisäämällä rikkihappoa. 20 Samalla kun lietettä sekoitettiin varovaisesti, lisättiin siihen 15 % urea-formaldehydihartsia (Casco Resin PR-335, Bordon Chemical Division of Bordon, Inc., Columbus, Ohio), laskettuna kuitujen kuivapainosta. Lietteen pH-arvoa säädettiin jatkuvasti sen pysyttämiseksi pH-välillä 4,0 - 4,5 25 4,7 minuutin ajan. Kuituja liotettiin sen jälkeen vielä kahden minuutin ajan, niistä valutettiin vesi, sentrifu-goitiin 37 %:n kuitusakeuteen, kuohkeutettiin mekaanisesti US-patentissa 3 987 968 esitetynlaisella 3-vaiheisella kuohkeutuslaitteella ja kuivattiin uunissa 2 tuntia 30 122 °C:ssa. Kuivatusta, kovetetusta tuotteesta valmistet- tiin absorboivia rakenteita, joilla oli toivotut tiheydet.

* Kuiduissa oli 4,5 mooli-% urea-formaldehydihartsia niiden kanssa reagoineena, laskettuna urean mooli-%:eina sellu-loosa-anhydroglukoosin mooliyksikköjen pohjalta. Tuloksia 35 käsitellään esimerkissä VIII.

·· 42 94434

Esimerkki IV

Noudatettiin oleellisesti US-patentissa 3 241 553, esimerkissä I esitettyä menetelmää. Valmistettiin liuos, joka sisälsi 34,0 paino-% formaldehydiä, 7,9 paino-% rik-5 kihappoa ja 58,1 paino-% vettä, ja liuos kuumennettiin 80 °C:seen. SSK-kuidut upotettiin massa-arkin muodossa liuokseen 10 minuutin ajaksi, vesi erotettiin ja suoritettiin perusteellinen huuhtelu ensiksi kuumalla vedellä (45 - 50 eC) ja sen jälkeen kylmällä vedellä. Pestyistä kui-10 duista puristetun veden pH oli 7,1. Pestyt kuidut hajotettiin sekoittamalla 2 paino-%:n kuitusakeudessa kylmässä vedessä ja sen jälkeen kuivattiin ilmassa. Kuiduissa oli niiden kanssa reagoineena 10,5 mooli-% formaldehydiä, laskettuna selluloosa-anhydroglukoosin molaariselta pohjalta. 15 Tuloksia käsitellään esimerkissä Vili.

Esimerkki V

Noudatettiin esimerkissä I selostettua menetelmää, paitsi että glutaarialdehydiverkkoutusaineen määrää suurennettiin riittävästi 4,4 mooli-%:n suuruisen glutaari-20 aldehydimäärän saamiseksi reagoimaan kuitujen kanssa. Tuloksia käsitellään esimerkissä VIII.

Esimerkki VI

Noudatettiin esimerkissä I selostettua menetelmää, paitsi että kuitujen kanssa reagoineen glutaarialdehydin 25 määrä oli 1,36 mooli-% ja kuidut kuivattiin 81 paino-%:n kuitusakeuteen ennen kuohkeuttamista. Ennen kuohkeuttamista suoritetun lisätyn kuivauksen tarkoituksena oli aikaansaada kuitujen kierremäärä pienemmäksi. Tuloksia käsitellään esimerkissä VIII.

30 Esimerkki VII

. Noudatettiin esimerkissä I selostettua menetelmää, * * paitsi että kuitujen kanssa reagoineen glutaarialdehydin määrä oli 1,25 mooli-% ja kuidut kuivattiin 91 paino-%:n kuitusakeuteen ennen kuohkeuttamista. Saaduilla kuiduilla 35 oli kuitujen kierremäärä pienempi kuin esimerkin VI kuiduilla. Tuloksia käsitellään esimerkissä VIII.

< . . iii.t a.i*. t i . i 43 94434

Esimerkki VIII

Esimerkkien I-VI mukaiset kuidut ja absorboivat rakenteet testattiin ja analysoitiin. Kierreluvut märkänä ja kuivana, kiharuuskerroin kuivana, vedenpidätysarvo ja 5 isopropyylialkoholin pidätysarvot mitattiin jokaisen esimerkin kuiduille menetelmien mukaan, jotka on selostettu tämän selityksen kokeellisia menetelmiä koskevassa osassa. Tulokset esitetään seuraavassa taulukossa I.

10 Taulukko I

Esi- Kierreluku Kierreluku Kiharuus-merkki kuivana(sol- märkänä(sol- kerroin ARV WRV

nro mula/mm)_muia/mm)_kuivana (%) (%) 15 I 6,8 5,1 0,63 24 37 II 4,4 3,9 0,59 33 44 III 3,4 2,0 0,60 19 62 IV 1,6 0,7 0,35 47 68 V 4,1 3,7 0,35 27 32 20 VI 4,7 3,0 0,60 27 38 VII 2,7 1,8 0,42 24 39

Esimerkkien I-VI mukaisista kuiduista valmistettiin ilmassa kerrostettuja suorakulmion muotoisia absor-25 boivia tyynyjä, joiden mitat olivat 10,16 cm x 10,16 cm, kuivakuitutiheyksien ollessa 0,10 g/cm3, 0,20 g/cm3 ja 0,30 g/cm3. Tippumiskapasiteetti mitattiin tyynyille, joiden tiheydet olivat 0,20 g/cm3, ja märkäpuristettavuus mitattiin tyynyille, joiden tiheydet olivat 0,10 g/cm3 ja 30 0,20 g/cm3. Nesteensiirtokerroin mitattiin tyynyille, joi den tiheydet olivat 0,10 g/cm3, 0,20 g/cm3 ja 0,30 g/cm3. Tulokset esitetään seuraavissa taulukoissa II ja III.

> « » i 44 94434

Taulukko II

Märkäpuristettavuus (cm /g) ^ 2 2 2 Esi- Tippumis- Tiheys 7 g/cm 77 g/cm 7 g/cm merkki kapasiteet-(g/cnr ) (0,1 PSI) (1,1 PSI) (0,1 PSIR) nro tl (q/g)_ 10 I N/A 0,10 12,2 7,7 8,6 II N/A 0,10 12,4 7,5 8,6 III N/A 0,10 9,5 6,1 6,6 IV N/A 0,10 10,0 5,8 6,6 V N/A 0,10 10,2 7,0 7,7 15 VI N/A 0,10 11,6 7,3 8,1 VII N/A 0,10 11,0 7,3 7,9 I 14,0 0,20 10,2 6,7 7,3 II 15,7 0,20 10,7 6,9 7,8 20 III 4,9 0,20 8,5 5,4 5,8 IV 12,3 0,20 10,0 5,5 6,2 V 3,9 0,20 7,1 4,3 5,0 VI 13,3 0,20 10,0 6,4 7,0 VII 11,7 0,20 9,8 6,2 6,8 25 « • · 1

A

94434

Taulukko III

Esimerkki Tiheys Nesteensiirtokerroin (ml /sek1*)

5 nro (g/cm3) Vesi IPA

I 0,10 9,2 3,9 0,20 5,4 2,2

0,30 3,0 N/A

II 0,10 8,8 3,7 10 0,20 4,6 2,3

0,30 2,3 N/A

III 0,10 N/A N/A

0,20 4,7 N/A

0,30 N/A N/A

15 IV 0,10 7,8 3,8 0,20 4,2 2,2

0,30 N/A N/A

V 0,10 10,1 N/A

0,20 5,8 N/A

20 0,30 N/A N/A

Kuohkeutettu 0,10 5,9 3,6 SSK-massa 0,20 4,0 2,1 (ei käsitelty) 0,30 1,7 N/A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Taulukko I osoittaa, että ainoastaan esimerkkien I, 2 III, V, VI ja VII mukaisilla kuiduilla olivat ARV-luvut 3 pienempiä kuin 30. Näiden esimerkkien ARV-luvut ovat pie 4 nempiä kuin muiden esimerkkien johtuen siitä, että ne jäy 5 kistetään kemiallisesti niiden ollessa erittäin dehydra- 6

toidussa, ei-turvonneessa tilassa. Vaikkakin esimerkin II

7 . . . mukaiset kuidut jäykistettiin kemiallisesti niiden ollessa 8 dehydratoidussa tilassa, ne eivät painuneet kokoon saman 9 verran kuin esimerkkien I, III, V ja VI mukaiset kuidut, 10 mikä johtui suureksi osaksi pienentyneestä turpoamisesta, 11 joka oli seurauksena siitä, että käytettiin dehydratointia asetonilla ilmakuivauksen sijasta.

> · · 46 94434

Taulukossa III esitetyt tulokset esitetään graafisessa muodossa kuvioissa 4 ja 5. Kuvio 4 esittää isopro-pyylialkoholin (IPA) nesteensiirtokerrointa absorboivan tyynyn kuivatiheyden funktiona. Kuvio 5 esittää graafises-5 ti veden nesteensiirtokerrointa absorboivan tyynyn kuiva-tiheyden funktiona. Kuvioissa 4 ja 5 viivat 20 ja 30 vastaavat ei-käsiteltyä SSK-kuohkeutusmassaa, viivat 22 ja 32 vastaavat esimerkkiä IV, viivat 24 ja 34 vastaavat esimerkkiä II, viivat 26 ja 36 vastaavat esimerkkiä I ja vii-10 va 38 vastaa esimerkkiä V. Esimerkkien VI ja VII kuiduille ei mitattu nesteensiirtokerrointa. Vertailu IPA:11a, joka ei turvota selluloosakuituja, saadun siirtokertoimen ja vedellä, joka turvottaa selluloosakuituja, saadun siirtokertoimen välillä osoittaa, että absorboivan tyynyn nes-15 teensiirtokyky on oleellisesti sama kaikille tyynyille, kun isopropyylialkoholi on siirtynyt neste, mutta eroavaisuudet nesteen siirtymisessä ovat oleellisesti suuremmat tyynyjen välillä, kun siirtynyt neste on vesi. On huomattava, että tyynyillä, jotka on valmistettu kuiduista, 20 joissa on sekä alhaiset ARV-arvot että alhaiset WRV-arvot, esimerkin I ja V kuiduilla oli korkeimmat siirtokerroinar-vot. Viitaten nyt taulukkoon II, voidaan nähdä, että esimerkin I mukaisista kuiduista valmistetuilla tyynyillä oli oleellisesti paremmat kostumisalttiudet, sekä märän tyynyn 25 kimmahtaminen sitä puristettaessa ja sen jälkeen puristuk-“ sesta vapautettaessa kuin tyynyillä, jotka oli valmistettu esimerkin V mukaisista kuiduista. On myös merkittävää, että esimerkkien I ja VI mukaisten kuitujen ARV-arvot (taulukko I) ovat pienemmät kuin esimerkin II mukaisten 30 kuitujen ARV-arvot. Tämä ero johtuu, kuten edellä on esitetty, esimerkkien I ja VI mukaisten kuitujen verkkoutta-misesta ilmalla kuivatussa, oleellisesti dehydratoidussa, ei-turvonneessa tilassa, kun taas esimerkin II mukaiset kuidut verkkoutetaan asetonilla uutetussa, dehydratoidussa 35 tilassa, jolloin turpoamisaste on suhteellisesti korkeampi kuin ilmalla kuivatuilla kuiduilla.

47 94434

Tarkasteltaessa edellä esitettyjä tuloksia ja tulosten käsittelyä, on ynunärrettävä, että esillä olevan keksinnön mukaisia uusia kuituja voidaan käyttää absorboivien rakenteiden valmistamiseen, joilla on samanlainen 5 "penkkikoe"-absorptiokyky ja joustavuusominaisuudet kuin liuoksessa kovetetuilla erillisillä, jäykistetyillä kuiduilla, esimerkiksi sellaisilla kuin esimerkissä II on esitetty, vaikkakin niillä on samanaikaisesti oleellisesti erilaisia rakenteellisia parametreja. Tällaisten kui-10 tujen rakenteellisia eroja voidaan luonnehtia ainakin kahdella eri tavalla: ensinnäkin kierremäärän osalta ja toiseksi kuivassa tilassa jäykistetyn kuidun turpoamismäärän osalta, josta on esitetty esimerkkinä ARV-arvo. Lisäksi on huomattava, että esillä olevan keksinnön mukaisia uusia 15 kuituja voidaan valmistaa kuivaverkkoutusmenetelmillä, jotka ovat oleellisesti taloudellisesti käyttökelpoisempia kuin esimerkin II mukaisten kuitujen valmistukseen käytetty vedettömässä liuoksessa suoritettu kovetusmenetelmä.

Esimerkki IX

20 Valmistetaan tyynyjä esimerkkien I, II, IV, VI ja VII mukaisista kuiduista. Tyynyt valmistetaan sellaisiksi, että niiden tiheys on 0,20 g/cm3 ja suorakulmion mitat ovat 10,16 cm x 10,16 cm. Tyynyt kostutetaan kymmenkertaisiksi niiden alkuperäisestä painosta synteettisellä virt-25 salia, puristetaan paineella, jonka suuruus on 77 g/cm2, • noin 60 sekunnin ajan ja sen jälkeen puristus lopetetaan, niin että tyynyt saattavat esteettömästi laajeta, ja riittävä määrä synteettistä virtsaa lisätään tyynyyn märän tyynyn kokonaispainon saamiseksi kymmenkertaiseksi kuivan 30 kuitumassanpainosta. Tyynyt taivutetaan sen jälkeen kak-. . · sinkerroin, puristetaan paineella, jonka suuruus on 14 g/cm2, 60 sekunnin ajan, tyyny suoristetaan auki ja tutkitaan delaminoitumismerkkien osalta. Tässä käytetty termi delaminoituminen tarkoittaa absorboivassa tyynyssä olevien 35 kuitukerrosten muotoutumista, joka on visuaalisesti huomattavissa paljain silmin. Tyynyille suoritetaan toistu- 48 94434 vasti tämä taitto/puristus-käsittely. Vain kahden taittamisen jälkeen tapahtui esimerkkien IV ja VII mukaisista kuiduista valmistetuissa tyynyissä voimakas delaminoitumi-nen. Esimerkin II mukaisista kuiduista valmistetuissa tyy-5 nyissä tapahtui kahden taittamisen jälkeen vähäisempi, vaikkakin silti havaittavissa oleva delaminoituminen. Esimerkin VI mukaisista kuiduista valmistetuissa tyynyissä näkyi delaminoitumista viiden taittamisen jälkeen. Esimerkin I mukaisista kuiduista valmistetuissa tyynyissä ei 10 kuitenkaan tapahtunut tällaista havaittavissa olevaa de-laminoitumista edes viiden taittamisen jälkeen. Niinpä esimerkissä VIII selostettujen esillä olevan keksinnön mukaisten kuitujen etujen lisäksi esillä olevan keksinnön mukaisista kuiduista valmistetuilla tyynyillä on odotta-15 mattomana lisäetuna parantunut vastustuskyky delaminoitu-mista vastaan. Tämän oivallisen vastustuskyvyn delaminoi-tumista vastaan uskotaan johtuvan esimerkin I mukaisten kuitujen korkeasta kierremäärästä.

. · ·

Claims (10)

94434

1. Selluloosakuituaine, joka käsittää erillisiä, jäykkiä, kiharaisia selluloosakuituja ja verkkoutusainet- 5 ta, tunnettu siitä, että verkkoutusaine on valittu ryhmästä C2-C8-dialdehydit, C2-C8-dialdehydihappoanalo-git, joissa on ainakin yksi aldehydiryhmä, sekä mainittujen dialdehydien ja dialdehydihappoanalogien oligomeerit, että mainitut kuidut on kemiallisesti jäykistetty reak-10 tiolla 0,75 mooli-% - 2,0 mooli-%:n kanssa verkkoutusai-netta, laskettuna selluloosan anhydroglukoosimäärästä, ja että kuiduilla on a) keskimääräinen kuivan kuidun kierreluku vähintään 4,5 kierresolmua millimetriä kohti; 15 b) keskimääräinen märän kuidun kierreluku vähintään 3,0 kierresolmua millimetriä kohti ja keskimääräinen märän kuidun kierreluku vähintään 0,5 kierresolmua millimetriä kohti vähemmän kuin mainittu kuivan kuidun kierreluku; c) keskimääräinen isopropyylialkoholin pidätysarvo 20 pienempi kuin 30 %; ja d) keskimääräinen vedenpidätysarvo välillä 28 - 50 %.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen selluloosakuituaine, tunnettu siitä, että kuitujen keskimääräi- 25 nen kuivan kuidun kiharuuskerroin on vähintään 0,30.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen selluloosa kuituaine, tunnettu siitä, että kuiduilla on keskimääräinen vedenpidätysarvo välillä 35 - 42 %.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen selluloosa-30 kuituaine, tunnettu siitä, että keskimääräinen isopropyylialkoholin pidätysarvo on pienempi kuin 27 %.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen selluloosakuituaine, tunnettu siitä, että keskimääräinen kuivan kuidun kiharuuskerroin on vähintään 0,50, kes- 35 kimääräinen kuivan kuidun kierreluku on vähintään 6 kierresolmua millimetriä ja mainittu keskimääräinen märän kui- . · · 94434 dun kierreluku on vähintään 5 kierresolmua millimetriä kohti ja se on vähintään yksi kierresolmu millimetriä kohti vähemmän kuin mainittu keskimääräinen kuivan kuidun kierreluku.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen sellu- loosakuituaine, tunnettu siitä, että materiaali sisältää glutaarialdehydiä kuitujensisäisenä verkkoutusai-neena.

7. Absorboiva rakenne, tunnettu siitä, 10 että se käsittää jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisten erillisten, jäykkien, kiharaisten selluloosakuitujen muodostamaa massaa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen absorboiva rakenne, tunnettu siitä, että rakenteella on kuivati- 15 heys ja märkävakiotiheys, molemmat laskettuna kuivan kuidun perusteella, ja kuivatiheys on suurempi kuin märkävakiotiheys .

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen absorboiva rakenne, tunnettu siitä, että rakenne sisältää 20 lisäksi polymeeristä geelinmuodostavaa ainetta sekoitettuna ainakin osan kanssa absorboivaa rakennetta.

10. Kertakäyttöinen absorboiva tuote, jossa on nestettä läpäisemätön tausta-arkki, nestettä läpäisevä pääl-lysarkki yhdistettynä mainittuun tausta-arkkiin sekä ab- 25 sorboiva sisusosa sovitettuna mainitun tausta-arkin ja päällysarkin väliin, tunnettu siitä, että absorboiva sisusosa käsittää jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukaisen absorboivan rakenteen. • · Il ; tftit in » I 4=a ; - i 94434 Patenkrav