FI94436C - Menetelmä erillisten, silloitettujen selluloosakuitujen valmistamiseksi - Google Patents

Description

94436

Menetelmä erillisten, silloitettujen selluloosakuitujen valmistamiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää silloitettujen 5 erillisselluloosakuitujen valmistamiseksi. Tarkemmin ilmaistuna tämä keksintö koskee sellaista menetelmää, jolla saavutetaan alentunut jäljelle jäävän silloitusaineen taso, sellaisten kuitujen valmistamiseksi.

Olennaisesti toisistaan erotetussa muodossa sil-10 loitettuja kuituja ja erilaisia menetelmiä sellaisten kuitujen valmistamiseksi on kuvattu alan kirjallisuudessa.

Ilmaus "silloitetut erilliskuidut" tarkoittaa selluloosa-kuituja, jotka sisältävät pääasiallisesti kuidunsisäisiä kemiallisia ristisidoksia. Toisin sanoen ristisidokset 15 ovat pääasiallisesti pikemminkin yksittäisen kuidun sellu-loosamolekyylien välisiä kuin eri kuitujen selluloosamole-kyylien välisiä. Silloitettujen erilliskuitujen katsotaan yleensä soveltuvan käytettäviksi imukykyisissä tuotteissa. Yleisesti ottaen on esitetty kolmeen ryhmään kuuluvia me-20 netelmiä silloitettujen erilliskuitujen valmistamiseksi.

Näistä menetelmistä, joita kuvataan jäljempänä, käytetään tässä nimityksiä 1) kuivasi1loitusmenetelmät, 2) vesi-liuossilloitusmenetelmät ja 3) menetelmät, joissa silloitus tapahtuu olennaisesti vedettömässä liuoksessa. Itse 25 kuidut ja silloitettuja erilliskuituja sisältävät imuky-kyiset rakenteet ovat yleensä ainakin yhden merkittävän imukykyominaisuuden osalta parempia kuin tavanomaiset, silloittamattomat kuidut. Tämä imukyvyn paraneminen ilmaistaan usein imukapasiteetin avulla. Lisäksi silloite-?0 tuista erilliskuiduista valmistetuilla imukykyisillä rakenteilla on yleensä suurempi kimmoisuus märkänä ja kuiva-na kuin silloittamattomista kuiduista valmistetuilla imukykyisillä rakenteilla. Termi "kimmoisuus" tarkoittaa jäljempänä selluloosakuiduista valmistettujen litteiden tyy-35 nyjen kykyä palautua alkuperäiseen laajentuneeseen tilaan- 94436 2 sa puristavan voiman vaikutuksen lakattua. Kimmoisuus kuivana tarkoittaa nimenomaan imukykyisen rakenteen kykyä laajentua siihen kohdistuneen puristavan voiman vaikutuksen lakattua, kun kuidut ovat olennaisesti kuivassa tilas-5 sa. Kimmoisuus märkänä tarkoittaa nimenomaan imukykyisen rakenteen kykyä laajentua siihen kohdistuneen puristavan voiman vaikutuksen lakattua, kun kuidut ovat kostuneessa tilassa. Tämän keksinnön päämäärien ja selityksen yhdenmukaisuuden vuoksi märkäkimmoisuus huomioidaan ja ilmoiteli) taan sellaiselle imukykyiselle rakenteelle, joka on kostunut kyllästymispisteeseensä saakka.

Menetelmiä silloitettujen erilliskuitujen valmistamiseksi kuivasilloitustekniikalla kuvataan US-patenttijulkaisussa 3 224 926 (L. J. Bernardin), joka on julkaistu 15 21.12.1965. Silloitettuja erilliskuituja valmistetaan kyl lästämällä paisutetut kuidut vesiliuoksessa ristisidoksia muodostavalla aineella (silloitusaineella), poistamalla vesi ja defibroimalla kuidut mekaanisesti sekä kuivaamalla kuidut korotetussa lämpötilassa silloittumisen aikaansaa-20 miseksi, samalla kun kuidut ovat olennaisesti toisistaan erotetussa tilassa. Kuidut silloitetaan luonnostaan paisuttamattomassa kokoonpainuneessa tilassa seurauksena siitä, että kuiduista poistetaan vesi ennen silloitusta. Menetelmiä, joista on annettu esimerkkejä US-patenttijul-25 kaisussa 3 224 926 ja joissa ristisidosten muodostuminen aiheutetaan kuitujen ollessa paisuttamattomassa, kokoonpainuneessa tilassa, kutsutaan menetelmiksi "kuivasilloi-tettujen" kuitujen valmistamiseksi. Kuivasilloitetuille kuiduille on ominaista, että niillä on alhainen nesteen-30 pidätysarvo (FRV). US-patenttijulkaisussa 3 440 135 (R.

. Chung), joka on julkaistu 22.4.1969, on ehdotettu kuitujen "· liottamista ristisidoksia muodostavan aineen vesiliuoksessa kuitujen välisten sidosten muodostumisen pienentämiseksi ennen kuivasilloitusprosessin, joka on samanlainen kuin 35 US-patenttijulkaisussa 3 224 926 kuvattu, toteuttamista.

94436 3 Tämän aikaa vievän (edullisesti noin 16 - 48 tuntia kestävän) esikäsittelyn väitetään parantavan tuotteen laatua pienentämällä epätäydellisestä defibroitumisesta seurauksena olevaa kuitunuppusisältöä.

5 Menetelmiä vesiliuoksessa silloitettujen kuitujen valmistamiseksi on esitetty US-patenttijulkaisussa 3 241 553 (F. H. Steiger), joka on julkaistu 22.3.1966. Silloitettuja erilliskuituja valmistetaan silloittamalla kuidut ristisidoksia muodostavaa ainetta ja katalyyttiä sisältä-10 vässä vesiliuoksessa. Tällä tavalla silloitetuista kuiduista käytetään jäljempänä nimitystä "vesiliuoksessa silloitetut" kuidut. Veden selluloosakuituja paisuttavan vaikutuksen vuoksi vesiliuoksessa silloitettavat kuidut silloitetaan kokoonpainumattomassa, paisutetussa tilassa.

15 Kuivasilloitettuihin kuituihin verrattuna vesiliuoksessa silloitetuilla kuiduilla, joita on esitetty US-patentti-julkaisussa 3 241 553, on suurempi joustavuus ja pienempi jäykkyys, ja niille on ominaista suurempi nesteenpidätys-arvo (FRV). Vesiliuoksessa silloitetuista kuiduista val-20 mistetuilla imukykyisillä rakenteilla on pienempi kimmoisuus märkänä ja kuivana kuin kuivasilloitetuista kuiduista valmistetuilla tyynyillä.

US-patenttijulkaisussa 4 035 147 (S. Sangenis, C. Guiroy ja J. Quere), joka on julkaistu 12.7.1977, on 25 esitetty menetelmä silloitettujen erilliskuitujen valmis tamiseksi saattamalla paisuttamattomat kuidut, joista on poistettu vesi, kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen ja katalyytin kanssa olennaisesti vedettömässä liuoksessa, joka sisältää riittämättömästi vettä paisut-30 taakseen kuidut. Ristisidosten muodostuminen tapahtuu kuitujen ollessa tässä olennaisesti vedettömässä liuoksessa.

**' Tämän tyyppisestä menetelmästä käytetään jäljempänä nimitystä "menetelmä, jossa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa" ja sillä tuotetuista kuiduista nimitystä "ve-35 dettömässä liuoksessa silloitetut" kuidut.

94436 4 US-patenttijulkaisussa 4 035 147 esitetyt vedettömässä liuoksessa silloitetut kuidut eivät paisu edes ollessaan pitkään kosketuksissa sellaisten liuosten kanssa, jotka ovat alan ammatti-ihmisten paisutusreagensseina tun-5 temia. Ristisidokset jäykistävät suuresti niitä kuten kui-vasilloitettujakin kuituja, ja niistä valmistetuilla imu-kykyisillä rakenteilla on suhteellisen suuri kimmoisuus märkänä ja kuivana.

Edellä kuvattujen silloitettujen kuitujen uskotaan 10 olevan käyttökelpoisia pienehkön tiheyden omaavissa imuky-kyisissä tuotteissa kuten vaipoissa, ja myös suuremman tiheyden omaavissa imukykyisissä tuotteissa kuten kuukau-tissuojatuotteissa. Sellaiset kuidut eivät ole kuitenkaan tarjonneet riittäviä imukykyetuja, ottaen huomioon niiden 15 haittapuolet ja hinta, tavanomaisiin kuituihin verrattuna, jotta tuloksena olisi ollut huomattava kaupallinen menestys. Silloitettujen kuitujen kaupallinen vetovoima on kärsinyt myös turvallisuushuolien vuoksi. Kirjallisuudessa yleisimmin esitetty ristisidoksia muodostava aine, formal-20 dehydi, ärsyttää ikävä kyllä ihmisihoa, ja siihen on liittynyt muitakin ihmisen turvallisuutta koskevia huolia.

Sekä tekniset että taloudelliset syyt ovat estäneet vapaan formaldehydin määrän alentamisen silloitetussa tuotteessa riittävän alhaiselle tasolle, jotta vältetään ihon ärsytys 25 ja muut huolet, jotka koskevat ihmisen turvallisuutta.

Myös silloitetuissa kuiduissa, jotka on valmistettu muista ristisidoksia muodostavista aineista kuin formaldehydistä, saattaa olla jäljellä ristisidoksia muodostavaa ainetta suurempina määrinä kuin on edullista ihmisihon 30 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 kuidut vedellä silloituksen jälkeen. Tämä menetelmä on te-35 hokas mutta ei alenna jäljellä olevan silloitusaineen mää- 94436 5 rää toivottavalle tasolle. Lisäksi sellaiset silloituksen jälkeiset pesut aiheuttavat välttämättä lisää pääoma- ja käyttökustannuksia, jotka liittyvät kuitujen pesuun ja kuivaukseen.

5 Tämän keksinnön päämääränä on saada aikaan mene telmä silloitettujen erilliskuitujen valmistamiseksi, joissa jäljellä olevan silloitusaineen taso on alhainen, ja jossa menetelmässä laitteisiin liittyvät pääoma- ja käyttökustannukset on minimoitu.

10 On havaittu, että edellä mainittu päämäärä voidaan saavuttaa ja voidaan saada aikaan silloitettuja erillis-kuituja, joissa on jäljellä olevan epästabiilin silloitusaineen taso on alentunut, käyttämällä seuraavaa menetelmää, jolle on tunnusomaista, että 15 a) hankitaan selluloosakuituja ja saatetaan kuidut kosketuksiin vesipitoisessa liuoksessa riittävän määrän kanssa ristisidoksia muodostavaa ainetta, joka valitaan ryhmästä C2_8-dialdehydit, mainittujen dialdehydien happo-analogit sekä mainittujen dialdehydien ja happoanalogien 20 oligomeerit, jotta saadaan reaktion jälkeen 0,5 mooli-% - 3,5 mooli-% ristisidoksia muodostavaa ainetta selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä laskettuna, jolloin mainituille reagoitetuille kuiduille saadaan vedenpidätysarvo 28 - 45; 25 b) kuiduista poistetaan vettä, kunnes sakeus on 30 - 80 paino-% kuitua, ja kuidutetaan kuidut olennaisesti erillismuotoon; c) ilmakuivataan kuidut kun niitä erillistetään, olosuhteissa, joissa vältetään kuitu-kuitu-kosketus, saa- 30 tetaan ristisidoksia muodostava aine reagoimaan kuitujen . kanssa, jolloin muodostuu kuidunsisäisiä ristisidoksia ♦ ’* kuidunvälisten sidosten olennaisesti puuttuessa; ja d) pestään silloitetut kuidut alkalisella liuoksella, jonka pH on suurempi kuin 7 ja joka sisältää aineosan, 35 joka katkoo hemiasetaalisidoksia sen ollessa neutraali 94436 6 asetaalisidoksia kohtaan, jolloin näin vähennetään reagoimattoman ja jäljelle jäävän ristisidoksia muodostavan aineen määrää.

Kuidut pestään edullisesti alkalisella liuoksella, 5 jonka pH on suurempi kuin noin 9. Niinikään edullisesti 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 10 anhydroglukoosimoolimäärästä laskettuna ja mainittujen 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 val-15 mistettu muuten vastaavin silloitusmenetelmin, paitsi että niissä on käytetty täydellisesti valkaistuja kuituja. Tämän keksinnön mukaisista kuiduista valmistetuilla vastaavilla imukykyisillä rakenteilla on paremmat absorptio-ominaisuudet, kimmoisuus märkänä ja reagointi kostumiseen 20 mukaan luettuina.

Monenlaista luonnollista alkuperää olevat sellu-loosakuidut soveltuvat tähän keksintöön. Edullisesti käytetään hyväksi havupuusta, lehtipuusta tai puuvillalintte-ristä saatuja hajotettuja kuituja. Myös espartoheinästä, 2’.S bagassista, kovista karvoista, pellavasta ja muista ligniini- ja selluloosakuitulähteistä saatavia kuituja voidaan käyttää raaka-aineena tässä keksinnössä. Kuidut voidaan hankkia lietteen muodossa, ei-levymäisessä muodossa tai levymäisessä muodossa. Märän tai kuivan märkätaitetun 30 massa-arkin muodossa tai muussa levymäisessä muodossa hankitut kuidut muutetaan edullisesti ei-levymäiseen muotoon * hajottamalla arkki mekaanisesti, edullisesti ennen kuitujen saattamista kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen kanssa. Kuidut hankitaan myös edullisesti märässä tai 35 kostutetussa tilassa. Edullisimmin kuidut ovat koskaan 94436 7 kuivaamattomia kuituja. Kuivan märkätaitetun massa-arkin tapauksessa on edullista kostuttaa kuidut ennen mekaanista hajotusta kuitujen vahingoittumisen minimoimiseksi.

Edullisin tämän keksinnön yhteydessä käytettävä 5 kuitulähde riippuu kulloinkin ajatellusta käyttötarkoituksesta. Massakuidut, jotka on valmistettu kemiallisella massanvalmistusprosessilla, ovat yleensä edullisia. Täydellisesti valkaistut, osittain valkaistut ja valkaisemattomat kuidut ovat käyttökelpoisia. Usein saattaa olla toi-10 vottavaa käyttää valkaistua massaa sen korkeamman valkoi-suusasteen ja enemmän kuluttajaa miellyttävän ulkomuodon vuoksi. Eräässä keksinnön mukaisessa uudessa suoritusmuodossa, jota kuvataan tarkemmin jäljempänä, kuidut valkaistaan osaksi, silloitetaan ja valkaistaan sen jälkeen täy-15 dellisesti. Sellaisiin tuotteisiin kuin paperipyyhkeet ja vaippoihin, terveyssiteisiin, kuukautissuojatuotteisiin ja muihin samankaltaisiin imukykyisiin paperituotteisiin tarkoitettuihin imukykyisiin tyynyihin on erityisen edullista käyttää etelän havupuista valmistetusta massasta saatuja 20 kuituja niiden parempien absorptio-ominaisuuksien vuoksi.

Kehitettyyn menetelmään soveltuvia ristisidoksia muodostavia aineita ovat C2.8-dialdehydit samoin kuin sellaisten dialdehydien happoanalogit, jotka sisältävät ainakin yhden aldehydiryhmän, sekä sellaisten dialdehydien ja 25 niiden happoanalogien oligomeerit. Nämä yhdisteet kykene- • * vät reagoimaan ainakin kahden hydroksyyliryhmän kanssa, jotka sijaitsevat yhdessä selluloosaketjussa tai lähinnä toisiaan olevissa selluloosaketjuissa yhdessä kuidussa. Silloitusaineisiin perehtyneet tietävät, että edellä kuva-30 tut dialdehydisilloitusaineet esiintyvät tai voivat rea-. goida monessa eri muodossa edellä mainitut happoanalogi- • **< ja oligomeerimuodot mukaan luettuina. Kaikkien sellaisten muotojen on tarkoitus kuulua keksinnön piiriin. Tietyllä ristisidoksia muodostavalla aineella tarkoitetaan siis 35 sekä kyseistä ristisidoksia muodostavaa ainetta että sen 94436 8 muita muotoja, joita saattaa esiintyä vesiliuoksessa. Yksittäisiä ristisidoksia muodostavia aineita, joita on mahdollista käyttää keksinnön yhteydessä, ovat glutaraldehy-di, glyoksaali ja glyoksyylihappo. Erityisen edullinen on 5 glutaraldehydi, koska sillä on saatu aikaan kuituja, joi den imukyky ja kimmoisuus ovat korkeinta tasoa, sen uskotaan olevan turvallinen ja ihmisihoa ärsyttämätön reagoineessa, ristisidoksia muodostaneessa tilassa ja se on muodostanut stabiileimpia ristisidoksia. Monoaldehydiyhdis-10 teiden, jotka eivät sisällä lisäksi karboksyyliryhmää, kuten asetaldehydin ja furfuraalin, ei ole todettu saavan aikaan imukykyisiä rakenteita, joiden imukapasiteetti, kimmoisuus ja reagointi kostumiseen olisivat toivottua tasoa.

15 On yllättäen havaittu, että voidaan saavuttaa pa rempi imutyynyn toimintakyky silloitusasteilla, jotka ovat huomattavasti aikaisemmin käytettyjä alempia. Yleensä odottamattoman hyviä tuloksia saavutetaan imutyynyillä, jotka on valmistettu silloitetuista erilliskuiduista, 20 joissa kuitujen kanssa reagoineen ristisidoksia muodostavan aineen määrä on noin 0,5 - 3,5 mol-% selluloosan an-hydroglukoosimoolimäärästä laskettuna.

Ristisidoksia muodostava aine saatetaan edullisesti kosketuksiin kuitujen kanssa nestemäisessä väliaineessa 25 sellaisissa olosuhteissa, että ristisidoksia muodostava aine tunkeutuu erilliskuiturakenteiden sisäosiin. Muutkin menetelmät silloitusainekäsittelyn toteuttamiseksi, kuten kuitujen ruiskutus niiden ollessa toisistaan erotetussa fluffimuodossa, kuuluvat kuitenkin keksinnön piiriin.

30 Yleensä kuidut käsitellään myös sopivalla katalyy- . tiliä ennen silloitusta. Katalyytin tyyppi ja määrä sekä - ** menetelmä, jolla katalyytti saatetaan kosketuksiin kuitujen kanssa, määräytyvät kulloinkin käytettävän silloitus-menetelmän mukaan. Näitä muuttuvia tekijöitä käsitellään 35 yksityiskohtaisemmin jäljempänä.

94436 9 Käsiteltäessä kuituja ristisidoksia muodostavalla aineella ja katalyytillä ristisidoksia muodostava aine reagoi kuitujen kanssa kuitujen välisten sidosten puuttuessa olennaisesti kokonaan, ts. samalla kun kuitujen 5 välinen kontakti säilytetään vähäisenä fluffiksi käsittelemättömiin massakuituihin verrattuna, tai kuidut ovat upotettuina liuokseen, joka ei edistä kuitujen välisten sidosten, erityisesti vetysidosten, muodostumista. Tämä johtaa siihen, että muodostuu ristisidoksia, jotka ovat 10 luonteeltaan kuidunsisäisiä. Näissä olosuhteissa silloi-tusaine reagoi muodostaen ristisidoksia yksittäisen sellu-loosaketjun hydroksyyliryhmien välille tai yksittäisessä selluloosakuidussa lähinnä toisiaan sijaitsevien sellu-loosaketjujen hydroksyyliryhmien välille.

15 Ristisidoksia muodostavan aineen arvellaan reagoi van selluloosan hydroksyyliryhmien kanssa muodostaen hemi-asetaali- ja asetaalisidoksia, joskaan sitä ei ole osoitettu eikä tarkoituksena ole rajoittaa keksinnön piiriä. Asetaalisidosten, joiden uskotaan olevan toivottava, sta-20 biileja ristisidoksia tuottava sidostyyppi, muodostumista edistävät happamat reaktio-olosuhteet. Tästä syystä happo-katalyyttiset silloitusolosuhteet ovat erittäin edulliset tämän keksinnön mukaisiin tarkoituksiin.

Kuidut defibroidaan edullisesti mekaanisesti "fluf-25 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 tunnettuja tai käyvät ilmi jäljempänä. Edullisesti mekaaninen de-30 fibrointi toteutetaan menetelmällä, jossa kuitunuppujen . muodostuminen ja kuitujen vahingoittuminen on mahdollisimman vähäistä. Eräs laitetyyppi, jonka on todettu soveltuvan erityisen hyvin selluloosakuitujen defibrointiin, on kolmivaiheinen fluffinmuodostuslaite, joka on esitetty 35 US-patenttijulkaisussa 3 987 968 (D. R. Moore ja 0. A.

10 94436

Shields), joka on julkaistu 26.10.1976 ja joka sisällytetään täten tähän selitykseen lähdeviittauksena. US-paten-ttijulkaisussa 3 987 968 esitetyssä fluffinmuodostuslait-teessa kosteisiin sellukuituihin kohdistetaan mekaanisen 5 iskun, mekaanisen sekoituksen, ilmasekoituksen ja rajoitetun ilmakuivauksen yhdistelmä olennaisesti kuitunuputtoman fluffin aikaansaamiseksi. Erilliset kuidut ovat antaneet sille suuremman kiharuus- ja kiertymisasteen kuin mitä sellaisissa kuiduissa luonnostaan esiintyy. Tämän lisään-10 tyneen kiharuuden ja kiertymisen arvellaan parantavan viimeistellyistä silloitetuista kuiduista valmistettujen imu-kykyisten rakenteiden kimmoisaa luonnetta.

Muita käyttökelpoisia menetelmiä selluloosakuitu-jen defibroimiseksi ovat käsittely Waring-sekoittimella ja 15 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 irralliseen muotoon on helpompaa.

20 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 - 60 % kosteutta.

25 Kuitujen, joiden konsistenssi on suuri, tai osit tain kuivattujen kuitujen mekaanista jauhamista voidaan myös käyttää hyväksi kuitujen kihartamiseksi tai kiertämiseksi sen kiharuuden tai kiertymisen lisäksi, jonka mekaaninen defibrointi saa aikaan.

30 Tämän keksinnön mukaisesti valmistetuilla kuiduilla ·;· on ainutlaatuisella tavalla yhdistynyt jäykkyys ja kimmoi-« · **- suus, mikä tekee mahdolliseksi sen, että kuiduista valmistetut imukykyiset rakenteet säilyttävät korkean imukyky-tason ja niillä on suuri kimmoisuus sekä kuivan puristetun 35 imukykyisen rakenteen paisumisreagointikyky kostumiseen.

Il Mi liiti IMU » u 94436

Sen lisäksi, että silloitettujen kuitujen silloittumisaste on ilmoitetuissa rajoissa, niille on tunnusomaista, että niiden vedenpidätysarvo (WRV) on pienempi kuin noin 60, edullisesti noin 28 - 45, tavanomaisten kemiallisesti kui-5 dutettujen paperinvalmistuskuitujen ollessa kysymyksessä. Tietyn kuidun WRV antaa viitteitä kuidun silloittumisas-teesta ja paisunta-asteesta silloitushetkellä. Alan ammat-ti-ihmiset tietävät, että mitä paisuneempi kuitu on silloitushetkellä, sitä suurempi WRV on tietyllä silloittu-10 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 pienempi kuin noin 20. Kulloinkin käytettävä silloitus-15 menetelmä vaikuttaa luonnollisesti silloitetun kuidun WRV:hen. Kaikkien menetelmien, jotka johtavat ilmoitetuissa rajoissa olevaan silloittumisasteeseen ja WRV:hen, uskotaan kuuluvan ja niiden on tarkoitus kuulua tämän keksinnön piiriin. Käyttökelpoisia silloitusmenetelmiä ovat 20 yleisesti esitetyt kuivasilloitusmenetelmät ja menetel mät, joissa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa. Eräitä edullisia, tämän keksinnön piiriin kuuluvia kuiva-silloitusmenetelmiä ja menetelmiä, joissa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa, käsitellään yksityiskohtai-25 semmin jäljempänä. Vesiliuossilloitusmenetelmät, joissa liuos aiheuttaa kuitujen voimakkaan paisumisen, tuottavat tulokseksi kuituja, joiden WRV on suurempi kuin noin 60. Näiden kuitujen aikaansaama jäykkyys ja kimmoisuus ovat riittämättömiä tämän keksinnön päämääriä ajatellen.

30 Mitä nimenomaan kuivasilloitusmenetelmiin tulee, . silloitettuja erilliskuituja voidaan valmistaa sellaisella menetelmällä hankkimalla tietty määrä selluloosakuituja, saattamalla kuituliete kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen kanssa, jonka tyyppi ja määrä on esitetty 35 edellä, erottamalla kuidut mekaanisesti, esimerkiksi de- 94436 12 fibroimalla, olennaisesti irralliseen muotoon ja kuivaamalla kuidut sekä saattamalla ristisidoksia muodostava aine reagoimaan kuitujen kanssa katalyytin läsnäollessa, jolloin muodostuu ristisidoksia kuitujen säilyessä samal-5 la olennaisesti irrallisessa muodossa. Defibrointivaiheen, kuivatusvaiheesta riippumatta, uskotaan lisäävän kiharuut-ta. Sen jälkeistä kuivausta seuraa kuitujen kiertyminen kuitujen kihartuneen muodon lisätessä kiertymisastetta. Kuidun "kiharuudella" tarkoitetaan tässä kuidun kaartu-10 mistä pitkittäisakselinsa ympäri. "Kiertymisellä" tarkoitetaan kuidun kiertoa pitkittäisakselinsa kohtisuoran poikkileikkauksen ympäri. Pelkästään esimerkin vuoksi ja aikomatta nimenomaisesti rajoittaa keksinnön piiriä voidaan mainita, että on pantu merkille keksinnön piiriin 15 kuuluvia silloitettuja erilliskuituja, jotka sisältävät keskimäärin noin kuusi kiertymää millimetriä kohden.

Kuitujen säilyttäminen kuivauksen ja silloituksen aikana olennaisesti irrallisessa muodossa mahdollistaa kuitujen kiertymisen kuivauksen aikana ja siten niiden 20 silloittumisen sellaisessa kiertyneessä ja kihartuneessa tilassa. Kuitujen kuivausta sellaisissa olosuhteissa, että ne voivat kiertyä ja kihartua, kutsutaan kuitujen kuivaamiseksi olennaisesti ei-rajoittavissa olosuhteissa. Sitä vastoin kuitujen kuivaus levymäisessä muodossa tuottaa tu-25 lokseksi kuivattuja kuituja, jotka eivät ole kiertyneet ja kihartuneet kuten olennaisesti irrallisessa muodossa kuivatut kuidut. Kuitujen välisten vetysidosten arvellaan "rajoittavan" kuitujen suhteellista kiertymistä ja kihar-tumista.

30 On olemassa monenlaisia menetelmiä, joilla kuidut voidaan saattaa kosketuksiin ristisidoksia muodostavan ai- »· *· neen ja katalyytin kanssa. Eräässä suoritusmuodossa kuidut saatetaan kosketuksiin liuoksen kanssa, joka sisältää alusta alkaen sekä ristisidoksia muodostavaa ainetta että 35 katalyyttiä. Toisessa suoritusmuodossa kuidut saatetaan 94436 13 kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen vesiliuoksen kanssa ja niiden annetaan liota ennen katalyytin lisäystä.

Sen jälkeen lisätään katalyytti. Kolmannessa suoritusmuodossa ristisidoksia muodostava aine ja katalyytti lisätään 5 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 saatetaan kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen ja 10 katalyytin kanssa, selluloosakuituja, ristisidoksia muodostavaa ainetta ja katalyyttiä edullisesti sekoitetaan ja/tai niiden annetaan liota riittävästi, jotta varmistetaan perusteellinen kosketus irrallisten kuitujen kanssa ja niiden kyllästyminen.

15 Yleensä voidaan käyttää hyväksi mitä tahansa sel laista ainetta, joka katalysoi ristisidosten muodostumis-mekanismia. Sopivia katalyyttejä ovat orgaaniset hapot ja happosuolat. Erityisen edullisia katalyyttejä ovat suolat, kuten alumiini-, magnesium-, sinkki- ja kalsiumkloridit, 20 -nitraatit ja -sulfaatit. Eräs erityisesimerkki edullisesta suolasta on sinkkinitraattiheksahydraatti. Muita katalyyttejä ovat hapot kuten rikkihappo, suolahappo sekä muut mineraalihapot ja orgaaniset hapot. Valittua katalyyttiä voidaan käyttää yksinomaisena katalysoivana aineena tai 25 yhteen tai useampaan muuhun katalyyttiin yhdistettynä.

* * Happosuolojen ja orgaanisten happojen yhdistelmien käytön katalyytteinä uskotaan saavan aikaan tehokkaimman silloit-tumisreaktion. Reaktion on havaittu menevän yllättävän hyvin loppuun sinkkinitraattisuolojen ja orgaanisten happo-30 jen, kuten sitruunahapon, muodostamien katalyyttiyhdistel-. mien avulla, ja sellaisten yhdistelmien käyttö on edullista. Mineraalihapot soveltuvat kuitujen pH:n säätöön saatettaessa ne kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen kansa liuoksessa, mutta niitä ei edullisesti käytetä ensi-35 sijaisena katalyyttinä.

14 94436

Edullisin käytettävä määrä ristisidoksia muodostavaa ainetta ja katalysaattoria määräytyy kulloinkin käytettävän ristisidoksia muodostavan aineen, reaktio-olosuhteiden ja kulloisenkin tuotteen tulevan käytön mukaan.

5 Edullisesti käytettävä katalyyttimäärä riippuu luonnollisesti kulloisestakin ristisidoksia muodostavan aineen tyypistä ja määrästä sekä reaktio-olosuhteista, erityisesti lämpötilasta ja pH:sta. Tekniset ja taloudelliset seikat huomioonottaen katalyytin määrä on yleensä 10 edullisesti noin 10 - 60 paino-% selluloosakuituihin lisätystä silloitusainemäärästä. Esimerkiksi siinä tapauksessa, että käytettävä katalyytti on sinkkinitraattiheksahyd-raatti ja ristisidoksia muodostava aine on glutaraldehydi, edullinen katalyytti on noin 30 paino-% lisätystä glutar-15 aldehydimäärästä. Edullisimmin katalyytiksi lisätään myös jotakin orgaanista happoa, kuten sitruunahappoa, noin 5 -30 paino-% glutaraldehydin määrästä. Lisäksi on toivottavaa säätää selluloosakuitulietteen vesiosan tai silloi-tusaineliuoksen pH tavoitearvoon, joka on noin 2-5, 20 edullisemmin noin 2,5 - 3,5, ristisidoksia muodostavan aineen ja kuitujen välisen kosketuksen aikana.

Selluloosakuiduista tulisi yleensä poistaa vettä ja mahdollisesti ne tulisi kuivata. Sopiva ja edullisin kon-sistenssi vaihtelee sen mukaan, minkä tyyppistä fluffin-25 muodostuslaitetta käytetään. Edullisissa suoritusmuodoissa kuiduista poistetaan vettä ja ne optimaalisesti kuivataan niin, että konsistenssiksi tulee noin 30 - 80 %. Edullisemmin kuiduista poistetaan vettä ja niitä kuivataan niin, että konsistenssiksi tulee noin 40 - 60 %. Kuitujen kui-30 vaus näissä edullisissa rajoissa olevaan kosteuspitoisuu- . ; teen helpottaa yleensä kuitujen defibrointia erillismuo- - ϊ toon ilman liiallista kuitunuppujen muodostumista, mikä liittyy suurempiin kosteuspitoisuuksiin, ja ilman kuitujen suurta vahingoittumista, mikä liittyy pienempiin kosteus-3b pitoisuuksiin.

<1 ItIN tila*!· ! 94436 15

Veden poisto voidaan toteuttaa esimerkiksi sellaisin menetelmin kuin massan mekaaninen puristus, sentrifu-gointi ja ilmakuivaus. Lisäkuivaus toteutetaan edullisesti menetelmin, jotka tunnetaan alalla ilmakuivauksena tai 5 hiutalekuivauksena, sellaisissa olosuhteissa, että korkean lämpötilan pitkäaikainen hyväksikäyttö ei ole tarpeen. Liian korkea lämpötila prosessin tässä vaiheessa saattaa johtaa silloittumisen ennenaikaiseen käynnistymiseen. Noin 160 eC:tta korkeampia lämpötiloja ei edullisesti ylläpide-10 tä 2 - 3 sekuntia pitempään. Mekaaninen defibrointi toteutetaan edellä kuvatulla tavalla.

Defibroidut kuidut kuumennetaan sitten sopivaan lämpötilaan riittävän pitkäksi ajaksi, jotta ristisidoksia muodostava aine saadaan kovettumaan, ts. reagoimaan sellu-15 loosakuitujen kanssa. Silloittumisnopeus ja -aste riippuvat kuitujen kuivuudesta, lämpötilasta, katalyytin ja ristisidoksia muodostavan aineen määrästä ja tyypistä sekä silloitusta tehtäessä kuitujen kuumentamiseen ja/tai kuivaukseen käytettävästä menetelmästä. Kuitujen, joilla on 20 määrätty alkukosteuspitoisuus, silloittuminen tietyssä lämpötilassa tapahtuu suuremmalla nopeudella, kun siihen liittyy jatkuva kuivaus ilmaa läpipuhaltamalla, kuin kui-vauksen/kuumennuksen tapahtuessa staattisessa uunissa.

Alan ammatti-ihmiset tietävät, että ristisidoksia muodos-25 tavan aineen kovetuksessa lämpötila ja aika voivat riippua toisistaan monella tavalla. Tavanomaiset paperin kuivauksessa käytettävät lämpötilat (esim. noin 50 - 65 °C) noin 30 - 60 minuutin jakson ajan staattisissa ilmakehäolosuh-teissa tuottavat yleensä tulokseksi riittävän tehokkaan 30 kovettumisen kuitujen kosteuspitoisuuden ollessa pienempi .' kuin noin 5 %. Alan ammatti-ihmiset käsittävät myös, että * korkeammat lämpötilat Ja ilmavirtaus lyhentävät kovettumiseen vaadittavaa aikaa. Kovetuslämpötila pidetään kuitenkin edullisesti noin 160 eC:n alapuolella, koska sellai-35 sissa noin 160 °C:n ylittävissä lämpötiloissa kuidut saattavat kellastua tai vaurioitua muulla tavoin.

94436 16

Maksimaalinen silloittumisaste saavutetaan kuitujen ollessa oleellisesti kuivia (niiden sisältäessä vähemmän kuin noin 5 % kosteutta). Tämän veden puuttumisen johdosta kuidut silloitetaan olennaisesti paisumattomassa, kokoon- 5 painuneessa tilassa. Sen seurauksena niille on ominaista alhainen nesteenpidätysarvo (FRV) tähän keksintöön soveltuviin arvoihin verrattuna. FRV tarkoittaa sitä kuivien kuitujen pohjalta laskettua nestemäärää, joka säilyy kui-tunäytteeseen imeytyneenä sen jälkeen, kun näytettä on 10 liotettu ja sen jälkeen sentrifugoitu kuitujen välisen nesteen poistamiseksi. (Jäljempänä FRV määritellään tarkemmin ja esitetään menetelmä sen määrittämiseksi.) Se nestemäärä, jonka silloittuneet kuidut pystyvät imemään, riippuu niiden kyvystä paisua kyllästyessään eli toisin 15 sanoen niiden sisäläpimitasta tai tilavuudesta paisutettaessa ne maksimiinsa. Tämä puolestaan riippuu silloittu-misasteesta. Kuidun ja menetelmän säilyessä muuttumattomana kuidun FRV pienenee, kunnes kuitu ei paisu lainkaan kostuessaan, kuidunsisäisen silloittumisasteen kohotessa.

20 Kuidun FRV-arvo kuvaa siis rakenteellisesti kuidun fysikaalista tilaa kuidun kyllästymispisteessä. Ellei toisin ole nimenomaan mainittu, tässä esitettävät FRV-tiedot ilmoitetaan kuitujen vedenpidätysarvoina (WRV). Määrityksessä nesteväliaineena voidaan edullisesti käyttää muita-25 kin nesteitä, kuten suolavettä ja synteettistä virtsaa. Tietyn kuidun, joka on silloitettu menetelmin, joissa kovettuminen riippuu suuresti kuivauksesta, kuten esimerkiksi tämän keksinnön mukaisella menetelmällä, FRV riippuu yleensä pääasiallisesti ristisidoksia muodostavasta ai-30 neesta ja silloittumisasteesta. Kuitujen, jotka on silloitettu tällä 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 si-35 sältävät noin 0,5 - 2,5 mol-% kuitujen kanssa reagoinutta 94436 17 glutaraldehydiä selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä laskettuna, WRV:n on havaittu vastaavasti vaihtelevan noin 40:stä noin 28:aan. Valkaisuasteen ja silloituksen jälkeisten valkaisuvaiheiden käytön on todettu vaikuttavan 5 WRV:hen. Tätä vaikutusta tarkastellaan yksityiskohtaisemmin jäljempänä. Etelän havupuusta saatujen kraftkuitujen (SSK-kuitujen), jotka on valmistettu ennen tätä keksintöä tunnetuin kuivasilloitusmenetelmin, silloittumisaste on tässä esitettyä korkeampi ja niiden WRV on pienempi kuin 10 noin 25. Kuten aikaisemmin on mainittu, sellaisten kuitujen on todettu olevan liian jäykkiä ja niillä on todettu olevan pienempi imukapasiteetti kuin tämän keksinnön mukaisilla kuiduilla.

Eräässä toisessa menetelmässä silloitettujen eril-15 liskuitujen valmistamiseksi kuivasilloitusmenetelmällä selluloosakuidut saatetaan kosketuksiin liuoksen kanssa, joka sisältää edellä esitetyn kaltaista ristisidoksia muodostavaa ainetta. Kuidut järjestetään levymäiseen muotoon joko ennen niiden saattamista kosketuksiin ristisidoksia 20 muodostavan aineen kanssa tai sen jälkeen. Ristisidoksia muodostavaa ainetta sisältävä liuos sisältää edullisesti myös jotakin kuivasilloitusmenetelmiin soveltuvaa katalyyttiä, jollaisia on myös esitetty edellä. Levymäisessä muodossa olevat kuidut kuivataan ja silloitetaan edulli-25 sesti kuumentamalla ne noin 120 - 160 eC:n lämpötilaan.

- '** Silloituksen jälkeen kuidut erotetaan mekaanisesti olen naisesti irralliseen muotoon. Tämä toteutetaan edullisesti käsittelemällä kuidut fluffinmuodostuslaitteella, kuten esimerkiksi laitteella, joka on esitetty US-patenttijul-30 kaisussa 3 987 968, tai se voidaan toteuttaa muilla alalla mahdollisesti tunnetuilla kuitujen defibrointimenetelmil- - : lä. Tällä levysilloitusmenetelmällä valmistetut silloite tut erilliskuidut käsitellään riittävällä määrällä risti-sidoksia muodostavaa ainetta, jotta kuitujen kanssa, kui-35 dunsisäisiä ristisidoksia muodostaen, reagoiva silloitus- 94436 18 ainemäärä on noin 0,5 - 3,5 mol-% selluloosan anhydroglu-koosimoolimäärästä laskettuna ja defibroinnin jälkeen mitattuna. Toinen seuraus kuitujen kuivaamisesta ja silloit-tamisesta levymäisessä muodossa on se, että kuitujen väli-5 nen sitoutuminen estää kuitujen kiertymisen ja kihartumi-sen lisäkuivauksen myötä. Verrattuna silloitettuihin eril-liskuituihin, jotka on valmistettu menetelmällä, jossa kuidut kuivataan olennaisesti ei-rajoittavissa olosuhteissa ja silloitetaan sen jälkeen kiertyneessä ja kihartu-10 neessa muodossa, olisi odotettavissa, että imukykyisillä rakenteilla, jotka on valmistettu edellä kuvatulla levyko-vetusmenetelmällä valmistetuista suhteellisen kiertymättö-mistä kuiduista, on pienempi kimmoisuus märkänä ja heikompi kyky reagoida kuivan imukykyisen rakenteen kostumiseen.

15 Toisen ryhmän silloitusmenetelmiä, joita voidaan soveltaa tähän keksintöön, muodostavat silloitusmenetel-mät, joissa kovetus tapahtuu vedettömässä liuoksessa. Samat kuitutyypit, jotka soveltuvat kuivasilloitusmenetel-miin, ovat käyttökelpoisia vedettömässä liuoksessa silloi-20 tettujen kuitujen valmistuksessa. Kuidut käsitellään riittävällä määrällä ristisidoksia muodostavaa ainetta, jotta kuitujen kanssa reagoiva silloitusainemäärä on noin 0,5 - 3,5 mol-% mainitun silloittumisreaktion jälkeen laskettuna, ja sopivalla katalyytillä. Silloitusaine saatetaan 25 reagoimaan kuitujen ollessa upotettuina liuokseen, joka ei • aiheuta kuitujen olennaista paisumista. Kuidut voivat kui tenkin sisältää jopa noin 30 % vettä tai olla silloitus-liuoksessa muulla tavoin siinä määrin paisutettuja, että ne vastaavat kuituja, joiden kosteuspitoisuus on noin 30 30 %. Sellaisten osittain paisutettujen kuitujen muodon on todettu tarjoavan odottamattomia lisäetuja, joita käsitel- • · lään tarkemmin jäljempänä. Silloitusliuos sisältää vedetöntä, veteen sekoittuvaa, polaarista laimennusainetta, kuten etikkahappoa, propaanihappoa tai asetonia, mutta 35 sopivat laimennusaineet eivät rajoitu näihin. Edullisia 94436 19 katalyyttejä ovat mineraalihapot kuten rikkihappo ja halo-geenihapot kuten suolahappo. Muita käyttökelpoisia katalyyttejä ovat mineraalihappojen ja halogeenihappojen suolat, orgaaniset hapot ja niiden suolat. Silloitusväliai-5 neina käytettäviksi soveltuviin silloitusliuossysteemeihin kuuluvat myös systeemit, jotka on esitetty US-patenttijulkaisussa 4 035 147 (S. Sangenis, G. Guiroy ja J. Quere), joka on julkaistu 12.7.1977 ja joka sisällytetään täten tähän selitykseen lähdeviittauksena. Silloitusliuos voi 10 sisältää jonkin verran vettä tai muuta kuituja paisuttavaa nestettä vesimäärän ollessa kuitenkin riittämätön saamaan aikaan sellaista paisumista, joka vastaa massakuitujen, joiden konsistenssi on 70 % (vesipitoisuus 30 %), paisumista. Silloitusliuoksen vesipitoisuus on edullisesti pie-15 nempi kuin noin 10 % liuoksen kokonaistilavuudesta, ottamatta huomioon kuituja. Tätä suuremmat vesimäärät silloi-tusliuoksessa alentavat silloituksen tehokkuutta ja sil-loittumisnopeutta.

Ristisidoksia muodostavan aineen imeyttäminen kui-20 tuihin voidaan toteuttaa itse silloitusliuoksessa tai esi-käsittelyvaiheessa, jollaisiin kuuluu kuitujen kyllästäminen joko silloitusainetta sisältävällä vesiliuoksella tai vedettömällä liuoksella, mutta sopivat esikäsittelyvaiheet eivät rajoitu näihin. Edullisesti kuidut defibroidaan me-25 kaanisesti irralliseen muotoon. Tämä mekaaninen käsittely ** voidaan toteuttaa menetelmin, joita on esitetty aikaisemmin fluffin muodostamiseen kuiduista edellä kuvatun kuiva-silloitusmenetelmän yhteydessä.

On erityisen edullista sisällyttää fluffin valmis-30 tukseen mekaaninen käsittely, joka saa kosteat selluloosa-kuidut omaksumaan sellaisen kiertyneen ja kihartuneen ti-** lan, joka ylittää sen mahdollisen kiertymisen ja kiharuu-den, joka on kuitujen luonnollinen tila. Tämä voidaan toteuttaa hankkimalla alun perin fluffin muodostusta varten 35 kosteita kuituja, käsittelemällä ne mekaanisesti, esimer- 94436 20 kiksi edellä kuvatuin menetelmin, kuitujen defibroimisek-si olennaisesti irralliseen muotoon ja kuivaamalla kuidut ainakin osittain.

Kuituihin aikaansaadun kiharuuden ja kiertymisen 5 suhteellinen määrä riippuu osaksi kuitujen kosteuspitoisuudesta. Kuitujen arvellaan, keksinnön piiriä rajoittamatta, kiertyvän luonnostaan sellaisissa olosuhteissa suoritettavassa kuivauksessa, joissa kuitujen välinen kosketus on vähäinen, ts. kuitujen ollessa toisistaan erotetus-10 sa muodossa. Kosteiden kuitujen mekaaninen käsittely aiheuttaa myös aluksi kuitujen kihartumista. Kun kuidut sen jälkeen kuivataan kokonaan tai osittain olennaisesti ei-rajoittavissa olosuhteissa, ne kiertyvät mekaanisesti aikaansaadun lisäkiharuuden kohottaessa kiertymisastetta.

15 Vaiheissa fluffin muodostamiseksi defibroimalla käytetään edullisesti suuren konsistenssin omaavaa kosteata massaa eli massaa, josta on poistettu vettä niin, että kuitukon-sistenssiksi on tullut noin 45 - 55 % (ennen defibroinnin aloittamista määritettynä).

20 Defibroinnin jälkeen kuidut tulisi kuivata niin, että niiden kosteuspitoisuudeksi tulee noin 0 - 30 %, ennen kuin kuidut saatetaan kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa, ellei defibrointivaihe ole jo tuottanut tulokseksi kuituja, joiden kosteuspitoisuus on mainittujen rajo-25 jen sisällä. Kuivausvaihe tulisi toteuttaa kuitujen olles-- ·· sa olennaisesti ei-rajoittavissa olosuhteissa. Kuitujen välinen kosketus tulisi toisin sanoen minimoida, jotta kuitujen luontainen kiertyminen kuivauksen aikana ei esty.

Sekä ilmakuivaus- että hiutalekuivausmenetelmät soveltuvat 30 tähän tarkoitukseen.

Toisistaan erotetut kuidut saatetaan seuraavaksi • · · ·· kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa, joka sisältää veteen sekoittuvaa vedetöntä laimennusainetta, ristisidoksia muodostavaa ainetta ja katalyyttiä. Silloitusliuos voi 35 sisältää rajoitetun määrän vettä. Silloitusliuoksen vesi- 21 94436' pitoisuuden tulisi olla pienempi kuin noin 18 %, edullisesti pienempi kuin noin 9 %.

Kuitukimppu, jota ei ole mekaanisesti defibroitu, voidaan myös saattaa kosketuksiin edellä esitetyn siilo!-5 tusliuoksen kanssa.

Käytettävät silloitusaine- ja happokatalyyttimäärät riippuvat sellaisista reaktio-olosuhteista kuin konsis-tenssi, lämpötila, siilo!tusliuoksen ja kuitujen vesipitoisuus sekä silloitusliuoksen sisältämän ristisidoksia 10 muodostavan aineen ja lalmennusaineen tyyppi, ja halutusta silloittumisasteesta. Käytettävä siilo!tusainemäärä on edullisesti noin 0,2 - 10 paino-% koko silloitusliuoksen massasta, ottamatta huomioon kuituja. Happokatalyytin edullinen pitoisuus riippuu lisäksi katalyytin happamuu-15 desta silloitusliuoksessa. Yleensä voidaan saavuttaa hyviä tuloksia katalyyttipitoisuuden ollessa noin 0,3-5 paino-% (silloitusliuoksen massasta ilman kuituja) silloi-tusliuoksissa, jotka sisältävät laimennusaineena etikka-happoa, glutaraldehydiä edullisina pitoisuuksina ja rajoi-20 tetun määrän vettä. Kuituja ja silloitusliuosta sisältävät lietteet, joiden kuitukonsistenssi on pienempi kuin noin 10 paino-%, ovat edullisia silloitukseen edellä esitettyjä silloitusliuoksia käyttäen.

Silloitusreaktio voidaan toteuttaa ympäristön läm-25 pötilassa tai, reaktionopeuden kohottamiseksi, korotetussa *’ lämpötilassa, joka on edullisesti alempi kuin noin 40 °C.

On olemassa monenlaisia menetelmiä, joilla kuidut voidaan saattaa kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa ja silloittaa siinä. Eräässä suoritusmuodossa kuidut saate- 3C taan kosketuksiin liuoksen kanssa, joka sisältää alusta . alkaen sekä ristisidoksia muodostavaa ainetta että happo-• · katalyyttiä. Kuitujen annetaan liota silloitusliuoksessa, jona aikana tapahtuu ristisidosten muodostuminen. Toisessa suoritusmuodossa kuidut saatetaan kosketuksiin laimennus-35 aineen kanssa ja niiden annetaan liota ennen happokatalyy- 94436 22 tin lisäystä. Sen jälkeen lisätään happokatalyyttiä, jolloin alkaa ristisidosten muodostuminen. Muut menetelmät tässä esitettyjen lisäksi ovat selviä alan ammatti-ihmisille, ja niiden on tarkoitus kuulua tämän keksinnön pii-5 riin.

Ristisidoksia muodostava aine ja silloitusolosuh-teet valitaan edullisesti niin, että ne edistävät kuidun-sisäisten ristisidosten muodostumista. Silloittumisreak-tion on siis edullista tapahtua pääosiltaan sen jälkeen, 10 kun ristisidoksia muodostava aine on ehtinyt tunkeutua kuitujen sisään. Reaktio-olosuhteet valitaan edullisesti sellaisiksi, että vältetään välitön ristisidosten muodostuminen, ellei ristisidoksia muodostava aine ole jo tunkeutunut kuitujen sisään. Noin 30 minuutin reaktioajat, 15 jona aikana silloittuminen menee olennaisesti loppuun, ovat edullisia. Pitempien reaktioaikojen uskotaan tuottavan ainoastaan mitätöntä etua kuitujen ominaisuuksia ajatellen. Sekä lyhyempien aikojen, jokseenkin välitön ristisidosten muodostuminen mukaan luettuna, että pitempien 20 aikojen on kuitenkin tarkoitus kuulua tämän keksinnön piiriin.

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

25 Silloitusvaiheen jälkeen kuiduista valutetaan nes te ja ne pestään. Pesuvaiheessa on edullista lisätä riittävästi jotakin emäksistä ainetta, kuten natriumhydroksi-dia, massassa mahdollisesti jäljellä olevan hapon neutra-loimiseksi. Pesun jälkeen kuiduista poistetaan neste ja ne 30 kuivataan täydellisesti. Edullisesti kuidut defibroidaan . mekaanisesti toiseen kertaan, joka toinen defibrointivaihe *· saa silloitetut kuidut kihartumaan, esimerkiksi niistä muodostetaan fluffia defibroimalla, nesteenpoisto- ja kui-vausvaiheen välissä. Kuivattaessa kuitujen kihara tila 35 lisää kiertymistä, kuten aikaisemmin on esitetty ennen 94436 23 kuitujen saattamista kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa toteutettavan kiharruskäsittelyn yhteydessä. Samat laitteet ja menetelmät, joita on kuvattu ensimmäisen mekaanisen defibrointivaiheen yhteydessä, kiertymisen ja kihartu-5 misen aikaansaamiseksi ovat käyttökelpoisia tässä toisessa mekaanisessa defibrointivaiheessa. Tässä käytettynä ilmaus "defibrointi" tarkoittaa mitä tahansa menettelytapaa, jota voidaan käyttää kuitujen erottamiseen mekaanisesti olennaisesti irralliseen muotoon, joskin kuidut voidaan hank-10 kiakin jo sellaisessa muodossa. "Defibrointi" tarkoittaa sen vuoksi mekaanista käsittelyvaihetta, joka a) erottaa kuidut olennaisesti irralliseen muotoon, elleivät ne jo ole sellaisessa muodossa, ja b) saa aikaan kuitujen kihar-tumisen ja kiertymisen kuivauksessa.

15 Tämän toisen defibrointikäsittelyn, joka seuraa kuitujen silloituksen jälkeen, on havaittu lisäävän massan kiertynyttä ja kihartunutta luonnetta. Tämä kuitujen kiertyneen ja kihartuneen rakenteen lisääntyminen johtaa imu-kyky is ten rakenteiden suurempaan kimmoisuuteen ja siihen, 20 että ne reagoivat paremmin kostumiseen. Toista defibroin-tikäsittelyä voidaan soveltaa kaikkiin tässä kuvattuihin silloitettuihin kuituihin, jotka ovat kosteassa tilassa. Menetelmän, jossa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa, erityisetuna on kuitenkin se, että toinen defib-.25 rointivaihe on mahdollinen sen edellyttämättä välttämättä * *' lisäkuivausvaihetta. Tämä johtuu siitä, että liuos, jossa kuidut silloitetaan, pitää kuidut joustavina ristisidosten muodostumisen jälkeen aiheuttamatta kuitenkaan kuitujen ei-toivottua voimakasta paisumista.

3G Lisäksi on yllättäen havaittu, että voidaan saavut- taa imukykyisten rakenteiden suurempi paisuminen puristet-tujen tyynyjen kostuessa rakenteiden ollessa valmistettu kuiduista, jotka on silloitettu kiertyneessä mutta osaksi paisuneessa tilassa, kuin kuiduista, jotka on kuivattu 35 täysin vedestä ennen silloitusta.

24 94436

Aikaisempaa parempia tuloksia saavutetaan silloitetuilla erilliskuiduilla, jotka on kuivattu suunnilleen 18 - 30 %:n vesipitoisuuteen ennen kuitujen saattamista kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa. Kun kuitu on kui- 5 vattu täydellisesti ennen sen saattamista kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa, se on paisumattomassa, kokoon-painuneessa tilassa. Kuitu ei paisu joutuessaan kosketuksiin silloitusliuoksen kanssa liuoksen alhaisen vesipitoisuuden vuoksi. Kuten aikaisemmin on mainittu, ratkaisevan 10 tärkeätä silloitusliuoksessa on se, että se ei aiheuta kuitujen olennaista paisumista. Silloitusliuoksen laimen-nusaineen kuitenkin imeytyessä jo paisuneeseen kuituun kuitu itse asiassa "kuivuu" vedestä mutta säilyy aikaisemmassa, osaksi paisuneessa tilassaan.

15 Mitä kuidun paisumisasteeseen tulee, on taas käy tännöllistä viitata kuidun nesteenpidätysarvoon (FRV) silloituksen jälkeen. Kuiduilla, jotka on silloitettu paisuneessa tilassa, on suurempi FRV kuin kuiduilla, jotka on silloitettu vähemmän paisuneessa tilassa, kaikkien muiden 20 tekijöiden ollessa samoja. Arvellaan, keksinnön piiriä rajoittamatta, että osaksi paisuneilla silloitetuilla kuiduilla, joilla on kohonnut FRV, on suurempi kimmoisuus märkänä ja parempi reagointikyky kostumiseen kuin kuiduilla, jotka on silloitettu paisumattomassa tilassa. Kuidut, 25 joilla on tämä suurentunut kimmoisuus märkänä ja parempi reagointikyky kostumiseen, pystyvät paisumaan ja kostuneina purkamaan kiertyneisyytensä helpommin yrittäessään palautua luonnolliseen tilaansa. Siilo!ttumisen aikaansaaman jäykkyyden johdosta kuidut pystyvät kuitenkin tarjoa-30 maan vielä rakenteellisen tuen kuiduista valmistetulle kyllästetylle tyynylle. Osaksi paisuneisiin silloitettui- 4 V hin kuituihin liittyvät numeeriset FRV-arvot, jotka on esitetty tässä, ovat vedenpidätysarvoja (WRV). WRV:n kohotessa noin 60:ta suuremmaksi kuitujen jäykkyyden arvellaan 35 käyvän riittämättömäksi tarjotakseen sellaisen kimmoisuu- IB . Ml··» MB* I II· 44 · r 94436 25 den märkänä ja reagointikyvyn kostumiseen, jotka ovat toivottavia kyllästetyn imukykyisen rakenteen tukemisen kannalta.

Eräässä vaihtoehtoisessa menetelmässä kuitujen sil-5 loittamiseksi liuoksessa kuituja liotetaan ensin vesi- liuoksessa tai muussa kuidut paisuttavassa liuoksessa, niistä poistetaan neste ja ne kuivataan halutussa määrin, ja sen jälkeen ne upotetaan veteen sekoittuvaan silloitus-liuokseen, joka sisältää edellä esitetyn kaltaista kata-10 lyyttiä ja ristisidoksia muodostavaa ainetta. Nesteen poiston jälkeen ja ennen lisäkuivausta kuidut edullisesti defibroidaan mekaanisesti fluffin muotoon edellä kuvattujen lisääntyneen kiertyrnisen ja kiharuuden tarjoamien etujen saavuttamiseksi. Mekaaninen defibrointi sen jäl-15 keen, kun kuidut on saatettu kosketuksiin ristisidoksia muodostavan aineen kanssa, on vähemmän toivottavaa, koska sellainen defibrointi haihduttaisi ristisidoksia muodostavan aineen ja johtaisi siten mahdollisesti ristisidoksia muodostavan aineen aiheuttamaan ilmakehän saastumiseen tai 20 suuriin ilmankäsittelyinvestointeihin ristisidoksia muodostavan aineen vuoksi.

Eräässä juuri edellä kuvatun menetelmän muunnelmassa kuidut defibroidaan ja sitten esiliotetaan väkevässä liuoksessa, joka sisältää ristisidoksia muodostavaa ainet-25 ta ja kuituja paisuttavaa laimennusainetta, edullisesti vettä. Ristisidoksia muodostavan aineen pitoisuus on riittävän suuri, jotta se estää veden aiheuttaman kuitujen paisumisen. Keksinnön mukaisten silloitusaineiden, edullisesti glutaraldehydin, 50 paino-%:isten vesiliuosten on oG todettu olevan sopivia liuoksia kuitujen esiliottamiseen.

, Esiliotetuista kuiduista poistetaan neste ja ne upotetaan • 4 silloitusliuokseen, joka sisältää veteen sekoittuvaa polaarista laimennusainetta, katalyyttiä ja rajoitetun määrän vettä, ja sen jälkeen ne silloitetaan edellä kuvatulla 35 tavalla. Silloitetuista kuiduista voidaan poistaa neste ja 94436 26 ne voidaan defibroida mekaanisesti toiseen kertaan ennen jatkokäsittelemistä levyksi tai imukykyiseksi rakenteeksi, jotka nesteenpoisto ja defibrointi toteutetaan myös edellä esitetyllä tavalla.

5 Kuitujen esiliottaminen ristisidoksia muodostavan aineen kanssa vesiliuoksessa, ennen kuin ristisidoksia muodostava aine saatetaan reagoimaan, antaa silloitetuista kuiduista valmistetuille ilmatyynyille odottamattoman hyvät absorptio-ominaisuudet jopa verrattuina tyynyihin, jotka 10 on valmistettu edellä esitetyin menetelmin, joissa kovetus tapahtuu vedettömässä liuoksessa, silloitetuista kuiduista esiliottamatta kuituja ristisidoksia muodostavaa ainetta sisältävässä liuoksessa.

Silloitetut kuidut, joita muodostuu edellä esitet-15 tyjen kuivasilloitusprosessien ja prosessien, joissa silloitus tapahtuu vedettömässä liuoksessa, tuloksena, ovat tämän keksinnön mukaisia tuotteita. Tämän keksinnön mukaisia silloitettuja kuituja voidaan käyttää suoraan ilmaker-rostettujen imukykyisten sisusosien valmistukseen. Jäykän 20 ja kimmoisan luonteensa vuoksi silloitetut kuidut voidaan lisäksi märkäkerrostaa tiivistämättömäksi levyksi, jonka tiheys on pieni ja joka on, sen jälkeen kun se on kuivattu, suoraan ilman mekaanista jatkokäsittelyä käyttökelpoinen imukykyisenä sisusosana. Silloitetut kuidut voidaan 25 märkäkerrostaa myös myytäviksi tai kauas kuljetettaviksi tarkoitetuiksi tiiviiksi massalevyiksi.

Kun valmistetaan silloitettuja erilliskuituja, ne voidaan kuivakerrostaa ja muovata suoraan imukykyisiksi rakenteiksi tai märkäkerrostaa ja muovata imukykyisiksi 30 rakenteiksi tai tiiviiksi massalevyiksi. Tämän keksinnön mukaiset kuidut tarjoavat joukon merkittäviä toimintaetu-·' ja. Sellaisista kuiduista on kuitenkin vaikeata muodostaa tasaisia märkäkerrostettuja levyjä tavanomaista märkälevy-jen muodostuskäytäntöä noudattaen. Tämä johtuu silloitet-35 tujen erilliskuitujen nopeasta flokkuloitumisesta liuok- 27 94436 sessa. Sellainen flokkuloituminen voi tapahtua sekä perä-laatikossa että reikäiselle muodostusviiralle kerrostettaessa. Yritysten muodostaa silloitetuista erilliskuiduis-ta arkkeja menetelmin, joilla massasta tavanomaisesti muo-5 dostetaan arkkeja, on todettu johtavan suureen määrään flokkuloituneiden kuitujen muodostamia kasautumia. Tämä johtuu kuitujen jäykästä kiertyneestä luonteesta, kuitujen välisten sidosten vähäisestä määrästä ja arkinmuodos-tusviiralle kerrostettujen kuitujen suuresta suotautuvuu-10 desta. Sen vuoksi tunnetaan suurta kaupallista huolta siitä, että pitäisi saada aikaan käyttökelpoinen menetelmä levyjen muodostamiseksi silloitetuista erilliskuiduista, jolla menetelmällä voidaan muodostaa märkäkerrostettuja imukykyisiä rakenteita ja tiiviitä, kuljetettaviksi ja sen 15 jälkeen defibroitaviksi tarkoitettuja massa-arkkeja.

Niinpä on kehitetty uusi menetelmä levyn muodostamiseksi silloitetuista erilliskuiduista, jotka pyrkivät flokkuloitumaan liuoksessa, jossa menetelmässä silloitettuja erilliskuituja sisältävä liete kerrostetaan ensin 20 reikäiselle muodostusviiralle, kuten tasoviirakoneen vii ralle, samalla tavalla kuin tavanomaisissa menetelmissä arkkien muodostamiseksi massasta. Silloitettu erilliskui-tu-luonteensa vuoksi nämä kuidut kerrostuvat viiralle suurena määränä kuitukasautumia. Kerrostettuihin kasautunei-25 siin kuituihin kohdistetaan ainakin yksi nestevirta, edullisesti vesivirta. Edullisesti muodostusviiralle kerrostettuihin kuituihin suunnataan sarja suihkuja niin, että toisiaan seuraavilla suihkuilla on pienenevä tilavuusvir-tausnopeus. Suihkuilla tulisi olla riittävä nopeus, jotta 30 nesteen iskeytyminen kuituihin estää kuitujen flokkuloitu-mista ja hajottaa jo muodostuneet kuituflokit. Kuitujen -* tasausvaihe on edullista toteuttaa sylinterimäisellä viiralla, kuten viirarullalla, tai jollakin muulla vastaavalla tavalla toimivalla laitteella, joka on alalla tunnettu 35 tai mahdollisesti tulee alalla tunnetuksi. Tasauksen jäi- 94436 28 keen kuitulevy voidaan sitten kuivata ja mahdollisesti puristaa tiiviimmäksi, miten vain halutaan. Suihkujen etäisyys toisistaan vaihtelee kuitujen kulloisenkin flok-kuloitumisnopeuden, muodostusviiran linjanopeuden, muodos-5 tusviiran läpi tapahtuvan vedenpoistumisen ja suihkujen lukumäärän sekä niiden nopeuden ja niiden kautta tapahtuvan tilavuusvirtauksen mukaan. Suihkut ovat edullisesti riittävän lähellä toisiaan, jotta huomattavaa flokkuloitu-mista ei ilmene.

10 Kuitujen flokkuloitumisen estämisen ja kuituflok kien hajottamisen lisäksi kuituihin suihkutettava neste myös kompensoi silloitettujen erilliskuitujen erittäin nopeata suotautumista tuottamalla lisää nestemäistä väliainetta, johon kuidut voivat dispergoitua myöhempää arkin-15 muodostusta varten. Suuri määrä suihkuja, joilla on pienenevä tilavuusvirtausnopeus, helpottaa lietteen konsis-tenssin systemaattista absoluuttista suurenemista, samalla kun se saa aikaan toistuvan kuituflokkeja hajottavan ja kuitujen flokkuloitumista estävän vaikutuksen. Tämä johtaa 20 suhteellisen tasaisen kuitukerroksen muodostumiseen, jotka kuidut asetetaan sitten välittömästi, ts. ennen uudelleen flokkuloitumista, levymäiseen muotoon antamalla nesteen valua pois ja puristamalla kuituja reikäistä viiraa vasten.

25 Tämän keksinnön mukaisista silloitetuista kuiduista • ** valmistetut massa-arkit ovat vaikeammin puristettavissa tiheydeltään tavanomaisia massa-arkkeja vastaaviksi kuin tavanomaisista, silloittamattomista selluloosakuiduista valmistetut massa-arkit. Siksi saattaa olla edullista yh-30 distää silloitettuihin kuituihin silloittamattomia kuitu- . ja, kuten kuituja, joita tavanomaisesti käytetään imuky- ’ kyisten sisusosien valmistuksessa. Jäykkiä silloitettuja kuituja sisältävät massa-arkit sisältävät edullisesti silloitettuihin erilliskuituihin sekoitettuina noin 5 - 90 % 3b silloittamattomia selluloosakuituja arkin kokonaiskuiva- 29 94436 painosta laskettuna. Erityisen edullista on sisällyttää niihin noin 5 - 30 % pitkälle jauhettuja silloittamatto-mia selluloosakuituja arkin kokonaiskuivapainosta laskettuna. Sellaiset pitkälle jauhetut kuidut on hierretty tai 5 jauhettu niin, että niiden jauhautumisaste on pienempi kuin noin 300 ml CSF ja edullisesti pienempi kuin noin 100 ml CSF. Siilo!ttamattomat kuidut sekoitetaan edullisesti silloitettujen erilliskuitujen vesilietteeseen. Tästä seoksesta voidaan sitten muodostaa tiivis massa-arkki 10 myöhemmin defibroitavaksi tai imutyynyksi muokattavaksi. Silloittamattomien kuitujen sisällyttäminen massa-arkkiin helpottaa sen puristamista tiiviimmäksi, samalla kun se alentaa yllättävän vähän myöhemmin muodostettavien imu-tyynyjen imukykyä. Lisäksi silloittamattomat kuidut lisää-15 vät massa-arkin ja joko siitä tai suoraan silloitettujen ja silloittamattomien kuitujen seoksesta valmistettavien imu tyynyjen vetolujuutta. Riippumatta siitä, valmistetaanko silloitettujen ja silloittamattomien kuitujen seoksesta ensin massa-arkki ja siitä muodostetaan imutyyny vai muo-20 dostetaanko seoksesta suoraan imutyyny, imutyyny voi olla ilmakerrostettu tai märkäkerrostettu, kuten edellä on esitetty.

Silloitetuista erilliskuiduista tai seoksista, jotka sisältävät myös silloittamattomia kuituja, valmistettu-25 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 keksinnön piiriä, erityisen sopivia käytettäviksi suoraan imuky-kyisinä sisusosina kertakäyttötuotteissa, kuten vaipoissa, 30 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 remman neliömetripainon ja tiheyden omaavien rakenteiden arvellaan soveltuvan parhaiten myöhemmin jauhettaviksi ja 35 ilma- tai märkäkerrostettaviksi niin, että muodostuu pie- 30 94436 nemmän tiheyden ja neliömetripainon omaava rakenne, joka on käyttökelpoisempi imukykyä vaativissa sovellutuksissa. Sellaisilla rakenteilla, joilla on suurempi neliömetripa!-no ja tiheys, on kuitenkin yllättävän hyvä imukyky ja rea-5 gointikyky kostumiseen. Muita mahdollisia käyttökohteita tämän keksinnön mukaisille kuiduille ovat pehmopaperiar-kit, joiden tiheys voi olla alle 0,10 g/cm3.

Sellaisissa tuotteissa, joissa silloitetut kuidut sijoittuvat ihmisihoa vasten tai lähelle ihmisihoa, käyt-10 töä varten on toivottavaa jatkokäsitellä kuidut ylimääräisen, reagoimattoman silloitusaineen poistamiseksi. Reagoimattoman silloitusaineen pitoisuus on edullista alentaa ainakin noin 0,03 %:n alapuolelle selluloosakuitujen kuivapainosta laskettuna. Eräs tulokselliseksi todettu käsit-15 telysarja sisältää, toisiaan seuraavina, silloitettujen kuitujen pesun, kuitujen liottamisen vesiliuoksessa varsin pitkään, kuitujen siivilöinnin, veden poistamisen kuiduista esimerkiksi sentrifugoimalla niin, että konsistens-siksi tulee noin 40 - 80 %, kuitujen, joista on poistettu 20 vettä, mekaanisen defibroinnin edellä esitetyllä tavalla ja kuitujen ilmakuivauksen. Tämän prosessin on todettu alentavan jäljellä olevan vapaan silloitusaineen pitoisuuden noin 0,01 %:n ja 0,15 %:n välille.

Toisessa menetelmässä jäljelle jääneen silloitus-25 ainemäärän pienentämiseksi helposti uutettavissa oleva silloitusaine poistetaan emäksisin pesuin. Emäksisyys voidaan synnyttää emäksisillä yhdisteillä, kuten natriumhy-droksidilla, tai vaihtoehtoisesti hapettavilla aineilla, kuten kemikaaleilla, joita tavallisesti käytetään valkai-30 suaineina, esimerkiksi natriumhypokloriitilla, ja amino-yhdisteillä, esimerkiksi ammoniumhydroksidilla, jotka yh-disteet hydrolysoivat hemiasetaalisidoksia, jolloin muodostuu Schiff-emäksiä. pH pidetään edullisesti vähintään 7:nä ja edullisemmin vähintään noin 9:nä asetaaliristisi-35 dosten palautumisen estämiseksi. Hemiasetaalisidosten kat- 4· · m n t i:iai i i a ai < · τ 94436 31 keamisen aikaansaanti on edullista, samalla kun ei vaikuteta asetaalisidoksiin. Sen vuoksi sellaiset uuttoaineet, jotka toimivat voimakkaasti emäksisissä olosuhteissa, ovat edullisia. Yhden ainoan pesun 0,01 N ja 0,1 N ammoniumhyd-5 roksidilla havaittiin alentavan jäännöspitoisuuden noin 0,0008 %:n ja noin 0,0023 %:n välille liotusajan ollessa 30 minuutista kahteen tuntiin. Noin 30 minuuttia pitemmän liotusajan ja noin 0,01 N:ta väkevämpien ammoniumhydroksi-diliuosten uskotaan tuottavan vain mitätöntä lisäetua.

10 Sekä yksivaiheinen että monivaiheinen hapetus on todettu tehokkaiksi menetelmiksi jäljelle jääneen silloi-tusaineen poistamiseksi. Yksivaiheisen pesun natriumhypokloriitilla käytettävissä olevan kloorimäärän (av. Cl) ollessa noin 0,1 - 0,8 % kuitujen kuivapainosta havaittiin 15 alentavan jäljellä olevan silloitusainepitoisuuden noin 0,0015 %:n ja 0,0025 %:n välille.

Eräässä uudessa menetelmässä silloitettujen eril-liskuitujen valmistamiseksi raaka-ainekuidut valkaistaan tavanomaisella monivaiheisella ketjuprosessilla, mutta 20 kesken ketjun valkaisuprosessi keskeytetään ja kuidut silloitetaan tämän keksinnön mukaisesti. Kovetuksen jälkeen valkaisuprosessi saatetaan päätökseen. Tällä tavalla on todettu voitavan saavuttaa riittävän alhainen jäljellä olevan silloitusaineen taso (alempi kuin noin 0,006 %).

25 Tämän menetelmän uskotaan muodostavan edullisen tavan tuottaa silloitettuja kuituja, koska ylimääräisten pesuja uuttolaitteiden sekä prosessin lisävaiheiden aiheuttamat pääomakustannukset ja käsittelyhankaluudet vältetään valkaisuvaiheen ja jäämien poistamisvaiheen yhdistymisen 30 ansiosta. Käytettävä valkaisuketju ja se piste, jossa ketju katkaistaan silloitusta varten, voivat vaihdella suu-resti, mikä lienee selvää alan ammatti-ihmiselle. Monivaiheisten valkaisuketjujen, joissa silloitusta seuraavat DEP*- tai DEH*-vaiheet, on kuitenkin havaittu tuottavan 35 toivottuja tuloksia (*D - klooridioksidi, E -uutto aika- 94436 32 lilla, P - peroksidi, H - natriumhypokloriitti). Valkaisu-ketjun silloitusta seuraavat vaiheet ovat edullisesti emäskäsittelyjä, jotka suoritetaan noin arvoa 7 ja edullisemmin noin arvoa 9 korkeammassa pH:ssa.

5 Sen lisäksi, että silloituksen jälkeiset emäksiset käsittelyt alentavat tehokkaasti silloitusainejäämiä, niiden on havaittu helpottavan suuremman FRV:n (nesteenpidä-tysarvon) omaavien kuitujen aikaansaantia samalla silloi-tusasteella. Suuremman FRV:n omaavilla kuiduilla on pie-10 nempi kimmoisuus kuivana, ts. ne on helpompi tiivistää kuivassa tilassa, samalla kun niillä säilyy olennaisesti sama kimmoisuus märkänä ja reagointikyky kosteuteen kuin kuiduilla, jotka ovat muuten vastaavia mutta silloitettu sen jälkeen, kun valkaisu on suoritettu loppuun. Tämä oli 15 erityisen yllättävää ottaen huomioon, että korkeampi FRV on tähän saakka johtanut absorptio-ominaisuuksien heikkenemiseen.

Tässä esitetyt silloitetut kuidut soveltuvat monenlaisiin imukykyisiin tuotteisiin, kuten kertakäyttövaip-20 poihin, kuukautissuojatuotteisiin, terveyssiteisiin, temponeihin ja haavasiteisiin (mutta ne eivät rajoitu näihin), joista tuotteista kullakin on tässä esitettyjä silloitettuja erilliskuituja sisältävä imukykyinen rakenne. Esimerkiksi kertakäyttövaippa tai muu samankaltainen tuo-25 te, jossa on nestettä läpäisevä pintakerros, pintakerrokseen kiinnitetty nestettä läpäisemätön taustakerros ja silloitettuja erilliskuituja sisältävä imukykyinen rakenne, tulee erityisesti kysymykseen. Sellaisia tuotteita kuvataan yleisesti US-patenttijulkaisussa 3 860 003 (Ken-30 neth B. Buell), joka on julkaistu 14.1.1975 ja joka sisällytetään täten tähän selitykseen lähdeviittauksena.

Vaippoihin ja kuukautissuojatuotteisiin tarkoitetut imukykyiset sisusosat valmistetaan tavallisesti jäykistä-mättömistä silloittamattomista selluloosakuiduista, jol-35 loin imukykyisten sisusosien tiheys kuivana on noin 0,06 94436 33 g/cm3 ja noin 0,12 g/cm3. Imukykyisen sisusosan kostuessa sen tilavuus normaalisti pienenee.

On havaittu, että tämän keksinnön mukaisia silloitettuja kuituja voidaan käyttää sellaisten imukykyisten 5 sisusosien valmistamiseen, joilla on huomattavasti paremmat nesteenimemisominaisuudet, kuten imukapasiteetti ja kapillaarinen imeytyrnisnopeus, kuin imukykyisillä sisus-osilla, joilla on sama tiheys mutta jotka on valmistettu tavanomaisista, silloittamattomista tai aikaisemmin tunne-10 tuista silloitetuista kuiduista, mutta paremmat ominaisuudet eivät rajoitu mainittuihin. Sitä paitsi nämä paremmat imukykytulokset voidaan saavuttaa samanaikaisesti suuremman märkäkimmoisuuden kanssa, imukykyisiin sisusosiin, joiden tiheys on noin 0,06 - 0,15 g/cm3 ja joiden tilavuus 15 säilyy olennaisesti muuttumattomana niiden kostuessa, on erityisen edullista käyttää silloitettuja kuituja, joiden silloittumisaste on sellainen, että ne sisältävät noin 2,0 - 2,5 mol-% kuitujen kanssa reagoinutta silloitusainetta kuivan selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä laskettu-20 na. Sellaisista kuiduista valmistetuissa imukykyisissä sisusosissa yhtyvät toivotulla tavalla rakenteellinen integriteetti, so. puristuslujuus, ja kimmoisuus märkänä. Tämän keksinnön yhteydessä ilmaisu "kimmoisuus märkänä" tarkoittaa kostuneen tyynyn kykyä palautua alkuperäiseen 25 muotoonsa ja tilavuuteensa, kun siihen on kohdistunut puristava voima ja sen vaikutus on lakannut. Tämän keksinnön mukaisista kuiduista valmistetut imukykyiset sisusosat saavuttavat takaisin huomattavasti suuremman osuuden alkuperäisestä tilavuudestaan märkäpuristusvoiman vaikutuksen 30 lakattua kuin käsittelemättömistä ja aikaisemmin tunnetuista silloitetuista kuiduista valmistetut sisusosat.

- Eräässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa sil loitetuista erilliskuiduista muodostetaan joko ilmakerros-tettu tai märkäkerrostettu (ja sen jälkeen kuivattu) imu-35 kykyinen sisusosa, joka puristetaan niin, että sen tiheys 94436 34 kuivana on pienempi kuin tyynyn märkätiheys tasapainotilassa. Märkätiheys tasapainotilassa on tyynyn tiheys kuivien kuitujen mukaan laskettuna, kun tyyny on täysin nesteen kyllästämä. Muodostettaessa kuiduista imukykyinen 5 sisusosa, jonka tiheys kuivana on pienempi kuin märkätiheys tasapainotilassa, sisusosa painuu kyllästymispistee-seensä saakka kostuttuaan kokoon, kunnes se saavuttaa mär-kätiheytensä tasapainotilassa. Muodostettaessa kuiduista sen sijaan imukykyinen sisusosa, jonka tiheys kuivana on 10 suurempi kuin märkätiheys tasapainotilassa, sisusosa paisuu kyllästymispisteeseensä saakka kostuttuaan, kunnes se saavuttaa märkätiheytensä tasapainotilassa. Tämän keksinnön mukaisista kuiduista valmistettujen tyynyjen märkätiheys tasapainotilassa on huomattavasti pienempi kuin tyy-15 nyjen, jotka on valmistettu tavanomaisista, silloittamat-tomista kuiduista. Tämän keksinnön mukaiset kuidut voidaan puristaa tasapainotiheyttä suurempaan tiheyteen, jolloin muodostuu ohut tyyny, joka koetuessaan laajenee, mikä kohottaa imukapasiteetin huomattavasti suuremmaksi kuin on 20 saavutettavissa silloittamattomilla kuiduilla.

Erityisen suuri imukyky ja kimmoisuus märkänä sekä hyvä reagointikyky kostumiseen voidaan saavuttaa silloit-tumisasteen ollessa noin 0,75 - 1,25 mol-% kuivan selluloosan mukaan laskettuna. Sellaisista kuiduista muodoste-25 taan edullisesti imukykyisiä sisusosia, joiden tiheys on suurempi kuin niiden märkätiheys tasapainotilassa. Imuky-kyiset sisusosat puristetaan edullisesti niin, että niiden tiheydeksi tulee noin 0,12 - 0,60 g/cm3, jolloin vastaava märkätiheys tasapainotilassa on pienempi kuin kuivan pu-30 ristetun sisusosan tiheys. Imukykyiset sisusosat puriste taan myös edullisesti niin, että niiden tiheydeksi 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, 35 joissa silloittumisaste on noin 2,0 - 2,5 mol-%, mikä te- 94436 35 kee niistä sopivampia suurempaan tiheyteen puristettavaksi. Edellä mainituilla kuiduilla on myös parempi reagointikyky kostumiseen sikäli, että ne paisuvat nopeammin ja suuremmassa määrin kuin kuidut, joiden silloittumisaste on 5 2,0-2,5 mol-%, niillä on suurempi kimmoisuus märkänä ja niillä säilyy lähes yhtä suuri imukapasiteetti. Tulisi kuitenkin huomata, että silloitetuista kuiduista, joiden silloittumisaste on korkeampi, voidaan valmistaa imukykyi-siä rakenteita, joiden tiheys on suurempi, samoin kuin 10 silloitetuista kuiduista, joiden silloittumisaste on alempi, voidaan valmistaa imukykyisiä rakenteita, joiden tiheys on pienempi. Kaikille sellaisille rakenteille saavutetaan parantunut toimintakyky aikaisemmin tunnettuihin silloitettuihin erilliskuituihin verrattuna.

15 Vaikka edellä onkin käsitelty suuren ja pienen ti heyden omaavien imukykyisten rakenteiden edullisia toteutusmuotoja, tulisi käsittää, että tiheydeltään erilaisten imukykyisten rakenteiden ja erilaisten silloitusainepitoi-suuksien yhdistelmät, joissa mainitut tiheydet ja pitoi-20 suudet ovat tässä esitettyjen rajojen sisällä, tarjoavat paremmat absorptio-ominaisuudet ja suuremman imukykyisen rakenteen integriteetin tavanomaisiin selluloosakuituihin ja aikaisemmin tunnettuihin silloitettuihin kuituihin verrattuna. Sellaiset toteutusmuodot on tarkoitettu tämän 25 keksinnön piiriin kuuluviksi.

Menetelmä nesteenpidätvsarvon määrittämiseksi Selluloosakuitujen vedenpidätysarvon määrittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa.

Noin 0,3 - 0,4 g:n kuitunäytettä liotetaan kannel-30 lisessa säiliössä noin 100 ml:ssa tislattua tai deionisoi- , tua vettä huoneen lämpötilassa noin 15-20 tuntia. Liote- » · ’·' tut kuidut kerätään suodattimelle ja siirretään metalli-lankakoriin, jonka meshluku on 80 ja joka on sijoitettu kannattimille noin 3,8 cm (noin 1% tuumaa) sentrifugiput-35 ken verkkopohjan, jonka meshluku on 60, yläpuolelle. Putki 94436 36 peitetään muovilla, ja näytettä sentrifugoidaan 19 - 21 minuuttia suhteellisella kiihtyvyydellä 1500 - 1700 x g.

Sen jälkeen sentrifugoidut kuidut poistetaan korista ja punnitaan. Punnitut kuidut kuivataan vakiopainoon 5 105 °C:ssa ja punnitaan uudelleen. Vedenpidätysarvo laske taan seuraavasti:

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

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

15 Menetelmä tihkukapasiteetin määrittämiseksi

Imukykyisten sisusosien tihkukapasiteetin määrittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa. Tihkukapasi-teettia käytettiin sisusosien imukapasiteetin ja absorp-tionopeuden yhteisenä mittana.

20 Imutyyny, jonka koko on 10 cm x 10 cm ja paino noin 7,5 g, asetetaan seulaverkolle. Tyynyn keskelle lasketaan synteettistä virtsaa nopeudella 8 ml/s. Synteettisen virtsan virtaus katkaistaan, kun tyynyn pohjasta tai sivuista vuotaa ensimmäinen pisara synteettistä virtsaa. Tihkuka- 25 pasiteetti lasketaan jakamalla synteettisellä virtsalla kostuttamista edeltäneen tyynyn massan ja sen jälkeisen “ “ tyynyn massan erotus kuitujen (= rutikuivien kuitujen) massalla.

Menetelmä märkäpurlstettavuuden määrittämiseksi 30 Imukykyisten rakenteiden märkäpuristettavuuden mää rittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa. Märkäpu-ristettavuutta käytettiin imukykyisten sisusosien märkäpu-- i* ristuslujuuden, rakenteellisen märkäintegriteetin ja mär-käkimmoisuuden mittana.

33 Valmistetaan neliömäinen tyyny, jonka koko on 10 cm x 10 cm ja joka painaa 7,5 g, mitataan sen paksuus ja las- 94436 37 ketään 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. Noin 60 sekun-5 nin kuluttua, jona aikana tyyny saavuttaa tasapainotilan, mitataan tyynyn paksuus. Sen jälkeen puristuskuormitus nostetaan 7,6 kPariin (1,1 psi), tyynylle annetaan aikaa saavuttaa tasapainotila ja sen paksuus mitataan. Puristus-kuormitus alennetaan sitten 0,7 kPa:iin (0,1 psi), tyynyn 10 annetaan saavuttaa tasapainotila 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 kuormituksella, jota nimitetään 0,7 kPa:n (0,1 psir) kimmokuormitukseksi (0,1 psi rebound). Sen jälkeen 15 määritetään huokostilavuus (yksikkönä cm3/g ilmaistuna) kullakin eri kuormituksella. Huokostilavuus on tyynyn mär-kätiheyden käänteisluvun ja kuitutilavuuden (0,75 cm3/g) erotus. Huokostilavuudet kuormituksilla 0,7 kPa ja 7,6 kPa ovat käyttökelpoisia märkäpuristuslujuuden ja rakenteelli-20 sen märkäintegriteetin ilmaisimia. Suurempi huokostilavuus tyynyn alkutiheyden ollessa normaali on osoitus suuremmasta märkäpuristuslujuudesta ja suuremmasta rakenteellisesta märkäintegriteetistä. Huokostilavuusero kuormituksilla 0,7 kPa ja 7,6 kPa soveltuu imutyynyjen märkäkimmoisuuden ver-25 tailuun. Pienempi ero huokostilavuuksissa kuormituksilla 0,7 kPa ja 7,6 kPa on merkki suuremmasta märkäkimmoisuu-desta.

Myös paksuusero kuivan tyynyn ja kyllästetyn tyynyn välillä ennen puristusta havaittiin käyttökelpoiseksi, 30 tyynyjen reagointikykyä kostumiseen kuvaavaksi indikaat toriksi.

::: Menetelmä kuivapuristettavuuden määrittämiseksi

Imukykyisten sisusosien kuivapuristettavuuden määrittämiseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa. Kuivapu-35 ristettavuutta käytettiin sisusosien kuivakimmoisuuden mittana.

94436 38

Valmistetaan ilmakerrostettu tyyny, jonka koko on 10 cm x 10 cm ja massa noin 7,5 g, ja sitä puristetaan kuivana hydraulisella puristimella 2,4 MPa:n paineella. Tyyny käännetään toisin päin ja puristus toistetaan. Tyy-5 nyn paksuus mitataan ennen puristusta ja sen jälkeen niin, ettei tyynyyn kohdistu samalla kuormitusta. Sen jälkeen lasketaan tiheys ennen puristusta ja sen jälkeen jakamalla massa pinta-alan ja paksuuden tulilla. Suurehkot erot puristusta edeltäneen ja sen jälkeisen tiheyden välillä ovat 10 osoituksia pienehköstä kuivakimmoisuudesta.

Menetelmä selluloosakuitulen kanssa reagoineen glutaraldehvdin määrän määrittämiseksi Sen glutaraldehydimäärän, joka reagoi glutaraldehy-dillä silloitettujen erilliskuitujen selluloosakomponentin 15 kanssa kuidunsisäisiä ristisidoksia muodostaen, määrittä miseen käytettiin seuraavaa menettelytapaa.

Silloitetuista erilliskuiduista koostuva näyte uutetaan 0,1 N Helillä. Uute erotetaan kuiduista, ja sama uutto/erotusmenettely toistetaan sitten kullakin näytteel-20 lä vielä 3 kertaa. Kustakin uutosta peräisin olevaan 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 25 erotetaan erotussuppilon avulla. Glutaraldehydin määrä •« määritetään analysoimalla kloroformikerroksesta DNPH-johdannainen suurpainenestekromatografiaa (HPLC) käyttäen.

HPLC-analyysissä käytetyt kromatografiaolosuhteet olivat: pylväs - C-18 käänteisfaasi; detektori - UV, aal-30 lonpituus 360 nm; liikkuva faasi - metanoli/vesiseos suh- ... teessä 80:20; virtausnopeus - 1 ml/min; suoritettu mittaus • · - piikin korkeus. Piikin korkeuden ja glutaraldehydisisäl-lön välistä riippuvuutta kuvaava kalibrointikäyrä muodostettiin mittaamalla HPLC-piikkien korkeus viidestä stan-35 dardiliuoksesta, joiden glutaraldehydipitoisuus oli tunnettu ja alueella 0-25 ppm.

94436 39

Jokainen kullakin kuitunäytteellä saaduista neljästä kloroformifaasista analysoitiin HPLCrn avulla, mitattiin piikkien korkeus ja määritettiin vastaava glutar-aldehydipitoisuus kalibrointikäyrän perusteella. Sen jäl-5 keen kullekin uutteelle saadut glutaraldehydipitoisuudet laskettiin yhteen ja summa jaettiin kuitunäytteen massalla (kuivien kuitujen massalla), jolloin saatiin glutaraldehy-disisältö kuitujen massan mukaan laskettuna.

Kussakin HPLC-kromatogrammissa esiintyi kaksi glu-10 taraldehydipiikkiä. Kumpaa glutaraldehydipiikkiä tahansa voidaan käyttää, kunhan läpi koko proseduurin käytetään samaa piikkiä.

Esimerkki 1 Tämä esimerkki osoittaa silloitusaineen, glutar-15 aldehydin, erilaisten pitoisuuden vaikutuksen silloite tuista erilliskuiduista valmistettujen imutyynyjen imukykyyn ja kimmoisuuteen. Silloitetut erilliskuidut valmistettiin kuivasilloitusmenetelmällä.

Kuhunkin näytteeseen varattiin tietty määrä koskaan 20 kuivaamatonta, etelän havupuusta saatua kraftmassaa (SSK-massaa). Kuitujen kosteuspitoisuus oli noin 62,4 % (joka vastaa konsistenssia 37,6 %). Muodostettiin liete lisäämällä kuidut liuokseen, joka sisälsi tietyn määrän 50-%:ista glutaraldehydin vesiliuosta, 30 % (glutaralde-25 hydin massasta) sinkkinitraattiheksahydraattia, deminera- lisoitua vettä ja riittävästi 1 N HCl:ä lietteen pH:n alentamiseksi noin arvoon 3,7. Kuituja liotettiin lietteessä 20 minuuttia, ja sen jälkeen niistä poistettiin vettä sentrifugoimalla, kunnes kuitukonsistenssiksi tuli 30 noin 34 - 35 %. Sen jälkeen kuituja, Joista oli poistettu ... vettä, ilmakuivattiin läpipuhalluskuivurilla ympäristön " lämpöistä ilmaa käyttäen, kunnes kuitukonsistenssi oli noin 55 - 56 %. Ilmakuivatut kuidut defibroitiin kolmivaiheista fluffinmuodostuslaitetta käyttäen, jollainen kuva-35 taan US-patenttijulkaisussa 3 987 968. Defibroidut kuidut asetettiin lautasille, ja niitä kovetettiin oleellisesti 40 94436 staattisessa kuivausuunissa 145 °C:ssa 45 minuuttia. Sil-loittuminen meni loppuun uunissapitojakson aikana. Silloitetut erilliskuidut sijoitettiin seulaverkolle ja pestiin noin 20 °C:isella vedellä, niitä liotettiin tunnin ajan 5 60 °C:isessa vedessä konsistenssin ollessa 1 %, ja ne sii vilöitiin, pestiin toiseen kertaan noin 20 °C:isella vedellä, sentrifugoitiin niin, että kuitukonsistenssiksi tuli noin 60 %, defibroitiin edellä kuvatun kaltaisessa kolmivaiheisessa fluffinmuodostuslaitteessa ja kuivattiin 10 loppuun pitämällä niitä neljä tuntia staattisessa kuivaus-uunissa 105 °C:ssa. Kuivatut kuidut ilmakerrostettiin imu-kykyisten tyynyjen muodostamiseksi. Tyynyt puristettiin hydraulisella puristimella niin, että niiden tiheydeksi tuli 0,10 g/cm3. Sen jälkeen testattiin tyynyjen imukyky, 15 kimmoisuus ja reagoinut glutaraldehydimäärä kuvattuja menettelytapoja noudattaen. Reagoinut glutaraldehydimäärä ilmoitetaan mooliprosentteina kuivien kuitujen selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä laskettuna. Tulokset on ilmoitettu taulukossa 1.

20

Taulukko 1

Tihkukapa- Märkäpuristettavuus Näyt- Glutaralde- siteetti kos- (cm3/g) teen hydi(mol-%) tutusnopeudel- 0,7kPa 7,6kPa 0,7kPa 25 nro lisätty/ WRV la 8 ml/s (0,1 (1,1 (0,1 _reagoinut (%) (a/s)_psi) psi) psir) 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

30 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 35 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 Λ1 94436 41

Esimerkki 2 Tämän esimerkin tarkoituksena on osoittaa, että silloituksen jälkeen kuituihin kohdistettavalla valkaisu-vaihesarjalla voidaan saavuttaa alhainen uuttuvan silloi-5 tusaineen taso. Uuttuvan silloitusaineen taso määritettiin liottamalla kuitunäytettä tunnin ajan 40 °C:isessa deionisoidussa vedessä konsistenssin ollessa 2,5 %. Veteen uut-tunut glutaraldehydimäärä määritettiin HPLC:n avulla, ja se ilmoitetaan kuitujen kuivapainon mukaan laskettuna.

10 Kuidut silloitettiin kuivasilloitusmenetelmällä.

Hankittiin etelän havupuusta valmistettua kraftmas-saa (SSK-massaa). Massakuidut valkaistiin osaksi seuraa-vien peräkkäisten valkaisuvaiheiden avulla: klooraus (C) -lietettä, jonka konsistenssi oli 3 - 4 %, käsiteltiin suu-15 nnilleen pH:ssa 2,5 ja noin 38 eC:ssa 30 minuuttia niin, että käytettävissä oleva kloorimäärä (av. Cl) oli noin 5 %; alkaliuutto - lietettä, jonka konsistenssi oli 12 %, käsiteltiin noin 74 °C:ssa NaOH:lla, jonka väkevyys oli 1,4 g/1, 60 minuuttia; ja hypokloriittikäsittely (H) - 20 lietettä, jonka konsistenssi oli 12 %, käsiteltiin pH:ssa 11 - 11,5 ja 38 - 60 °C:n lämpötilassa 60 minuuttia riit tävällä määrällä natriumhypokloriittia, jotta saavutettiin Elretho-valkoisuusaste 60 - 65 ja 15,5 - 16,5 mPa*s:n (cP) viskositeetti. Osaksi valkaistuista kuiduista valmistet- 25 tiin silloitettuja erilliskuituja esimerkissä 1 kuvatun • < menetelmän mukaisesti käyttämällä ristisidoksia muodostavana aineena glutaraldehydiä. Kuituihin jäi 2,29 mol-% glutaraldehydiä kuivien kuitujen selluloosan anhydroglu-koosimoolimäärästä laskettuna. Uuttuvan glutaraldehydin 30 määrä sellaisissa kuiduissa on tyypillisesti noin 1000 ppm ... (0,1 %).

> · · ·· Osaksi valkaistujen erilliskuitujen valkaisua jat kettiin tämän jälkeen, ja se saatettiin päätökseen kloori-dioksidikäsittelyn (D), uuton (E) ja natriumhypokloriitti-35 käsittelyn (H) sisältäneellä ketjulla (DEH). Klooridioksi- 94436 42 divaiheessa (D) silloitettuja erilliskuituja liotettiin vesilietteessä, jonka konsistenssi oli 10 % ja joka sisälsi myös riittävästi natriumhypokloriittia, jotta käytettävissä olevan kloorin määrä oli 2 % kuitujen kuivapainosta.

5 Sekoituksen jälkeen lietteen pH alennettiin noin arvoon 2,5 HCl:ä lisäämällä ja nostettiin sitten arvoon 4,4 NaOH:ta lisäämällä. Massaliete asetettiin sen jälkeen 70 °C:iseen uuniin 2,5 tunniksi, siivilöitiin, huuhdottiin vedellä neutraaliksi ja sentrifugoitiin niin, että 10 konsistenssiksi tuli 61,4 %.

Uuttovaiheessa kuitujen, joista oli poistettu vettä, konsistenssiltaan 10-%:ista vesilietettä käsiteltiin NaOH:n vesiliuoksella, jonka väkevyys oli 0,33 g NaOHrta/ litra, 40 TC:ssa 1,5 tuntia. Sen jälkeen kuidut siivilöi-15 tiin, huuhdottiin vedellä neutraaleiksi ja sentrifugoitiin niin, että konsistenssiksi tuli 62,4 %.

Lopuksi valmistettiin natriumhypokloriittivaihetta (H) varten konsistenssiltaan 10-%:inen kuituliete, joka sisälsi riittävästi natriumhypokloriittia, jotta käytettä-20 vissä oleva kloorimäärä oli 1,5 % kuitujen kuivapainosta. Lietettä sekoitettiin ja kuumennettiin 50 °C:isessa uunissa tunnin ajan. Sen jälkeen kuidut siivilöitiin, niitä huuhdottiin, kunnes pH oli 5,0, ja ne sentrifugoitiin niin, että konsistenssiksi tuli 62,4 %. Kuidut, joista oli 25 poistettu vettä, ilmakuivattiin, käsiteltiin fluffiksi ja kuivattiin loppuun pitämällä niitä 105 °C:isessa uunissa tunnin ajan. Uuttuvan glutaraldehydin määrä täydellisesti valkaistuissa silloitetuissa erilliskuiduissa oli 25 ppm (0,0025 %). Tämä määrä on selvästi pienempi kuin se uuttu-30 van glutaraldehydin määrä, jonka arvellaan olevan hyväk-syttävä sovellutuksissa, joissa kuituja käytetään lähellä " ihmisihoa.

Havaittiin myös, että osaksi valkaistuista, silloitetuista ja sen jälkeen loppuun valkaistuista kuiduista 35 valmistetuilla tyynyillä oli yllättävästi suurempi nes- 94436 43 teenpidätysarvo ja kapillaarinen imeytyrnisnopeus sekä ainakin yhtä suuri tihkukapasiteetti ja märkäkimmoisuus kuin erilliskuiduilla, jotka oli silloitettu täydellisen valkaisun jälkeen. Korkeammasta WRV:stä johtuen kesken val-5 kaisuketjua silloitetut kuidut olivat kuitenkin kokoonpu-ristuvampia kuivassa tilassa.

Suurin piirtein samanlaisia tuloksia saavutettiin korvattaessa viimeinen hypokloriittivaihe (H) peroksidi-valkaisuvaiheella (P). Vaiheessa P konsistenssiltaan 10 10-%:ista lietettä käsiteltiin vetyperoksidilla, jonka määrä oli 0,5 % kuitujen massasta, pH:ssa 11 - 11,5 ja 80 °C:n lämpötilassa 90 minuuttia.

• · .

. <t· 4 » ·

Claims (5)

1. 44 94436
2. 1. Menetelmä silloitettujen erillisselluloosakui-tujen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että 5 a) hankitaan selluloosakuituja ja saatetaan kuidut kosketuksiin vesipitoisessa liuoksessa riittävän määrän kanssa ristisidoksia muodostavaa ainetta, joka valitaan ryhmästä C2_8-dialdehydit, mainittujen dialdehydien happo-analogit sekä mainittujen dialdehydien ja happoanalogien 10 oligomeerit, jotta saadaan reaktion jälkeen 0,5 mooli-% - 3,5 mooli-% ristisidoksia muodostavaa ainetta selluloosan anhydroglukoosimoolimäärästä laskettuna, jolloin mainituille reagoitetuille kuiduille saadaan vedenpidätysarvo 28 - 45; 15 b) kuiduista poistetaan vettä, kunnes sakeus on 30 - 80 paino-% kuitua, ja kuidutetaan kuidut olennaisesti eri11ismuotoon; c) ilmakuivataan kuidut kun niitä erillistetään, olosuhteissa, joissa vältetään kuitu-kuitu-kosketus, saa- 20 tetaan ristisidoksia muodostava aine reagoimaan kuitujen kanssa, jolloin muodostuu kuidunsisäisiä ristisidoksia kuidunvälisten sidosten olennaisesti puuttuessa; ja d) pestään silloitetut kuidut alkalisella liuoksella, jonka pH on suurempi kuin 7 ja joka sisältää aineosan, 25 joka katkoo hemiasetaalisidoksia sen ollessa neutraali ·« asetaalisidoksia kohtaan, jolloin näin vähennetään reagoimattoman ja jäljelle jäävän ristisidoksia muodostavan aineen määrää.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että alkalisen liuoksen pH on suu-.. rempi kuin 9. II 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidut saatetaan kosketuksiin riittävän määrän kanssa ristisidoksia muodostavaa ainetta, 35 niin että ristisidoksia muodostavan aineen määräksi reak- Il i - i*-J M» 114«·- I 94436 tion jälkeen saadaan 0,5 - 2,5 mol-% selluloosan anhydro-glukoosimoolimäärästä laskettuna.
4. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (a) mainitut 5 selluloosakuidut valkaistaan osaksi ainakin yhdellä monivaiheiseen valkaisuketjuun sisältyvällä vaiheella.
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aineosa alkalisessa liuoksessa vaiheessa (d) sisältää jotakin yhdisteistä natri- 10 umhypokloriitti, ammoniumhydroksidi, vetyperoksidi ja nat-riumvetysulfiitti. • 1 · * · 46 94436