SE514466C2 - Sätt att förbättra sorptionsförmågan hos cellulosafibrer, absorberande material och laminat innehållande sådana cellulosafibrer - Google Patents

Description

25 30 514 4661 2 är bl a att den endast är tillämplig på regenererade cellulosafibrer, som framställts genom förfaranden som inbegriper giftiga kemikalier, såsom koldisulfid, och att den måste utnytt- jas i själva processen för framställning av fibrerna, vilket gör det svårt för en tillverkare av absorberande produkter, såsom en köpare av fibrer, att modlfiera sorptionsegenska- perna hos fibrema om han måste göra det för att uppfylla kraven på en specifik absorbe- rande produkt han avser att framställa.

Ett annat område, vid vilket sorptionsförmågan hos cellulosamaterial är viktig, är laminat, särskilt s k dekorativa laminat, såsom beskrivs i US-A-3 373 071. Sådana lami- nat inbegriper konventionellt minst tre skikt: ett slitytskikt, ett tryck- eller mönsterskikt under slitytskiktet, och ett kämskikt som uppbär slitytskiktet och tryckskiktet. Alla skikten består av pappersark impregnerade med värmehärdande harts. »Slitytskiktet består vanli- gen av halvgenomskinligt papper impregnerat med melaminharts. lmpregneringen ge- nomförs genom att nedsänka pappret i en vattenlösning av hartset. Det är uppenbart att papprets sorptionsförmåga är en kritisk parameter för lmpregneringens effektivitet.

Det finns sålunda ett behov av en enkel metod att förbättra sorptlonsförmågan hos redan existerande naturliga samt regenererade cellulosafibrer, vilken metod inte in- begriper giftiga ämnen.

Detta problem löses medelst det sätt som definieras i de bifogade patentkraven.

Mera i detalj inbegriper föreliggande sätt ett steg, vid vilket cellulosafibrer behandlas med en vattenlöslig, nonjonisk polymer.

Att ”behandla” fibrema med en vattenlöslig, nonjonisk polymer innebär att polyme- ren bringas i närheten av, eller l kontakt med fibrerna. Företrädesvis hålles polymeren i närheten av, eller i kontakt med, fibrerna under minst ca 1 min., lämpligen minst ca 30 s, och särskilt minst ca 5 s. Företrädesvis utförs behandlingen när fibrernas torrsubstans- halt är minst ca 20%, lämpligen minst ca 35%, och mest föredraget minst ca 50%.

Det förmodas att vattenlösliga, nonjoniska polymerer av det angivna slaget skapar förbättrade sorptionsegenskaper hos cellulosafibrer genom att "neutralisera" ytaktiva ämnen, som har befunnits förekomma naturligt i fibrerna. Dessa ytaktiva ämnen verkar innefatta fettsyror, och den ”neutraliserande” effekten kan förklaras bero på bildning av miceller, som har kämor av fettsyra och skal av vattenlöslig nonjonisk polymer.

Exempel på användbara vattenlösliga nonjoniska polymerer är polyetrar, tex po- lyetylenglykoler (PEG), polypropylenglykoler (PPG), polyetylenoxid, polytetrahydrofuran, eller alkoxylerade derivat därav; polyketoner, tex polyvinylpyrrolidon (PVP) eller halo- 10 15 20 25 30 514 466 3 genhydroxylerade, etylhydroxylerade eller hydropropylderivat därav; polyoler, såsom polyvinylalkohol (PVA); stärkelse eller derivat därav, tex hydropropylstärkelse; cellulosa eller derivat därav, t ex etylhydroxietylcellulosa, eller sampolymerer därav.

Företrädesvis har polymerema ett antalsmedelvärde på molekylvikten av minst ca 1500, särskilt minst ca 3000.

Fastän den vattenlösliga, nonjoniska polymeren kan bnngas till fibrema i en vä- sentligen ren form, föredrages det att polymeren inbegripes i en vattenhaltig blandning, när så är tillämpligt eventuellt i form av en dispersion eller uppslamning. Blandningen appliceras lämpligen på det formade massaarket, lämpligen genom sprayning. Mängden tillsatt polymer är lämpligen ca 0,140 kg/metriskt ton torr massa, företrädesvis ca 0,5-5 kg/ton. Eventuellt kan behandlingen utföras när fibrema ärsuspenderade i en vat- tenhaltig lösning, tex i mälden vid massaframställningsförfarandet före arkformningen.

Mängden polymeri mälden är lämpligen ca 0,1-10 kglton torr massa, företrädesvis ca 0,5-5 kg/ton.

Det absorberande materialet kan tex vara fluff, dvs fibrer som har separerats med mekaniska medel från torra massor. Fastän polymeren kan förbli ifluffen efter riv- ning anses detta inte vara väsentligt för uppfinningen. Även om mindre än ca 65%, tex mindre än 30% eller t o m så lite som 1% av polymeren som används vid behandlingen faktiskt föreligger i fluffen efterrivning så är sorptionseffekten mycket påtagligt förbättrad vid jämförelse med fluff som framställts från obehandlad massa.

Vid en annan utföringsform av föreliggande uppfinning är det absorberande ma- terialet hygienpapper, vilket uttryck omfattar cellulosavadd, tissue och kräppapper, som alla är användbara inom hushålls- och sanitetsområdena. Det är välkänt attåvätskeupp- tagningshastigheten och den vätskekvarhållande förmågan hos hygienpapper är viktig vid användning inom dessa områden. Hygienpapper kan framställas med vilket som helst lämpligt papperstillverkningsförfarande. Tissue- och cellulosavaddkvaliteter tillverkas vanligen med hjälp av en s k Yankee-maskin, dvs en pappersmaskin vid vilken tork- ningen åstadkommas i huvudsak på en Yankee-cylinder eller Yankee-tork, som är en torkcylinder med stor diameter och en polerad yta, som i huvudsak svarar för torkningen av pappersbanan.

Vid ännu en annan utföringsforrn är det absorberande materialet papper som skali impregneras med värmehärdande harts och användas vid tillverkning av laminat, särskilt som overlay i dekorativa laminat. . . « i . _ lO 15 20 25 514 466 4 Föreliggande uppfinning hänför sig också till absorberande oellulosamaterial, som kan erhållas genom föreliggande metod, särskilt hygienpapper eller fluff. Såsom framgår av nedanstående exempel, uppvisar sådant absorberande cellulosamaterial överras- kande bra sorptionsegenskaper i jämförelse med obehandlat absorberande cellulosama- terial.

Föreliggande uppfinning hänför sig också till absorberande produkter, såsom blö- jor, sanitetsbindor, trosskydd, tamponger, bandage, inkontinensprodukter för vuxna, toa- lettpapper, näsdukar, kökshanddukar, handdukar, ansiktsservetter, servetter, och mot- svarande produkter som innefattar sådant papper eller fluff.

Uppfinningen hänför sig även till användning av en vattenlöslig, nonjonisk polymer av föreliggande slag för behandling av cellulosafibrer för att förbättra sorptionsförmågan hos absorberande material innefattande fibrema, som tex fluff eller hygienpapper, tex tissue. Den hänför sig vidare till ett förfarande för framställning av absorberande material, inbegripet exempelvis torrformat fiberflor eller tissue, som inbegriper cellulosafibrer be- handlade med vattenlöslig, nonjonisk polymer.

De fibrer som bildar massaarket är företrädesvis naturliga cellulosafibrer, som vanligen erhållits genom att sönderdela ved, konventionellt i form av flis, till fibrer eller fiberknippen. l föreliggande sammanhang anses begreppet ”fiberknippen” vara ekvivalent med begreppet "fibrerf De separerade fibrerna kan erhållas med hjälp av varje mas- saframställningsmetod som är känd för en fackman, tex genom en metod för framställ- ning av mekanisk massa (MP), stenslipmassa (SGW), tryckslipmassa (PGW), raffinör- massa (RMP), termomekanisk massa (TMP), kemimekanisk massa (CMP) eller kemi- termomekanisk massa (CTMP), fastän de föredragna massoma är kemiska massor, som tex sulfat- och sulfitmassor. Cellulosafibrema kan emellertid också med fördel vara bo- mullsfibrer. En annan trolig flberkälla är returfibrer från avfallspapper.

Föreliggande uppfinning belyses mera i detalj nedan med hjälp av exempel. Sá- vida ej annat anges avser delar och procenthalter vikt. l exemplen används polymererna enligt tabell l. 10 15 20 514 466 5 Tabell l Vattenlöslig nonjonisk Polymer Medelmolekylvikt 35 000 10 000 6 000 4 000 1 500 600 400 24 000 1 15 000 -”- 72 000 glycerol-baserad propyle- - 4 000 A B C D E F G H l J K 1 I" hydroxipropylen- stärkelse l exemplen provas absorberande konstruktioner med avseende på upptagnings- hastighet, återvätning, uppsugningshöjd, eller en kombination av dessa parametrar.

Provningsmetoden för bestämning av upptagningshastigheten är SCAN-C 33:80, vid vilken prover på 3 g och med en diameter av 50 mm anordnas vertikalt och belastas med en vikt av 500 g pà toppen. Provet får absorbera vatten underifrån, varvid tiden det tar för vatten att tränga genom till provets övre yta bestäms automatiskt med hjälp av en elek- .tronisk detektor. Ju kortare den tid är som krävs för att tränga genom till den övre ytan, desto högre är upptagningshastigheten hos de absorberande strukturema. Vid prov- ningsmetoden för bestämning av återvätning anordnas ett prov på 3 g och med en dia- meter av 50 mm vertikalt och belastas med en vikt av 1 kg på toppen i 30 s och avlastas sedan. 10 ml vatten tillföres provet under en tid av 10 s, som högst, och vätskan får av- rinna från provet i 30 s, varefter provet belastas med en vikt av 1 kg i 4 min. Femton vägda ark, 8,8 cm av filterpapper placeras ovanpå provet, och kombinationen av prov och ark belastas med en vikt av 5 kg i ytterligare 1 min., varefter de 15 arken åter vägs.

Arkens viktökning beror på återvätning, varvid sålunda en låg viktökning indikerar låg ätervätning. Uppsugningshöjd bestäms medelst standardprovningsmetoden SCAN-P 13:64, ”Uppsugningshöjd enligt Klemmï varvid prover av konditionerade pappersark anordnas vertikalt med den undre änden nedsänkt 10 mm i vatten och vattnets uppsug- lO 15 20 514 466 6 ningshöjd bestäms efter 10 min. Högre uppsugningshöjder indikerar högre sorptionsför- måga.

Exempel 1-5: 109 sulfatmassa uppslogs i 500 ml vatten i en laboratorieupp- slagare i 10 min. Den så erhållna mälden awattnades genom en viraduk hos en viraform, varvid framställdes ett massaark med diametern 210 mm. 15 g vattenlösningar innehål- lande 0,2% vattenlöslig nonjonisk polymer sprayades på arken i alla exempel, utom ex- empel 1, som är ett jämförande exempel. Mängden vattenlöslig nonjonisk polymer som sattes till varje ark motsvarade 3 kg vattenlöslig nonjonisk polymer/metriskt ton torr massa. Arken torkades vid 60°C i 120 min. och torrevs sedan till fluff i en hammarkvarn.

Fluffen fonnades till tre prover, vardera på 3 g. De så erhållna fluffprovema provades vid omgivningsbetingelser av ca 23°C och 50% RF med avseende på återvätning, Arken provades med avseende på uppsugningshöjd enligt Klemm. Provningsresultaten anges i tabell ll.

Tabell ll Sulfatmassa, 3 kg vattenlöslig nonjonisk polymer/metriskt ton massa Polymer tillsatt genom sprayning Polymer Exempel Återvätnlng, g Uppsugnings- höjd, mm Ref 1 5,0 106 D 2 4,1 122 G 3 4,8 122 H 4 4,3 112 K 5 4,2 122 Den absorberande struktur som framställdes enligt föreliggande sätt har uppen- barligen en bättre vätskekvarhållande förmåga än motsvarande obehandlade struktur.

Exempel §-1§: Förfarandet som användes i exemplen 1-5 upprepades, utom att den vattenlösliga nonjoniska polymeren tillsattes under uppslagning i stället för att spra- yas. Här är exempel 6 det jämförande exemplet, dvs utan tillsättning av vattenlöslig non- jonisk polymer. De erhållna fluffprovema provades med avseende på återvätning, såsom anges i tabell lll. 514 466 Tabell lll no isk P tillsatt 50 45 43 43 10 41 11 45 12 49 13 4,7 14 4,5 15 - 4,6 rxm¶moom>§ Den fluff som framställdes enligt föreliggande metod har uppenbarligen en högre upptagningshastighet och en bättre vätskekvarhållande förmåga än obehandlad fluff. 5 Exempel 15-12: Det förfarande som angivits med avseende på exempel 1-5 upp- repades, fastän tillämpat på sulfitmassa. Exempel 16 år ett jämförande exempel utan någon vattenlöslig nonjonisk polymer tillsatt. Resultaten anges i tabell IV.

Tabell IV Sulfitmassa, 3 non ton massa Vattenlöslig nonjonisk polymer tillsatt genom non nisk Exem Ref 16 5 15 D 17 4,55 H 18 4 99 K 19 4,60 Den fluff som framställdes enligt föreliggande metod har uppenbarligen en bättre 10 i vätskekvarhàllande fönnåga än obehandlad fluff.

Exemgelggzfi: 10 g kemiterrnomekanisk massa (CTMP) uppslogs i 500 ml vat- ten i en laboratorieuppslagare i 10 min. Den så erhållna mälden awattnades genom vi- raduken hos en viraforrn, varvid framställdes massaark med diametern 210 mm. 15 g vattenlösningar innehållande 0,2% vattenlöslig nonjonisk polymer sprayades på arken i 15 alla exemplen, utom exempel 20, som är ett jämförande exempel. Arken torkades vid 60°C i 120 min. och torrevs sedan till fluff i en hammarkvam. Fluffen formades till tre pro- ver, vardera på 3 g. De så erhållna fluffprovema prövades vid omgivningsbetingelser av 514 466 8 ca 23°C och 50% RF med avseende på âtervätning. Provningsresultaten anges i tabell V, vari mängdema vattenlöslig nonjonisk polymer som sattes till varje ark även anges.

Tabell V CTMP vattenlöslig nonjonisk polymer som tillsätts genom sprayning Vattenlöslig nonjonisk po- Exempel Upptagnings- Återvätning, g lymer hastighet, s Ref 20 10,1 4,90 D 3 kg/ton massa 21 6,4 3,74 D 6 kg/ton massa 22 6,4 3,66 K 3 kg/ton massa 23 5,2 3,70 K 6 kg/ton massa 24 5,4 3,69 Den absorberande struktur som framställdes enligt föreliggande metod har up- 5 penbarligen en högre upptagningshastighet och en bättre vätskekvarhâllande förmåga än obehandlad absorberande struktur.

Exempel 25-27: Det förfarande som anges i exemplen 1-5 upprepades, fastän tillämpat på bomull. Exempel 25 är ett jämförande exempel utan någon vattenlöslig non- jonisk polymer tillsatt. Resultaten anges i tabell VE.

Tabell VI Bomull, 3 kg vattenlöslig nonjonisk polymer/metriskt ton massa Vattenlöslig nonjonisk polymer tillsatt genom sprayning Vattenlöslig nonjonisk po- Exempel Upptagnings-has- Återvätning, g I" ner tighet, s Ref 25 5,1 6,54 D 26 4,7 6,04 K 27 4,5 5,59 10 Den ftuff som framställdes enligt föreliggande metod har uppenbarligen en högre upptagningshastighet och en bättre vätskekvarhàllande förmåga än obehandlad fluff.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 ' 514 466 9 PATENTKRAV

1. Sätt att förbättra sorptionsförmågan hos cellulosafibrer, k ä n n e t e c k - n at därav, att fibrema behandlas med en vattenhaltig lösning innefattande en vatten- löslig, nonjonisk polymer. ,

2. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n at därav, att den vattenlösliga, nonjo- niska polymeren har ett antalsmedelvärde på molekylvikten av minst ca 3000.

3. Sätt enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at därav, att de behandlade fibrema är naturliga cellulosafibrer.

4. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n at därav, att polymeren väljs från den grupp som består av polyetrar, polyketoner, polyoler, stärkelse eller derivat därav, cellulosa eller derivat därav, eller sampolymerer därav.

5. Sätt enligt något av kraven 1-3, k ä n e t e c k n at därav, att polymeren väljs från den grupp som består av polyetylenglykoler (PEIS), polypropylenglykoler (PPG), polyetylenoxid, polytetrahydrofuran, eller alkoxylerade derivat därav; polyvinylpyr- rolidon (PVP) eller halogenhydroxylerade, etylhydroxylerade eller hydropropylderivat därav; polyvinylalkohol (PVA); hydroxipropylstärkelse; etylhydroxietylcellulosa, eller sam- polymerer därav. i _

6. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n at därav, att en vattenhaltig lösning av polymer sprutas på fibrema.

7. Sätt enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n at därav, att fibrema suspenderas i en vattenhaltig lösning under behandlingen.

8. Cellulosafibrer som kan erhållas genom ett sätt enligt något av de föregående kraven.

9. Absorberande material, som innehåller cellulosafibrer enligt kravet 8.

10. Absorberande material enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n at därav, att det är fluff.

11. Absorberande material enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n at därav, att det är hygienpapper.

12. Absorberande produkt, som inbegriper absorberande material enligt något av kraven 9-11.

13. Papper impregnerat med värmehärdande harts, k ä n n e t e c k - n a t därav, att pappret inbegriper cellulosafibrer enligt kravet 8.

14. Papper enligt kravet 13, k ä n n ete ckn at därav, att pappret är en overlay för användning i ett dekorativt laminat.

15. Laminat, som inbegriper papper enligt kravet ~1 3 eller 14.